プロジェクタ

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プロジェクタとはディスプレイ装置の一種で、大型スクリーンなどに投影することにより表示する装置である。プロジェクタには色々な種類があるが、現在では、CRTや液晶を使い、画像を拡大して投影する装置のことをさすのが一般的である。

そのほかには、スライドを投影するスライドプロジェクタ、透明なシート上に書いた図版を投影する、オーバーヘッドプロジェクタ (OHP) などがある。

[編集] 概要

以下では、表示デバイスに表示された画像を投影する装置について述べる。

プロジェクタの始まりは、油膜を使い、油膜に電子ビームで画像を書き込み、油膜上の濃淡を表示させる、「アイドホール」(en:Eidophor)がある。この方式は、油膜が入射光(投影するための光)を物理的に振り分ける、言い替えれば変調する作用を行なう。このような作用を行なう機構のことをライトバルブ(光弁)という。

ライトバルブ方式のプロジェクタは、前述のアイドホールの他に、ボッケルス効果を利用した、電気光学結晶に対し、電子ビームを当てて濃淡映像を出す、フィリップス社のTitusというもの、液晶の背面から、CRTに写った画像を投影し、表面からあてた光が背面からの光を受けて偏光し、それを投影するものなどが開発された。

CRTを利用するプロジェクタは、1973年に発売されているが、単管式のものであった。3管式のものは1978年に発売され、画質や明るさが向上したため一般に使われるようになった。当初は高輝度ブラウン管の光量の問題から、周囲をほとんど光の無い環境（真っ暗闇）にする必要性があったが、後に改良され手元の新聞大見出し程度は何とか読める環境でも充分に200インチ程度の大画面に投射可能な製品が発売された。

1989年には液晶パネルに光を透過させて投射するタイプ（液晶プロジェクタと呼ばれる）が登場した。これは、先の、液晶の偏光作用を使うものではなく、液晶上の画素を直接電気的に制御して、画面を表示させるものである。液晶パネルの製造技術向上に伴い低価格化と高輝度化（明るい環境でも大画面に投射できる）が進み、また投射されるスクリーンも高機能化が進んだ結果、やや照明を落とした程度のホール（新聞の細かい文字も読む事ができる）においても利用できるようになってきている。特に液晶プロジェクタに関しては、目覚しい低価格化の結果、一般家庭においても普及が進み、ホームシアターといった設備が、中高年の裕福な層を中心に人気を集めている。

三管式プロジェクタは磁気の影響で映像が歪みやすいため、スピーカー等の音響機能は別に設置されるようになっていたが、液晶プロジェクタに関しては磁気の影響を受けないため、スピーカーやアンプを内蔵する機種も多く出回っている。

入力信号としては一般的なビデオデッキなどに見られるNTSC コンポジット（俗に云うビデオ出力）信号以外にもコンピュータで用いられてるアナログRGB信号も入力・投射可能な製品が作られており、企業会議等においてはプレゼンテーションソフトにより作成されたパソコン画面による動く解り易い資料を大画面に表示したり、家庭においては大画面でパソコンゲームを楽しむ事にも利用される。

なお、これら製品の広告上で機種比較の目安として頻繁に記述されるルーメン（光束）という単位は、投射される光の量と考えてもらえれば良く、これが大きいほど同じスクリーン上に明るい画像が、またはより大きなスクリーンに投射する事ができる。言い換えれば、大きい数字が記載されている機種の方が、より明るい環境でも利用できる事でもある。各機種毎の目安となる投射可能スクリーンサイズは、カタログ上に記載されているので、それらを参考にしてもらいたい。

