CN101263421A - 图像形成装置 - Google Patents

Abstract

提出了一种图像形成装置，其具有高可靠性并且形成没有斑点噪声的图像。该图像形成装置具有：光源单元，通过多个激光束输出部发射激光束；以及调制元件，受到从多个激光束输出部发射的激光束的照射。至少一个激光束输出部以与其他激光束输出部不同的定时来发射激光束，并且该至少一个激光束输出部照射调制元件的光束角度与其他激光束输出部照射该调制元件的光束角度不同。

Description

图像形成装置

技术领域

本发明涉及一种图像形成装置，例如电视接收机和视频投影仪。

背景技术

作为图像形成装置，将画面图像投影到屏幕上的投影显示器已经被广泛使用。通常，投影显示器使用灯光源。然而，灯光源具有寿命短、色彩再现区有限以及光使用效率低的问题。

为了解决这些问题，已经试图使用激光光源作为图像形成装置的光源。因为激光光源具有比灯光源更长的寿命和更强的方向性，激光光源能够容易地提高光使用效率。此外，因为激光光源表现出单色性，它具有较大的色彩再现区，并且可以显示生动的图像。

然而，在使用激光光源的显示器中，激光束相干性较高，并且产生了斑点噪声。

斑点噪声是一种微观的颗粒状噪声，是由激光束在屏幕上散射时散射光的干涉而产生的，并且对于观察者眼睛是可见的。斑点噪声变得使颗粒随机配置，颗粒的大小由观察者眼睛的F(F值，焦距比数)和激光束波长来确定。斑点噪声阻碍了观察者获取屏幕图像，并且引起严重的图像劣化。

此外，在斑点噪声中，存在衍射面(照明)噪声，其投影在屏幕上。该斑点噪声引起图像的不均匀性，并且使图像劣化。

迄今为止已经提出了许多用于减小斑点噪声的方法。根据专利文献1的显示装置通过移动漫射元件来照射调制元件。通过允许漫射元件进行移动，由漫射元件产生的斑点图案在时间上发生变化，并且调制元件的照明光角度实质上发生变化。结果，因为屏幕投影的角度在时间上发生变化，在屏幕上产生的斑点图案变化。因为观看者看到多个斑点图案，从而使斑点噪声分布平均化，并且减小了斑点噪声。

根据专利文献2的激光图像系统将激光光源排列成多个阵列，扩展了来自阵列的总输出的光谱宽度。由此，降低了干涉并且减小了噪声。

专利文献1：JP-A-6-208089

专利文献2：JP-A-2004-503923

发明内容

本发明要解决的问题

在专利文献1的情况下，为了移动漫射元件，必须安装作为物理移动机构的可移动部件。然而，可移动部件的劣化会引起显示装置的可靠性问题。

在专利文献2的情况下，只扩展光谱宽度不能去除在屏幕上投射的光的斑点噪声。

本发明的目的是解决上述传统问题，并且提供一种图像形成装置，其具有高可靠性并且形成已去除了斑点噪声的图像。

解决问题的手段

根据本发明的图像形成装置包括：光源单元，其通过多个激光束输出部发射激光束，以及调制元件，受到从所述多个激光束输出部发射的激光束的照射。至少一个激光束输出部以与其他激光束输出部不同的定时来发射激光束，并且至少一个激光束输出部照射所述调制元件的光束角度与其他激光束输出部照射所述调制元件的光束角度不同。

根据本发明的图像形成装置，可以无需任意物理移动机构就可以去除斑点噪声。不安装任意物理移动机构可以提高装置的可靠性。

所述图像形成装置还可以包括光学积分器，设置在所述多个激光束输出部和所述调制元件之间。

所述图像形成装置可以将所述多个激光束输出部配置为阵列形式，并且还可以在所述多个激光束输出部和所述光学积分器之间设置光学折射元件。可以依据从所述多个激光束输出部发射的激光束通过的光学折射元件的位置而改变所述光束角度。

所述图像形成装置可以将所述多个激光束输出部配置为阵列形式，并且还可以包括在所述多个激光输出部和所述光学积分器之间的光学折射元件，所述光学折射元件针对所述多个激光输出部，二轴地改变所述光束角度。

