混光方法、混光装置以及应用该混光装置的小型投影系统的制作方法

专利名称：混光方法、混光装置以及应用该混光装置的小型投影系统的制作方法
技术领域：
本发明关于ー种混光方法与混光装置，尤其是关于ー种应用于小型投影装置的混光方法、混光装置以及应用该混光装置的小型投影系统。
背景技术：
日常生活中，投影系统经常被用来将图文或影像数据投射放大于投射面上，令使用者观看时更具有视觉上的舒适性，且电子设备均有朝向轻、薄、短、小的设计趋势来符合人性的需求，因此投影系统也不例外地趋于微小化，俾能应用于3G手机、PDA等电子产品，亦或成为ー种可随身携帯的小型投影系统，藉此使用者可随处利用投影系统来播放欲观赏的影片，轻松地达到娱乐的效果。请參阅图1，其为现有使用投影系统的结构示意图。投影系统I包括混光装置11、 棱镜12、显示元件13以及光学镜头14，其中，显示元件13为ー数字微型反射镜(DMD)元件，混光装置11所提供的光源透过棱镜12而照射至显示元件13上，以使显示元件13所呈现的影像画面经过棱镜12后投射至光学镜头14，光学镜头14再将该影像画面投射至前方的投射面9上，使该影像画面被放大显示。一般来说，显示元件13需要被均匀的光照射，否则所呈现的影像画面的边缘或中心可能存在光度或色彩不均匀的现象，故，混光装置11所输出的光的质量是影响投影系统I成像好坏与否的关键因素之一。请參阅图2，其为现有混光装置的结构示意图。混光装置11包括红色发光単元111、绿色发光单兀112、蓝色发光单兀113、合光结构114以及光管结构115,其中合光结构114用以供红色发光单元111所输出的红色光束、緑色发光单元112所输出的緑色光束以及蓝色发光単元113所输出的蓝色光束进行合光动作，且进行合光动作后的该些光束进入光管结构115内进行数次反射或散射以彼此相互混合，进而增加光度或色彩的均匀程度。惟，上述混光装置11需特别设置合光结构114供各色发光单元所输出的光束结合，以致于投影系统I因混光装置11的结构过于复杂而无法有效缩小其体积。再者，光的光度或色彩的均匀程度与光管结构115的长度成正比关系，亦即光管结构115越长，其所输出的光的光度或色彩就越均匀，然而，若是光管结构115的长度太长，不但容易造成光能量的损耗，亦与縮小投影系统I的体积的目的相互抵触；相反地，若是光管结构115的长度越短，就越能縮小投影系统I的体积，但将造成不均匀的混光效果。故，单纯仅利用光管结构115作为使光的光度或色彩均匀化的手段是具有缺陷。根据以上所述，现有的混光装置仍具有相当大的改善空间。

发明内容
本发明要解决的主要技术问题在干，针对现有技术存在的上述不足，提供ー种可提供光度均匀且色彩均匀的光源的混光方法与混光装置。本发明要解决的另一技术问题在干，针对现有技术存在的上述不足，提供ー种应用上述混光方法与混光装置的小型投影系统，以简化小型投影系统的结构而达到縮小体积的功效。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种混光装置，用以提供光源予一显示元件，该混光装置包括光管结构；多个发光单兀；其中，任ー发光单兀用以输出一光束，且由该多个发光单兀所输出的多条光束于该光管结构内进行数次反射或散射后而彼此相互混合；反射式偏极片，设置于该光管结构的一出口端，用以让混合后的该些光束中的P偏极光穿透，并让混合后的该些光束中的S偏极光反射回该光管结构内以再次进行数次反射或散射；以及微透镜组，设置于该光管结构与该反射式偏极片之间，且用以增加混合后的该些光束的乱度。 较佳地，所述混光装置是应用于ー小型投影装置的混光装置。较佳地,该多个发光单兀设置于该光管结构的一光源放置端，且该光管结构呈封闭式状态。较佳地，该光管结构的该光源放置端的面积小于或等于该出口端的面积，且该光管结构的该光源放置端与该出ロ端皆呈矩形，抑或该光管结构的该光源放置端与该出ロ端皆呈圆形，抑或该光管结构的该光源放置端与该出口端中的任ー者呈矩形，而另ー者呈圆形。较佳地，所述混光装置还包括一 1/4波长片，其设置于该光管结构与该微透镜组之间，以使被该反射式偏极片反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光。较佳地，该光管结构的内壁表面是由高反射率材质所制成，且该高反射率材质为微发泡反射板(MCPET)、镀膜反射镜或白色高散射材料，而该反射式偏极片为奈米级(nano-scale)的线数组薄膜。较佳地，该微透镜组包括多个微透镜，该些微透镜呈数组排列，且该些微透镜中的任ー微透镜为平凸透镜、双凸透镜、凹凸透镜、平凹透镜、双凹透镜或凸凹透镜。较佳地，该微透镜组包括至少ニ个排列成--维数组的直条状透镜以及至少ニ个
排列成ー另一一维数组的横条状透镜。较佳地，该些发光単元排列成一一维数组吋，该些微透镜是排列成一与该些发光単元的排列方向相同的一维数组，且任一该微透镜呈条状，或者于该些发光单元呈不规则型态排列吋，该些微透镜排列成一二维数组，且该些微透镜中任ー微透镜呈方形或圆形。较佳地，该些发光単元中的至少ニ个发光单元所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光単元中的至少ニ个发光单元所输出的光束具有相同的顔色，但不具有相同的亮度。较佳地，该些发光単元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光単元由6个排列成一 2x3数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及単一个设置于该2x3数组的中间并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，抑或该些发光二极管芯片包括两个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光单元以及单ー个设置于该2x3数组的中间并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色。较佳地，当些发光単元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光单元为由6个排列成一 2x3数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及単一个设置于该2x3数组的中间并用以输出蓝色光束的发光ニ极管芯片时，该些用以输出红色光束的发光二极管芯片串联连结或并联连结，而该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片串联连结或并联连结。或者，较佳地，该些发光単元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光単元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，抑 或该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色。或者，较佳地，该些发光単元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光単元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中，该2x4数组由ニ个相同的2x2数组并排组成，任ー该2x2数组包括一个用以输出红色光束的发光二极管芯片、ー个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片以及ニ个用以输出绿色光束的发光二极管芯片，且任ニ相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色。或者，较佳地，该些发光単元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光ニ极管芯片包括三个用以输出蓝色光束的发光单元、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及三个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x3数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第I行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第3行、第2列第I行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第2行、第2列第3行以及第3列第I行。或者，较佳地，该些发光単元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光ニ极管芯片包括四个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光ニ极管芯片以及四个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x4数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第2行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行。