写真を投影する箱

[編集] プロジェクタの動作方式

プロジェクタは、大きく分けて2つの動作方式がある。

[編集] CRT方式

CRT画面上、すなわち高輝度で発光している表示装置に表示された画像を、レンズを使って投影する方式である。スクリーンの前面から投影する方式と、背面から投影する方式がある。通常は3原色分のCRTを用意し、それぞれからの映像をスクリーン上で合成する。通常のカラーCRTのような、1つのCRTでカラー画像を出すCRTは使われない。単色のCRTが利用される。これは、カラーCRT内にあるシャドウマスクにより、光量が落ちてしまうためである。大型のプロジェクタの場合には、1つの色に複数のCRTを割り当てる場合もある。

[編集] ライトバルブ方式

光源からの光を、ライトバルブで変調し投影する方式である。ライトバルブをフィルムと思えば、映写機やオーバーヘッドプロジェクタと構造は同じである。ライトバルブが1つで3色に対応しているもの、1色づつ3つのライトバルブを用いて、その画像を合成するもの、透過ではなく、ライトバルブからの反射光を利用するものなど、いくつかの構造がある。大変よく使われている、液晶プロジェクタはこの方式である。

[編集] プロジェクタの種類

[編集] CRTプロジェクタ

図1:CRT方式のプロジェクタ

図2:前面投射型と背面投射型

CRTプロジェクタは、CRTに表示された画像を、光学系を使って拡大し、投影するプロジェクタである。大まかな構造は図1のようになる。3つの、3原色のモノクロCRT上に画像を表示し、それを拡大レンズで拡大し、スクリーン上に投影する。

CRTプロジェクタは、スクリーンの前面から投影する方式と、スクリーンの背面から投影する方式がある。図2に両者の大まかな概要図を示す。前面投射型は大きな場所での投影に使われるが、この方式は、液晶プロジェクタの進歩に伴い、あまり使われなくなって来ている。一方、背面投射型のプロジェクタは、家庭用の大型テレビの1つとして利用されている。リアプロとも略される。但し、リアプロも、CRTから液晶への移行が進んでいるため、全体として、CRTプロジェクタは衰退の方向にある

CRT方式は、他の方式にくらべ、以下の利点がある。

動きが滑らかで残像も少ない。
画面が発光しているため、明るい部分の輝きがよい。
解像度を変更しても画面にギザギザがでることがない。

しかし、以下のような欠点もある。

CRTの焼き付きが発生する
蛍光体や電子銃の寿命がある
構造上大きくなり、重い
消費電力が大きい

また、大型のプロジェクタは、ブラウン管が地磁気の影響を受ける事から、設置する場所や方角が変わる度に各発光管の映像調整をする必要がある上に、価格的にも数十万円～数百万円（当然、明るい映像を投射できる物ほど高価である）という価格のため、一般家庭には殆ど普及せず、行楽施設や企業向けといった限られた用途に利用される程度である。特に三原色に分解された映像を、スクリーン上で一つの映像に修正しなくてはならないため、任意の位置にスクリーンを設置するタイプでは、三色別々に存在するレンズのズーム・ピントをそれぞれ調整した上で、ブラウン管上に磁気の影響によって現れる映像の歪みを調整しなければ、きれいな映像を楽しむ事は出来ない。

この形式の物は長時間投射しても耐えうるため、現在でもゲームセンターの80～100インチ程度の大画面ゲーム機や飛行機内などに多く採用されているが、多くのCRTプロジェクタでは、映像のメンテナンスを怠るケースが多く、画面の隅などの映像がひどくぼやけたり色ズレを起こしている物もしばしば見受けられる。

[編集] 液晶プロジェクタ

液晶パネルを内蔵し、放電光を利用した非常に明るい光源ランプからの光を透過させ、これをレンズを使ってスクリーン上に拡大投射する。特に三管式プロジェクタのように複雑な調整を必要とせず、大抵はスライド映写機のようにズームとピントさえ調整すればすぐさま利用できるように設計されている。

これらは当初、液晶パネルの光の透過率の低さや、温度変化によって液晶の反応が変化するほか、パネルや光源ランプ、偏光板の寿命が短い事から、映画等の長時間視聴には向かず、短時間の使用に限定されていたが、この問題は最近の機種では解消している。

