为仿真现实场景中目标和干扰的光谱分布差异, 设计了一种基于双数字微镜器件(DMD,Digital Micro-mirror Device)的双通道、共口径、变焦光学引擎, 包括投影光学系统和两套照明光学系统.光学引擎以红外中波和长波柯勒远心光路分别直接照明两DMD靶面, 采用空间立体布局避免不同光路间干扰.设计结果表明: 照明光学系统的照度均匀性优于94%; 中波(3.7~4.8 μm)和长波(8~12 μm)内, 变焦投影光学系统在10 1p/mm处的调制传递函数(MTF, Modulation Transfer Function)值分别优于0.7和0.4; 系统畸变小于0.5%, 满足使用要求.

为了满足用户对高分辨率、大屏幕、大色域图像的追求,设计了一种基于激光光源照明系统的超高清(UHD) DLP投影光学引擎,样机应用单片式4K TRP DMD芯片,采用红(638 nm)、绿(532 nm)、蓝(447 nm)三色激光器作为光源。介绍了DLP UHD照明光学系统的两种典型设计方案,采用复眼透镜阵列作为匀光方案来提高光能利用率和光源均匀度。还介绍了TI的TRP技术和XPR技术,对比了适合于TRP技术的TIR和RTIR棱镜的优缺点,给出了光学仿真,设计了双DDPP4422+FPGA的驱动系统, 实现了投射比为0.248的激光投影样机。样机色彩饱和度高,显示效果好。光学系统结构简单、集成化程度高、易于实现批量化生产。

为了降低基于硅基液晶拼接的动态星模拟器背景杂散光, 对传统的光学引擎进行优化, 提出一种多偏振分光棱镜组合方式, 并对其光机结构进行设计.阐述了光学引擎照明系统的设计方案, 讨论了降低视场角、增强均匀性的方法.通过Tracepro对照明光学系统进行仿真, 对照明光源设计方案的可行性进行了验证.实验结果表明: 优化后的动态星模拟器杂散光辐照度降低了2.93倍.优化后的光学引擎有效地抑制了背景杂散光, 并且增强了两片反射式硅基液晶对比度的一致性.

设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜, 并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化, 发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下, 整个复眼透镜上的阵列越多, 即复眼透镜上蜂窝的数量越多, 其匀光效果就越好, 且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效, 设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹, 实验显示其光线透过率可以达到92.5%, 且几乎无杂散光。

在方棒照明系统的基础上，根据激光光源的发光特性和准直性，设计了一款用于激光投影显示的，基于光棒匀光的照明光路系统。此系统具有结构简单、开发周期短、加工成本低的优点。仿真结果表明: 设计的激光投影机光能量利用率达到78%，均匀度达到85%，满足激光投影显示中对集光和照明的设计要求。

通过选择适当的光学材料,并且将它们合理地安排在一起,设计完成了激光LCOS投影机的光学引擎。光学组件包含3块LCOS面板和三基色的激光光源。在光学设计中使用光学软件ZEMAX对光学引擎进行了优化。设计的光学引擎证实了激光LCOS显示的高效率和均匀性,并且所有指标都满足激光LCOS显示的要求。

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。

介绍了激光硅基液晶芯片的显示原理，针对硅基液晶光学引擎的特点，采用光学扩展量表征系统的光能利用率，并分析了光学扩展量的变化与光能利用率的关系。利用光学软件Zemax和Tracepro设计了三片式激光硅基液晶光学引擎。实验结果表明:此光学引擎体积小,光学扩展量小,照度均匀性高达到92%以上,能量利用率达到56%以上,满足设计要求。

基于光源偏振补偿硅基液晶(LCOS)光学引擎的激光三维(3D)显示系统对传统的LCOS光学引擎引起的偏振光损失进行了补偿，使经由照明系统进入光学引擎的不同偏振方向的激光全部参与成像，既可以实现激光3D立体显示，还提高了二维(2D)显示时的光能利用率。进行2D显示时，入射激光的s偏振光和p偏振光分别对应于不同LCOS同时成像，成像后的图像在屏幕上相互叠加，投影后图像的亮度约为未进行偏振补偿时的2倍。当输入3D视频信号时，正交偏振的p偏振光和s偏振光分别对应于左右眼图像同时成像，观看者配戴由正交偏振片制成的眼镜，可实现双像分离，实现激光3D显示。

研究了三片式硅基液晶（LCOS）激光投影显示中散斑的成因、类型及其光学统计特性，并分析了激光散斑大小的测量方法。在此基础上，选用旋转散射片来减少三片式LCOS激光投影系统中产生的复合散斑，并通过一系列的仿真和实验，使得该激光投影机对比度C降到了人眼可接受的范围4.2%。证明了旋转散射片的方法能有效减少复合散斑，具有光学结构简单、实施性强等优点。