CN1407392A - 剧场视听系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种剧场视听系统，包括一个具有希望的曲率半径同时具有5－50％的表面反射率的球面银幕，以及一个定位在球面银幕的焦点的放映机。球面银幕的曲率半径对应于放映机的放映距离。从位于球面银幕的焦点的放映机放映的图像以水平方向从球面银幕反射。因此，观众可以观看到放映到银幕上的相当于惯用情况亮度5－50倍的图像。中置音箱布置在球面银幕的焦点上，从而使观众能够感受到如同直接从球面银幕发出的音响效果。这种视听系统可以有效地使用在立体电影剧场，高清晰度图像剧场，以及体育转播剧场和饭店剧场之类的观看高亮度图像的剧场。

Description

剧场视听系统

技术领域

本发明涉及一种剧场视听系统，特别是涉及一种使亮度、视觉真实感(visual presence)、和清晰度取得显著改进，把视觉真实感的范围扩展到整个银幕区域，并使观众体验到直接来自于银幕的音响效果的剧场视听系统。

背景技术

目前惯用剧场视听系统包括一个放映机，一个平面银幕，和一个安装在平面银幕后面的音响系统(audio system)。

参见图11所示，为一种惯用的立体视听系统。在图11中的惯用的立体视听系统包括一对放映机2，一对偏振镜4，分别对称地安装在放映机中的放映机镜头之前，并它们之间具有一个特定的角度，以及一个平面银幕11。观众通过具有希望偏振度的偏振眼镜5，可以看到从放映机2放映到平面银幕11上的立体图像。

每个偏振镜4的最大透射率是50％，典型的是在40％的水平。因此，仅有40％的从放映机发射出的光能够从偏振镜4透过，并到达平面银幕11上。此外，合成的光中又仅有40％能从观众配带的偏振眼镜5中透过。最后，观众只能看到具有放映光的16-25％亮度的很暗的银幕图像。

尽管有可能在右和左放映机放映的图像都具有很高的亮度的情况下看到立体图像，但是由于上面提到的亮度衰减的原因，目前尚不能实现。

因此，人们作了很大的努力来提高银幕亮度以使银幕能够放映出立体图像。

参考图1，示出了典型的摄影过程。图1中物体6的图像是通过摄影镜头7记录在胶片10或其它的图像记录介质上的。

物体6是一个具有实际体积的三维实体。但是，其三维图像被迫以平面图像的形式记录在平面的胶片表面10，平面图像是由根据摄影镜头7的折射率设计的摄影角度得到的。

如图2中所示，利用放映机的放映镜头8，将记录在胶片10上的图像连续地放映到一个平面银幕11上。然而，这种图像平面化处理恰恰是使所希望的视觉真实感变坏的主要原因。

经验表明，在剧场中特定座位上的观众会比坐在其它座位上的观众看到具有更佳视觉真实感效果的图像。

其原因参见图2中所示，入射到平面银幕11的上、下、左和右各区域的图像，以与入射角A相同的反射角B被反射。在这种情况下，观众能够感受到摄影角度的具有视觉真实感的区域，仅在反射角B的反向角的范围A内。因此，能够感受到视觉真实感的视野范围很窄，从而观众很难感受到满意的具有真实感的视觉效果。

如图3a中所示，入射到银幕的上、下、左和右各区域的图像以反射角B反射，从而使观众能看到的具有图像拍摄时捕获到的图像深度的视觉真实感的范围，仅在反射角B的反向角的范围A内。从图3b中可看出，反向角的范围A是如此的窄，以至它仅仅对应于两个座位。

为了扩大由反射角B引起的具有视觉真实感的狭窄的范围，目前可以采用的一种方法是通过最大化散射效果来提高图像的均匀性。但是，在样，需要将银幕的反射率减小到0.9-1.2％。因此，银幕仅能够在黑暗的房间中使用，而观众则无法看到所希望的图像深度。