优选地，当单独的激光束输出部或它们的组合发射激光束时，一个图案的发射时间等于或小于10毫秒。

更优选地，每一个激光束输出部的连续发射时间等于或小于1微秒。

所述多个激光束输出部可以发射激光束，以使从所述多个激光束输出部发射的激光束的总和成为100Hz至2kHz的准连续波，并且根据图像信号来调制所述光束总和的功率。

所述多个激光束输出部发射激光束，以使从所述多个激光束输出部发射的激光束的总和成为100Hz至2kHz的准矩形波，并且根据图像信号来调制所述准矩形波的功率。

所述图像形成装置还可以包括光学积分器，在所述光学积分器的侧表面上配置所述多个激光束输出部，并且所述光学积分器从主表面向所述调制元件发射从所述侧表面进入的激光束。

可以将所述多个激光束输出部分别配置在所述光学积分器侧表面的相对侧面上。

可以将所述多个激光束输出部分别配置在所述光学积分器侧表面的四个侧面上。

可以将所述多个激光束输出部配置在针对所述光学积分器的中心部分的点对称位置处。

可以将所述多个激光束输出部分别配置在所述光学积分器的角部分处。

每一个激光束输出部可以是发射激光束的激光光源。

所述光源单元还可以配备有发射激光束的激光光源和光纤，并且每一个激光束输出部可以是用于发射经由所述光纤提供的所述激光光源的激光束的输出部。

本发明的有益效果

本发明的图像形成装置具有高可靠性，并且可以形成去除了斑点噪声的图像。

附图说明

图1是本发明实施例1的图像形成装置的示意性方框图；

图2A和图2B是示出了本发明实施例1中从光源单元到光学积分器的激光束的光束角度的图示，图2A是透视图，图2B是正视图；

图3是指示本发明实施例1的激光束输出部的发射定时和功率的图示；

图4是本发明实施例2的图像形成装置的示意性方框图；

图5是示出了本发明实施例2中从光源单元到光学积分器的激光束的光束角度的图示；

图6是指示本发明实施例2的激光束输出部的发射定时和功率的图示；

图7是本发明实施例3的图像形成装置的示意性方框图；

图8是本发明实施例4的图像形成装置的示意性方框图；

图9是本发明实施例5的图像形成装置的示意性方框图；以及

图10是本发明实施例6的图像形成装置的示意性方框图。

附图标记列表

1a、11a红色光源单元

1b、11b绿色光源单元

1c、11c蓝色光源单元

1a_1至1a_3、11a_1至11a_3、71a_1至71a_6红色激光束输出部

1b_1至1b_3、11b_1至11b_3、71b_1至71b_6、81b_1至81b_6、101b_1至101b_4绿色激光束输出部

1c_1至1c_3、11c_1至11c_3、71c_1至71c_6蓝色激光束输出部

2照明光学系统

4光学积分器

6投影光学系统

7、47、77调制元件

8投影光学系统

9、49分色棱镜(dichroic prism)

10屏幕

21、51光学折射元件

74导光板型光学积分器

81b_0绿色激光源

82光纤

94板型光学积分器

具体实施方式

现在将参考附图描述根据本发明的实施例。

(实施例1)

图1示出了本发明实施例1的图像形成装置的示意图。该实施例的图像形成装置是使用激光光源的投影显示器。

[图像形成装置的结构]

该实施例的图像形成装置包括：红色光源单元1a，发射红色激光束；绿色光源单元1b，发射绿色激光束；以及蓝色光源单元1c，发射蓝色激光束。红色光源单元1a、绿色光源单元1b和蓝色光源1c分别包括激光束输出部1a_1、1a_2、1a_3，激光束输出部1b_1、1b_2、1b_3，和激光束输出部1c_1、1c_2、1c_3。激光束输出部1a_1、1a_2、1a_3是发射红色激光束的红色激光光源。激光束输出部1b_1、1b_2、1b_3是发射绿色激光束的绿色激光光源。激光束输出部1c_1、1c_2、1c_3是发射蓝色激光束的蓝色激光光源。

该实施例的图像形成装置包括针对每一个光源单元1a至1c的照明光学系统2和调制元件7。从红色、绿色和蓝色(RGB)三色光源单元1a至1c发射的激光束被导向照明光学系统2，照明光学系统2照射调制元件7，调制元件7分别调制RGB的每一种颜色。每一个照明光学系统2包括：光学积分器4，将从光源单元1a至1c发射的激光束修整为矩形，并且使其大致均匀化；以及投影光学系统6，将光学积分器4的光束中继至调制元件7。投影光学系统6包括镜(mirror)61和物镜62。

该实施例的图像形成装置还包括：分色棱镜9，将从三个调制元件7发射的RGB激光束组合；以及投影光学系统8，将组合的光束放大，并且将其投影到屏幕10上。该实施例的图像形成装置通过空间加法混色，在屏幕10上形成彩色图像。

[激光束的光束角度]

图2A和2B示出了如下配置：从绿色光源单元1b的激光束输出部1b_1、1b_2和1b_3发射的激光束以变化的光束角度进入光学积分器。图2A是示出了绿色光源单元1b的激光束输出部1b_1、1b_2和1b_3、光学折射元件21和光学积分器4的透视图。图2B是其正视图。如图2A和2B所示，将激光束输出部1b_1、1b_2和1b_3每一个均安装为沿宽度方向的三个单元，并将全部9个激光束输出部配置成二维阵列形式。

