得益于大功率LED光源及微显示芯片产业的快速发展,微型投影走入了人们的生活。微型投影光引擎一般分为“嵌入式”与“独立式”两类：嵌入式光引擎可以内嵌于手机、笔记本电脑、PSP及数码相机等电子设备中；另一种微型光引擎可以独立使用,比传统投影机小巧且具有一定的专业性。投影光学系统由照明与成像两部分组成。照明部分对光源发出的光束进行整形使其在微显示芯片上形成预设的照度分布。照明系统的性能(光能利用率、照度均匀性等)对光引擎的表现起决定性的作用。本硕士论文从光学扩展量这一非成像光学重要概念出发,首次提出了基于简化的柯勒照明光路,由两片塑料非球面透镜组成的嵌入式光引擎照明系统。TracePro仿真显示该系统具有较高的光能利用率与像面均匀度。另外还利用Code_Ⅴ设计了对应的四片式成像物镜,从而完整地设计了CF-LCoS投影光引擎。所设计的光引擎具有结构简单、均匀性好以及光效高等优点。任何光学系统均存在杂散光。为抑制嵌入式光引擎的杂散光,提高光引擎的质量与档次,首次在TracePro中建立了光引擎实体模型,并运用蒙特卡罗方法对光学系统杂散光进行了模拟。通过仿真模拟及实验发现PBS棱边、成像透镜边缘、镜片隔圈以及镜筒内表面为产生杂散光的关键面。籍此同时使用特殊形状挡光片、表面黑化、镜片边缘及隔圈涂黑等方法对杂散光进行抑制,取得了相当好的杂散光抑制效果,为高质量光引擎扫除了产业化的屏障。当大功率LED作为光源使用时,良好的散热设计便成为保障其光学性能正常发挥的关键。本文利用数值模拟结合实际测试的方法研究了1W级别与20W级别两种大功率LED的热特性。论文首先为手机嵌入式光引擎设计了主动散热模组,该模组由散热器与导热片组成。导热片将热量传递至手机外壳,减少了热量在光引擎周围的聚集。然后为独立式光引擎设计了两种使用风扇的被动散热模组,包括热管方案与铝型材散热器方案。热管方案体积小,效果好,但成本高；铝型材散热器方案体积大,效果相对热管方案稍差,但成本低。此外总结了几种常用的LED结温测试方法,其中正向电压法较为准确而热阻法较好操作。上述散热设计为光引擎的稳定工作提供了保证。论文最后搭建了一套微型光引擎测试装置,可以对光引擎的光通量、均匀度、对比度等指标进行测试,为光引擎的最终出厂建立了一套标准检测方法与手段。