增益(Gain)是一个表示银幕亮度的单位，同时也表示平面银幕11的表面反射率。已知1Gain等于1％的反射率。

最近随着数字通信技术的发展，经常要在剧场中进行如体育比赛和现场音乐会等的电视转播。但是，由于银幕太暗(银幕的亮度太低)，因此无法在一般的剧场中所采用的银幕亮度下观看这些内容。

在低的银幕亮度下，无法获得满意的图像深度和希望色彩重现。例如，白天的景象可能看起来像夜晚。由于对比度低，色调看起来几乎没有差别。因而很难清楚地显示图像。

在电影领域中，为了增加的图像深度，已进行过多种尝试以提高亮度。但是，除了增强放映机的光源外，还没有找到其它更好的方法。

特别是，在银幕与座位之间的距离很短的情况下，比如，在小剧场中，银幕清晰度将变得很差，因而无法在小剧场中放映带有视觉真实感效果的数字图像。

用作剧场音响设施的杜比系统是由多个声道构成的。

以5.1声道的杜比系统为例，采用两组音箱作为前置和后置立体声音箱，布置了一个用作低音音响效果的低音音箱。演员的话音和其它声音则从中置音箱3输出。

来自中置音箱3的声音与整个图像的立体效果紧密相关。在图4所示的惯用电影剧场系统中，中置音箱3放置在平面银幕11的后面。在这种布置中，在平面银幕11上打了许多透孔9，以便使声音从中置音箱3穿过孔9并向前传送。

从而，使银幕的表面变得粗糙，因此破坏了银幕的清晰度和反射率，使银幕的亮度变得更低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是要提供一种剧场视听系统，这种视听系统能够根据银幕获得的图像深度将视觉真实感的范围扩大到剧场的所有座位，并将银幕的亮度增大至少5倍，以便实现立体电影放映，使得观众能够在明亮的地方观看图像，从而能够在剧场中的银幕上放映转播的体育节目、现场音乐会等，并在剧场中，将银幕的表面清晰度提高至少5倍，从而能够在小型剧场近距离的情况下放映清晰的图像，并且使从中置音箱3发出的声音，给观众以一种直接来自于银幕的效果。

本发明的一种剧场视听系统包括：一个具有希望的曲率半径同时具有5-50％的表面反射率的球面银幕；至少一个位于球面银幕的焦点的放映机，放映机包括胶片放映机或液晶显示放映机；沿球面银幕的水平长度布置的座位。借此，球面银幕将从位于球面银幕的焦点的放映机放映的图像，以水平方向反射，从而使观看图像的视野增大到对应于球面银幕尺寸的反向角度范围。

附图说明

图1为说明惯用摄影过程的示意图；

图2为惯用的将图像放映到平面银幕的示意图；

图3a和3b分别表示在目前惯用情况下视觉真实感的范围的示意图；

图4为典型的剧场中使用的声频系统和银幕的示意图；

图5为应用本发明的视听系统的剧场的俯视图；

图6为应用本发明的视听系统的剧场的侧视剖视图；

图7为本发明的球面银幕的光学系统示意图；

图8为本发明的球面银幕的光学系统平面示意图；

图9为本发明的音响系统的平面示意图；

图10为表示本发明的球面银幕的立体深度的平面示意图；

图11为本发明的立体图像放映的视听系统的配置的平面示意图。

具体实施方式

下面结合附图的进行详细说明，以便对本发明的目的、特征和其它优点有更清楚的了解。

图5和6分别是表示应用本发明的视听系统的剧场的俯视图和侧视剖视图。如图5和6中所示，球面(凹面)银幕1如下面说明的布置在剧场的前壁上。放映机2定位在球面银幕1的焦点F1上。中置音箱3分别布置在放映机2的两侧。