或者，较佳地，该些发光単元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光ニ极管芯片包括五个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、五个用以输出绿色光束的发光ニ极管芯片以及五个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光单兀排列成一 3x5数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行、第2列第5行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行、第3列第2行以及第3列第5行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第2行、第I列第5行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行。较佳地,该些发光单兀分别于不同的时序中输出该光束。较佳地,该显示元件为反射式液晶(LCOS)元件、数字微型反射镜(DMD)元件或穿透式液晶(IXD)元件。较佳地，本发明亦提供ー种小型投影系统，其包括 用以呈现一影像画面的显示元件；混光装置，提供光源予该显示元件，包括光管结构、多个发光単元、反射式偏极片以及微透镜组，该多个发光单兀中任ー发光单兀用以输出一光束，且由该多个发光单兀所输出的多条光束于该光管结构内进行数次反射或散射后而彼此相互混合；该反射式偏极片设置于该光管结构的一出口端，用以让混合后的该些光束中的P偏极光穿透，并让混合后的该些光束中的S偏极光反射回该光管结构内以再次进行数次反射或散射；该微透镜组设置于该光管结构与该反射式偏极片之间，且用以增加混合后的该些光束的乱度；以及光学镜头，位于一投射面与该显示元件之间，用以投射该影像画面至该投射面，使该影像画面被放大显示于该投射面上。较佳地，所述小型投影系统还包括偏光分离棱镜(PBS)，该偏光分离棱镜设置于该显示元件、该混光装置以及该光学镜头之间，且该显示元件为反射式液晶(LCOS)元件；抑或是该小型投影系统还包括全内反射棱镜(TIR)，该全内反射棱镜设置于该显示元件、该混光装置以及该光学镜头之间，且该显示元件为数字微型反射镜(DMD)元件；抑或是该显示元件为穿透式液晶(LCD)元件。较佳地，该多个发光单元设置于该光管结构的一光源放置端，且该光管结构呈封闭式状态；抑或是该些发光单元中的至少ニ个发光单元所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光単元中的至少ニ个发光单元所输出的光束具有相同的顔色，但不具有相同的亮度，或该些发光单兀分别于不同的时序中输出该光束。较佳地，该混光装置还包括一 1/4波长片，其设置于该光管结构与该微透镜组之间，以使被该反射式偏极片反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光，抑或该光管结构的内壁表面是由高反射率材质所制成。本发明还提供一种混光方法，应用于一小型投影系统的混光装置，该混光方法用以均匀混合多个发光単元所发出的多条光束，该混光方法包括提供一封闭空间，以供该些光束于该封闭空间内进行数次反射或散射，以彼此相互混合；提供一光束乱度增加结构，以增加混合后的该些光束的乱度；以及
提供一反射式偏极结构，以供输出乱度増加后的该些光束中的P偏极光，并供乱度増加后的该些光束中的S偏极光，反射回该封闭空间内，以再次进行数次反射或散射。较佳地，该混光装置包括光管结构，该封闭空间形成于该光管结构内，且该多个发光单兀设置于该光管结构的一光源放置端；其中，该光管结构的内壁表面是由高反射率材质所制成，且该反射式偏极结构为反射式偏极片。较佳地，所述混光方法还包括提供ー辅助光极性转换结构，以使被该反射式偏极结构反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光；其中，该辅助光极性转换结构为ー 1/4波长片。较佳地，该光束乱度增加结构为微透镜组，且该微透镜组包括多个微透镜，该些微透镜呈数组排列。
本发明还提供一种混光装置，用以提供光源予ー显示元件，该混光装置包括光管结构；以及多个发光単元，用以输出多条光束，且该些光束于该光管结构内进行数次反射或散射后而彼此相互混合；其中，该些发光单元是以数组方式排列，且该些发光单元依据其所输出的光束的颜色而呈左右对称、上下对称及/或斜向对称。较佳地，该些发光单元中的任二相邻的发光单元所输出的光束不具有相同的颜色。较佳地，该些发光单元由6个排列成一 2x3数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出红色光束的发光ニ极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及単一个设置于该2x3数组的中间并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光二极管芯片包括两个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光单元以及单ー个设置于该2x3数组的中间并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光单元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组之两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组之中间两行并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，抑或该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光単元由8个排列成一 2x4数组之发光二极管芯片所组成，其中该2x4数组由ニ个相同的2x2数组并排组成，任ー该2x2数组包括一个用以输出红色光束的发光二极管芯片、一个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片以及ニ个用以输出绿色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光二极管芯片包括三个用以输出蓝色光束的发光单元、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及三个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x3数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第I行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第3行、第2列第I行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第2行、第2列第3行以及第3列第I行；抑或是该些发光二极管芯片包括四个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及四个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x4数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第2行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行，抑或是该些发光二极管芯片包括五个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、五个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及五个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光单元排列成一 