该实施例的图像形成装置包括9个激光束输出部和光学积分器4之间的光学折射元件21。光学折射元件21是用于针对每一个激光束输出部而改变光束角度的元件，具体而言，它是针对每一个凸透镜或激光束输出部而改变倾斜度的棱镜。从9个激光束输出部发射的绿色激光束分别进入光学折射元件21，并且被导向光学积分器4，同时光束角度根据光学折射元件21的通过位置，针对每一个激光束输出部而二轴地(biaxially)变化。该实施例通过针对9个安装激光束输出部而安装一个光学折射元件21，控制从每一个激光束输出部发射的激光束的光束角度。因为从多个激光束输出部发射的激光束在进入照射光学系统2时改变了角度，所以对调制元件7的照明角度对每一个激光束输出部而言是不同的。

在图2A和2B中，将描述绿色光源单元1b，但是红色光源单元1a和蓝色光源单元1c具有与绿色光源单元1b相同的配置，并且对从配置成二维阵列形式的9个激光束输出部发射的激光束以针对每一个激光束输出部而二轴地改变的光束角度，分别通过一个光学折射元件21被导向至光学积分器4。对于多个激光束输出部的光束角度而言，不一定全部角度都必须不同。只要激光束输出部配置为具有多个不同的光束角度，存在多组相同的光束角度是可接受的。

[激光束发射定时]

红色光源单元1a、绿色光源单元1b和蓝色光源单元1c中每一个按照预定顺序从每一个激光束输出部发射激光束。图3示出了每一个激光束输出部的激光束的发射定时和根据图像信号的功率调制，利用红色光源单元1a作为示例。在图3中，每一个激光束输出部按照1a_1→1a_2→1a_3→1a_1→...的顺序连续地发射激光束，以使红色光源单元1a的每一个激光束输出部的光束的总和形成准连续波31。在图像信号根据诸如亮场景和暗场景等之类的视频画面而变化的情况下，根据图像信号调制每一个激光束输出部的功率。在图3中，示出了这样的示例，其中针对每一帧来调制图像信号、并且针对每一帧逐步地调制红色激光光源的光束总和的功率。

[效果]

该实施例的图像形成装置针对红色光源单元1a，绿色光源单元1b和蓝色光源单元1c各自的每一个激光束输出部改变光束角度，每一个激光束输出部以不同的定时依次发射激光束。采用该配置，由于照射调制元件7的光的角度随着时间流逝而变化，所以可以改变光投影到屏幕10上的角度。由此，在观众观看时，对斑点噪声进行了平均，可以去除斑点噪声。这样，无需安装物理移动机构，该实施例就可以去除斑点噪声。因此，可以实现具有极好可依赖性的图像形成装置。此外，还有的优点在于，由于不安装作为物理移动机构的任何移动部件，所以可以减小该装置的尺寸。

此外，根据该实施例，多个激光束输出部单独地且连续地发射激光束，以使每一个激光束输出部的光束总和成为准连续波31，从而甚至在显示明亮图像时，也可以抑制每一个激光束输出部的峰值输出。这时，可以改进装置的安全性。另外，可以防止由激光束引起的对光学部件和激光光源本身的损坏。而且，可以防止由于激光光源发热而导致的劣化，并且改进光学部件的光电阻(light resistance)。此外，可以通过以每一帧对光束总和输出进行功率调制，抑制在较暗图像情况下的激光束输出，可以节省功率。另外，同步和控制调制元件7可以增加对比度和色调的个数。

另外，在红色光源单元1a、绿色光源单元1b和蓝光色源单元1c的每一个中，不一定所有激光束输出部都分别按照顺序发射激光束，而是可以通过多个激光束输出部的组合来按照顺序发射激光束。例如，可以按照诸如(1a_1+1a_2)→(1a_2+1a_3)→(1a_3+1a_1)→(1a_1+1a_2)→(1a_2+1a_3)→...的顺序从每一个激光束输出部发射激光束。另外，可以随时间变化而改变要使用的激光束输出部或激光束输出部的组合。

此外，在红色光源单元1a、绿色光源单元1b和蓝色光源单元1c的每一个中，沿图2的激光束输出部的宽度方向配置的三个激光束输出部分别可以同时发射激光束或者可以按照不同的定时依次发射激光束。例如，三个激光束输出部1a_1可以在图3的1a_1所示定时处同时发射激光束，或者分别在不同的定时处轮流发射激光束。另外，发射激光束的顺序不应该局限于图3。每一个激光束输出部的光束的总和只需要形成准连续波31。