如图6中所示，座位13沿球面银幕1的水平长度D横向布置，同时沿球面银幕1的垂直长度D1垂直地布置。

适当地确定音箱的各自位置。

根据本发明，其所使用的放映机2可以是一个胶片放映机，一个诸如DVD、VOD之类的数字电子媒体，一个能够接收卫星广播的液晶放映机，或一个DLP放映机。

在本发明中，球面银幕1的光学构造，球面银幕1与放映机2之间的光学关系，以及球面银幕1与中置音箱3之间的光学关系都是十分重要的。

为了获得更好的立体效果或图像深度，需要增强银幕的亮度。银幕的亮度与银幕的反射率成正比。

在这方面，本发明将银幕1的表面S的反射率设置为5-50％。

当银幕表面S的反射率低于5％时，反射光的量很小，因而本发明中所需银幕的光学性能将很差。当银幕表面S的反射率大于50％时，银幕的方向性将非常高，而使观看角度和对比度减小了。

银幕的反射率是通过控制银幕表面S的反射率的方式来进行控制的。例如，涂覆了一层如铝的反射材料的反射表面的反射率是由反射表面的表面粗糙度(颗粒尺寸)决定的。

下面参考一个例子以便更加详细地说明。

首先用一种磨料抛光玻璃表面，然后在抛光的表面上沉积一种如铝一类的反射材料，这样就形成了一个反射表面。

按照这种方式，如果要做一个具有大约1％的反射率的反射表面，此为典型银幕的标准，首先需要用一种50-90目(mesh)的金刚砂作为磨料抛光玻璃表面以获得50-90目的表面粗糙度，然后，在它的表面上沉积一层诸如铝的反射材料。而为了获得具有的100Gain的表面颗粒尺寸的反射镜，通常使用具有大约3,000目的磨料。

通常，银幕的表面颗粒度与反射率(Gain)指数之间具有如下关系：

                        表

      表面颗粒度(目)           Gain反射率(％)

       3,000-1,500                 100-50

        1,500-750                   50-25

         750-375                   25-12.5

         375-180                    12.5-6

         180-90                      6-3

          90-50                      3-1

提供这个例子仅用作说明的目的，并且表面颗粒尺寸与反射率指数之间的关系还依赖于反射表面的材料和使用的磨料的性质。

根据本发明，考虑到抛光过程和磨料的性质，将银幕表面S的反射率调节到5-50％。反射率可以通过一个照明装置被简单测量。

但是，提供银幕表面的反射率并不总能确保改善银幕功能。

例如，在图2所示的平面银幕的情况下，当提高平面银幕中的银幕表面的反射率时，观众仅仅能看到由放映角度A的反射角度B形成的区域A内的有限图像。

为了解决上述问题，将银幕构造成一种如图7和8中所示的球面(凹面)形状。

但是，仅仅把银幕做成球面的形状并不能保证看到所希望的完整的图像。

也就是说，仅能看到从银幕的一个特定部分所反射的图像，或观看区可能变得很窄，除非在银幕的球面表面与放映机2的放映位置之间建立起一种必要的光学关系，比如球面银幕的焦距F等于放映机2的放映距离。

因此，将球面银幕1的曲率半径R设置到放映机2的放映距离的两倍。

例如，在放映机2的放映距离是16.5英尺(5m)的情况下，将球面银幕1的曲率半径R设置到33.1英尺(10m)(10,000m/m＝10,000R)。

原因在于，球面银幕1的曲率半径R与球面曲率R的焦距F之间的数学关系为如下公式：F＝R/2。

当放映机2在如图5至7中所示，布置在球面银幕1的焦点F上，将图像放映到球面银幕1上时，入射到球面银幕1上的图像沿水平方向从球面银幕1反射。也就是说，这里没有像在平面银幕的情况下形成以反射角B的反射，因为反射角B的偏移是由入射角A决定的。在根据本发明的布置中，如图7中所示，建立了引起水平反射的水平反射角C。因此，观众可以看到对应于水平反射角C的反向角的范围E的图像，从而他们可以看到放映到银幕的整个部分上的，具有视觉真实感的图像的完整画面。