3x5数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行、第2列第5行以及第3列第3行，该些用以 输出绿色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行、第3列第2行以及第3列第5行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第2行、第I列第5行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行。较佳地，所述混光装置还包括反射式偏极片，该反射式偏极片设置于该光管结构的一出口端，用以让混合后的该些光束中的P偏极光穿透，并让混合后的该些光束中的S偏极光反射回该光管结构内以再次进行数次反射或散射。较佳地，所述混光装置还包括微透镜组，该微透镜组设置于该光管结构的一端，用以增加混合后的该些光束的乱度。较佳地，所述混光装置还包括一 1/4波长片，其设置于该光管结构与该微透镜组之间，以使被该反射式偏极片反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光。本发明还提供一种混光装置，用以提供光源予ー显示元件，该混光装置包括光管结构；以及多个发光単元，用以输出多条光束，且该些光束于该光管结构内进行数次反射或散射后而彼此相互混合；其中，该些发光单元是以数组方式排列，且该些发光单元中任二相邻的发光単元所输出的光束不具有相同的顔色。较佳地，该些发光単元是依据其所输出的光束的顔色而呈左右对称、上下对称及/或斜向对称。较佳地，该些发光単元由6个排列成一 2x3数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出红色光束的发光ニ极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及単一个设置于该2x3数组的中间并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的发光二极管芯片所输出的该些光束不具有相同的顔色，或该些发光二极管芯片包括两个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光单元以及单ー个设置于该2x3数组的中间并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光单元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光单元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中该2x4数组由ニ个相同的2x2数组并排组成，任ー该2x2数组包括ー个用以输出红色光束的发光二极管芯片、ー个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片以及ニ个用以输出绿色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光二极管芯 片包括三个用以输出蓝色光束的发光单元、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及三个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x3数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第I行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第3行、第2列第I行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光ニ极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第2行、第2列第3行以及第3列第I行；抑或是该些发光二极管芯片包括四个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及四个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x4数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第2行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行，抑或是该些发光ニ极管芯片包括五个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、五个用以输出绿色光束的发光ニ极管芯片以及五个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光单兀排列成一 3x5数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行、第2列第5行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行、第3列第2行以及第3列第5行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第2行、第I列第5行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行。较佳地，所述混光装置还包括反射式偏极片，该反射式偏极片设置于该光管结构的一出口端，用以让混合后的该些光束中的P偏极光穿透，并让混合后的该些光束中的S偏极光反射回该光管结构内以再次进行数次反射或散射。较佳地，所述混光装置还包括微透镜组，该微透镜组设置于该光管结构的一端，用以增加混合后的该些光束的乱度。较佳地，所述混光装置还包括一 1/4波长片，其设置于该光管结构与该微透镜组之间，以使被该反射式偏极片反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光。本发明混光方法与混光装置可在缩短混光装置的混光路径的情况下，提供光度均匀且色彩均匀的光源，可使投影系统中的显示元件被光度及色彩皆均匀的光照射，从而大大提高投影系统的小型化/可携化的程度。


图I :为现有投影系统的结构示意图。图2 :为现有混光装置的结构示意图。图3A :为本发明小型投影系统第一实施方式的结构示意图。 图3B :为本发明小型投影系统第二实施方式的结构示意图。图3C :为本发明小型投影系统第三实施方式的结构示意图。图3D :为本发明小型投影系统第四实施方式的结构示意图。图4 :为图3D所示的合光镜的频谱示意图。图5 :为本发明一较佳混光方法的流程图。图6 :为本发明混光装置一较佳实施例的结构示意图。图7A :为图5中混光装置的微透镜组ー较佳实施例的平凸透镜示意图。图7B :为图5中混光装置的微透镜组ー较佳实施例的双凸透镜示意图。图7C :为图5中混光装置的微透镜组ー较佳实施例的凹凸透镜示意图。图7D :为图5中混光装置的微透镜组ー较佳实施例的平凹透镜示意图。图7E :为图5中混光装置的微透镜组ー较佳实施例的双凹透镜示意图。图7F :为图5中混光装置的微透镜组ー较佳实施例的凸凹透镜示意图。图8A :为图5所示实施例中微透镜的第一种排列方式的示意图。图8B :为图5所示实施例中微透镜的第二种排列方式的示意图。图8C :为图5所示实施例中微透镜的第三种排列方式的示意图。图8D :为图5所示实施例中微透镜的第四种排列方式的示意图。图9A :为本发明混光装置的发光单元的第一种排列方式的示意图。图9B :为本发明混光装置的发光单元的第二种排列方式的示意图。图9C :为本发明混光装置的发光单元的第三种排列方式的示意图。图9D :为本发明混光装置的发光单元的第四种排列方式的示意图。图9E :为本发明混光装置的发光单元的第五种排列方式的示意图。图9F :为本发明混光装置的发光单元的第六种排列方式的示意图。图9G :为本发明混光装置的发光单元的第七种排列方式的示意图。图9H :为本发明混光装置的发光单元的第八种排列方式的示意图。图91 :为本发明混光装置的发光单元的第九种排列方式的示意图。图10 :为本发明一较佳实施例的控制概念示意图。图IlA :为光管结构于显示元件呈矩形时的ー种实施方式的结构示意图。图IlB :为光管结构于显示元件呈矩形时的另一种实施方式的结构示意图。
