发光二极管(lighting emitting diode,LED)取代传统光源作为投影仪,特别是微投影显示系统的光源是一种趋势。采用由非球面构成的TIR透镜代替锥形光管和CPC集光器,并通过整个系统最终在目标屏上形成的照明效果为依据,对TIR透镜的内部结构尺寸参数进行优化设计,采用经过优化设计的TIR透镜作为对LED光源所发光束进行收集整形的光学元件,克服了在传统投影显示系统中经常出现的锥形光管或复合抛物面集光器(compound parabolicconcentrator,CPC)给整个系统所带来的光学体积大的缺点。以单片式LCOS(liquid crystal onsilicon)结构为基础,利用RGB LED时序方式进行混色,设计了一套LED微投影显示系统,并通过光线追迹程序对其光学性能进行模拟评估。结果表明:在考虑时序混色方式影响的情况下,整体系统光能效率为2.38%,系统光学体积仅为125 cm3,达到了对系统结构简单紧凑的设计要求。