根据散斑产生的机理, 利用像素点之间干涉的概念, 提出了通过限制光场的位相分布范围来抑制投影图像中散斑对比度的方法.在部分发展散斑的条件下, 推导了位相均匀分布情况下的散斑对比度公式, 揭示了当相位分布范围在0.6π～2π之间时, 散斑对比度随相位分布范围的变化而震荡变化, 当把相位分布范围限制在0.6π以下时, 散斑对比度会随相位分布范围的减小而迅速下降.建立了理想仿真模型和实际仿真模型来验证该方法的正确性和可行性.在理想仿真模型中, 当位相分布范围从2π变到0, 所得散斑图样对比度从66.44%降到0; 在实际仿真模型中, 模拟了实际激光投影系统的光路结构, 并运用了两片衍射光学元件, 一片用于激光整形匀化, 一片用于光场的位相分布范围限制, 散斑图样对比度从92.78%降低到2.09%.该方法稳定性高、耗能低、使用元件尺寸小, 为全息投影显示的散斑抑制提供了参考.

激光投影显示通常需要解决光束整形匀化和散斑抑制的问题。基于此，提出利用硅基液晶（LCoS）空间光调制器（SLM）同时解决上述问题的方法。利用衍射光学元件（DOE）精细化设计思想设计所需整形DOE的相位分布，可以同时较好地控制采样点与采样点以外的光场强度分布，将圆形高斯分布照明激光束整形成平顶矩形光场；在不同的初始相位条件下，设计得到的多幅DOE生成具有相同强度分布、不同相位分布的衍射图样。当SLM依次调制出这些衍射图样，通过时间积分将这些衍射图样相叠加，不仅可以进一步提高光斑均匀性，同时还可以抑制散斑。仿真结果表明，通过叠加16幅衍射图样，该方法可使照明光斑均匀性从74%提高到92.57%，屏幕上图样散斑对比度由0.991减小为0.2508。该方法稳定性高，能耗低，且所用器件尺寸小，为微投影显示结构设计提供了有益参考。

激光光源在数字投影显示系统中的使用日趋广泛并成为未来发展的方向之一.衍射光学元件（DOE）用于激光数字投影系统,可利用其整形能力强、匀光性能好、体积小的特点实现空间光调制器件的高效率均匀照明,并有利于投影系统照明光路简化,提高系统集成度.基于傅里叶变换的分步迭代方法进行了该类DOE 元件的优化设计.DOE 采用16 台阶位相结构,设计结果实现了激光整形、匀光功能,其照明能量利用率达到85%以上,照度均匀性优于90％,与目标光强分布的均方根偏差小于7％.

光机热集成分析是光机结构设计中的重要环节，对光学系统像质的预测与补偿有着重要的参考价值。针对小物镜系统，进行光机热集成分析，结果表明该系统产生的热像差较大，影响系统光学性能，其中温度升高导致折射率变化引入的系统热像差较大；结构热变形引入的系统热像差较小，可以忽略；镜片与支撑结构之间的导热、上下窗口的空气扰动、机械结构外表面的环境对流也会存在一定影响，但影响较小。由此可知系统热像差的主要影响因素是热载的大小，设计过程中减少透镜厚度及材料吸收率，降低系统热载，是减小光学系统热像差最为有效的途径。

极平衡作为光刻物镜的一项重要指标，受到多种误差因素综合调制，因此有必要准确区分各种误差源的独立贡献量。提出了一种标定方法，将远心度误差所引入的调制效果进行了解耦，对极平衡指标进行了标定，并与质心标定方法进行对比研究。实现途径是以Matlab程序作为载体，调用Code V进行远心度运算，对LightTools的光瞳强度仿真结果进行重新定位，从而获取远心分离后的极平衡性指标。此外，设计了一个光刻物镜方案作为研究对象，对标定程序进行了仿真验证。结果表明，该标定方法可有效分离远心误差对极平衡的调制作用，程序执行效率较高。

照明光路是决定投影仪光学引擎的光能利用率和光学体积的主要因素。传统照明光路针对朗伯光源进行收集与分配，无法从根本上消除系统光效低和体积大的缺点。设计了一种基于渐变折射率(GRIN)透镜阵列的单片式数字光处理(DLP)激光投影光学引擎的照明光路，以单级透镜系统取代了传统的聚光、匀光等结构复杂的光学组件。通过光线追迹软件对照明光路的光学特性进行了仿真评估，光能利用率达69.5%，照明均匀性达90.9%，光学体积仅为3.06 cm3，达到了提高光效和减小体积的设计目的。

在较小体积的照明系统中实现较好的照明效果是近年来微投影仪的主要发展方向。本文在对 DLP (Digital Light Processing)微投影显示系统进行分析的基础上，提出了一种紧凑的基于 LED光源的单片式 DLP照明光路结构。当照明光斑尺寸满足 0.3英寸的 DMD(Digital Micromirror Devices)芯片时，中继系统的长度缩短至原来的 50%左右。并利用 ZEMAX软件分别对基于理想点光源和扩展面光源的照明系统进行了建模仿真。追迹 50万条光线的仿真结果表明，本设计在两种光源模型下都可得到均匀的照明光斑，系统的光能利用率在 33%左右。