图IlC :为光管结构于显示元件呈圆形时的ー种实施方式的结构示意图。图IlD :为光管结构于显示元件呈圆形时的另一种实施方式的结构示意图。
具体实施例方式本发明提供的混光方法以及混光装置可应用于如下所述的四种实施方式的小型投影系统，但不以此局限本发明的应用范畴，其中，该混光方法及该混光装置将于后详细说明之。请參阅图3A，其为本发明小型投影系统第一实施方式的结构示意图。小型投影系统2a包括混光装置21a、显示元件22a以及光学镜头23a，且显示元件22a设置于混光装置21a与光学镜头23a之间，混光装置21a用以提供光源照射在用以呈现影像画面的显示元件22a，再经由光学镜头23a将呈现于显示元件22a的影像投影放大至ー投射面9上。于本实施方式中，显示元件22a为穿透式液晶(LCD)元件。 请參阅图3B，其为本发明小型投影系统第二实施方式的结构示意图。小型投影系统2b包括混光装置21b、偏光分离棱镜(PBS，Polarized Beam Splitter) 24b、显示元件22b以及光学镜头23b,且偏光分离棱镜24b设置于显不兀件22b、混光装置21b以及光学镜头23b之间，混光装置21b所提供的光源透过偏光分离棱镜24b而照射至显示元件22b上，接着显示元件22b所呈现的影像画面于经过偏光分离棱镜24b后投射至光学镜头23b，光学镜头23b再将该影像画面投射至前方的投射面9上，使该影像画面被放大显示。于本实施方式中，显示元件22b为反射式液晶(LCOS)元件。请參阅图3C，其为本发明小型投影系统第三实施方式的结构示意图。小型投影系统2c包括混光装置21c、全内反射棱镜(TIR，Total Internal Ref lect) 24c、显示元件22c以及光学镜头23c，且全内反射棱镜24c设置于显示元件22c、混光装置21c以及光学镜头23c之间，混光装置21c所提供的光源透过全内反射棱镜24c而照射至显示元件22c上，接着显示元件22c所呈现的影像画面于经过全内反射棱镜24c后投射至光学镜头23c，光学镜头23c再将该影像画面投射至前方的投射面9上，使该影像画面被放大显示。于本实施方式中，显示元件22c为数字微型反射镜(DMD)元件。上述三种实施方式的小型投影系统仅利用単一混光装置提供光源予显示元件；当然，本发明所揭露的小型投影系统亦可包括多个分别用以提供不同光源的混光装置。请參阅图3D，其为本发明小型投影系统第四实施方式的结构示意图。小型投影系统2d包括第一混光装置2Id、第二混光装置2Ie、合光镜25d、全内反射棱镜24d、显不兀件22d以及光学镜头23d，其中，第一混光装置21d以绿色的发光二极管作为发光源，而第二混光装置21e以红色发光二极管与蓝色发光二极管作为发光源，合光镜25d则用以供第一混光装置21d与第ニ混光装置21e所输出的光束进行合光动作，合光镜25d的频谱示意图如图4所示；其中，横轴与纵轴分别表示光波长以及光穿透率，而XI、X2、X3则分别表示蓝色发光二极管、緑色发光二极管、红色发光二极管所输出光束的平均光波长，故第一混光装置21d所输出的光束可直接穿透合光镜25d，而第二混光装置21e所输出的光束则可于合光镜25d处产生反射。再者，进行合光动作后的该些光束透过全内反射棱镜24d而照射至显示元件22d上，接着显示元件22d所呈现的影像画面于经过全内反射棱镜24d后投射至光学镜头23d，光学镜头23d再将该影像画面投射至前方的投射面9上，使该影像画面被放大显示。于本实施方式中，显示元件22d为数字微型反射镜元件。为了获得较佳的成像质量，本发明提供ー种应用于上述小型投影系统的混光装置的混光方法，以均匀混合多个发光単元所发出的多条光束，进而使上述小型投影系统中的显示元件能够被光度及色彩皆均匀的光照射。请參阅图5，其为本发明一较佳混光方法的流程图。步骤SI :提供一封闭空间，以供多个发光単元所发出的多条光束于该封闭空间内进行数次反射或散射，进而彼此相互混合；步骤S2 :提供一光束乱度増加结构，以增加混合后的该些光束的乱度；步骤S3 :提供一反射式偏极结构，以供输出乱度増加后的该些光束中的P偏极光，并供乱度増加后的该些光束中的S偏极光，反射回封闭空间内，以再次进行数次反射或散射；以及 步骤S4 :提供ー辅助光极性转换结构，以使被反射式偏极结构反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光。于ー较佳实施例中，上述光束乱度増加结构可为ー微透镜组，上述反射式偏极结构可为一反射式偏极片，而上述辅助光极性转换结构可为ー 1/4波长片。需特别说明的是，于本实施例中所示的步骤S4，可视实际情况而选择是否实施。接下来说明应用上述混光方法的混光装置。请參阅图6，其为本发明混光装置一较佳实施例的结构示意图。混光装置21包括多个发光単元211、光管结构212、1/4波长片213、微透镜组214以及反射式偏极片215 ;其中，光管结构212的底端2121为光源放置端，用以设置该些发光単元211，而光管结构212的出口端2122由内至外依序设置1/4波长片213、微透镜组214以及反射式偏极片215，使得光管结构212呈封闭式状态。补充说明的是，本实施例中的1/4波长片213，可为ー辅助用途的元件，其可视实际情况而选择设置与否。再者,该些发光单兀211中的任ー发光单兀211皆用以输出一光束,且该些发光单元211中的任ニ个发光単元211所输出的光束的顔色及亮度可以相同，亦可相异。又，前述混光方法的步骤SI所提到的封闭空间2120是形成于光管结构212内，且由多个发光単元211所发射的多条光束会打到光管结构212的内壁，并于封闭空间2120中进行数次反射或散射而加以混光。此外，较佳的光管结构212的内壁表面应由高反射率的材质所制成，该高反射率的材质可为微发泡反射板(MCPET)、镀膜反射镜或白色高散射材料等，但不以上述为限。再者，微透镜组214包括多个微透镜2141，且彼此相互混合的该些光束藉由穿过该些微透镜2141而增加乱度，举例来说，一群光束经过ー个单一透镜后仍为一群光束，而一群光束经过两个透镜后却转变成两群光束的相加，依此类推即是增加乱度。此外，请參阅图7A 图7F，上述微透镜组214的任一微透镜2141为图7A所示的平凸透镜，当然其亦可选用图7B所示的双凸透镜、图7C所示的凹凸透镜、图7D所示的平凹透镜、图7E所示的双凹透镜或图7F所示的凸凹透镜，但不以上述为限。至于该些微透镜2141的排列方式可为下述数种，且不以此为限。请參阅图8A，其为本实施例中该些微透镜的第一种排列方式的示意图，其中该些微透镜2141分为一群排列成一维数组的直条状透镜2141a以及一群排列成一维数组的横条状透镜2141b。请參阅图SB，其为本实施例中该些微透镜的第二种排列方式的示意图，其中该些微透镜2141为ー群排列成一维数组的条状透镜，且该些微透镜2141的排列方向相同于该些发光单元211的排列方向。再者，倘若不同颜色输出的发光单元211呈不规则排列，则将该些微透镜2141排列成ニ维数组为佳。请參阅图8C，其为本实施例中该些微透镜的第三种排列方式的示意图，其中该些微透镜2141是排列成ニ维数组，且该些微透镜2141中的任一该微透镜皆呈方形。请參阅图8D，其为本实施例中该些微透镜的第四种排列方式的示意图，其中该些微透镜2141是排列成ニ维数组，且该些微透镜2141中的任ー该微透镜皆呈圆形。请再度參阅图6，藉由穿过微透镜组214而增加乱度后的该些 光束LP+S，会投射到反射式偏极片215，且反射式偏极片215容许该些光束LP+S中的P偏极光LP通过，并往回反射该些光束中的S偏极光LS，使反射后的该些光束中的S偏极光LS于通过微透镜组214与1/4波长片213后回到光管结构212的封闭空间内再度进行数次反射或散射，以彼此均匀混合及转化为P偏极光，因此被反射式偏极片215反射的该些光束可被有效回收。