デジタル光処理

デジタル光処理( DLP ) は、デジタル マイクロミラー デバイスを使用する光学マイクロ電気機械技術に基づくチップセットのセットです。これは、もともと 1987 年にTexas InstrumentsのLarry Hornbeckによって開発されました。DLP イメージング デバイスは Texas Instruments によって発明されましたが、最初の DLP ベースのプロジェクターは 1997 年に Digital Projection Ltd によって導入されました。Digital Projection と Texas Instruments は、DLP プロジェクター技術で 1998 年にエミー賞を受賞しました。DLP は、従来の静的ディスプレイからインタラクティブ ディスプレイまで、さまざまなディスプレイ アプリケーションで使用されているほか、医療、セキュリティ、産業用途を含む非従来型の組み込みアプリケーションにも使用されています。

DLP技術は、DLPフロントプロジェクター（主に教室やビジネス向けの独立型投影装置）、DLPリアプロジェクションテレビ、デジタルサイネージに使用されています。また、2011年頃の時点では、デジタルシネマ投影の約85％に使用されており、一部のプリンターの光源として樹脂を硬化させて固体の3Dオブジェクトにする付加製造にも使用されています。 ^[1]

より小型の「ピコ」チップセットは、携帯電話アクセサリや携帯電話に直接組み込まれた投影ディスプレイ機能などのモバイル デバイスで使用されます。

DLPプロジェクターでは、デジタルマイクロミラーデバイス（DMD）と呼ばれる半導体チップ上にマトリックス状に配置された極小のミラーによって画像が作成されます。これらのミラーは非常に小さいため、DMDピクセルピッチは5.4μm以下になることがあります。^[2]各ミラーは、投影された画像の1つ以上のピクセルを表します。ミラーの数は、投影された画像の解像度に対応します（ウォビュレーションのため、宣伝されている解像度の半分のミラー数になることがよくあります）。800 ×600、1024 × 768、1280 × 720、および1920×1080（HDTV）マトリックスは、一般的なDMDサイズです。これらのミラーは、レンズまたはヒートシンク（ Barco用語ではライトダンプと呼ばれる）に 光を反射するように、すばやく再配置できます。

ミラーをこれら 2 つの方向 (基本的にはオンとオフ) 間で素早く切り替えると、オン時間とオフ時間の比率によって制御される グレースケールが生成されます。

DLP 投影システムでカラー画像を作成する方法は主に 2 つあります。シングル チップ DLP プロジェクターで使用される方法と、3 チップ プロジェクターで使用される方法です。3 つ目の方法である、3 つのカラー発光ダイオードによる順次照明が開発されており、現在Samsung製のテレビで使用されています。

単一の DLP チップを備えたプロジェクターでは、白色ランプと DLP チップの間にカラー ホイールを配置するか、または個々の光源 ( LEDやレーザーなど)を使用して原色を生成することによって色が生成されます。カラー ホイールは複数のセクターに分かれており、主な加法混色(赤、緑、青) と、多くの場合は白 (透明) です。新しいシステムでは、白の代わりに主な減法混色のシアン、マゼンタ、黄色が使用されています。減法混色の使用は、加法混色と減法混色を処理して、画面上で可能な色の組み合わせのより広いスペクトルを作成する BrilliantColor と呼ばれる新しい色性能システムの一部です。

DLP チップはカラー ホイールの回転動作と同期しており、カラー ホイールの緑の部分がランプの前にあるときに、緑のコンポーネントが DMD に表示されます。赤、青、その他の部分についても同様です。このように、色は十分な速度で連続的に表示されるため、観察者は複合「フル カラー」画像を見ることができます。初期のモデルでは、これは 1 フレームにつき 1 回転でした。現在、ほとんどのシステムは最大 10 倍のフレーム レートで動作します。

シングルチップ DLP の黒レベルは、未使用の光がどのように処理されるかによって異なります。未使用の光が散乱して DMD/レンズ チャンバーの粗い内壁に反射して消散すると、画像が完全に暗いときに、この散乱光が投影スクリーン上で薄暗い灰色として見えるようになります。未使用の HID 光を DMD/レンズ チャンバーから別の領域に導いて消散させ、不要な内部の二次反射から光路を保護することで、より深い黒と高いコントラスト比を実現できます。

機械式回転カラーホイールを使用するシングルチップ DLP プロジェクターは、「レインボー効果」と呼ばれる異常を示すことがあります。これは、投影されたコンテンツに、主に暗いまたは黒い背景に明るいまたは白い物体が動く高コントラスト領域が含まれている場合に最もよく見られる、赤、青、緑の「影」のように見える短いフラッシュとして最もよく説明されます。一般的な例としては、多くの映画のスクロールするエンド クレジットや、太い黒い輪郭で囲まれた動く物体があるアニメーションがあります。投影された画像上で視聴者の視線を素早く動かすと、色が短時間分離して見えることもあります。これらのレインボー アーティファクトを頻繁に認識する人もいれば、まったく認識しない人もいます。

