投影机更新速度快,高分辨率、轻便微小的投影机已是时代的需求。通过分析微型投影成像系统的特点,根据几何光学理论,用Zemax软件设计了一款投影显示芯片为0.61 inch(1 inch=2.54 cm)、投射比为0.68∶1的微型投影镜头。镜头由2片非球面透镜和6片常用玻璃材料透镜组成,结构简单,系统光学总长为60 mm,有效焦距为9.26 mm,后工作距离大于20 mm,最大口径小于23 mm,全视场(FOV)为80°,相对孔径为1∶2.2。在71 lp/mm 特征频率处,全视场的调制传递函数均大于0.5,全视场相对畸变小于2.0%,镜头成像质量好。对微型投影系统进行容差分析,得出一套较为宽松的公差,适合生产加工。

LED微型投影机是光电显示技术领域的最新发展，将引起移动数码显示设备的革命。FLCOS是一种硅基铁电液晶，比较常规的显示芯片技术，它具有色彩表现性好、响应速度快、耗能低、对比度高等优点。文章研究LED微型投影机的光学引擎系统，运用TRACEPRO设计和模拟它的光学系统，采用简单的透镜组系统代替复杂的TIR透镜，获得较高的光学效率。

为提高LED微型投影机中光学引擎的效率和结构紧凑性，研究了自由曲面LED聚光器结构和工作原理，设计了含有折射和反射自由曲面的LED聚光器。采用非成像理论和同时多表面设计方法，计算并获得了聚光器折射和反射两个自由曲面在子午截面内的各点坐标，利用聚光器的旋转对称性得到了其在三维空间内的面形数据。设计结果的光学建模仿真分析表明: 所得聚光器能够有效地收集大功率LED光源的能量，并将光束发散角控制在12°内，其光能收集率达到71％。与采用反射式聚光器的设计方案相比，光能收集率提高了20％，而体积则下降了70％，有效地提高了光学引擎的效率和紧凑性。本项设计对LED微型投影仪的小型化具有指导和借鉴作用。