JP2005202378A - 高コントラストフロントプロジェクションシステムおよび高コントラスト画像を投影する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高コントラストフロントプロジェクショタおよびスクリーンを提供する。
【解決手段】高コントラストフロントプロジェクションシステムは、複数の狭帯域周波数の光を反射するように構成された反射型スクリーンと、実質的に狭帯域周波数の光を放出するように構成されたプロジェクタと、を有する。狭帯域周波数は、反射型スクリーンが複数の狭帯域周波数の光の約９０％を反射するが他の周波数の光は１０％未満しか反射しないように、赤２０１、緑２０２および青２０３の色に中心を置く。
【選択図】図２

Description

この発明は、包括的にはプロジェクタに関し、特に高コントラストフロントプロジェクタおよびスクリーンに関する。

ＬＣＤベース、ＤＬＰベースおよびフィルムプロジェクタ等のさまざまなプロジェクタは、画像を表示するためにフロントプロジェクションスクリーンを使用する。フロントプロジェクタを用いる場合、観察者は、プロジェクションスクリーンのプロジェクタと同じ側にいる。

画像を投影するために、プロジェクタは、適当な色および強度の光をレンダリングする。「黒」の色をレンダリングするためには、プロジェクタは光を投影しない。その結果、スクリーン上の黒は、実際には、スクリーンに反射する任意の環境光によって生成されるあらゆる色である。他の色は、環境光と投影された色との合計によって生成される。

色を明瞭にかつ明るく見せるために、プロジェクションスクリーンは、通常、白または略白である。このため、すべての色が明瞭かつ明るく見える。しかしながら、環境光の強度が高い場合、スクリーン上に投影される黒の色は白に見える。それは、白が、明るく照らされた部屋におけるスクリーン自体の色であるためである。したがって、黒と白とで投影される画像は、実際には黒と白とに見えず、むしろくすんだ白と明るい白とに見える。人間の眼は最も明るく見える白に調整されるため、画像はおおよそ黒と白とに見えるが、画像が実際に真の黒と白とである場合よりコントラストが低い。

この問題に対処する一般的な方法は、観察している部屋の照明を消すというものである。たとえば、映画館は、通常、映画が上映されている時、室内が非常に暗い。その場合、スクリーン上の「黒」は実際に黒であり、「白」は白であり、２つの極端な色の間のコントラストは高い。

しかしながら、部屋を暗くすることが不都合な状況は多数ある。たとえば、会議中、部屋は通常、観衆が互いを見るためかつメモをとるために十分明るいことが必要である。これは、画像の黒が黒ではなく単なるくすんだ白となることを意味する。

同様に、家庭では、部屋を完全に暗くすることが不都合な場合が多い。これは特に、日中、かなりのレベルの暗さに達するために特別な日よけまたは窓のない部屋が必要である場合にあてはまる。

見かけのコントラストを増大させる１つの方法は、プロジェクションスクリーンの色を、たとえば白ではなくニュートラルなライトグレーの色に変える、というものである。この効果は、すべての色が、白のスクリーン上での色よりわずかに暗くなる、というものである。グレーのスクリーンにより、白は白の度合いが弱くなり、それは不都合であるが、同時に、黒はより暗く見えるようになり、それは有利である。

わずかにグレーであるスクリーンの場合、黒がより黒の度合いが強いことによって得られる利益は、白がよりグレーの度合いが強いことによる不都合より大きく、白のスクリーンと比較してコントラストが向上して見える。しかしながらそのグレーが暗くなりすぎると、白がよりグレーの度合いが強いことの不都合が、黒がより黒の度合いの強いことの利益より大きくなり、白のスクリーンに比較して画質が低下する。

図１は、従来の「広帯域」プロジェクションスクリーンの場合の色応答を示す。図１に示すように、「白」の光は、各周波数においておよそ等しい強度を有する可視光周波数の全範囲から構成される。人間の目が知覚する光の明るさは、曲線下の面積に関連する。すなわち、明るさは、各周波数における反射光の量の合計に関連する。

図１において、垂直軸に反射光の割合を示し、水平軸に周波数を示す。線１０１は、白のスクリーンの場合の反射率であり、線１０２は、グレーのスクリーンの場合の反射率である。図１に示すように、従来のスクリーンは、可視光の全周波数をおおよそ等しく反射する。ニュートラルグレーのスクリーンは、各周波数において従来のスクリーンほどは光を反射しない。

