投影スクリーン

映写スクリーンは、観客の視界に投影された画像を表示するための表面と支持構造からなる設備である。映写スクリーンは、映画館のように壁に恒久的に設置される場合もあれば、筐体内に引き込まれる巻き取り式の映写面を使用して天井に取り付けたり設置したりする場合（電動式または手動式）、壁に塗装される場合もあり、^{[1] 、}会議室やその他の専用ではない鑑賞スペースのように三脚や床昇降式モデルを使用して持ち運びできる場合もある。別の一般的な持ち運び可能なスクリーンのタイプは、屋外映画上映（野外映画館）用の膨張式スクリーンである。^[2]

画像の変色を避けるため、ほとんどの場合、均一な白またはグレーのスクリーンが使用されますが、スクリーンの最適な明るさは、周囲の光のレベルや画像ソースの発光パワーなど、さまざまな変数によって決まります。画像を投影する光学系と、画像生成の必要な幾何学的精度に応じて、平面スクリーンまたは曲面スクリーンが使用されますが、平面スクリーンの方が一般的です。スクリーンは、さらに前面投影または背面投影用に設計できますが、より一般的なのは、画像ソースが観客と同じ側のスクリーンにある前面投影システムです。

デジタルプロジェクター、映画プロジェクター、オーバーヘッドプロジェクター、スライドプロジェクターで使用するためのスクリーンにはさまざまな市場がありますが、それぞれの基本的な考え方はほぼ同じです。フロントプロジェクションスクリーンは、スクリーンに投影された光を拡散反射するのに対し、バックプロジェクションスクリーンは、スクリーンを通過する光を拡散透過する仕組みです。

商業映画館のスクリーンは反射面であり、アルミニウムコーティング（中程度の周囲光で高コントラストを実現）または小さなガラスビーズが入った白い表面（暗い状況で高輝度を実現）のいずれかです。また、スクリーンには、スピーカーやサブウーファー（多くの場合、スクリーンのすぐ後ろにある）との間で空気のやり取りを可能にするために、均等間隔で数百個の小さな穴が開いています。

固定式壁掛けスクリーンは形状を完璧に維持するため、画像形状の正確な再現が求められる用途に適しています。このようなスクリーンは、プルダウン スクリーンとともに ホーム シアターでよく使用されます。

プルダウン スクリーン (手動壁面スクリーンとも呼ばれます) は、恒久的に設置するスクリーンではスペースが大きすぎる場所でよく使用されます。通常、塗装された布地が使用され、使用しないときはスクリーン ケースに巻き込まれ、スクリーンを使用していないときに目立たないようにします。

固定フレーム スクリーンは、スクリーン表面に最大限の均一な張力を与え、最適な画質を実現します。スクリーンをケース内に埋め込む必要のないホーム シアターやプロフェッショナル環境でよく使用されます。

電動スクリーンは、壁掛け、天井取り付け、または天井埋め込み式にすることができます。これらは通常、大型スクリーンですが、ホームシアター用としても使用できます。電動スクリーンはプルダウン スクリーンに似ていますが、スクリーンを手動で引き下げるのではなく、電動モーターでスクリーンを上げ下げします。電動スクリーンは通常、リモコンまたは壁掛けスイッチを使用して上げ下げしますが、プロジェクターによっては、スクリーンに接続してプロジェクターの電源を入れると自動的にスクリーンを下げ、プロジェクターの電源を切ると自動的にスクリーンを上げるインターフェイスが装備されているものもあります。

切り替え可能な投影スクリーンは、不透明と透明を切り替えることができます。不透明状態では、スクリーンに投影された画像を両側から見ることができます。店舗の窓での広告に最適です。

モバイル スクリーンは通常、フリー スタンドに取り付けたプルダウン スクリーン、または重り付きのベースから引き上げるスクリーンを使用します。これらは、スクリーンを壁や天井に取り付けることが不可能または非現実的な場合に使用できます。

移動式および永久設置型のプルダウン スクリーンは、張力のあるタイプと張力のないタイプの 2 種類があります。張力のあるモデルでは、生地を平らで動かないようにしますが、張力のないモデルでは、スクリーンの生地がサポート構造から自由に垂れ下がっています。後者のスクリーンでは、室内に空気の流れがあると、生地が動かずにいることがほとんどなく、投影された画像に不完全な部分が生じます。

特殊スクリーンは、これらのカテゴリのいずれにも該当しない場合があります。これらには、非固体スクリーン、膨張式スクリーンなどがあり、自宅で安価に作ることができます。詳細については、それぞれの記事を参照してください。

ホームシアタースクリーンで最もよく引用される特性の1つはゲインです。これは、スクリーンに垂直に向けられて反射された光を測定した場合の、炭酸マグネシウム、二酸化チタン、^[3]、または 硫酸バリウムでコーティングされたスクリーンと比較した光の反射率の尺度です。二酸化チタンは明るい白色ですが、投影軸に平行な光をより多く反射し、軸外の光を少なくする材料を使用することで、より大きなゲインを実現できます。

