数字光处理

**數位光處理**（Digital Light Processing，縮寫：**DLP**）是一項使用在投影儀和背投電視中的顯像技術。DLP 技術最早是由德州儀器開發的，德州儀器至今仍然是此項技術的主要供應商。現在，DLP 技術被很多許可製造商所採用，他們銷售的產品都是基於德州儀器晶片組的。德國德勒斯登 Fraunhofer 學院（The Fraunhofer Institute of Dresden）也生產有著特殊用途的數位光處理器，並把它稱作空間光調節器（Spatial Light Modulators，SLM）。例如，瑞典 Micronic 雷射系統公司（Micronic Laser Systems of Sweden）就在其開發的 Sigma 印版矽模板刻印機中，利用 Fraunhofer 生產的空間光調節器來生成遠紫外線圖像。

在 DLP 投影儀中，圖像是由 DMD（Digital Micromirror Device）產生的。DMD 是在半導體晶片上布置一個由微鏡片（精密、微型的反射鏡）所組成的矩陣，每一個微鏡片控制投影畫面中的一個像素。微鏡片的數量與投影畫面的解析度相符，800×600、1024×768、1280×720 和 1920 x 1080（HDTV）是一些常見的 DMD 的尺寸。

這些微鏡片在數位驅動訊號的控制下能夠迅速改變角度，一旦接收到相應訊號，微鏡片就會傾斜 10°，從而使入射光的反射方向改變。處於投影狀態的微鏡片被示為「開」，並隨數位訊號而傾斜 + 10°；如果微鏡片處於非投影狀態，則被示為「關」，並傾斜 - 10°。與此同時，「開」狀態下被反射出去的入射光通過投影透鏡將影像投影到螢幕上；而「關」狀態下反射在微鏡片上的入射光被光吸收器吸收。

本質上來說，微鏡片的角度只有兩種狀態：「開」和「關」。微鏡片在兩種狀態間切換的頻率是可以變化的，這使得 DMD 反射出的光線呈現出黑（微鏡片處於「關」狀態）與白（微鏡片處於「開」狀態）之間的各種灰度。DLP 投影儀主要通過兩種方法來產生彩色圖像，這兩種方法分別被用在單片 DLP 投影儀和三片 DLP 投影儀中。

## 單片 DLP 投影儀

單片 DLP 投影儀內部只安裝一片 DMD 晶片，顏色是通過在光源與 DMD 之間安裝一個色輪來產生的。色輪通常被分為四個區域：紅區、綠區、藍區和一個用來增加亮度的透明區域。由於透明區域會減弱色彩的飽和度，所以在某些型號的投影儀中可能會被禁用或者乾脆省略掉。

DMD 晶片與色輪的轉動保持同步，這樣，當色輪中藍色部分位於光源前面的時候，DMD 就顯示畫面中藍色的部分。紅色和綠色的情況也非常類似。紅、綠、藍三種畫面按照順序以非常高的速度被投射出來，因此觀察者就能看見合成的「全彩色」畫面了。在早期的型號中，每顯示一影格畫面，色輪只旋轉一周。後期的型號中，色輪按照影格速率的兩到三倍旋轉，其中也有一些型號同時將色輪上的顏色區域重複兩次，這意味著紅綠藍三色序列圖像將在一影格之中重複六次。

### DLP 的「彩虹效應」

簡而言之，此種視覺現象可以被簡單地理解為可感知的紅綠藍三色閃光留下的「影子」，這種現象經常發生的場合大多為明亮（白色）的物體出現在幾乎全暗（黑色）的背景上，例如大多數影片（《不可逆轉》即為特例）的結尾製作人員名單捲動字幕中。彩虹現象對於有些人來說，他們是一直可以看到的，而有些人就很少能看到，除非他們把自己的頭沿著畫面進行快速轉動。甚至還有一些人從來都沒有感受到彩虹現象。其實，這種現象的產生原因，來自於閃爍融合閾限概念（Flicker fusion threshold，一種心理物理學概念）。

右邊顯示的是，在長時間曝光條件下，一個白色圓圈在沿水平位置上移動的攝錄影機中的圖像。看起來白色光很明顯地分成了彩色分量。彩虹現象就是在類似情形下被肉眼所觀察到的。右圖的多個圓圈表示了在視訊中每一個單楨畫面的情況，與彩虹現象並無直接關係。