特别说明的是，1/4波长片213具有将被反射式偏极片215反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光的功效。此外，于本实施例中，反射式偏极片215为一奈米级(nano-scale)的线数组薄膜。举例来说，假设第一次被传送至反射式偏极片215的该些光束中，P偏极光占了该些光束的1/2光量，且S偏极光亦占了该些光束的1/2光量，且混光装置21及其1/4波长片213提供被回收的S偏极光转化为P偏极光的比率达1/2，则第二次被传送至反射式偏极片215的光束中，P偏极光占了该些光束的1/4光量，且S偏极光亦占了该些光束的1/4光量，而该1/4光量的S偏极光被反射回光管结构的封闭空间内，同理，第三次被传送至反射式偏极片215的光束中，P偏极光占了该些光束的1/8光量，且S偏极光亦占了该些光束的1/8光量，故，最后总共约有占了该些光束的(1/2+1/4+1/8+1/16+...)光量的P偏极光通过反射式偏极片215，相当于第一次通过反射式偏极片215的P偏极光的2倍；也就是说，倘若混光装置21不包含反射式偏极片215这样具有光回收用途的元件，则将损失约1/2光量的光束。根据上述举例可知，本发明混光装置21因包含反射式偏极片215，使得该些发光单元211所提供的该些光束可经过数次的混光而具有较高的颜色均匀度与亮度均匀度，亦増加该些光束的使用效率，并且令混光装置21具有単一偏极化光的输出功能。重要的是，本发明藉由重复回收利用S偏极光使得光管结构212的长度可以有效缩短而不影响混光装置21所输出的该些光束的质量。特别说明的是，光管结构的长度越短，小型投影系统的整体体积就会越小。再者，该些发光单元211的排列方式亦是影响光管结构212的长度的因素之一，其原理在于，该些发光单元211的排列状态的乱度越大，则光管结构212就能以较小的长度达到均匀混光的效果。以下将列举数种较佳的该些发光単元的排列方式，但不以此为限。请參阅图9A，其为该些发光单元的第一种排列方式的示意图。其中，该些发光単元211为6个排列成一 2x3数组的发光二极管芯片，其包括ニ个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片(R)、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片(G)以及单ー个设置于该2x3数组的中间并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片(B)，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的该些光束不具有相同的顔色。此外，上述用以输出红色光束的ニ个发光二极管芯片可串联连结或并联连结，上述用以输出緑色光束的三个发光二极管芯片可串联连结或并联连结。于本实施方式中，该些发光単元211依据其所输出的光束的颜色而呈左右对称。请參阅图9B，其为该些发光单元的第二种排列方式的示意图，其中该些发光単元211为6个排列成一 2x3数组的发光二极管芯片，其包括两个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片(B)、三个用以输出绿色光束的发光单元(G)以及単一个设置于该2x3数组的中间并用以输出红色光束的发光二极管芯片(R)，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的该些光束不具有相同的顔色。此外，上述用以输出蓝色光束的ニ个发光二极管芯片可串联连结或并联连结，上述用以输出緑色光束的三个发光二极管芯片可串联连结或并联连结。于本实施方式中，该些发光単元211依据其所输出的光束的颜色而呈左右对称。
请參阅图9C，其为该些发光单元的第三种排列方式的示意图，其中该些发光単元211为8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片，其包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片(R)、四个用以输出緑色光束的发光二极管芯片(G)以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片(B)，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的该些光束不具有相同的颜色。于本实施方式中，该些发光単元211依据其所输出的光束的顔色而呈斜向对称。请參阅图9D，其为该些发光单元的第四种排列方式的示意图，其中该些发光単元211为8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片，其包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片(B)、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片(G)以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出红色光束的发光二极管芯片(R)，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的该些光束不具有相同的颜色。于本实施方式中，该些发光単元211依据其所输出的光束的顔色而呈斜向对称。请參阅图9E与图9F，其分别为该些发光単元的第五种与第六种排列方式的示意图，其中该些发光単元211为8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片成，且该2x4数组是由ニ个相同的2x2数组并排组成，任ー该2x2数组包括一个用以输出红色光束的发光二极管芯片(R)、一个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片(B)以及ニ个用以输出绿色光束的发光二极管芯片(G)，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的该些光束不具有相同的颜色。请參阅图9G，其为该些发光单元的第七种排列方式的示意图，其中该些发光単元211为9个排列成一 3x3数组的发光二极管芯片，其包括三个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片(B)、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片(G)以及三个用以输出红色光束的发光二极管芯片(R)，且该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第I行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第3行、第2列第I行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第2行、第2列第3行以及第3列第I行。于本实施方式中，该些发光単元211依据其所输出的光束的颜色而呈斜向对称。请參阅图9H，其为该些发光单元的第八种排列方式的示意图，其中该些发光単元211为12个排列成一 3x4数组的发光二极管芯片，其包括四个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片(B)、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片(G)以及四个用以输出红色光束的发光二极管芯片(R)，且该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第2行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行。