研究了垂直向列型彩色滤光膜硅覆液晶(VA CF-LCoS) 微显示器件,并利用其三维光学模型,改变液晶器件的预倾角、像素尺寸等参数,优化了微小像素中的边缘电场效应。为进一步优化器件的性能,建立了以圆偏振光作为入射光源的微显示器件的三维光学模型。研究结果表明:当以圆偏振光作为照明光源时,VA CF-LCoS微显示器件的光学反射效率可得到大幅提升。由于采用了三维光学模型的分析方法,得到了与利用二维光学模型进行分析时完全不同的结论:优化只能使得边缘场效应导致的亮态子像素内部黑线减小,而不能彻底消除它。

为了实现车载摄像头的超广角成像，解决倒车影像系统不能全面照顾周围视角的问题，设计了一款超广角车载摄像头。对该摄像头所采用的图像传感器、超广角成像技术、硬件电路设计及接口EMC防护的应用进行研究。根据当前车厂对摄像头的要求选择了基于美国Omnivision公司的CMOS图像传感器OV7962作为成像芯片。采用一种新的凝视型视场全景成像技术——鱼眼透镜成像，并通过匹配成像芯片的参数计算出镜头的焦距和分辨率。对摄像头硬件电路的设计及接口电磁兼容性(EMC)防护进行测试和改进。实验结果表明: 摄像头可实现210°超广角成像，接口EMC防护已通过ISO-7637-2 脉冲5b标准测试。满足了对倒车影像系统全面顾及周围视角的要求，另外该车载全景摄像头还具有成本低、性能稳定、分辨率高、夜视效果好等优势。

以OV9712作为图像传感器，进行高清行车记录仪摄像模组设计。为了提高摄像模组中的高清数字信号传输速率，进而提升输出图像的清晰度，本文还采用了美国TI公司生产的集成芯片组DS90UB913Q及DS90UB914Q作为串行器和解串器，对高清数字信号进行LVDS差分信号编码及解码，最终实现了通过LVDS对差分信号数据进行全双工高速通信的功能。实验表明，该芯片组的应用，大幅提高了远距离高清图像数据传输的质量，使车载行车记录仪图像更为清晰。

为了满足未来车载全景辅助泊车系统对高清视频图像的需求, 以美国OmniVision公司的OV10635低功耗、高分辨率、高动态范围CMOS图像传感器为例, 提出了应用210°超广角鱼眼镜头的高清720P车载全景成像系统的电路设计方法以及高速图像传输和调试应注意的问题, 并通过选取超低 EMI 信号传输的双向 FPD-Link Ⅲ 串行/解串器实现了传输距离远、信号质量稳定、传输速率1Gbit/s以上高清数字图像数据的高速传输。通过实际测试表明, 对CMOS图像传感器电路的设计达到了车载全景成像系统的高清成像稳定性、小型化等要求。

提出了一种非球面鱼眼镜头的设计方法，根据全景摄像系统镜头使用要求，设计得到一款仅由三片非球面塑胶镜片和一片球面玻璃镜片组成的超广角鱼眼镜头。镜头最大成像光圈直径为15.3 mm，后工作距离为2.158 mm，系统总长为11.44 mm，焦距为0.97 mm，视场角为210°，在60 lp/mm处调制传递函数(MTF)曲线达到0.35。还构建出一种高效简单的鱼眼镜头畸变校正算法，根据镜头设计中得到的畸变曲线，应用畸变模型运用实际像点计算出理想像点位置，将鱼眼镜头拍摄的畸变图像校正为适合于人眼观看的无畸变图像。通过车载全景显示应用中实际拍摄图像及校正图像的对比，验证出该算法精准可行。

分析了照明系统中微透镜阵列的入射光线角度及系统像差对光学利用率的影响，提出了通过修正相关参数来优化照明系统的光学利用率以及照明均匀性的方法。通过改变用于光源聚光的自由曲面透镜的面型来缩小入射角度，从而减小了由于大角度扩散造成的效率损失。并且在微透镜阵列后采用两个球面透镜代替傅里叶透镜作为积分镜片，不仅成本低廉，而且在控制像差方面更为灵活。参数优化后，设计方案的光学利用率可达60.51%，均匀性可达94.24%，验证了理论分析的可行性和有效性。

直角全反射式(TIR)棱镜比传统TIR棱镜加工难度低，结构上体积减小50%，重量减小42%，从而降低成本。为了使结构便于加工，应用光学理论对直角TIR棱镜进行优化设计。最后运用光学软件对设计进行模拟，实验结果表明，系统效率从53%降低到48.3%，均匀性从68%上升到91%，证明了设计的直角TIR棱镜的合理性与可行性。

设计出了一款应用于时序彩色法硅覆液晶微型投影机的大功率、高亮度LED驱动电源。由于采用的大功率LED芯片内部单元为并联连接，故驱动电流达10 A。为了满足此要求，文章结合直流变直流(DC/DC)电源设计思路，设计出了可用脉宽调制信号调控的恒流源。实验结果显示：该恒流源能够精确地输出10 A恒定电流，而且纹波小，开关迅速、彻底，完全符合CS-LCoS 微型投影机中LED光源对驱动电源的要求。

应用彩色滤光膜硅覆液晶(Color Filter Liquid Crystal on Silicon，CF-LCoS)微显示器件的三维光学模型; 研究了像素尺寸和彩色滤光膜厚度对彩色侧向场的影响。这两个参数可以影响微显示器件的色纯度、光反射率以及对比度等性能参数。对于特定的应用，需要考虑器件所有的性能参数要求，才能对像素尺寸和彩色滤光膜厚度进行优化。

应用彩色滤光膜硅覆液晶（CF-LCoS）微显示器件的三维光学模型对CF-LCoS的性能进行优化。通过改变像素排列结构、液晶取向层的摩擦结构以及液晶器件模式等条件优化侧向电场效应，抑制彩色漏光现象。通过优化，像素尺寸为15 μm的CF-LCoS微显示器件，其色纯度可以达到美国国家电舰系统委员会(NTSC)色域范围的63%。结果表明，基于三维光学模型的CF-LCoS微显示器件的性能优化可以有效抑制侧向电场效应诱导产生的彩色漏光现象，大幅提升器件的色纯度参数。