在图3中，优选地，从每一个激光束输出部发射激光束时到其发射下一个激光束时的一个周期的时间t1等于或小于10毫秒。更优选地，当激光束输出部独立地或组合地(例如，激光束输出部1a_1和1a_2)发射激光束的一个图案时的发射时间t2等于或小于10毫秒。通过保持一个图案输出时间t2等于或小于10毫秒，可以在观看者识别一幅图像的时间之内产生多个斑点噪声图案，从而可以去除斑点噪声。此外，当在一帧内重复多个图案发射时，不必将全部图案的一个周期时间保持为等于或小于10毫秒。只需要产生多个斑点噪声图案，例如，在一帧内发射15个图案的情况下，可以使10个图案的发射时间等于或小于10毫秒。

更优选地，每一个激光束输出部连续发射激光束的时间等于或小于1微秒。将每一个激光束发射单元的连续发射时间保持为等于或小于1微秒，这可以增加激光束的脉冲发射的峰值功率，并且可以提高图像亮度。此外，在相同图像亮度的情况下，可以减小激光束输出部的个数，并且可以实现尺寸减小和成本降低。将一个激光束输出部的连续发射时间保持为等于或小于1微秒，这可以通过降低激光束的相干性，实现斑点噪声减少效果。当缩短每一个激光束输出部的连续发射时间时，可以增加要在帧中重复的辐射图案的个数。

每一个激光束输出部的输出功率不必相同，但是应该将光束总和的每一帧的功率控制为根据图像信号而调制的量。图3中，描述了这样的情况：根据图像信号来逐步地调制光束总和，但是也可以不逐步地进行调制，如果每一帧的光量(light volume)总和是受控的量，则光束总和的调制形状可以具有任意波形。

优选地，提供用于略微同时地发射光束的时间，以防止在连续发射激光束并且形成准连续波31时形成任何间隙。此外，当执行连续发射以具有准连续波31时，即使在由于电信号的延迟而产生任何轻微的间隙时，这种情况也认为是本发明中的准连续波。此外，当帧切换时，可以通过将发射与调制元件7同步来控制所述帧切换，以形成发射间隙时间。

分别从多个激光束输出部发射的激光束的中心波长可以不必是相同的。优选地，可以在真实地再现显示为单色激光光源的颜色的范围内，移动中心波长，并且将总光谱宽度扩展为单色激光光源。通过扩展所述光谱宽度，可以降低相干性，并且能够进一步地减小斑点噪声。对于总光谱宽度，优选地，最大值一半处的全宽Δλ在5至10nm之间。

如同该实施例的情况，在红色、绿色和蓝色单色光源单元1a、1b和1c的每一个中，优选地是从多个激光束输出单元发射的光束应该经由相同的光学积分器4照射相同的调制元件7。在使用多个激光束输出部的情况下，由于每一个光强度分布或光轴的偏差，导致均匀照明变得很困难，但是使用相同光学积分器4照射调制元件7，这对光强度进行平均，并且可以容易地均匀照射调制元件7。如同该实施例的情况，即使将一个光学积分器4用于每一个光源单元1a、1b和1c时，因为多个激光束输出部按顺序发射激光束，所以从光学积分器4发射波面(角度)连续变化的光，并且改变了照射调制元件7的角度。

在该实施例中，在红色、绿色和蓝色光源单元1a、1b和1c中设置的激光束输出部是发射激光束的单色激光光源，但是每一个激光束输出部可以是用于输出激光束的输出部。即在红色、绿色和蓝色光源单元1a、1b和1c的每一个中，每一个光源单元包含发射红色、绿色和蓝色激光束中任意一种的一个单色激光光源，并且如同该实施例的情况，按照不同的定时，从多个激光束输出部发射来自单色激光光源的激光束。在所述激光束输出部是输出部的情况下，可以应用该实施例。

(实施例2)

图4示出了本发明实施例2的图像形成装置的示意图。根据该实施例的图像形成装置是投影显示器，并且具有如下配置：从红色光源单元11a、绿色光源单元11b和蓝色光源单元11c发射的激光束经由相同的光学积分器4进入相同的调制元件47。RGB三色光源单元11a、11b和11c按照分时方式来使用相同的调制元件47。其他配置和操作与实施例1几乎相同。现在将相对于该实施例的图像形成装置的配置进行详细解释。

[图像形成装置的配置]

该实施例的图像形成装置包括红色光源单元11a、绿色光源单元11b和蓝色光源单元11c，所述光源单元分别包括多个激光束输出部，如同实施例1的情况那样。红色光源单元11a的激光束输出部11a_1、11a_2和11a_3是发射红色激光的红色激光光源。绿色光源单元11b的激光束输出部11b_1、11b_2和11b_3是发射绿色激光束的绿色激光光源。蓝色光源单元11c的激光束输出部11c_1、11c_2和11c_3是发射蓝色激光束的蓝色激光光源。