请參阅图91，其为该些发光单元的第九种排列方式的示意图，其中该些发光単元211为15个排列成一 3x5数组的发光二极管芯片，其包括五个用以输出蓝色光束的发光二 极管芯片(B)、五个用以输出绿色光束的发光二极管芯片(G)以及五个用以输出红色光束的发光二极管芯片(R)，且该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行、第2列第5行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行、第3列第2行以及第3列第5行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第2行、第I列第5行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行。当然，上述图9A 图91仅为数种实施方式，并不以此局限本发明的应用范畴，此当亦可由本领域普通技术人员依据实际应用需求而进行任何均等的变化设计，如该些发光単元211亦可依据其所输出的光束的颜色而呈上下对称。补充说明的是，上述用以输出不同顔色光束的发光单元211可藉由控制器的控制而依序作动，井利用人眼视觉暂留的特性，而形成不同色彩的光源。举例来说，请參阅图10，其为本发明一较佳实施例的控制概念示意图。其中，红色发光二极管芯片、绿色发光二极管芯片以及蓝色发光二极管芯片依序发光，并且分别占了 1/3的发光时间T，再透过人眼视觉暂留的特性，就会形成看起来像是白色的光源。再者，为了提升混光装置21的光使用效率，混光装置21所输出的光的形状应接近显示元件的形状，且ー较佳的光管结构212应为，其光源放置端(底端)的面积小于或等于出ロ端的面积。基于上述的原则，以下提出光管结构212的四种实施方式，但不以此为限。请參阅图IlA 图11D，图IlA为光管结构于显示元件呈矩形时的ー种实施方式的结构示意图，光管结构212的光源放置端2121与出ロ端2122皆呈矩形，图IlB为光管结构于显示元件呈矩形时的另一种实施方式的结构示意图，光管结构212的光源放置端2121呈圆形，而出ロ端2122呈矩形，图IlC为光管结构于显示元件呈圆形时的ー种实施方式的结构示意图，光管结构212的光源放置端2121与出ロ端2122皆呈圆形，图IlD为光管结构于显示元件呈圆形时的另一种实施方式的结构示意图，光管结构212的光源放置端2121呈矩形，而出口端2122呈圆形。综上所述，本发明提出全新的技术概念及架构，可在缩短混光装置的混光路径的情况下，使投影系统中的显示元件被光度及色彩皆均匀的光照射，因此投影系统的小型化/可携化的程度大大提高，实为ー极具产业价值的发明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所掲示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的范围
内。
权利要求
1.一种混光装置，用以提供光源予ー显示元件，其特征在于，该混光装置包括 光管结构； 多个发光単元；其中，任一发光单元用以输出一光束，且由该多个发光単元所输出的多条光束于该光管结构内进行数次反射或散射后而彼此相互混合； 反射式偏极片，设置于该光管结构的一出口端，用以让混合后的该些光束中的P偏极光穿透，并让混合后的该些光束中的S偏极光反射回该光管结构内以再次进行数次反射或散射；以及 微透镜组，设置于该光管结构与该反射式偏极片之间，且用以增加混合后的该些光束的乱度。
2.如权利要求I所述的混光装置，其特征在于，是应用于ー小型投影装置的混光装置，且该显示元件为反射式液晶元件、数字微型反射镜元件或穿透式液晶元件。
3.如权利要求I所述的混光装置，其特征在于，该多个发光单元设置于该光管结构的一光源放置端，且该光管结构呈封闭式状态。
4.如权利要求3所述的混光装置，其特征在于，该光管结构的该光源放置端的面积小于或等于该出口端的面积，且该光管结构的该光源放置端与该出口端皆呈矩形，抑或该光管结构的该光源放置端与该出口端皆呈圆形，抑或该光管结构的该光源放置端与该出口端中的任ー者呈矩形，而另ー者呈圆形。
5.如权利要求I所述的混光装置，其特征在于，还包括一1/4波长片，其设置于该光管结构与该微透镜组之间，以使被该反射式偏极片反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光。
6.如权利要求I所述的混光装置，其特征在于，该光管结构的内壁表面是由高反射率材质所制成，且该高反射率材质为微发泡反射板、镀膜反射镜或白色高散射材料，而该反射式偏极片为奈米级的线数组薄膜。
7.如权利要求I所述的混光装置，其特征在于，该微透镜组包括多个微透镜，该些微透镜呈数组排列，且该些微透镜中的任ー微透镜为平凸透镜、双凸透镜、凹凸透镜、平凹透镜、双凹透镜或凸凹透镜。
8.如权利要求7所述的混光装置，其特征在干，该微透镜组包括至少ニ个排列成一一维数组的直条状透镜以及至少ニ个排列成ー另一一维数组的横条状透镜，抑或是于该些发光单元排列成--维数组时，该些微透镜是排列成一与该些发光单元的排列方向相同的一维数组，且任ー该微透镜呈条状，或者于该些发光单元呈不规则型态排列吋，该些微透镜排列成一二维数组，且该些微透镜中任ー微透镜呈方形或圆形。
9.如权利要求I所述的混光装置，其特征在于，该些发光单元中的至少ニ个发光单元所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光単元中的至少ニ个发光单元所输出的光束具有相同的顔色，但不具有相同的亮度。
10.如权利要求I所述的混光装置，其特征在于，该些发光单元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光単元由6个排列成一 2x3数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、三个用以输出緑色光束的发光二极管芯片以及单ー个设置于该2x3数组的中间并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光二极管芯片包括两个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光单元以及单一个设置于该2x3数组的中间并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光单元中的任一发光单元为ー发光ニ极管芯片，且该些发光単元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光单元中的任ー发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光単元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中，该2x4数组由ニ个相同的2x2数组并排组成，任ー该2x2数组包括ー个用以输出红色光束的发光二极管芯片、ー个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片以及ニ个用以输出绿色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的颜色；抑或是该些发光单元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片包括三个用以输出蓝色光束的发光单元、三个用以输出緑色光束的发光二极管芯片以及三个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x3数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第I行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第3行、第2列第I行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第2行、第2列第3行以及第3列第I行；抑或是该些发光单元中的任一发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片包括四个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出緑色光束的发光二极管芯片以及四个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x4数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第2行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行；抑或是该些发光单元中的任一发光单元为ー发光ニ极管芯片，且该些发光二极管芯片包括五个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、五个用以输出緑色光束的发光二极管芯片以及五个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光単元排列成一 3x5数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行、第2列第5行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第3 行、第2列第I行、第2列第4行、第3列第2行以及第3列第5行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第2行、第I列第5行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行。