「彩虹效應」是單片 DLP 投影儀所特有的現象。如前所述，因為單片 DLP 投影儀使用一個色輪來控制顏色，那麼在任一特定時刻，螢幕上出現的其實只有一種顏色。如果人的目光在投影螢幕前快速晃動，那麼合成畫面的組合顏色（任一個特定時刻的紅綠藍三種顏色的畫面）將會是對肉眼可見的。單片 DLP 投影儀的生產商使用更快的色輪轉速，以及更多的色輪顏色段數來消除這一先天缺陷，這就是我們現在在市場上所看到的 2 倍速、3 倍速或者 4 倍速色輪了。例如，一個六段色輪（紅綠藍紅綠藍）以 2 倍速的轉速轉動，那麼其帶來的結果將是 4 倍速色輪。另外一種方法是將分段色輪變為阿基米德螺旋色輪，這樣的色輪是使顏色在螢幕的上下移動。普通的分段式色輪在顏色與顏色的轉換之間會有一個短暫的暫停，這就意味著如果色輪的顏色段數越多投影圖像就會越暗一些（反之段數越少圖像越明亮）。使用了螺旋色輪，微鏡器件就會在同一時刻在螢幕上投射出不止一種顏色，每一種顏色都隨著色輪的轉動而上下移動。

## 三片 DLP 投影儀

三片 DLP 投影儀內部安裝三片 DMD 晶片，光源發出的光被稜鏡分離成三路，這三路光線經過濾光分別成為紅、綠、藍三種顏色，然後分別照射到相應的 DMD 晶片上。最後，三束經過 DMD 晶片調變的光線藉助稜鏡再重新合併成一路光線，並通過鏡頭投射到螢幕上。三片 DLP 系統能夠顯示 35 萬億種顏色，相比之下，單片 DLP 系統卻只能夠顯示 1670 萬種顏色。

## 市場

在背投電視市場上，DLP 技術正在迅速成為主角。使用 DLP 技術的背投電視已經銷售了 200 多萬台，並且搶占了 10% 的市場份額。在 2004 的聖誕和新年假期中，有超過 50 家的廠商供應此類產品，這一數位在 2003 年還只有 18。而於數位前投影機的市場中，2006 年時 DLP 的市場佔有率已經達到 50%，與 3LCD 技術平分市場（依據 Pacific Media 市場調查）。現在，德州儀器公司總銷售額的 5% 來自於 DLP 晶片組。使用 DLP 技術的小型獨立投影單元（也稱作前置投影儀）在辦公室演示和家庭影院中也變得非常流行。

**優點**：

* 圖像平滑流暢
* 優秀的色深以及對比度
* 不會燒屏
* 消除了傳統 LCD 技術本身的「Screen door effect （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）」缺點，能夠得到無縫畫質
* DLP 背投電視比 CRT 電視更小、更薄、更輕
* 光源可更換，因此潛在壽命比 CRT 和電漿顯示器更長
* 光源的更換比 LCD 投影儀更為簡便，通常可由使用者自己進行

**缺點**：

* 在單片設計中，一些人能夠觀察到「彩虹效應」
* 重量上與 LCD 或電漿顯示器相差不大，但是卻比它們要厚
* 存在風扇噪音

### DLP 與 LCoS

與 DLP 技術最為接近的技術是矽基液晶。該技術使用一個晶片表面上的固定光鏡，並通過液晶陣列來控制光線反射的強弱，來投射最終構成的畫面。

## 相關條目

* Flat panel display
* LCD
* 電漿顯示器
* OLED
* SED-tv
* 顯示技術的比較

## 腳註

## 外部連結

* DLP Demo by Texas Instruments （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (Flash)
* DLP Overview by Texas Instruments （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* DLP... See It! Resource page on DLP and TVs in general
* "The Great Technology War: LCD vs. DLP" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (projectorcentral.com)
* _What's so hot about LCOS technology?_ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） A comparison of DLP and LCoS
* DLPmovies.com A directory of DLP-enabled cinemas
* Howstuffworks.com DLP （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Howstuffworks.com's article on DLPs
* Home Theater Network （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Upside and downside of DLP technology.