微投影显示技术已经广泛应用于商业化生产中,受到大众消费市场的青睐。目前,该技术正朝着高亮度、高均匀性、高分辨率、长寿命以及小体积的方向发展。LCo S(Liguid Crystal on Silicon)作为一种常用的空间光调制器,其只能被偏振光点亮,对于入射的自然光就会造成一半以上的能量损失。为了提高照明系统的能量利用率,本文提出一种基于方棒的偏振光复用方法,并完成整体光学引擎的设计及性能分析工作。首先,对目前常用的几种偏振光复用方法进行原理性分析,总结利弊,针对其弊端提出一种基于方棒的偏振光复用方法。阐述其工作原理,并以虚光源阵列以及方棒的扩展量为理论基础,分析方棒的最佳尺寸,使得在方棒的出射端获得高效而均匀的光束。依据其工作原理,完成对偏振转化系统PCS(Polarization Conversion System)的结构设计。其次,将该偏振光复用方法应用于照明光学系统的设计中,主要完成分束系统和会聚系统的设计。其中,分束系统的作用是将方棒所形成的虚光源阵列对应成像到PCS元件上;会聚系统的作用是将经偏振转化后的光束进行会聚,使之与LCo S照明面相匹配。最后,完成投影光学系统的设计和光学引擎的整体性能分析。首先确定了投影光学系统的的参数指标,选择初始结构,利用Zemax软件完成投影系统的光学设计。之后,对该系统的成像质量进行评价,设计结果满足系统要求,并完成光学系统的公差分析。最后在TracePro分析软件中对所设计的光学引擎进行建模,得到LCoS显示芯片以及投影屏幕上的照度分布图。分析结果表明,到达LCo S芯片以及投影屏幕上的能量利用率分别为67%和63%,通过9点ANSI方法计算得到投影屏幕上的照度均匀性为95%。由此得知,这种基于方棒的偏振光复用方法能够在保证照度均匀性的同时,有效提高照明系统的能量利用率。