11.如权利要求10所述的混光装置，其特征在于，当些发光単元中的任ー发光单元为ー发光二极管芯片，且该些发光单元为由6个排列成一 2x3数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及単一个设置于该2x3数组的中间并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片时，该些用以输出红色光束的发光二极管芯片是串联链接或并联连结，而该些用以输出绿色光束的发光二极管芯片是串联链接或并联连结。
12.如权利要求I所述的混光装置，其特征在于，该些发光单元分别于不同的时序中输出该光束。
13.—种小型投影系统，其特征在于，包括 用以呈现一影像画面的显示元件； 混光装置，提供光源予该显示元件，包括 光管结构； 多个发光単元，其中任一发光单元用以输出一光束，且由该多个发光単元所输出的多条光束于该光管结构内进行数次反射或散射后而彼此相互混合； 反射式偏极片，设置于该光管结构的一出口端，用以让混合后的该些光束中的P偏极光穿透，并让混合后的该些光束中的S偏极光反射回该光管结构内以再次进行数次反射或散射；以及 微透镜组，设置于该光管结构与该反射式偏极片之间，且用以增加混合后的该些光束的乱度；以及 光学镜头，位于ー投射面与该显示元件之间，用以投射该影像画面至该投射面，使该影像画面被放大显示于该投射面上。
14.如权利要求13所述的小型投影系统，其特征在于，还包括偏光分离棱镜，该偏光分离棱镜设置于该显示元件、该混光装置以及该光学镜头之间，且该显示元件为反射式液晶元件；抑或是该小型投影系统还包括全内反射棱镜，该全内反射棱镜设置于该显示元件、该混光装置以及该光学镜头之间，且该显示元件为数字微型反射镜元件；抑或是该显示元件为穿透式液晶元件。
15.如权利要求13所述的小型投影系统，其特征在于，该多个发光单元设置于该光管结构的一光源放置端，且该光管结构呈封闭式状态；抑或是该些发光单元中的至少ニ个发光単元所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光単元中的至少ニ个发光单元所输出的光束具有相同的顔色，但不具有相同的亮度，或该些发光単元分别于不同的时序中输出该光束。
16.如权利要求13所述的小型投影系统，其特征在干，该混光装置还包括一1/4波长片，其设置于该光管结构与该微透镜组之间，以使被该反射式偏极片反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光，抑或该光管结构的内壁表面是由高反射率材质所制成。
17.—种混光方法，应用于一小型投影系统的混光装置，该混光方法用以均匀混合多个发光单元所发出的多条光束，其特征在于，该混光方法包括 提供一封闭空间，以供该些光束于该封闭空间内进行数次反射或散射，以彼此相互混合；提供一光束乱度増加结构，以增加混合后的该些光束的乱度；以及 提供一反射式偏极结构，以供输出乱度増加后的该些光束中的P偏极光，并供乱度增加后的该些光束中的S偏极光，反射回该封闭空间内，以再次进行数次反射或散射。
18.如权利要求17所述的混光方法，其特征在于，该混光装置包括光管结构，该封闭空间形成于该光管结构内，且该多个发光单兀设置于该光管结构的一光源放置端；其中，该光管结构的内壁表面是由高反射率材质所制成，且该反射式偏极结构为反射式偏极片。
19.如权利要求18所述的混光方法，其特征在于，还包括 提供ー辅助光极性转换结构，以使被该反射式偏极结构反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光；其中，该辅助光极性转换结构为ー 1/4波长片。
20.如权利要求17所述的混光方法，其特征在于，该光束乱度增加结构为微透镜组，且该微透镜组包括多个微透镜，该些微透镜呈数组排列。
21.一种混光装置，用以提供光源予ー显示元件，其特征在于，该混光装置包括 光管结构；以及 多个发光単元，用以输出多条光束，且该些光束于该光管结构内进行数次反射或散射后而彼此相互混合； 其中，该些发光单元是以数组方式排列，且该些发光单元依据其所输出的光束的顔色而呈左右对称、上下对称及/或斜向对称。
22.如权利要求21所述的混光装置，其特征在于，该些发光单元中的任二相邻的发光単元所输出的光束不具有相同的顔色。
23.如权利要求21所述的混光装置，其特征在干，该些发光単元由6个排列成一2x3数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及单ー个设置于该2x3数组的中间并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光二极管芯片包括两个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、三个用以输出緑色光束的发光单元以及单ー个设置于该2x3数组的中间并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光単元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组之两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、四个用以输出緑色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组之中间两行并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，抑或该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出緑色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光单元由8个排列成一 2x4数组之发光二极管芯片所组成，其中该2x4数组由ニ个相同的2x2数组并排组成，任ー该2x2数组包括ー个用以输出红色光束的发光二极管芯片、一个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片以及ニ个用以输出緑色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光二极管芯片包括三个用以输出蓝色光束的发光单元、三个用以输出緑色光束的发光二极管芯片以及三个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x3数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第I行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出绿色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第3行、第2列第I行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第2行、第2列第3行以及第3列第I行；抑或是该些发光二极管芯片包括四个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及四个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x4数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第2行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行，抑或是该些发光二极管芯片包括五个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、五个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及五个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光単元排列成一 