该实施例的图像形成装置还包括RGB光源单元11a至11c共用的照明光学系统2和调制元件47。从三种RGB颜色的激光光源11a至11c发射的光束经由相同的照明光学系统2被导向相同的调制元件47。照明光学系统2包括：分色棱镜49，用于近似共轴地调整每一种颜色的激光束；光学积分器4；以及投影光学系统6。为了近似共轴地聚焦所述三种颜色的激光束，使用分色棱镜49，但是可以使用分色镜或偏振镜。另外，如果多色激光束可以照射单个调制元件47，则它们可以不必特别地聚焦为共轴。

具体地，调制元件47是二维微镜(micro-mirror)装置。RGB三色激光光源11a、11b和11c按照分时方式来使用单个调制元件47，并且根据时间平均的加法混色在屏幕上显示彩色图像。

[激光束的光束角度]

从红色光源单元11a、绿色光源单元11b和蓝色光源单元11c的每一个激光束输出部发射的多个激光束按照不同的光束角度被导向至分色棱镜49中。图5示出了以针对每一个激光束输出部而不同的方向配置的激光束输出部11b_1、11b_2和11b_3以及三个光学折射元件51，采用绿色光源单元11b作为示例。如图5所示，激光束输出部11b_1、11b_2和11b_3配置成一维阵列的形式。从激光束输出部11b_1、11b_2和11b_3发射的激光束以由配备在输出侧上的光学折射元件51二轴(相对于光轴的两个轴x轴和Y轴)地改变的光束角度进入分色棱镜49。与绿色光源单元11b相同，红色光源单元11a和蓝色光源单元11c配备有光学折射元件51。

[激光束发射定时]

因为红色光源11a、绿色光源单元11b和蓝色光源单元11c的每一个激光束输出部分时地使用单个调制元件71，每一个激光束输出部按顺序发射激光束，使得每一种颜色的光束的总和在所划分的时间内形成准矩形波。

图6示出了根据激光束输出部11a_1、11a_2和11a_3的发射定时和图像信号的功率调制，利用红色光源单元11a作为示例。图6是由多个激光束输出部的组合顺序地发射激光束的示例，并且所述示例按照(11a_1+11a_3)→(11a_1+11a_2)→(11a_2+11a_3)→(11a_1+11a_3)→...的顺序发射激光束。激光束输出部11a_1、11a_2和11a_3按照发射定时来发射激光束，使得红色光源单元11a的光束总和形成准矩形波61。在该实施例中，因为RGB三色分时地使用单个调制元件47，所以将红色光源单元11a、绿色光源单元11b和蓝色光源单元11c的准矩形波61的脉冲宽度分别控制在100Hz至2kHz的范围内。在该实施例中，在一帧中轮流将红色、绿色和蓝色的每一个准矩形波61发射至调制元件47。将准矩形波61的脉冲宽度保持在100Hz至2kHz，这样调制元件47能够在不出现颜色分离(color breakup)等的情况下给出色调。

图6示出了每一个激光束输出部如何调制输出功率，以根据图像信号针对每一帧来逐步地调制光束总和的准矩形波61。因为每一个激光束输出部根据图像信号来调制功率，所以可以在较暗图像的情况下实现电功率节省。此外，通过控制每一个激光束输出部的功率与调制元件7同步，可以增加图像对比度和色调的个数。

[效果]

该实施例具有与实施例1相同的效果。即，在每一个光源单元中，将光学折射元件51配备给每一个激光束输出部，以针对每一个激光束输出部，在两个轴上改变照射调制元件47的角度，多个激光束输出部按顺序发射激光束，从而增加了斑点噪声图案的个数。这样，可以减少时间平均之后的斑点噪声。

因为在该实施例的图像形成装置中，红色、绿色和蓝色光源单元11a、11b和11c共享光学积分器4和调制元件47，并且红色、绿色和蓝色光源单元11a、11b和11c的每一个激光束输出部经由相同的光学积分器4照射相同的调制元件47，所以该实施例的图像形成装置还提供了减小图像形成装置的光学系统尺寸的效果。

在该实施例中，每一个光源单元的激光束输出部不应该局限于单色激光光源，而是可以是可以输出从一个单色激光光源提供的激光束的输出部分。

改变激光束输出部的光束角度的配置不应该局限于图2和图5。只需要这样的结构，其中从每一个激光束输出部发射的激光束以二轴变化的光束角度进入光学积分器4。例如，将多个激光束输出部沿不同方向倾斜并将其进行一维配置，激光束可以经由图2的光学折射元件21进入分色棱镜49。

在图6中，红色、绿色和蓝色的每一种颜色的总光束形成一帧中的一个准矩形波61，但是可以控制激光束输出部的发射定时，以由每一种颜色的总光束形成一帧中的两个或更多的准矩形波61。此外，通过两个激光束输出部的组合形成一个图案总光束，但是如同实施例1的情况，多个激光束输出部可以独立地轮流发射激光束。

