光学薄膜器件是背投影光学引擎系统中的关键元件，其性能的好坏直接决定显示画面的颜色、对比度、亮度和分辨率。其中偏振与消偏振分束镜、宽角度宽光谱反射膜以及R、G、B颜色滤光片由于其设计和制备时的高难度，一直成为限制投影技术进一步发展的“瓶颈”，并成为投影用光学薄膜元件研制的关键，本文就是围绕这些关键器件展开研究。　　 采用多对Macnille对设计并制备出可见波段，空气中±8°入射角，平均Tp>90％，消光比大于1000的偏振分束元件。利用受抑全反射原理设计了一种大角度入射的偏振分束膜，和传统偏振元件不同的是其透射S偏振光，反射P偏振光，理论设计上可以实现在空气中±13°入射角，Ts>99.5％，消光比大于1000的性能。同样按照这种设计思想采用Ta2O5和SiO2分别作为高低折射率介质材料，以ZF7材料为玻璃基底，实际制备的薄膜元件可以达到空气中±11.5°入射角时，Ts>99％，消光比大于1000的实测性能。理论推导了光束倾斜入射时棱镜偏振分束元件的角宽压缩效应，利用这种原理可以有效降低膜系在设计过程中的难度，并讨论了倾斜入射在实际光学引擎系统中的应用方式。设计了一种专门用于宽角度宽光谱偏振分束膜光谱特性的测量装置，该装置能够同时给出两种偏振态的光谱透过率和消光比，性能稳定，成本低廉，具有非常好的实用价值。　　 利用受抑全反射原理设计了大角度入射条件下，棱镜中单层全波段消偏振分束镜(不考虑材料色散)，研究了单层消偏情况下膜层折射率、基底折射率以及入射角之间的关系，分析了膜层厚度对分光特性的影响。同时利用该原理分别设计了可见波段，入射角为45°和62°，T/R=1的宽光谱消偏振分束镜。　　 研究发现金属Cr/Cr-Ag双过渡层不仅能够提高金属银膜光谱反射率，同时能提高金属银和玻璃基底之间的附着力，具有双过渡层结构的金属银还具有超强的耐温湿性能。系统比较了MgF2，Al2O3，SiO2和金属银膜之间的附着力和耐温湿性能的关系，结合光谱特性的计算，发现MgF2是作为金属银膜加强介质膜系低折射率材料的最佳选择。在以上两个结论的基础上，设计了适合投影用的金属加介质型宽角度宽光谱反射膜，其光学性能可以达到空气中0-70°入射，整个可见波段反射率大于98％，膜层牢固，具有良好耐温湿性能。　　 采用了界面膜层优化的算法，设计并制备了具有宽截止特性的R、G、B颜色滤光片，由于非规整膜层少，因此具有较好的可制备性。通过对折射率、膜层厚度、入射角度的误差分析，发现这种算法得到的膜系结构容差大，稳定性强。实际元件高温退火前后的光谱漂移小。由于具有优良的光谱特性，这种方法设计制备的元件非常适合投影系统使用。