さまざまな素材のゲイン レベルは、ライト グレーのマットスクリーンの 0.8 から、反射率の高いガラス ビーズ スクリーンの 2.5 まで、頻繁に引用されます。非常に高いゲイン レベルは、鏡面を使用するだけで達成できますが、その場合、観客はプロジェクターの反射を見るだけになり、スクリーンを使用する目的が達成されません。ゲインの高いスクリーンの多くは、単に半光沢であるため、より鏡のような特性、つまり、スクリーンの明るい「ホット スポット」、つまりプロジェクターのレンズの拡大された (そして非常にぼやけた)反射を示します。この「ホット スポット」がいつから目障りになるかについては意見が分かれますが、ほとんどの視聴者は、テスト画像を提示されて明るさの変化を探すように求められない限り、画像の明るさが 30% も異なることに気付きません。これは、人間が細かい部分のコントラストに対しては敏感ですが、画面の半分ほどの明るさの変化に対しては敏感ではないためです。ゲインの高いその他のスクリーンは、半再帰反射型です。鏡とは異なり、再帰反射面は光を光源に向かって反射します。再帰反射高ゲイン スクリーンでは、ホット スポットの問題はそれほど発生しません。ゲイン測定に使用される垂直方向では、鏡の反射と再帰反射は区別がつかず、このため高ゲイン スクリーンの動作に関する混乱が生じています。

スクリーン ゲインに関する 2 つ目のよくある混乱は、グレー色のスクリーンで発生します。スクリーンの素材がざっと​​調べたところグレーに見える場合、その全反射率は 1 よりはるかに小さいです。ただし、グレー色のスクリーンの測定ゲインは 1 または 1 よりはるかに大きい場合があります。グレー色のスクリーンの幾何学的動作は、ゲインが同じ白色スクリーンの幾何学的動作とは異なります。したがって、スクリーン アプリケーションでは幾何学が重要なので、スクリーンの素材は少なくともゲインと全反射率で指定する必要があります。全反射率の代わりに、「幾何学的ゲイン」(ゲインを全反射率で割った値) を 2 番目の仕様にすることができます。

スクリーンの曲率、プロジェクターの配置、座席の配置が適切に設計されていれば、曲面スクリーンは、目に見えるホット スポットを生じさせることなく、高い反射率を実現できます。この設計の目的は、スクリーンが投影された光を観客に反射させ、実質的にスクリーン全体を巨大な「ホット スポット」にすることです。反射角度がスクリーン全体でほぼ同じであれば、邪魔になるアーティファクトは形成されません。

半鏡面反射性の高ゲイン スクリーン素材は、天井に取り付けられたプロジェクターのセットアップに適しています。これは、光の強度が最大で、入射角と等しく反対の角度で観客に向かって下向きに反射されるためです。ただし、観客の片側に座っている観客にとっては、同じ理由でスクリーンの反対側がかなり暗くなります。一部の構造化スクリーン素材は、これを避けるために、垂直面で半鏡面反射し、水平面ではより完全に拡散反射します。ガラス ビーズ スクリーンは再帰反射の現象を示します。つまり、光は他のどの方向よりも強く光源に反射します。これらは、画像ソースがスクリーンから観客と同じ方向に配置されているセットアップに最適です。再帰反射スクリーンでは、スクリーンの中央がスクリーンの周辺よりも明るくなることがあります。これは一種のホット スポットです。これは、観客の観客の位置に応じてホット スポットの位置が変化する半鏡面反射スクリーンとは異なります。再帰反射スクリーンは、プロジェクターからの 一定の光束で高い画像強度を生成できるため、望ましいと考えられています。

プロジェクタースクリーンは、ほとんどの場合長方形です。通常、標準的なディスプレイアスペクト比に従います。ほとんどのホームシネマセットアップでは、 16:9とシネマスコープの2つのアスペクト比があります。^[4]

教室、企業、礼拝所などの環境では、16:10のアスペクト比がプロジェクタースクリーンのアスペクト比として最も一般的に使用されています。これは、このアスペクト比が現代の多くのコンピューターで使用されているアスペクト比と一致しているためです。^[5]

オーバーヘッド プロジェクター用に使用される正方形のスクリーンは、会議室のスペースが限られており、複数のスクリーンがあると冗長に感じられる場合に、デジタル プロジェクターの投影スクリーンとしても使用されることがあります。これらのスクリーンのアスペクト比は、定義上 1:1 です。

ほとんどの画像ソースは、平面スクリーンに完全に長方形の画像を投影するように設計されています。観客がプロジェクターに比較的近い場合は、画像の形状に目に見える歪みがなく、代わりに曲面スクリーンを使用できます。プロジェクターに近いまたは遠い視聴者には糸巻き型または樽型の歪みが見られ、軸から外れて見るとスクリーンの曲面の性質が明らかになります。