此外，可以增加在形成一个准矩形波61时的发射图案的重复次数，并且可以缩短每一个激光束输出部的连续发射时间。与实施例1相同，缩短每一个激光束输出部的连续辐射时间，这可以通过激光束的脉冲发射来增加峰值功率，并且可以提高图像亮度。此外，在相同图像亮度的情况下，可以减小激光束输出的个数并且可以实现尺寸减小和成本降低。

另外，通过缩短一个激光束输出部的连续发射时间，可以同时实现通过降低激光束的相干性而实现的斑点噪声减少效果。

优选地，形成准矩形波61时激光束输出部的发射时间的间隙等于或小于1微秒。当准矩形波的强度在时间方面波动较大时，出现了不能真实地再现图像色调这一问题，但是通过将发射时间的间隙设定为等于或小于1微秒，可以真实地再现图像色调。

每一个激光束输出部的输出功率可以不必是相同的，而只需要控制准矩形波61的总的光功率成为根据图像信号控制的功率。

在实施例1和实施例2中，对调制元件7和47的图像进行投影的投影光学系统8以及屏幕10并不具体局限于所述实施例，而是只需要使观看者能够观看调制元件图像。例如，屏幕10可以是反射型的正投影类型，或者可以是透射类型的背投影类型。此外，可以不提供投影光学系统8，而可以紧接在调制元件7和47的后面安装透射型屏幕。

照明光学系统2不局限于实施例1和2，而只需要具有用于将从激光束输出部发射的光束导向至调制元件7和47的配置。光学积分器4只需要对光束进行整形并使其几乎均匀，并可以使用蝇眼透镜、全息元件等。另外，可以有意地省略对光学积分器4的光进行中继的投影光学系统6。

(实施例3)

图7示出了根据本发明实施例3的图像形成装置的示意图。该实施例的图像形成装置是液晶显示器。将激光光源用于液晶显示器的背光。该实施例的图像形成装置包含作为红色激光光源的激光束输出部71a_1至71a_6、作为绿色激光光源的激光束输出部71b_1至71b_6以及作为蓝色激光光源的激光束输出部71c_1至71c_6。该实施例的图像形成装置还包括：导光板型光学积分器74，每一个激光束输出部的光束进入导光板型积分器74的侧表面，并且导光板型光学积分器74从主表面发射光束；以及调制元件77，安装在发射光束的导光板型光学积分器74的主表面侧。导光板型光学积分器74和调制元件77形成照明光学系统。

将作为红色激光光源的激光束输出部71a_1至71a_6配置在导光板型光学积分器74的侧表面上，使得激光束以针对每一个激光束输出部而不同的角度进入所述导光板型光学积分器74。相同的原理也应用于绿色光和蓝色激光光源。在该实施例中，各个RGB激光束输出部位于所述导光板型光学积分器74的全部四个侧表面上。在图7中，在导光板型光学积分器74的顶侧表面和底侧表面上，分别安装一组RGB激光束输出部，并且在右和左侧表面上安装两组RGB激光束输出部。通过配置所述装置，以使激光束以针对每一个激光束输出部而不同的角度进入导光板型光学积分器74，导光板型光学积分器74照射调制元件77时的光束角度对于每一个激光束输出部而不同。

每一个RGB激光束输出部轮流发射激光束，并且与实施例1或实施例2的情况那样独立地或组合地照射调制元件77。

导光板型光学积分器74在除了背面和安装了每一个激光束输出部的部分之外的侧表面上具有反射面。导光板型光学积分器74在内部具有均匀漫射装置，并且发射具有从主表面均匀化的光量分布的光束。将从导光板型光学积分器74发射的光束导向至调制元件77，并且形成图像。

该实施例具有与实施例1相同的效果。即，因为每一个RGB激光束输出部随着时间流逝而改变用于照射调制元件77的角度，所以去除了斑点噪声。观察调制元件77形成的图像的观看者可以观看到没有斑点噪声的图像。另外，因为没有安装物理移动机构，改善了可靠性。

另外，根据该实施例的配置，可以分散和定位多个激光束输出部。该实施例还提供了增加设计激光束输出部的热辐射机构时的自由度的效果。

此外，因为激光光源是点光源，发生了难以用一个激光光源使照明均匀化的问题，但是如同该实施例的情况那样，通过光从多个激光束输出部进入导光板型光学积分器74的配置，与从一个点进入积分器的光的情况相比，可以改进照明的均匀度。

在该实施例中，将激光束输出部安装在导光板型光学积分器74的侧表面上，但是只需要改变用于照射调制元件77的角度，例如，可以将激光束输出部设置在背面侧。此外，如果从导光板型光学积分器发射以照射调制元件77的光的角度根据激光束输出部而不同，则可以将激光束输出部设置在任意地方。

