1. 光學屏幕的焦距
屏幕焦距是光學背投幕一個比較特別和主要的參數,光學幕在制造過程中,背面的菲涅耳(Fresnel)透鏡以同心圓的方向進行切割,以控制光線的入射角度。如圖1所示,要想在背投幕上形成良好的圖像聚焦,對光源的距離就會有一定的限制范圍,在這范圍內投影,才能使圖像獲得良好的聚焦度和解析度,避免圖像模糊或重影。如果屏幕焦距與投影距離不吻合,透鏡切割的痕跡比較容易在畫面上作為一個螺旋條紋背景顯示出來,屏幕的四角突出更甚。
目前市面常見的光學背投幕多數為單一的焦距范圍(俗稱單焦幕),值得一題的是丹麥DNP的光學背投幕采取了多種優化技術,使客戶在設計方案時有更多的選擇以達到最佳的預期效果。為了給客戶在選擇投影機時有更多的余地,盡量不受屏幕焦距的限制,DNP的光學幕具備多種不同的焦距范圍(俗稱多焦幕),以適應不同焦距的投影機鏡頭,目前已經面市的焦距范圍幾乎覆蓋了0.7-2.2:1的所有鏡頭。
選擇正確的屏幕焦距對于表現最完美的光學背投效果至關重要,在大多數單層光學屏幕的安裝過程中,投影機的光線必須以正確的角度透射屏幕,再以垂直的角度分布光線,才能使屏幕亮度達到良好的均衡。投影距離與屏幕焦距一般存在三種情況,我們以下例的配置方案加以說明:Barco SLM-G5投影機,DNP NWA120″3200HC光學背投幕(屏幕焦距3200mm,投影距離2600mm-4500mm)。
第一種情況:屏幕焦距=投射距離(配置Barco TLD1.2:1鏡頭),利用Barco Lens軟件進行修正計算,投影距離=屏幕寬度(2438mm)×鏡頭焦距(1.2)=2964mm,很明顯投射距離與屏幕焦距3200mm很接近,投影機光線獲得垂直分布,能夠使屏幕亮度達到良好的均衡。
第二種情況:屏幕焦距<投射距離(配置Barco TLD1.6:1鏡頭),利用Barco Lens軟件進行修正計算,投影距離=屏幕寬度(2438mm)×鏡頭焦距(1.6)=3860mm,很明顯投射距離偏遠了屏幕焦距3200mm,投影機光線匯聚成比較窄角的分布,利用這種光學原理,當需要在比較小的會議室配備長焦鏡頭時,會議桌可以盡量的往屏幕方向靠近。
第三種情況:屏幕焦距>投射距離(配置Barco TLD0.8:1鏡頭),利用Barco Lens軟件進行修正計算,投影距離=屏幕寬度(2438mm)×鏡頭焦距(0.8)=2122mm,很明顯投射距離嚴重偏短了屏幕焦距3200mm,投影機光線擴散成比較廣角的分布,一般會出現很明顯的太陽效應(下圖所示)。設計單層光學背投系統時,屏幕焦距大于投射距離的方式在任何情況都不建議使用,這種情況應該把屏幕改成DNP NWA120″1850HC光學背投幕(屏幕焦距1850mm,投影距離1500mm-2600mm)。
2. 屏幕焦距與最佳視像點 我們分析了屏幕焦距與投影機鏡頭存在密切的光學關系,也知道屏幕焦距在任何情況下都不建議大于鏡頭焦距。事實上,鏡頭焦距允許控制在大于屏幕焦距的1.4倍之內。在此范圍之內,選擇不同焦距的投影機鏡頭會直接影響最佳視像點的觀看位置。我們通過下例兩種設計方案加以說明,條件是:Barco IQ-G350投影機,DNP NWA100″1850HC光學背投幕(屏幕焦距1850mm,投影距離1500mm-2600mm),離地110cm安裝。
第一種方案:要求在屏幕最近點獲得良好的亮度均衡,根據最近觀眾座位離屏幕距離應大于2倍圖像高度的法則,我們自然想到了圖像高度(1524mm)×2=3048mm,最短鏡頭焦距=屏幕焦距(1850mm)/圖像寬度(2032mm):1=0.91:1,顯然我們要配置Barco QVD0.85:1的短焦鏡頭,才比較吻合投影距離等于屏幕焦距可以獲得最大亮度均衡的原則,(下圖所示)觀眾與屏幕上緣和下緣的垂直夾角分別是13°和14°,一般從大于10°到30°度之間稱為人眼的有效視域,顯然符合這個準則。
第二種方案:要求在屏幕最遠點獲得良好的亮度均衡。有一個經驗值<