銀幕的光學效能和使用的論文
銀幕的光學效能和使用的論文
摘要：銀幕是指能接受幻燈、投影、電影等裝置所投射出的光束，並在其表面顯示影象的白色特製平面，也稱之為放映銀幕。它對放映畫面的亮度、清晰度、對比度、色彩還原和放映聲音起著重要的作用。要使銀幕達到良好的放映效果，就必須對銀幕的種類、光學原理和使用方法等進行充分的研究。
關鍵詞：銀幕 型別 亮度係數 增益
銀幕是指能接受幻燈、投影、電影等裝置所投射出的光束，並在其表面顯示影象的白色特製平面，也稱之為放映銀幕。它對放映畫面的亮度、清晰度、對比度、色彩還原和放映聲音起著重要的作用。要使銀幕達到良好的放映效果，就必須對銀幕的種類、光學原理和使用方法等進行充分的研究。
一、銀幕的型別
目前常用的銀幕按幕面的光學特性分為兩大類：反射式銀幕和透射式銀幕。反射式銀幕不受尺寸限制，但受環境光線的影響較大，包括各種規格的手動掛幕和電動掛幕。如升降幕、支架幕、地拉幕、桌幕、金屬平面幕、弧面幕等。反射式銀幕按照光學原理分為漫散反射銀幕和方向性漫散反射銀幕。透射型銀幕畫面整體感較強，不受環境光線的影響，能正確反映影象質量，畫面色彩豔麗，形象逼真，包括各種規格的硬質透射幕和軟質背投幕。透射式銀幕按照光學原理多為方向性漫散透射銀幕。
1、漫散反射銀幕
漫散反射銀幕是放映電影和幻燈投影中常用的一種銀幕。其特點是銀幕表面能將照射到幕面上的光線，在較大擴散角範圍內，均勻分散地反射到各個方向，在銀幕的前方任何不同的角度觀看銀幕影像時，其亮度基本不隨方向和角度而改變，散射角大，顏色準確自然。
2、方向性漫散反射銀幕
方向性漫散反射銀幕的特點是將照射到幕面上的光線經過反射並重新分配後集中於一定方向的角度內，因而在這個角度內銀幕亮度高，觀眾在這一角度內觀看時影象清晰明亮：但偏離這一特定的角度時。銀幕亮度有明顯下降。另外，有一些方向性漫散反射銀幕對某些顏色具有排斥作用，會使彩色影像的顏色失真。
3、方向性漫散透射銀幕
方向性漫散透射幕的特點是當光線照射到銀幕上時，在以入射光線為中心的立體角內都有透射光，在入射光方向上透射光強有最大值，偏離此方向越遠透射光強越小，因此看起來入射方向最亮，遠離此方向則變暗。這種幕放映時，可不用遮暗。
二、銀幕的幾個重要光學指標
1、銀幕的反射係數、透射係數和吸收係數
光線投射到銀幕上，通常分成三部分：一部分被反射，一部分被吸收，還有一部分穿透銀幕。我們分別用反射係數、透射係數和吸收係數表示銀幕材料對入射光線的反射、透射和吸收程度。
反射係數=銀幕反射的光通t/照射到銀幕的總的光通量(1)
透射係數=銀幕透射的光通量/照射到銀幕上總的光通量(2)
吸收係數=銀幕吸收的光通量/照射到銀幕上總的光通量(3)
對於任何一種幕面光學材料，這三個係數之和都等於1。
即：反射係數+透射係數+吸收係數=1(4)
各種銀幕的光學材料都可用上述三種系數表明其特性，某種材料的吸收係數大，說明射到它上面的光通量損失大。無論是何種銀幕都要求吸收係數值越小越好。吸收係數的大小與銀幕光學材料的吸光性、厚度和顏色有關：材料吸光性高、厚度大、顏色深，則吸收係數大。與其它材料相比，白色材料吸收係數值最小。
反射型銀幕要求反射係數大，透射係數儘量小。在同樣的光照條件下，反射係數越高，銀幕反射的光線就越多。幕面就越亮。透射型銀幕則要求透射係數儘量大，反射係數儘量小。
2、銀幕的亮度係數
銀幕的亮度係數rα，就是在同一照明條件和規定的觀察條件下，當入射光線沿銀幕法線方向時，在觀看銀幕一側與銀幕法線方向成α角方向的銀幕亮度bα與同樣條件下理想漫散幕的亮度bo的比值。即rα=bα/bo(5)
理想漫散幕是抽象的一種理想銀幕，即反射係數(或透射係數)為1，並且能將全部入射光能量以完全均勻的亮度反射(或透射)到半球空間內。
顯然，由式(5)看出亮度係數rα是角度α的函式，不同銀幕的亮度係數rα可用亮度係數特性曲線表示，它表明銀幕表面亮度係數根據觀察方向不同而變化的情況，如圖1。
