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2010年9月17日 (金曜日)

投影機の今後はどうなるの?

DLP(ディーエルピー)とは、Digital Light Processingの略で、デジタルミラーデバイス (DMD)を用いた映像表示システムのこと。
テキサス・インスツルメンツの登録商標である。

2004年現在、プロジェクタ市場の47%を占め、液晶式プロジェクタと市場占有率を争っていたが、液晶式が安価なため、液晶式プロジェクタの独占状態である。
しかし、大きな部屋、例えば映画館などでは液晶式プロジェクタは役不足である。

将来、映画館や大ホールなどで威力を発揮する投影機の可能性についてみてみよう。

DLP
Dmd
DMDを構成するミラーはマイクロ秒単位でオン・オフを変化させる事ができるため、このような手法を用いる事ができる。Dlp_color_wheel

例えば、秒60フレームの映像を投影する事を考えると、1フレームあたりの投影時間は1/60秒=16667マイクロ秒
である。これを赤・緑・青のための3つの時間に分割すると16667÷3=5556マイクロ秒となり、この時間内で256段階の明るさを再生するためには5556÷256=21.7マイクロ秒ごとにミラーのオンオフを切り替えられるようになっていなければいけない。オンオフの切り換えにミリ秒単位の時間がかかる液晶の場合、明るさの階調を表示する仕組みの違いを考慮しても、単板でカラー画像再生を行なうのは現実的ではない。

DLPを用いてプロジェクタを作る利点はいくつかあり、完全にデジタル処理で画像を作るため、色再現性などが良い 、投影画像がデバイスに焼き付く事がほとんどない、 デバイスの経年劣化が圧倒的に少ない(液晶と較べて) 黒画像に余計な光が入り込みにくい(黒浮きが少ない。コントラスト比が高い) 画素格子が目立たない(液晶と較べて。隙間が少なく画素密度が高い)
動きが速い動画再生時に残像などの精細度を落とす現象が発生しにくい 、単板で作成する事ができるため、小型化が容易 、単板で作成する事ができるため、画素ズレや色ムラが生じない などが挙げられる。

TVの液晶とプラズマの比較とよく似ています。液晶TVは絵が平板的で奥行き間がなくプラズマの方が優れていると私は感じます。

欠点としては、DMDの価格が高いということ。
DMDの価格は液晶プロジェクタで使用される液晶パネルの数倍程度もするため、一般市場では3板式のDLPプロジェクタは受け入れられず、単板式にならざるを得ない。

プラズマTVもパイオニアのパネルがクロ・シリーズと呼ばれ、優れていたが、価格が2~3倍したので売れず、昨年注文生産分をもって終了した。クロ・シリーズは価格面を考慮したのかフルハイビジョンにあまり拘っていなった。
それでも絵は綺麗です。本数にこだわると輪郭が目立ちすぎ、色調が不自然に感じるのは私だけでせうか。パイオニアはパナソニックが吸収した。
クロ・シリーズの技術が活かされたTVが出ることを期待する。(V2、G2に入っているようです。)

しかし、パイオニアの名前は中国メーカが使用するようです。
車でミニといえば前輪駆動の先駆のローバーミニを連想するが、今はBMWがミニの名前だけ所有している。それと同じか?

LED
近年はLEDの照度が上がってきたこともあり、LEDを光源としたプロジェクタが登場している。
LEDの場合高速に点滅させることができる3色の光源を容易に用いることができるため、単板式であってもカラーホイールが不要になる。
スポーク光がほぼ無い(一瞬にして光源色が赤から緑などに変わる)ので、正確な色作りをしても無駄光が発生しない。しかし、まだLEDの照度は電球よりも1桁以上低いため、一般的な明るさの部屋で数十インチ以上のスクリーンに投影する用途には耐えられない。
競馬場に巨大な横長スクリーンがあるが、LEDのTVであって、投影機ではない。

レーザ素子
レーザー光を使用した投影式TVである。
集光部品が省けるレーザ素子の方がLEDより小型化には向くが、価格が高く、緑色のレーザ発光素子が無いために1,064nm程度の赤外発光レーザーをSHG素子によって532nm程度に波長変換するが、これでは効率が悪く、今後、直接発光が可能な緑色のレーザ素子の開発がキーだ。

青色LEDが不可能といわれたなかで偶然できたのだから、緑色のレーザ素子もきっとできて欲しい。
現在は、2006年より三菱電機が小型の高出力緑色レーザーの開発が進められ、小型・低価格・省電力化が可能となってきている。三菱電機は軍事産業部門に強みがあるので、武器としてのレーザー銃の開発を多分やっていると思う。アメリカ軍はトラックにマイクロ波発射武器がある。

近年MEMSの技術進展により、小型化、集積化が可能となってきた。
基本的なシステムはリアプロジェクションテレビと同様に、ディスプレイ背面よりレーザー光を直接投射して映像を再生する。
昔、ホテルなどの大画面TVがありました。色が薄く、暗くしないと見にくかった。その後、液晶プロジェクターの出現により、リアプロジェクションTVの販売は苦戦し、2007年末にソニーも撤退し事実上日本市場でリアプロジェク
ションTVはなくなった。
しかし、このレーザーテレビはリアプロとほぼ同様な機構で作動し、事実上のリアプロの後継機とも言える。