この効果は、投影された物体が動くのを目が追う方法によって生じます。スクリーン上の物体が動くと、目は一定の動きで物体を追うことになりますが、プロジェクターはフレーム全体の持続時間中、フレームの各交互の色を同じ場所に表示します。そのため、目が動いている間は、特定の色 (たとえば赤) のフレームが見えます。次に、次の色 (たとえば緑) が表示されると、前の色と重なって同じ場所に表示されますが、目は物体の次のフレーム ターゲットに向かって動いています。そのため、目は特定のフレームの色がわずかにずれて見えます。次に、3 番目の色 (たとえば青) が表示されると、目はフレームの色が再びわずかにずれて見えます。この効果は、動く物体だけでなく、画像全体に対しても感じられます。マルチカラー LED ベースおよびレーザー ベースのシングル チップ プロジェクターは、LED とレーザーのパルス レートが物理的な動きによって制限されないため、回転ホイールをなくし、レインボー効果を最小限に抑えることができます。 3チップDLPプロジェクターはカラーホイールなしで機能するため、この虹色のアーティファクトは発生しません。」^[3]

3 チップ DLP プロジェクターはプリズムを使用してランプからの光を分割し、各原色の光がそれぞれの DMD チップに送られ、再結合されてレンズから出力されます。3 チップ システムは、高級ホーム シアター プロジェクター、大規模会場用プロジェクター、デジタル映画館の DLP シネマ投影システムに使用されています。

DLP.com によると、映画館で使用されている 3 チップ プロジェクターは 35 兆色を生成できます。^[要出典]人間の目は約 1600 万色を検出できると言われています^[要出典]が、これはシングル チップ ソリューションで理論的に可能です。ただし、この高い色精度は、3 チップ DLP プロジェクターが、人間が識別できる色の全色域を表示できることを意味するものではありません(これは、3 つの一定の基本色を追加して色を構成するシステムでは基本的に不可能です)。対照的に、十分に高速なカラー フィルター ホイールで任意の数の原色を使用できるという利点があるのは、ワン チップ DLP プロジェクターであり、そのため色域が改善される可能性があります。

DLP技術は光源に依存しないため、さまざまな光源で効果的に使用できます。歴史的に、DLPディスプレイシステムで使用される主な光源は、交換可能な高圧キセノンアークランプユニット（石英アークチューブ、リフレクター、電気接続、場合によっては石英/ガラスシールドを含む）でしたが、ほとんどのピコカテゴリ（超小型）DLPプロジェクターは、高出力LEDまたはレーザーを照明源として使用しています。2021年以降、レーザー光源は、パナソニックPT-RZ990などの多くのプロ用プロジェクターで非常に一般的になっています。^[4]

キセノンアークランプの場合、定電流電源が使用され、電極間にアークを発生させるのに十分な高い開回路電圧（ランプに応じて5～20kV）から始まり、アークが確立されると、ランプ全体の電圧が所定の値（通常は20～50ボルト^[5]）まで低下し、電流はアークを最適な明るさに維持するために必要なレベルまで増加します。ランプが古くなると、電極の摩耗により効率が低下し、可視光が減少し、廃熱の量が増加します。ランプの寿命は通常、ユニット上のLEDまたは画面上のテキスト警告によって示され、ランプユニットの交換が必要になります。

定格寿命を超えてランプを継続的に使用すると、効率がさらに低下し、光の照射が不均一になり、ランプが最終的に過熱して電源線がランプ端子から溶けてしまうことがあります。最終的には、必要な起動電圧も上昇して点火できなくなります。温度モニターなどの二次保護装置によってプロジェクターがシャットダウンされる場合もありますが、熱的に過負荷になった石英アーク管が割れたり爆発したりすることもあります。実質的にすべてのランプハウジングには、赤熱した石英の破片が周囲から飛び出さないように、耐熱バリア（ランプユニット自体のバリアに加えて）が組み込まれています。

市販された最初の LED ベースの DLP HDTV は、 2006 年のSamsung HL-S5679W で、これもカラー ホイールの使用を廃止しました。長寿命によりランプ交換が不要になり、カラー ホイールが不要になることに加え、LED 照明のその他の利点として、瞬時オン操作、色彩の向上、色の彩度の向上、NTSC 色域の 140% を超える色域への改善などがあります。Samsung は 2007 年に LED モデルのラインアップを拡大し、50、56、61 インチの画面サイズの製品を用意しました。2008 年には、Samsung LED DLP 製品の第三世代が 61 インチ (HL61A750) と 67 インチ (HL67A750) の画面サイズで提供されました。