(1)當銀幕是理想漫散銀幕時：bα=bo，rα=1。其特性曲線如曲線1所示。
(2)當銀幕是實際漫散銀幕時，亮度bα在近法較大幅度內與。α角無關，僅在α接近90度時，亮度才有所降低，其特性曲線如曲線2所示。所以漫散反射銀幕的光能量分配在一定範圍內是均勻的。觀看者在此範圍內觀看銀幕時，亮度大致相同。
(3)當銀幕是方向性漫散銀幕時，在銀幕法線(假定入射方向沿法線)方向的某個範圍內bα可以大於bo，因而rα＞1，但隨著α角的增大，bα不斷減小，rα則隨著不斷減小。當α超過一定值時，rα即小於1，其亮度特性曲線如曲線3所示。由於方向性漫散銀幕對入射的光能量在空間的.不同方向上重新分配，光線集中在某個方向上，其亮度係數大於1，但是這些方向上的亮度提高是依靠降低其它方向上的亮度來實現的，反射係數(或透射係數)並未超過1。
我們把亮度係數的最大值稱為銀幕的增益。漫反射銀幕典型的亮度增益值在0.8-1.0之間，而方向性漫散銀幕的亮度增益可以從1.4直到2.0，甚至更高。所以方向性漫散銀幕也稱增益銀幕。對於增益銀幕，我們不能只慮它的增益係數，還要考慮銀幕的亮度特性曲線是否平緩。低增益係數銀幕的亮度係數隨著角度的增大降低的幅度較小。高增益係數銀幕的亮度係數隨著角度的增大降低的幅度較大。也就是說，對於高增益銀幕，我們希望其亮度特性曲線越平緩越好。
經多年試驗和驗證，電影界已形成銀幕亮度標準，且被全世界採用。在smpte公佈的與影院放映影片有關的銀幕亮度標準中，規定銀幕中心亮度為16英尺朗伯(55cd/m2)。邊緣為12英尺朗伯(41.25cd/m2)。這是放映機上無影片執行、白光下所測得的銀幕亮度值。該標準同時指出銀幕中心亮度不宜過亮，也就是說不應有熱點(hot spotting)。通常，銀幕亮度取決於放映機發出的光流以及放映燈和銀幕之間的光損失，也就是反光鏡、鏡頭、放映窗玻璃所造成的光損失，以及從銀幕上反射光線的損失。
3、銀幕的散射角
散射角也稱為視角，是指亮度係數為rα=0.7 rαmax(ramax指該銀幕的增益)時的2a角稱為散射角，如圖1所示。散射角在選擇銀幕時是一個重要的光學引數，觀看者觀看銀幕時，應處於散射角範圍內，這樣才能獲得較為清晰、明亮的影象。一般來說銀幕的增益越大，散射角越小：增益越小，散射角越大。
4、銀幕的清晰度
銀幕畫面清晰度是放映質量的重要指標之一，是指銀幕上影像各細部影紋及其邊界的清晰程度。通常以解像力來表示，即每毫米可分辨的線條數，單位為線對毫米。解像力越高。並且銀幕中心和四周的解像力相差不大，則銀幕上的影象顯得越清晰。一般來說，銀幕的解像力達到50線對毫米就可以達到比較良好的影象清晰度。
三、常用的幾種銀幕
1、白色布幕、白色塑膠幕、布基塗塑幕
白色布幕由白布精漂而成l白色塑膠幕是由白色聚氯乙烯製成，布基塗塑幕是在幕基(布或其它織物)上噴塗一層白色聚氯乙烯或白色硫酸鋇塗料而成。這些銀幕都屬漫散反射式銀幕，光線反射柔和，亮度均勻，增益不高，對放映環境透光遮擋要求嚴，反射係數在0.7～0.85,散射角在140度左右。
2、金屬銀幕
金屬銀幕均屬方向性漫散反射銀幕，金屬銀幕可提供更大的輻射強度，就像鏡子反射光一樣，這種銀幕的亮度係數範圍較廣，一般在1.5～10之間。使用這種銀幕時應注意，增益越高，散射角越窄。該銀幕的缺點是密度不易做均勻，從而造成平整度受影響，因此，建議不要用這種材料製作太大的銀幕。
金屬銀幕分為鋁箔反光幕和銀粉幕。鋁箔反光幕是在幕基(如麻布、白細布、漆布、塑膠等材料)上噴塗一層鋁反射層或刷一層鋁粉漆。也可將鋁板表面腐蝕或噴砂形成白色無光澤表面。這種銀幕隨製作工藝不同，反射係數通常不超過0.65,亮度係數可在1.5～4.5之間，散射角一般不超過50度。銀粉幕是在幕基上均勻塗上銀粉使之反射投影光。