光源にレーザーを使用する為、高輝度で色純度が高く、色再現域に優れる。
現在、家庭用はリアプロが予定されているが、通常の液晶プロジェクタの様に投影する形式もある。
また、ヴァーチャルリアリティの表示用に偏光スクリーンと組み合わせた3D表示装置の開発も進められつつある。
また、デジタルシネマの投影機として映画館向けの投影機の開発も進みつつある。

使用するレーザーにおいても、半導体レーザーを利用した赤および青の高出力化に続いて、2006年より小型の高出力緑色レーザーの開発が進められた結果、小型・低価格・省電力化が可能となってきている。
2008年2月、三菱電機よりアメリカ合衆国で2008年秋の商戦に投入することが発表された。

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デジカメの受光部 CCDとCMOSとFoveon X3

CMOSイメージセンサ(シーモスイメージセンサ)はCMOS(相補性金属酸化膜半導体)を用いた固体撮像素子。
CCDイメージセンサと同様に、フォトダイオード(PD)を使用するが、製造プロセスと信号の読み出し方法が異なる。

単位セルごとに増幅器を持つことで、光変換された電気信号の読み出しによる電気ノイズの発生が抑えられるという特徴を持つ。
CMOSロジックLSI製造プロセスの応用で大量生産が可能なため、高電圧アナログ回路を持つCCDイメージセンサと比較して安価であり、素子が小さいことから消費電力も少なく、原理的にスミアやブルーミングが発生しないという長所がある。
数百MHzでの高速読み出しも行なえる。

弱点
低照度状況では素子そのものが不安定になりやすく、撮影した画像にはノイズが多くなる傾向がある。
また、画素毎に固定した増幅器が割り当てられるため、各増幅器の特性差により固定パターンのノイズを持つ性質があり、これを補正する回路が必要になる。
近年ではPDの高出力化・低雑音化、PDから増幅器への電荷転送効率の向上、PDの受光面積を相対的に拡大するためのトランジスタの複数画素間での共用化など様々な改良手段により、S/N比が格段に向上してきた。

また、電荷化を同時に行えないという構造上、高速に動くものを撮影したときに進行方向に向かって像が歪んだり、ストロボのようなごく短時間の発光があると画像の垂直方向に明暗ができてしまう問題がある。
この問題は、一つの素子を複数に分割して同時に読み出し、読み出し速度を向上させることで改善されている。

ただし、これらの技術的アプローチによって手を加えることでCMOSの有利な点である安価という面が相殺されることも多いため、コンパクト型のデジタルカメラに搭載される小型の撮像素子ではCMOSの搭載はあまり進んでいない。

近年では大きいサイズで設計可能、かつコスト削減が可能な事から、デジタル一眼レフカメラにも使われる事が多くなっている。
キヤノンは他社での生産に頼ることになるCCDに対し、自社で開発・製造が可能なCMOSを2004年春以降デジタル一眼レフの全機種で採用している。また、ニコンやソニーのデジタル一眼レフでもそれぞれ自社製のCMOSを一部で採用している。
しかし、キヤノンの新型カメラはCCDを採用した。

Foveon X3
Foveon X3は、アメリカのFoveon社によって設計されたデジタルカメラ用の撮像素子。製造はアメリカのナショナル セミコンダクターや、韓国の東部電子(Dongbu Electronics)が受注している。

FOVEON X3はCMOSイメージセンサの一種である。光の三原色である赤 (R)・緑 (G)・青 (B)がシリコンを透過する特性が異なることを利用して、素子の厚み方向 (光が入射する方向) に3層にセンサを配置している。カラーフィルム(各層の間に色フィルタがある)と同様に、同一位置の異なる色の情報を分離できる。

3層のセンサのうち第1層(最上層)はRGBのすべての光の強さに反応する。
第2層以深には波長が短いBの光は到達しないため、Bの要素を除くRGの光の強さに反応する。
同様に第3層(最下層)では第2層までで吸収されたBGを除くRの光の強さに反応する。

画像処理エンジンでは、最下層で取り込んだRの値を中層で取り込んだRGの値から引いてGの値を求め、最上層の値からRとGの値を引いてBの値を求める。

特徴
B002rargoo_07

FOVEON以外の半導体イメージセンサ (CCDイメージセンサなど) を1枚だけ用いた(単板の)デジタルカメラでは、2×2画素に配置された (ベイヤ配列) カラーフィルタを用いて、3原色の内の1色のみを各ピクセルで取り込んだ後、演算によって他の色の値を求める (演繹補完)。

これに対してFOVEONでは、単板であるにも関わらず原理的には光の三原色をそのまま取り入れた画像を生成することができる。ベイヤ配列のイメージセンサでは演繹補完による画像生成を行なうため、偽色とよばれる実際には存在しない色が発生するが、FOVEON X3 イメージセンサでは、3原色それぞれのセンサが同じ位置に配置されているため、原理的に偽色は発生しない。

搭載デジタルカメラ
2009年までにFoveon X3を搭載したデジタルカメラはシグマのSD9、SD10、SD14、DP1、DP2、およびポラロイドのx530がある。
SD9、SD10はRAW画像専用となっていたが、SD14、DP1、DP2、x530はJPEGでも記録できる。

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