与平面银幕11不同，位于球面银幕1的焦点F1位置的放映机2放映的图像由球面银幕1水平反射。也就是说，没有在平面银幕11的情况下形成的对应于反射角B的反射。因此，观众可以看到观看角度与如图1所示的图像拍摄时的摄影角度相同的，以球面图像形式放映到整个球面银幕1上的具有视觉真实感的图像的完整画面。

位于球面银幕1的横向长度D内的观众也可以观看到放映到球面银幕1上的图像。与此同时，通过与图1中所示的摄影角度相同角度的被扩大了的观看角度，和球面银幕的凹面深度，所有座位中的观众可以体验到具有视觉真实感的图像。

如图10中所示，与图像放映到假想平面屏幕14的情况相比，从放映机2放映到球面银幕1上的图像由于球面银幕1的曲率深度(curvature depth)，H，被放大了，这里的曲率深度是指球面银幕1的表面与放在同一位置的假想平面银幕14之间的距离，因此，可以获得更强的立体效果。

接下来，说明本发明的剧场音响系统。

球面银幕1的表面S十分精密，需要具有5-50％的反射率。因此，如果在球面银幕1上打上如在图4中所示的典型平面银幕11上的那样的孔9，则将造成画面质量的破坏，使得观众不能看清银幕图像。因此，在本发明中不能在银幕表面S上打孔或做其它修改。

众所周知，音箱发出的声波，除了速度之外，具有与光相同的折射和反射特性。

参考图9所示，中置音箱3分别放置在位于球面银幕1的焦点F1上的放映机2的左右两侧。

根据这种布置，来自每个中置音箱3的声音被球面银幕1的表面直接反射，因而观众可以体验到如同直接来自银幕的声音效果。

当打算放映具有视觉真实感效果的图像时，可根据如图11中所示那样，将多个放映机2布置在本发明所示的范围内。

下面参考图5和6，说明本发明的一个实施例。

实施例：

1)球面银幕1的尺寸：12.4英尺(375cm)(水平)×5.29英尺(160cm)(垂直)(2.35∶1)，银幕尺寸：对角线185”；

2)球面银幕1的表面反射率S：20％(20Gain)；

3)当图像从放映机2放映到对角线尺寸为185”的球面银幕1上时的放映距离F：19.8英尺(6m)；

4)球面银幕1的曲率半径R：39.6英尺(12m)(12,000R)；

5)球面银幕1与放映机2之间的距离F1：19.8英尺(6m)；

6)球面银幕1与每个中置音箱3之间的距离：19.8英尺(6m)；

7)座位13沿其水平布置的水平长度D：12.4英尺(376cm)；

8)座位13沿其垂直布置的垂直长度D1：5.29英尺(160cm)。

一般剧场中所采用的典型银幕的长宽比率即为2.35∶1，因此，该球面银幕1是一个对角线长度为185”的大尺寸银幕。

球面银幕1的银幕表面S的反射率是20％(20Gain)，对应银幕表面S的5-50％的反射率，并且比典型银幕亮20倍。

由于球面银幕1的曲率半径R是39.6英尺(12m)(12,000R)，而放映机2的放映距离F是19.6英尺(6m)，球面银幕1的焦距等于放映距离F。因此，通过将放映机2定位在球面银幕1的焦点F1，能够使入射到球面银幕1上的图像以水平方向反射。

由于中置音箱3布置在球面银幕1的焦点F1，所以来自中置音箱3的声音也以朝向观众的水平方向从球面银幕1反射。从而，得到了直接从银幕1发出声音的效果。

球面银幕1的水平长度是12.4英尺(3.76m)，可以把6个座位排成一排，也就是说，每个座位占据2英尺(60cm)的宽度。由于根据本发明的银幕1的方向性很高，所以最大观看长度可以延伸到330英尺(100m)，因此，如果在剧场中提供10-40排，那么可以放置60-240个座位。