その一方、液晶パネルのマトリクス表示（方眼紙の升目を想像してもらいたい）によって画像を表現しているため、解像度が固定である事から、パソコンからの映像信号や一般のテレビ放送やビデオ・DVD等に利用されるNTSC、更には外国のテレビ受像機に利用されているSECAM/PAL、またハイビジョン等といった広範囲に渡る画面解像度の変更によって生じる差は苦手とする所で、近年では特殊な画像処理チップを内蔵する事でだいぶ改善されたとはいえ、異なる解像度の映像信号を入力した場合に不自然な画像のギザ付きが目立つなどの問題が発生する事がある。（なおこれらは一般家庭ではそれらの解像度変更を求める機会がまず無いため、あまり気にする必要が無いとも言える）

光源に高圧水銀灯などの放電光を利用する為、光源が厳密には固定されておらず、微妙に位置が揺らぐ（アークジャンプ）。一般にはリフレクタ、フライアイレンズ、インテグレータレンズなどの工夫で目立たなくしているが、揺らぎが大きくなると映像の明暗となって現れ、画質劣化の原因となる。ランプの寿命は比較的短く、寿命内であっても色調が変化する。LCDパネルは、ランプよりも長寿命であるものの、（主に偏光板の）劣化により色調が変化し、寿命を迎える。

[編集] DLPプロジェクタ

「DLP」とは「デジタル・ライト・プロセッシング」の頭文字をとった略語で、DMD（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いた映画やテレビなどの映像を表示するためのシステムを指す（米国 Texas Instruments 社の登録商標となっている。1987年。同社のラリー・ホーンベック博士が開発したDMDは、半導体上に独立して動く極小のミラーが約48万～200万個敷き詰められている。アリの足の大きさにも満たない超極小ミラーにランプ光をあて、鏡に反射した光をレンズを通してプロジェクタのスクリーン、リアプロジェクションテレビの画面に投影する仕組みになっている。

DLPの特徴として、「画像の信頼性・高精細性」「焼き付けや色あせがない」「深みのある濃厚な色彩」「非常に高いコントラスト比」などが挙げられ、スポーツやライブ・アトラクションなど動きの速い動画を高画質再生できる。

各画素が1ビットのデジタルであるが故に中間階調を表示するためには、フレーム階調を行う必要があった。そのため特に初期のものはチップの動作周波数の限界から動きの速い動画の場合カラーブレイキング等の現象を引き起こすことがあったが、現在は機器の設計／制御(6倍速駆動のカラーホイールなど)によって目立たなくなっている。

DMDはシリコンチップ上のマイクロミラーを動かすことで成り立っているが、劣化（主に温度条件）により徐々に動作角が浅くなり、結果としてドット欠けが発生する。（一般には、LCDパネルよりは長寿命である）

このほか、固定画素である点や放電系の光源の問題は液晶方式と同様である。

[編集] LCOSプロジェクタ

LCOSとはLiquid Crystal On Siliconの略であり、反射型液晶素子のことを言う。透過型LCDが配線の間に画素電極を持つという構造上開口率が低いのに対して、光を反射させる側に配線と電極を持つということで高い開口率を実現する理想的な液晶素子として、半導体や電気機器メーカー各社が古くから開発を行っていた。しかし、量産において歩留まりが悪くコストが非常に高いため、ビジネスとしては成り立たないという理由等で大半のメーカーはLCOS事業から撤退した。量産に成功したのは日本ビクターとソニーの2社だけであり、この2社から高級プロジェクタとして販売されている。なお、日本ビクターのLCOSをD-ILA（Directdrive Image Light Amplifier）といい、ソニーのLCOSをSXRD（Silicon X-tal Reflective Display）という。日本ビクターはD-ILA素子の外販も行っており、キヤノンからもD-ILAプロジェクタが販売されている。