金屬銀幕中有一種稱為金屬光柵銀幕，它是在幕基上塗布一層含有增塑劑的白色聚氯乙烯，再塗含鋁粉的清漆，乾燥後在專門的機器中加熱到200度c，並壓出光柵網格。這種幕的散射角水平方向為1000,垂直方向為500,在此範圍內亮度係數平均為1.3，在法線方向為1.5。這個範圍內反射光佔全部反射光的81％，佔放映機有效光通量的52％，因而金，屬光柵銀幕光效高，均勻性好。
3、玻璃微珠幕
玻璃微珠幕是在幕基上塗一層白膠漆，然後再均勻噴上一層直徑為0.02～0.03mm的透明玻璃珠，經乾燥後而成。玻璃微珠幕屬於方向性漫散反射印幕，具有耐老化、不易褪色、色彩還原性好的優點，銀幕增益為2～4之間，幕前中心亮度為580e左右，反射係數0.75以下，散射角約為50度左右。此類銀幕玻璃珠直徑越大，散射角越小，亮度係數越大。這種銀幕不能摺疊，不能用手指、鋒利硬物碰觸幕面，否則容易造成汙痕和裂紋。
4、穿孔銀幕
通常放映時為了使聲音與畫面效果配合協調一致揚聲器最好放置在銀幕後的正中央處，這時就會影響聲音的高頻特性。為了提高聲音保真度，可使用穿孔銀幕。銀幕穿孔既要獲取最佳的聲學特性，又要使觀眾觀察不到幕孔。穿孔銀幕的構造是在幕面均勻打上很多小孔，一般孔的直徑在0.5－1.2mm之間，小孔之間應有5.5mm的間隔：小孔面積總和佔銀幕面積的2％～5％左右，這樣觀眾在觀看影像時看不到小孔。穿孔銀幕有不同的幕面構造。常見的有橡皮穿孔幕、塑膠穿孔幕、玻璃珠穿孔幕、金屬穿孔幕等。銀幕經穿孔後，其表面特性不變，只是改變了音響效果。穿孔銀幕因幕面有孔，透光較多，亮度將降低。
5、毛玻璃銀幕
屬方向性漫散透射銀幕，用毛玻璃製成，一般尺寸不大，方向性特別強，最大亮度係數可達13。
四、銀幕的選擇
銀幕型別、形狀和尺寸三個因素影響著銀幕上的影像。銀幕的選擇主要依據放映場所的實際情況，合理選擇銀幕的型別、銀幕的尺寸和銀幕的形狀。
1、銀幕型別的選擇
方向性漫散反射銀幕，由於亮度係數大，散射角小，所以適合用於窄而長的放映場所。對於寬而短的放映場所，則應選擇散射角大、亮度係數均勻的漫散反射銀幕，這種銀幕能使各個方位的觀眾都獲得滿意的視覺效果。對於無任何遮光條件而又明亮的放映場所，可考慮選擇透射式銀幕，其抗雜光干擾效能特別好。放映立體幻燈或電影，則必須選擇金屬銀幕，因為金屬銀幕的反射不改變光的偏振情況，其它材料的銀幕反射改變光的偏振情況。
2、銀幕形狀的選擇
銀幕的外形一般有長方形和正方形，長方形適用於電影放映，正方形適用於幻燈、投影放映，銀幕的寬高比例要適合於放映裝置顯示的影象比例。銀幕大小與影像格式的關係如表1所示
銀幕形狀還普遍認為應遵守漫反射銀幕為平面、增益銀幕為弧形這一準則。其理由是如果漫反射銀幕採用弧形設計，銀幕上相互之間由於光的散射會使亮度降低，而且有可能使對比度下降，所以漫反射銀幕通常為平面設計，增益銀幕弧深為弦長的5％(弦高比20：1)。弧形大的銀幕可容納更多的觀眾。所以，選擇弧形銀幕設計時推薦使用增益銀幕。
3、銀幕大小的選擇
銀幕尺寸是指銀幕對角線的長度，通常為幾十至幾百英寸。適宜的銀幕尺寸取決於使用的空間面積及觀眾座位的數量、位置的安排等因素。銀幕尺寸的選擇原則為銀幕寬度大約等於從銀幕到觀眾席最後一排座位距離的1/6，銀幕到第一排座位的距離應大於2倍銀幕的高度，銀幕底部應距觀眾席所在地面應為120釐米左右。
銀幕應在無塵、通風、乾燥、陰涼的環境中使用，如果幕面發黃，出現斑點，則是銀幕表面粘有灰塵和通風不良、室內溼度大等原因造成的。因此，要對銀幕進行定期保養和維修，對銀幕表面進行除塵處理。當銀幕表面粘有灰塵時，應用柔軟的布或軟毛刷輕輕的拂拭銀幕的表面，嚴禁用手直接接觸銀幕表面，對刷不下去的灰塵和雜物可用柔軟的毛刷蘸清潔水進行清洗，清洗不掉的痕跡可用中性洗滌劑擦洗，但不得過分用力，以免損壞銀幕表面的細微結構。注意不得用工業酒精和其他溶劑來擦拭銀幕。