投影された画像の見かけのコントラスト、つまり明るさの範囲は、周囲の光の状態、プロジェクターの発光パワー、投影される画像のサイズによって異なります。画面サイズが大きいほど、発光パワー(単位面積あたりの単位立体角あたりの発光パワー) が低くなり、周囲光がある場合のコントラストが低くなります。画像が投影されると、部屋には常にいくらかの光が生成され、周囲の光レベルが上昇し、画質の低下につながります。この影響は、部屋を暗い色で装飾することで軽減できます。実際の部屋の状況は、プロジェクター メーカーが宣伝しているコントラスト比とは異なります。プロジェクター メーカーは、完全な黒/完全な白のプロジェクターで光レベルを記録し、可能な限り高いコントラスト比を実現します。

ホームシアター スクリーンのメーカーは、より多くの光を光源に戻すスクリーン表面を導入することで、周囲光の問題を解決しようとしてきました。このアプローチの背後にある理論的根拠は、画像ソースを観客の近くに配置することで、観客が実際にスクリーン上の反射光レベルの増加を目にすることにあります。

反射率の高いフラット スクリーンでは、画面の一部が他の部分よりも明るく見えるホット スポットが発生しやすくなります。これは、このようなスクリーンの指向性 (鏡のような性質) が高いことが原因です。ゲインが高いスクリーンでは、視聴者がスクリーンの前から遠ざかると反射光の量が急激に減少するため、使用可能な視野角も狭くなります。この効果により、これらのスクリーンは、スクリーンの側面から入ってくる周囲光の影響も受けにくくなります。

比較的最近の、知覚される画像品質を改善するための試みとして、グレー スクリーンの導入があります。グレー スクリーンは、ホワイト スクリーンよりも暗い色調に対応できます。マット グレー スクリーンは、コントラストの点ではマット ホワイト スクリーンより優れているわけではありません。現代のグレー スクリーンは、むしろマット ホワイト スクリーンと同様のゲイン係数を持ちながら、より暗い外観になるように設計されています。暗い (グレー) スクリーンは、当然のことながら、プロジェクターからの光と周囲光の両方の光を反射する量が少なくなります。これにより、投影された画像と周囲光の両方の輝度 (明るさ) が低下し、投影された画像の明るい部分は薄暗くなり、暗い部分はより暗くなります。白は明るくありませんが、意図された黒は実際の黒に近くなります。そのため、多くのスクリーン メーカーは、グレー スクリーンを「高コントラスト」モデルと適切に呼んでいます。

投影スクリーンはプロジェクターのコントラスト レベルを向上させることはできませんが、知覚されるコントラストを高めることはできます。

最適な鑑賞室では、投影スクリーンは反射しますが、周囲は反射しません。周囲光のレベルは、スクリーンの全体的な反射率と周囲の反射率に関係します。スクリーンの面積が周囲に比べて大きい場合、スクリーンの周囲光への寄与が支配的になり、部屋のスクリーン以外の表面の影響は無視できるほど小さくなることがあります。この例としては、フロントプロジェクション技術を採用したプラネタリウムやバーチャルリアリティキューブがあります。ドーム型の投影スクリーンを備えたプラネタリウムの中には、太陽の画像とより暗い物体の画像を同時に表示する ときに相互反射による画質低下の影響を減らすために、ドーム内部をグレーに塗装するものもあります。

グレー スクリーンは、人間の目の明るさの非線形知覚を利用して、画像の白い部分が白く見えるように十分なレベルの明るさを生成できる強力な画像ソースに依存するように設計されています。環境に存在する視覚的な手がかりがそのような解釈を示唆する限り、人々はさまざまな明るさを「白」として認識する可能性があります。したがって、グレー スクリーンは、明るく見える画像を提供することにほぼ成功するか、または他の状況では失敗する可能性があります。

グレー スクリーンは、白いスクリーンに比べて、部屋への光の反射が少なく、部屋からの光も少ないため、プロジェクターから発せられる光への対処が効率的です。他の光源から発せられる周囲光は、スクリーン表面で反射した直後に目に届くため、コントラスト比の点では白い高ゲイン スクリーンに比べて有利ではありません。したがって、グレー スクリーンによる改善効果は、プロジェクターの光だけが当たる暗い部屋で最もよく発揮されます。

グレー スクリーンの人気の高まりもあり、グレー スクリーンの技術は近年大きく進歩しました。現在、グレー スクリーンはさまざまなゲインとグレースケール レベルで提供されています。

特定のスクリーンは、プロジェクター光の狭い波長を選択的に反射し、光学スペクトル内の他の波長を吸収すると主張されている。ソニーは、通常の室内光では灰色に見え、周囲光の影響を軽減することを目的としたスクリーン^{[6]を製造している。 [7]}これは、プロジェクターが使用しない色の周囲光を優先的に吸収し、プロジェクターが使用する赤、緑、青の光の色を優先的に反射することで機能するとされている。 ^[8]真の色選択スクリーンは実証されていない。大日本印刷 (DNP) とスクリーンイノベーションズは、波長選択反射特性ではなく、薄い層の黒いルーバーをベースにしたコントラスト強化スクリーンを導入している。^[9]

最適に構成されたシステムでは、投影スクリーンの表面と実際の画像平面が一致するように作られています。光学的な観点から見ると、画像を形成するためにスクリーンは必要なく、むしろ画像を可視化するために使用されます。

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