液晶の配向膜に無機配向膜を使う（反射型の必然というわけではない）ことにより透過型液晶に比べ寿命が長いという特徴がある。ソニーは印加された電圧によって液晶の反射率を制御するアナログ駆動方式を全製品に採用している。ビクターはソニーと同様のアナログ方式に加えて、時分割のオン／オフの回数によって反射率を制御するパルス駆動方式とを製品によって使い分けている。一般的にはアナログ駆動の方が階調性も豊かで高画質だが、製品化に手間とコストがかかると言われている。

[編集] GLVプロジェクタ

GLVとはGrating Light Valveの略であり、回折現象を利用した反射型表示素子である。アメリカのSilicon Light Machinesが開発したもので、同社からのライセンスを受けたソニーが愛地球博にて出展した。

[編集] スクリーン

映像を投射されるスクリーンは旧来、ただの白いキャンバス布だったが、近年では表面に様々な加工をする事で光の反射量を増し、明るい環境でも視聴に耐える製品が出ている。ただし、プロジェクタから出る光は有限なので、各スクリーンの違いは、結局は素材の反射率とどの程度反射光に指向性を持たせるかによって異なることになる。特にプロジェクタの性能はスクリーンとの組み合わせによって決定される。ホームシアター用に関しては、くつろぎながら映画を鑑賞したい向きに併せて様々な製品が市販されており、スクリーンを高級な製品に交換するだけで、格段に明るく目に鮮やかな映像を楽しむ事ができる。

[編集] ホワイトスクリーン

最も基本的なスクリーン。表面に白い塗料が塗ってある布地か、エンボス加工された白いビニールシートが使われ、汚れに強く廉価である。

[編集] シルバースクリーン

銀色のスクリーンで、光の反射率が高い。ややコントラストがきつくなる傾向があるが、大画面にしてもきれいな映像を得やすい。廉価であるし汚れに対しては透過スクリーンと同じくらい強い。

近頃ではこのシルバースクリーンを応用した、明るい場所でも視聴可能な「外光吸収スクリーン」が発売されている。この製品は視聴位置、照明位置、プロジェクター光の入射角度、スクリーン設置位置などの環境を全て整えないと、スクリーンの性能を十分に発揮しない点がある。また、スクリーンの平滑性によって画面の明るさが均一に保たれているので、わずかでも生地に皺やたるみがあるとその部分が映像の明るさが異なり、映像に支障が出ることがある。視聴環境に制約が多いスクリーンである。

[編集] パールスクリーン

スクリーン表面に特殊な樹脂の加工をする事で、光の反射率を高くしている。色の再現性にやや難があるが、高い反射率の割には廉価である（そこそこ高価ではある）。汚れにも比較的強い。

[編集] ビーズスクリーン

スクリーン表面に細かいガラス粉末(ビーズ)が塗布してある。光の反射率や色の再現性は非常に良いが、触れるとビーズがはがれて劣化するため、掃除が出来ないので汚れに弱い。また塗布されているビーズの特性によって性能が向上する。非常に高価である。

[編集] 透過スクリーン

スクリーン後方から投射するための乳白色やグレー色の透明なビニール素材である。後方に奥行きがあって、なおかつその廻りを暗室にできる環境でないと利用できないが、光源と視聴側を一直線にできるため、明るい映像を得る事ができる。欠点はスクリーン強度が弱い事と設備的に大げさになりやすい事、また画面中央が極端に明るく、隅に行くほど暗く見えがちである事である。ビニールであるため汚れには強い。

また透過式スクリーンには、業務用としてリアプロジェクションテレビなどに用いられるアクリル素材のタイプもある。比較的平面性が高く、表面加工がしやすいので集光のためのフレネルレンズを加工したものがある。

最近では小型で高輝度なプロジェクターの普及に従い、店舗や博物館などのディスプレイを演出する方法の一部として様々な透過式スクリーンが使われている。例としてホログラムを用いたしたフィルムタイプのものや、液晶調光ガラスを応用したものがある。