3x5数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行、第2列第5行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行、第3列第2行以及第3列第5行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第2行、第I列第5行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行。
24.如权利要求21所述的混光装置，其特征在于，还包括反射式偏极片，该反射式偏极片设置于该光管结构的一出口端，用以让混合后的该些光束中的P偏极光穿透，并让混合后的该些光束中的S偏极光反射回该光管结构内以再次进行数次反射或散射。
25.如权利要求24所述的混光装置，其特征在于，还包括微透镜组，该微透镜组设置于该光管结构的一端，用以增加混合后的该些光束的乱度。
26.如权利要求25所述的混光装置，其特征在于，还包括一1/4波长片，其设置于该光管结构与该微透镜组之间，以使被该反射式偏极片反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光。
27.一种混光装置，用以提供光源予ー显示元件，其特征在于，该混光装置包括 光管结构；以及 多个发光単元，用以输出多条光束，且该些光束于该光管结构内进行数次反射或散射后而彼此相互混合； 其中，该些发光单元是以数组方式排列，且该些发光单元中任二相邻的发光単元所输出的光束不具有相同的顔色。
28.如权利要求27所述的混光装置，其特征在干，该些发光単元是依据其所输出的光束的颜色而呈左右对称、上下对称及/或斜向对称。
29.如权利要求27所述的混光装置，其特征在干，该些发光単元由6个排列成一2x3数组的发光二极管芯片所组成，其中，该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、三个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及单ー个设置于该2x3数组的中间并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的发光二极管芯片所输出的该些光束不具有相同的顔色，或该些发光二极管芯片包括两个分别设置于该2x3数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、三个用以输出緑色光束的发光单元以及单ー个设置于该2x3数组的中间并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光単元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出红色光束的发光二极管芯片、四个用以输出緑色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色，或该些发光二极管芯片包括ニ个分别设置于该2x4数组的两侧并用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及ニ个设置于该2x4数组的中间两行并用以输出红色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有相同的顔色；抑或是该些发光单元由8个排列成一 2x4数组的发光二极管芯片所组成，其中该2x4数组由ニ个相同的2x2数组并排组成，任ー该2x2数组包括ー个用以输出红色光束的发光二极管芯片、一个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片以及ニ个用以输出绿色光束的发光二极管芯片，且任二相邻的该些发光二极管芯片所输出的光束不具有 相同的顔色；抑或是该些发光二极管芯片包括三个用以输出蓝色光束的发光单元、三个用以输出緑色光束的发光二极管芯片以及三个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x3数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第I行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第3行、第2列第I行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x3数组中的第I列第2行、第2列第3行以及第3列第I行；抑或是该些发光二极管芯片包括四个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、四个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及四个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光二极管芯片排列成一 3x4数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行以及第3列第2行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x4数组中的第I列第2行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行，抑或是该些发光二极管芯片包括五个用以输出蓝色光束的发光二极管芯片、五个用以输出绿色光束的发光二极管芯片以及五个用以输出红色光束的发光二极管芯片，且该些发光単元排列成一 3x5数组，其中，该些用以输出蓝色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第I行、第I列第4行、第2列第2行、第2列第5行以及第3列第3行，该些用以输出緑色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第3行、第2列第I行、第2列第4行、第3列第2行以及第3列第5行，而该些用以输出红色光束的发光二极管芯片分别设置于该3x5数组中的第I列第2行、第I列第5行、第2列第3行、第3列第I行以及第3列第4行。
30.如权利要求27所述的混光装置，其特征在于，还包括反射式偏极片，该反射式偏极片设置于该光管结构的一出口端，用以让混合后的该些光束中的P偏极光穿透，并让混合后的该些光束中的S偏极光反射回该光管结构内以再次进行数次反射或散射。
31.如权利要求30所述的混光装置，其特征在于，还包括微透镜组，该微透镜组设置于该光管结构的一端，用以增加混合后的该些光束的乱度。
32.如权利要求31所述的混光装置，其特征在于，还包括一1/4波长片，其设置于该光管结构与该微透镜组之间，以使被该反射式偏极片反射的该些光束中的S偏极光的一部分转换为P偏极光。
全文摘要
本发明提供一种混光方法、混光装置以及应用该混光装置的小型投影系统。混光装置包括光管结构、设置于光管结构的一端的多个发光单元、设置于光管结构的另一端的反射式偏极片、以及设置于该些发光单元与反射式偏极片之间的微透镜组，且混光装置可输出均匀且单一偏极化的光予小型投影系统的显示元件，而小型投影系统的光学镜头则用以将一呈现于显示元件的影像画面投射至一屏幕面。
文档编号G03B21/14GK102692797SQ201210080950
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月23日 优先权日2011年3月25日
发明者黄旭华 申请人:铭异科技股份有限公司