光学背投屏幕焦距与光程分布的关系

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1、1. 光学屏幕的焦距    屏幕焦距是光学背投幕一个比较特别和主要的参数，光学幕在制造过程中，背面的菲涅耳（Fresnel）透镜以同心圆的方向进行切割，以控制光线的入射角度。如图所示，要想在背投幕上形成良好的图像聚焦，对光源的距离就会有一定的限制范围，在这范围内投影，才能使图像获得良好的聚焦度和解析度，避免图像模糊或重影。如果屏幕焦距与投影距离不吻合，透镜切割的痕迹比较容易在画面上作为一个螺旋条纹背景显示出来，屏幕的四角突出更甚。    目前市面常见的光学背投幕多数为单一的焦距范围（俗称单焦幕），值得一题的是丹麦DNP 的光学背投幕采取了多种优化技术，使客

2、户在设计方案时有更多的选择以达到最佳的预期效果。为了给客户在选择投影机时有更多的余地，尽量不受屏幕焦距的限制，DNP 的光学幕具备多种不同的焦距范围（俗称多焦幕），以适应不同焦距的投影机镜头，目前已经面市的焦距范围几乎覆盖了0.7~2.2：1的所有镜头。    选择正确的屏幕焦距对于表现最完美的光学背投效果至关重要，在大多数单层光学屏幕的安装过程中，投影机的光线必须以正确的角度透射屏幕，再以垂直的角度分布光线，才能使屏幕亮度达到良好的均衡。投影距离与屏幕焦距一般存在三种情况，我们以下例的配置方案加以说明：Barco SLM-G5投影机，DNP NWA120

3、″ 3200HC光学背投幕（屏幕焦距3200mm，投影距离2600mm~4500mm）。    第一种情况：屏幕焦距=投射距离（配置Barco TLD1.2:1镜头），利用Barco Lens软件进行修正计算，投影距离=屏幕宽度（2438mm）×镜头焦距（1.2）=2964mm，很明显投射距离与屏幕焦距3200mm很接近，投影机光线获得垂直分布，能够使屏幕亮度达到良好的均衡，见下图：    第二种情况：屏幕焦距<投射距离（配置Barco TLD1.6:1镜头），利用Barco Lens软件进行修正计算，投影距离=屏幕宽度（2438mm）×镜头焦距（1.6）

4、=3860mm，很明显投射距离偏远了屏幕焦距3200mm，投影机光线汇聚成比较窄角的分布，利用这种光学原理，当需要在比较小的会议室配备长焦镜头时，会议桌可以尽量的往屏幕方向靠近，见下图：    第三种情况：屏幕焦距>投射距离（配置Barco TLD0.8.:1镜头），利用Barco Lens软件进行修正计算，投影距离=屏幕宽度（2438mm）×镜头焦距（0.8）=2122mm，很明显投射距离严重偏短了屏幕焦距3200mm，投影机光线扩散成比较广角的分布，一般会出现很明显的太阳效应（见下图）。设计单层光学背投系统时，屏幕焦距大于投射距离的方式在任何情况都不建

5、议使用，这种情况应该把屏幕改成DNP NWA120″ 1850HC光学背投幕（屏幕焦距1850mm，投影距离1500mm~2600mm）。 2. 屏幕焦距与最佳视像点    我们分析了屏幕焦距与投影机镜头存在密切的光学关系，也知道屏幕焦距在任何情况下都不建议大于镜头焦距。事实上，镜头焦距允许控制在大于屏幕焦距的1.4倍之内。在此范围之内，选择不同焦距的投影机镜头会直接影响最佳视像点的观看位置。我们通过下例两种设计方案加以说明，条件是：Barco IQ-G350投影机，DNP NWA100″ 1850HC光学背投幕（屏幕焦距1850mm，投影距离1500mm

6、~2600mm），离地110cm安装。    第一种方案：要求在屏幕最近点获得良好的亮度均衡，根据最近观众座位离屏幕距离应大于2倍图像高度的法则，我们自然想到了图像高度（1524mm）×2=3048mm，最短镜头焦距=屏幕焦距（1850mm）/图像宽度（2032mm）：1=0.91：1，显然我们要配置Barco QVD0.85：1的短焦镜头，才比较吻合投影距离等于屏幕焦距可以获得最大亮度均衡的原则，如下图所示，观众与屏幕上缘和下缘的垂直夹角分别是13?和14?，一般从大于10?到30?度之间称为人眼的有效视域，显然符合这个准则：    第二种方案：要求在屏

7、幕最远点获得良好的亮度均衡。有一个经验值是最远观众座位的距离不超过4倍屏幕的高度。因为涉及到光学屏幕的焦距问题，丹麦DNP公司有另外一个参考公式：     我们先偿试配置Barco QVD1.3~1.8的变焦镜头，取最小焦距代入上述的公式可得：    如下图所示，投影距离2.504m是屏幕焦距1.850m的1.35倍，仍然符合镜头焦距允许控制在大于屏幕焦距的1.4倍之内的准则，只是观众与屏幕上缘和下缘的垂直夹角收窄到了6度，这也是建议光学背投屏幕到到最远观众座位的距离不超过4倍屏幕高度的依据之一：3. 折射投影距离的计算    光学背投屏幕是目前大屏幕显示

8、系统最顶尖的技术之一，但存在需要配备一个专用投影暗房而造成浪费建筑