通常の LED 技術では、アーク ランプの代替に必要な輝度と高ルーメン出力特性が得られません。Samsung のすべての DLP テレビで使用されている特別な LED は、米国を拠点とする Luminus Devices が設計および製造した PhlatLight LED です。単一の RGB PhlatLight LED チップセットがこれらのプロジェクション テレビを照らします。PhlatLight LED は、一般に「ポケット プロジェクター」と呼ばれる新しいクラスの超小型 DLP フロント プロジェクターにも使用されており、LG Electronics (HS101)、Samsung electronics (SP-P400)、およびCasio (XJ-A シリーズ) の新しいモデルに導入されています。ホーム シアター プロジェクターは、PhlatLight LED 技術を使用する DLP プロジェクターの次のカテゴリになります。2008 年 6 月の InfoComm で、Luminus と TI は、ホーム シアターおよびビジネス プロジェクターでの技術の使用に関するコラボレーションを発表し、PhlatLight LED ベースの DLP ホーム シアター フロント プロジェクターのプロトタイプを実演しました。また、同社は、2008 年後半にOptoma 社および年内に発表される他の企業 から製品が市場に投入される予定であると発表した。

Luminus Devices PhlatLight LEDは、Christie DigitalのDLPベースのMicroTilesディスプレイシステムでも使用されました。^[6]これは、小さな（対角20インチ）リアプロジェクションキューブで構築されたモジュラーシステムで、積み重ねてタイル状に並べることで、非常に小さな継ぎ目の大きなディスプレイキャンバスを形成できます。ディスプレイのスケールと形状は、実用的な制限によってのみ制限され、任意のサイズにすることができます。

市販された最初のレーザーベースの DLP HDTV は、 2008 年のMitsubishi L65-A90 LaserVue で、これもカラー ホイールの使用を廃止しました。3 つの独立したカラー レーザーがこれらのプロジェクション TV のデジタル マイクロミラー デバイス(DMD) を照射し、他の方法よりも豊かで鮮やかなカラー パレットを生成します。詳細については、 レーザー ビデオ ディスプレイの記事を参照してください。

DLPシネマシステムは、1999年以来、劇場で商業的に導入され、テストされてきました。1999年6月、スターウォーズエピソード1/ファントムメナスは、完全にスキャンされ、劇場に配給された最初の映画でした。^{[7] [8] [9] [10] [11]}映画の公開のために4つの劇場がデジタルプロジェクターを設置しました。^[12]同じ年に、アニメ映画ターザンでも同じことが行われていました。^[13]その年の後半、トイストーリー2は、完全にデジタルで作成、編集、配給された最初の映画であり、より多くの劇場がこの映画の公開のためにデジタルプロジェクターを設置しました。 DLPシネマは、最初の商用デジタルシネマ技術であり、2011年12月現在、世界で約85％の市場シェアを持つ主要なデジタルシネマ技術です。^[要出典]フィルムは色あせ、ジャンプ、傷、汚れの蓄積の影響を受けやすいため、デジタルシネマにはフィルムよりも優れた点がいくつかあります。デジタルシネマでは、映画コンテンツを長期間にわたって一貫した品質に保つことができます。今日では、ほとんどの映画コンテンツもデジタルでキャプチャされています。フィルムを使わずに撮影された初の完全デジタル実写映画は、2002年に公開された『スター・ウォーズ エピソード2/クローンの攻撃』である。^[要出典]

DLP Cinema はエンド プロジェクターを製造していませんが、投影技術を提供し、エンド プロジェクション ユニットを製造する Barco、Christie Digital、NEC と緊密に連携しています。DLP Cinema は、映画館のニーズに応じて複数の解像度で劇場所有者に提供されます。これには、ほとんどの劇場スクリーン用の 2K、大劇場スクリーン用の 4K、特に世界中の新興市場の小劇場向けに特別に設計された S2K が含まれます。

2000年2月2日、フランスのゴーモン社デジタルシネマプロジェクトのテクニカルマネージャーであるフィリップ・ビナントは、テキサスインスツルメンツ社が開発したDLPシネマ技術を使用して、ヨーロッパで最初のデジタルシネマ映写を実現しました^[14]。DLPは現在、プロ用デジタル映画映写の市場シェアをリードしており、^[15]、これは主に他のデジタルフロントプロジェクション技術と比較してコントラスト比が高く、解像度が高いためです。2008年12月現在、世界中で6,000を超えるDLPベースのデジタルシネマシステムが設置されています。^[16]