此外，由于银幕1的银幕表面S在具有375目的表面颗粒度时具有20Gain，因而可以达到相当于目前惯用银幕的4倍的高清晰度，惯用银幕在具有90目的表面颗粒度时，具有1Gain。因此，即使将观众与银幕的距离再拉近75％也能观看到立体图像。

由以上的说明可知，本发明提供的剧场视听系统，包括一个具有5至50％的反射率的表面S同时具有希望的曲率半径的球面银幕1，和一个放置在球面银幕1的焦点上的放映机2，从而使从放映机2入射到球面银幕1上的图像能够以水平方向从球面银幕1反射。因此，本发明的视听系统使观众能够在相当于惯用银幕的亮度的5-50倍的亮度观看图像。

如图10中所示，球面银幕1具有与平面银幕相比更大的银幕面积，因为它具有希望的曲率半径。更具体地讲，放映到球面银幕上的图像具有由球面银幕1的曲率所决定的球面银幕1的曲率深度H的图像深度。此外，本视听系统中所使用的镜头也提供了一种幻觉效果。因此，得到了更强的立体效果。

通过减小放映机2的放映距离，和相应地减小球面银幕1的曲率半径R，可以得到增大的图像深度效果。当然，在这种情况下，应当使用与减小了的放映距离相匹配的放映机镜头。

同样，在这种情况下的球面银幕1和放映机2的光学布置也属于本发明的概念范畴。

如图11中所示，本发明的视听系统可以使用两个放映机2分别将图像放映到球面银幕1的左和右部分，以便实现三维(3D)电影放映。在本发明中的情况下，增强了放映的左和右图像的3D效果。因此，本视听系统显著增强了的3D效果。

因此，根据本发明的视听系统，观众可以在相当于目前惯用视听系统所使用亮度的5-50倍的银幕亮度下观看3D图像，而在普通的银幕中，仅利用了放映光的16％。因此，本发明的视听系统使得能够在更亮的环境中观看银幕上的体育节目、现场音乐会转播等的转播。此外，该视听系统还可以将安装了这种视听系统的剧场改造成饭店剧场形式。

根据本发明，银幕1具有球面银幕结构，并且座位是沿球面银幕1的水平长度D布置的，以便将具有视觉真实感的范围扩大到对应该球面银幕1的整个区域，与之相比，现有的银幕由于使用了平面银幕，因而仅提供了有限的视觉真实感范围。并且根据本发明，其位置与图像的立体效果密切相关的中置音箱3定位在球面银幕1的焦点F1上。在这样的布置中，从中置音箱3发射的声音在球面银幕1的表面S以水平方向反射，从而不必制造穿过球面银幕1的通孔9就能够感受到直接来自于球面银幕1的音响效果，。

因此，本发明的视听系统有效的使用在可以在放映数字图像的数字剧场，如多用途剧场、学校和工作地点的剧场及饭店剧场那样的小型剧场中。

尽管为了说明的目的披露了本发明的优选实施例，但是熟悉本领域的人员应当知道，可以进行各种修改、增加和替代，而不脱离权利要求中定义的本发明的范围和精神。

Claims (3)

1、一种剧场视听系统，包括：

一个具有希望的曲率半径同时具有5-50％的表面反射率的球面银幕；

至少一个定位在球面银幕的焦点上的放映机，放映机包括胶片放映机或液晶显示放映机；和

沿球面银幕的水平长度布置的座位；

借此，使从位于球面银幕的焦点的放映机放映的图像以水平方向从球面银幕反射，从而使观看图像的视野增大到对应于球面银幕尺寸的反向角的范围。

2、根据权利要求1所述的视听系统，其中至少一个放映机包括多个用于放映立体图像的放映机。

3、根据权利要求1或2所述的视听系统，进一步包括：

至少一个布置在球面银幕的焦点的中置音箱，借此，球面银幕反射放映图像的同时反射从中置音箱发出的声音。

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