每一个RGB颜色的激光束输出部不局限于单色激光光源，而也可以是从中输出由一个单色激光光源提供的激光束的输出部。

(实施例4)

图8示出了本发明实施例4的图像形成装置的配置。图8所示的激光束输出部81b_1至81b_6是用于发射激光的输出部。该实施例的图像形成装置将从绿色激光光源81b_0发射的激光束分叉(divaricate)，将它们与光纤82耦合，并且从激光束输出部81b_1至81b_6中发射激光束。绿色激光光源81b_0、光纤82和激光束输出部81b_1至81b_6形成了绿色光源单元。

该实施例的图像形成装置配置为使用激光光源作为液晶显示器的背光，并且导光板型光学积分器74和调制元件77与实施例3的相同。导光板型光学积分器7由漫射结构、棱镜组等配置而成，并均匀地照射调制元件77。

将激光束输出部81b_1至81b_6相对于导光板型光学积分器74安装到不同位置，以便从不同的角度照射调制元件77。在图8中，与实施例3相同，激光束输出部81b_1至81b_6位于导光板型光学积分器74侧表面的四个侧面上。

激光束输出部81b_1至81b_6轮流发射激光束。对于激光束发射图案，激光束输出部可以如同实施例1是情况那样独立地轮流发射激光束，或者如同实施例2的情况那样，多个激光束输出部的组合可以轮流发射激光束。此外，连同时间变化一起而使用的激光束输出部或者激光束输出部的组合可以不同并轮流发射激光束。

甚至在只使用一个激光光源的实施例情况下，在观看者识别出亮度的时间内，通过从每一个激光束输出部连续地发射激光束，可以如同实施例7的情况那样去除斑点噪声。

此外，甚至在一个激光光源的情况下，通过从激光束输出部发射光束，可以使从导光板型光学积分器74发射的光束均匀。即，可以提高照明的均匀度。

通过安装多个激光束输出部，并降低从激光束输入部进入导光板型光学积分器74的激光束的光束功率密度，可以防止由激光束引起的对于光学部件和光源的损坏。

在图8中，描述了使用绿色激光光源81b_0的情况，但是对于红色激光光源和蓝色激光光源，可以使用与图8相同的配置。在每一个RGB中，通过针对一个激光光源，向导光板型光学积分器74的侧表面安装多个输出部分，可以相比于将激光光源本身设置在导光板型光学积分器74的侧表面上的图7而言，使每一个RGB输出部分彼此放置得更近。这适合于输出白色的配置。

另外，可以组合图7的配置和图8的配置，以分别配置RGB光源。例如，相对于使用半导体激光器的红色和蓝色激光光源，可以将作为激光光源的激光束输出部设置在导光板型光学积分器74的侧表面上，如图7所示，而对于使用光纤激光器的绿色激光光源，可以将作为输出部的激光束输出部安装在导光板型光学积分器74的侧表面上，如图8所示。因为难以通过半导体激光器发射绿色激光束，所以对于绿色激光光源，考虑使用通过波长转换来发射绿色激光束的光纤激光器。该实施例适合于使用光纤激光器作为激光光源的情况。

(实施例5)

图9示出了实施例5的图像形成装置的配置。该实施例的图像形成装置包括板型光学积分器94，并且在作为所述板型光学积分器94的相对侧面的两侧上，安装了激光束输出部81b_5和81b_6。除此之外的其他配置与实施例4相同。

板型光学积分器94是导光板型或中空(hollow)型光学积分器。通常，当光从一侧进入板型光学积分器94时，可能在入射光束和下游部分之间出现光的不均匀。具体地，在向前方发射从侧表面进入的光束的板型光学积分器94中，因为激光光源是点光源，发生了难以实现光束均匀性的问题。然而，如同该实施例的情况，通过在相对侧安装激光束输出部81b_5和81b_6，能够消除入射光束的上游部分和下游部分，另外，激光束输出部81b_5和81b_6发射在观看者识别出图像的时间内(例如等于或小于10毫秒)交替地发射激光束，可以实现均匀的照明。

因为入射光束角度在180度时产生最大的变化以减少斑点噪声，所以优选地是在相对侧面上设置一对激光束输出部。推荐的是将激光束输出部彼此设置在板型光学积分器94的侧表面的相对侧，使它们位于相对于板型光学积分器94的中心部分的点对称位置处。从去除斑点噪声的角度而言，优选地是调整激光束的输出角度，以使主光束相对于板型光学积分器94的中心而相对地传播。