DLP プロジェクターは、R​​ealD Cinemaや新しいIMAXシアターでも3D 映画に使用されています。

DLP 技術は、1996 年に商業的に導入されて以来、フロント プロジェクション市場でシェアを拡大​​し、現在ではフロント プロジェクションの世界シェアの 50% 以上を占め、さらに世界中のデジタル シネマのシェアも 85% を占めています。^[要出典]さらに、ピコ カテゴリ (小型のモバイル ディスプレイ) では、DLP 技術は約 70% の市場シェアを占めています。30 社を超えるメーカーが、DLP チップセットを使用してプロジェクション ディスプレイ システムを稼働させています。

• 滑らかで（1080p 解像度）、ジッターのない画像。
• 完璧なジオメトリと優れたグレースケールの直線性を実現できます。
• 通常、ANSI コントラストは優れています。
• 交換可能な光源を使用すると、CRT やプラズマ ディスプレイよりも寿命が長くなる可能性があります (これは、以下に挙げる欠点でもある可能性があります)。
• 光源はLCD で使用されるバックライトよりも簡単に交換でき、DLP では多くの場合ユーザーによる交換が可能です。
• 投影された画像からの光は本質的に偏光ではありません。
• 新しい LED およびレーザー DLP ディスプレイ システムでは、ランプの交換がほとんど必要ありません。
• DLP は、単一ユニットから手頃な価格の 3D プロジェクション ディスプレイを提供し、アクティブ 3D ソリューションとパッシブ 3D ソリューションの両方で使用できます。
• 液晶テレビやプラズマテレビよりも軽量です。
• LCD やプラズマのスクリーンとは異なり、DLP スクリーンは投影媒体として液体に依存しないため、固有のミラー機構によってサイズが制限されることがなく、ますます大型化する高精細劇場や会場のスクリーンに最適です。
• DLP プロジェクターは最大 7 つの色を処理できるため、より広い色域を実現します。

• 一部の視聴者は、カラーホイール モデル (特に旧モデル) に存在する「レインボー効果」に悩まされています (上記で説明)。これは、投影されたコンテンツにカメラのデジタル ビューファインダーを使用すると簡単に確認できます。
• リアプロジェクションDLPテレビは、LCDやプラズマフラットパネルディスプレイほど薄くはありませんが（重量はほぼ同等）、2008年現在では壁掛け可能なモデルも出ています（それでも厚さは10～14インチ[250～360mm]です）^[17]
• ランプベースのユニットのランプ/電球の交換。アークランプの寿命は平均 2000 ～ 5000 時間で、交換費用はブランドとモデルによって異なりますが、99 ～ 350 ドルです。新しい世代のユニットでは LED またはレーザーが使用されているため、この問題は効果的に解消されますが、テレビの寿命が長くなると、LED チップの交換が必要になる可能性があります。
• 視聴者の中には、カラーホイールの高音のノイズが煩わしいと感じる人もいます。^{[18] [19] [20]}しかし、駆動システムは静かになるように設計することができ、プロジェクターによってはカラーホイールのノイズが聞こえないものもあります。
• ディザリング ノイズは、特に暗い画像領域で目立つ場合があります。新しい世代 (≈2004 年以降) のチップは、古い世代のものよりもノイズが少なくなっています。
• 1つのピクセルでは正確に色を表現できないため、異なるピクセルの色合いを平均化することで生じる誤差拡散アーティファクト
• ビデオゲームの応答時間は、アップスケーリングの遅延の影響を受ける可能性があります。すべてのHDTVは、低解像度の入力をネイティブ解像度にアップスケーリングするときに多少の遅延がありますが、DLPでは遅延が長くなることが一般的に報告されています。HD出力信号を持つ新しいコンソールは、HD対応ケーブルで接続されている限り、この問題は発生しません。^[21]
• CRT、プラズマ、LCDなどの直視型技術に比べて視野角が狭い
• 競合技術よりも多くの電力を使用し、より多くの熱を発生する可能性があります。

DLPに最も近い競合システムはLCoS（シリコン上の液晶）として知られており、チップの表面に取り付けられた固定ミラーを使用して画像を作成し、液晶マトリックス（液晶ディスプレイに類似）を使用して光の反射量を制御します。^[22] DLPベースのテレビシステムは、従来のプロジェクションテレビよりも奥行きが小さいとも考えられています。

• ビナン、フィリップ。「投影数値の計算」、Actions、29、12–13、コダック、パリ、2007 年。
• チャールズ・S・シュワルツ編 (2005)。『デジタルシネマを理解する: プロフェッショナルハンドブック』。テイラー&フランシス。ISBN 978-0-240-80617-4。

• Boxlight Corp. DLP ホワイト ペーパー、Netsuite.com
• テキサス・インスツルメンツのデイブ・ダンカン氏がTWiT.tvネットワークのテレビ番組「ホームシアターギーク」でインタビューを受けた