公開日：2019年03月29日
| 更新日：2024年03月14日

初心者でもわかるDLPの原理と応用例の紹介

ライター：UNA
その他

はじめに

世界初のDLPプロジェクタが発表されてから20年あまりが経ちました。今ではプロジェクタに限らず、デジタルシネマや3Dプリンタ、分光器の分野などでみなさんもDLPという言葉をよく耳にするようになってきたのではないでしょうか。

今回はこのDLPの仕組みと応用例について紹介していきたいと思います。

DLPとは？

DLPとは、Digital Light Processingの頭文字をとった言葉で、Texas Instruments（以降、TI）社独自のテクノロジーが使われています。DLPチップには、デジタル・マイクロミラー・デバイス（Digital Micromirror Device、DMD）といわれる反射率の高いアルミニウム製のミラーが最大で数百万個敷き詰められていて、このミラーの傾きと光源の制御によってさまざまな映像の投影を可能としています。

DLPチップの構造

DLPチップにはDMDという極小のミラーがアレイ状に並べられていて、各ミラーの１つ１つが独立動作し、ミラーの傾きをON状態と、OFF状態の２つの状態に切り替えることができます。以下はDLPチップの表面を拡大撮影した写真で、ひし形の形をした1つ1つがDMDです。

DMD拡大写真

ミラーの傾きをON/OFFすることによって、投射面に対して光源が照射される部分（明るいピクセル）と、照射されない部分（暗いピクセル）を作り出します。1ミラー＝1ピクセルに相当し、超高速でON/OFFを切り替えることができます。最近では、5.4μmピッチのDMDが採用された製品もでてきていてより鮮明な画像投影が可能となっています。また、ミラーはちょうどメモリーデバイスのように”0”と”1”の2進数でON/OFFを表現でき、専用のDMDコントローラチップを用いてON/OFFのパターンやタイミング制御を行っています。

マイクロミラー制御

明るさとカラーの表現

明るさは1フレームあたりの各ミラーのON/OFF間隔によって表現されます。ミラーのON期間が長ければ照射面に対する光源の投影時間が長くなるため明るくなり、逆にミラーのOFF期間が長ければ暗くなります。このON/OFF期間はDMDコントローラによって、PWM（Pulse-width Modulation）制御されます。

DLPの明るさ調整

投影する画像をカラーで表現するには、赤、緑、青の光源を時分割にDMDへ照射することで実現しています。各ミラーは投影したい色がDMD面に照射されているタイミングでONにします。ミラーは1秒間に数千回の割合でON/OFFを切り替えることができるため、人間の目の錯覚（残像効果）によってRGBが合成されたカラー画像に見えます。各LEDの点灯時間と、ミラーのON/OFF時間を組み合わせてさまざまな絵を表現できるというわけです。また、光源にはランプやLEDのほかレーザーを用いることもでき、可視光だけではなく不可視光（紫外線、近赤外線）にも対応しています。

DLPチップと光学エンジン

ここまでで説明してきましたようにDLPチップ自体は光の反射板としての役目を担っており、実際に画像を投影する際には光源と光源を集光させるレンズ(光学エンジン)が必要になります。このDLPチップと光学エンジンが一体となったLightCrafterと呼ばれる評価キットも販売されています。

DLP評価キット：DLP LightCrafter 4500

この評価キットには、DLPチップだけでなくRGBのLEDが実装された光学エンジンも含まれています。DLPチップとしてはDLP4500が搭載されており、解像度は最大でWXGA（912ｘ1140）となっています。ビデオ入力ポートが2つ（mini-HDMI、FPD Link）あり、外部からの映像を入力して投影することが可能です。また、ボード上に実装されているFlashメモリに保存された画像データを投影することもできます。DMDコントローラ（DLPC350）との通信にはUSBまたはI2Cを使用し、PCや外部マイコンから専用のコマンドを送信することによってDLPの制御を行います。

DLPLCR4500EVM