根据该实施例，可以实现斑点噪声减少和均匀的照明。为了实现斑点噪声减少和均匀的照明，推荐的是在板型光学积分器94的侧表面的相对侧安装至少一组激光束输出部。为了进一步增强斑点噪声的减少以及实现更好的均匀照明，优选地是将多组激光束输出部设置在板型光学积分器94的相对侧面上，或者设置在相对于板型光学积分器94的中心部分的点对称位置处。

(实施例6)

图10示出了实施例6的图像形成装置的配置。该实施例的图像形成装置具有设置在导光板型光学积分器74的角部分处的激光束输出部101b_1至101b_4。设置激光束输出部101b_1至101b_4，以使每一个激光束输出部彼此面对，即将主光束导向至板型光学积分器74的中心部分。在该实施例中，除了激光束输出部101b_1至101b_4的配置之外的配置和操作与实施例4的相同。

在使用作为点光源的激光光源的情况下，光束难以到达导光板型光学积分器74的角部分处，并且均匀化也是很困难的，但是如同该实施例的情况，通过在角部分处安装激光束输出部101b_1至101b_4，可以容易地实现均匀化。

对于激光束输出部101b_1至101b_4的发光侧，优选地是安装光学元件，包括沿平面方向扩展激光束的柱面透镜、或具有连续的柱面透镜的双凸透镜(lenticular lens)。通过该光学元件使得激光束为平面状态，并可以支持均匀化。

对于实施例1至实施例6，激光束输出部的个数不局限于任意实施例。可以将两个或更多个激光束输出部设置在每一个RGB光源单元中，从而可以轮流发射激光束。

此外，在实施例1至实施例6中，红色、绿色和蓝色光源单元中每一个均具有多个激光束输出部，但是可以将该多个激光束输出部配置用于红色、绿色和蓝色中的任意一个。

另外，对于实施例1至实施例6的图像形成装置，使用RGB三色激光光源，但是本发明不具体地局限于此，可以使用三色或更多颜色的激光光源。

工业应用性

根据本发明的图像形成装置具有高可靠性，并且可以形成去除了斑点噪声的图像，对于形成运动画面、静止图像等的投影显示器和液晶显示器是十分有用的。

Claims (15)

1.一种图像形成装置，包括：

光源单元，其通过多个激光束输出部发射激光束，以及

调制元件，受到从所述多个激光束输出部发射的激光束的照射；

其中，至少一个激光束输出部以与其他激光束输出部不同的定时来发射激光束，以及

至少一个激光束输出部照射所述调制元件的光束角度与其他激光束输出部照射所述调制元件的光束角度不同。

2.根据权利要求1所述的图像形成装置，还包括：光学积分器，设置在所述多个激光束输出部和所述调制元件之间。

3.根据权利要求2所述的图像形成装置，其中所述多个激光束输出部配置成阵列形式；

在所述多个激光束输出部和所述光学积分器之间还设置有光学折射元件；以及

依据从所述多个激光束输出部发射的激光束通过光学折射元件的位置，改变光束角度。

4.根据权利要求2所述的图像形成装置，其中，所述多个激光束输出部配置成阵列形式，并且

在所述多个激光束输出部和所述光学积分器之间还设置有光学折射元件，所述光学折射元件针对所述多个激光输出部中每一个，二轴地改变所述光束角度。

5.根据权利要求1所述的图像形成装置，

其中当单独的激光束输出部或它们的组合发射激光束时，一个图案的发射时间等于或小于10毫秒。

6.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中每一个激光束输出部的连续发射时间等于或小于1微秒。

7.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中所述多个激光束输出部发射激光束，以使从所述多个激光束输出部发射的激光束的总和成为准连续波，并且根据图像信号来调制所述光束总和的功率。

8.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中所述多个激光束输出部发射激光束，以使从所述多个激光束输出部发射的激光束的总和成为100Hz至2kHz的准矩形波，并且根据图像信号来调制所述准矩形波的功率。

9.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中所述图像形成装置还包括光学积分器，所述多个激光束输出部配置在所述光学积分器的侧表面上，并且所述光学积分器从主表面向所述调制元件发射通过所述侧表面进入的激光束。

10.根据权利要求9所述的图像形成装置，其中所述多个激光束输出部分别配置在所述光学积分器侧表面的相对侧面上。

11.根据权利要求9所述的图像形成装置，其中所述多个激光束输出部分别配置在所述光学积分器侧表面的四个侧面上。

12.根据权利要求9所述的图像形成装置，其中所述多个激光束输出部配置在针对所述光学积分器的中心部分的点对称位置处。

13.根据权利要求12所述的图像形成装置，其中所述多个激光束输出部分别配置在所述光学积分器的角部分处。

14.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中每一个激光束输出部均是发射激光束的激光光源。

15.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中所述光源单元还包括发射激光束的激光光源和光纤，以及

每一个激光束输出部均是用于发射经由所述光纤提供的所述激光光源的激光束的输出部。

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