わずかにグレーのスクリーンのような手法を使用することはある状況に限ってしか有効でないため、明るくされた部屋でフロントプロジェクタを使用する場合に画像コントラストを向上させる必要がまだある。

高コントラストフロントプロジェクションシステムは、複数の狭帯域周波数の光を反射するように構成された反射型スクリーンと、実質的に狭帯域周波数の光を放出するように構成されたプロジェクタとを有する。

狭帯域周波数は、反射型スクリーンがそれら狭帯域周波数の光の約９０％を反射するが他の周波数の光は１０％未満しか反射しないように、赤、緑および青の色に中心を置く。

本発明は、明るくされた部屋で画像がスクリーンに投影される場合に、高コントラストを実現するために「狭帯域」プロジェクションスクリーンと対応する「狭帯域」プロジェクタとを利用する。この組合せの効果により、明るくされた部屋において、白の色が白の度合いを維持したまま、投影された「黒」の色がはるかに黒の度合いが強く見えるようにする。

図２は、本発明による狭帯域プロジェクションスクリーンの反射特性を示す。狭帯域スクリーンは、従来技術の場合のようにすべての可視周波数において光を等しく反射するのではなく、赤２０１、緑２０２および青２０３の色を中心とする３つの非常に小さい周波数帯域の可視光を反射する。他の周波数の光は十分には反射せず、またはまったく反射しない。たとえば、スクリーンは、これら３つの周波数帯域の光の９０％を反射するが、他の周波数の光は１０％未満しか反射しない。

従来の白のスクリーンは、通常、すべての周波数を等しく十分に反射する多くの小さいリフレクタ、たとえば粒状の石英を結合することによって作製される。

対照的に、図３に示すように、本発明による狭帯域スクリーン３０２で使用するリフレクタ３０１は、選択された狭帯域周波数の光のみを反射する。

別法として、図４に示すように、スクリーン４０１は、狭帯域周波数２０１〜２０３を除くすべての周波数を吸収するカラーフィルタ４０２によって覆われる。

狭帯域リフレクタ３０１およびフィルタ４０２を、複数の方法で構成することができる。１つの方法は、干渉フィルタを使用するというものである。これらを、非常に狭い周波数範囲でのみ反射または透過を行うように設計してもよい。別の手法は、ホログラフィを使用するというものである。たとえば、狭帯域リフレクタ３０１を、所望の狭帯域の光によってのみ照明される白の背景の反射カラーホログラムを作成することによって作製することができる。

通常、カラー画像プロジェクタは、赤の光と緑の光と青の光（ＲＧＢ）の組合せを投影することにより動作する。人間の眼における色の知覚は、３つの異なる種類の受容体のみに基づくため、プロジェクタにおいて単に３つの異なる色の強度の割合を変化させることにより広範囲の自然色をまねることが可能である。これは、カラー写真、カラープリント、カラーＴＶおよび色付きの画像をレンダリングする他の多くの技術に対する基本原理である。

図５は、白の画像を投影している通常の従来技術によるプロジェクタからの光の強度を示す。プロジェクタは、基本的なＲＧＢ周波数を広範囲の周囲の周波数とともに使用する。プロジェクタが使用する３つの基本ＲＧＢ色に対応する３つのピーク５０１〜５０３がある。人間の眼の特性により、図５の光は、白の光として見える。

図６は、白の画像を投影している本発明による狭帯域プロジェクタからの光の強度を示す。プロジェクタが使用する３つの基本ＲＧＢ色に対応する３つの狭いピーク６０１〜６０３がある。この光パターンもまた白の光に見える。

通常のプロジェクタは、プロジェクタが使用する光源を最も効率よく使用するために広範囲の光周波数を使用する、ということに留意すべきである。プロジェクタは、画像を生成するために、特に透過型ＬＣＤパネル、シリコン素子上の反射型液晶および複数のミラーデバイス等、多くの異なる技術を使用することができる。しかしながら、プロジェクタは主としてすべて、スペクトルの広い白の光を生成する、非常に明るいバルブである（高輝度直接放電（ＨＩＤ）バルブであることが多い）同様の光源を使用する。そして、この光は、投影のために利用可能な光のうちの可能な限り多くが使用されるように、広帯域フィルタを使用して赤、緑および青の光に分割される。これにより、所与のバルブワット数に対し投影される画像がより明るくなる。

