超短焦投影相比于其他投影技术只需极短的工作距离,在提高空间利用率的同时,避免了光线投射区域内存在障碍物遮挡的问题。正因如此,超短焦投影才会发展为投影显示技术的主流研究方向之一。要想实现超短焦投影,投影镜头最为关键。很多科研工作者已经进行了大量的研究,但目前仍然存在自由曲面反射镜设计难度大,难以在获得低投射比的同时控制画面畸变等问题。本文对超短焦投影镜头的设计进行了相关的研究,根据所在实习公司经市场调研后设定的参数指标,成功设计出满足设计需求的超短焦投影镜头。本文的主要研究内容包括:（1）整理了国内外的相关研究进展。分析了光学设计中的各种像差,并针对性的提出了解决办法。对比分析了几种常用的投影镜头结构的优缺点,选择以折反射结构设计本课题的投影镜头。介绍了投影镜头的常用参数,确定了投影镜头的成像性能指标。（2）根据所在实习公司制定的参数指标,分析计算出整体系统的各项参数。首先进行折射透镜组的设计。选择一个简单的反远距结构作为初始结构,依据参数指标,制定了对该结构的优化改进方法。以此为基础,成功优化设计出像差校正良好的折射透镜组。（3）提出了一种可以用于超短焦投影镜头设计的自由曲面构建方法。该方法改良了构建-迭代设计法,在原方法的基础上去除了大量重复的计算。针对本文设计的自由曲面反射镜,新方法的计算量仅为原方法的百分之一,大大提高了构建效率。以一个简单的反射镜系统的设计实例证明了该方法的准确性与实用性。根据新的构建法,以设计好的折射透镜组的出射光线作为特征光线,成功的构建出了可用于本文投影系统的自由曲面反射镜。该反射镜基本校正了系统的畸变,为整体系统的优化设计奠定了基础。（4）将分别设计好的折射透镜组与反射镜组合进行整体的优化设计。基于光学基础理论与设计原理总结出光学系统的优化思路,经过大量的系统优化与手动调节,成功获得一款超短焦投影镜头。镜头投射比仅0.2,畸变小于2%,在获得低投射比的同时控制了系统的畸变。色差控制到半个像素点大小,全视场MTF值在截止频率处大于0.4,像质清晰。随后对设计好的投影镜头进行公差分析,确定其性能满足设计指标与产品需求。