本発明によるプロジェクタのフィルタは、狭帯域の赤、緑および青の光を生成する狭帯域フィルタであってもよい。しかしながら、これは、ＨＩＤバルブの非効率的な使用である。したがって、好ましい実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の狭帯域光源を使用する。ＬＥＤは、非常に狭い帯域の光を非常に効率的にもたらすことができる。赤、緑および青のＬＥＤの集まりを光源として使用することにより、本発明による狭帯域プロジェクタは効率的に白の光を生成する。

本発明による狭帯域スクリーンに環境白色光のみが反射される時、その環境光のわずかな部分のみが反射される。反射光は、入射した環境光の約１０％以下である。その結果、スクリーンは、明るくされた部屋でも黒く見える。これにより、投影された黒は、明るくされた部屋でも極めて黒の度合いが高く見える。

狭帯域プロジェクタが、狭帯域スクリーン上に画像をレンダリングする場合、入射光の略すべてが反射される。狭帯域プロジェクタと狭帯域スクリーンとにおける周波数帯域が適当に調整されると、狭帯域スクリーンによって反射された白は、従来のスクリーンに従来のプロジェクタで投影された画像と実質的に同程度に明るい。その結果、投影された黒は、従来のプロジェクタおよびスクリーンの場合より実質的に暗く、投影された白はわずかにくすむだけである。

投影された画像の外観を向上させるために、本発明による狭帯域スクリーンを従来のプロジェクタで使用することも可能である、ということに留意しなければならない。また、最適な性能を達成するために、プロジェクタによって放出される光とスクリーンによって反射される光との狭帯域周波数が、厳密に一致しなければならない、ということに留意しなければならない。

プロジェクションスクリーンによって反射される狭帯域と同じではない色を有する狭帯域部屋光を使用することにより、一層コントラストを増大させることができる。この場合、部屋の環境光は、部屋の光の強度レベルが高い場合であっても、狭帯域スクリーンによって反射されない。

本発明の精神および範囲内でさまざまな他の適応および変更を行ってもよい、ということを理解しなければならない。したがって、本発明の真の精神および範囲内にあるかかる変形および変更をすべて包含することが添付の特許請求の範囲の目的である。

従来技術によるプロジェクタスクリーンの反射率のグラフである。 本発明によるプロジェクタスクリーンの反射率のグラフである。 本発明による狭帯域プロジェクタスクリーンの図である。 本発明による狭帯域プロジェクタスクリーンの代替実施形態の図である。 従来技術によるプロジェクタによって生成される光のグラフである。 本発明による狭帯域プロジェクタによって生成される光のグラフである。

Claims (14)

1. 複数の狭帯域周波数の光を反射するように構成された反射型スクリーンと、
   実質的に前記複数の狭帯域周波数の光を放出するように構成されたプロジェクタと
   を具備する高コントラストフロントプロジェクションシステム。
2. 前記複数の狭帯域周波数は、赤、緑および青の色に中心を置く
   請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
3. 前記反射型スクリーンは、前記複数の狭帯域周波数の光の約９０％を反射するが、他の周波数の光は１０％未満しか反射しない
   請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
4. 前記反射型スクリーンは、前記複数の狭帯域周波数の光を反射するリフレクタでコーティングされる
   請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
5. 前記反射型スクリーンは、前記複数の狭帯域周波数以外の周波数の光を吸収するフィルタでコーティングされる
   請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
6. 前記プロジェクタは、透過型ＬＣＤパネルを使用する
   請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
7. 前記プロジェクタは、シリコン素子を使用する
   請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
8. 前記プロジェクタは、複数のミラーデバイスを使用する
   請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
9. 前記プロジェクタは、前記複数の狭帯域周波数に同調される発光ダイオードを使用する
   請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
10. 前記プロジェクタは、広帯域周波数を有する光を放出する
    請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
11. 前記フィルタは、干渉フィルタである
    請求項５に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
12. 前記干渉フィルタは、カラーホログラムとして構成される
    請求項１１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
13. 前記複数の狭帯域周波数以外の周波数の光を放出するように構成された環境光源をさらに具備する
    請求項１に記載の高コントラストフロントプロジェクションシステム。
14. 高コントラスト画像を投影する方法であって、
    狭帯域周波数を使用するプロジェクタにより画像を投影すること、
    前記複数の狭帯域周波数の光を反射するように構成されたスクリーンに前記画像を反射すること
    を含む高コントラスト画像を投影する方法。

Images