投影仪与传统显示设备相比有投影尺寸大、成像方便、安装方便、搬运方便等优点,而得到广泛的应用。短焦投影技术使得投影仪可以在投影距离较短的情况下投射出大画面,节省空间避免画面遮挡是投影仪的发展方向,车后窗投影系统就是一个典型应用。通过车后窗投影系统配合云平台管理系统可在不同区域和时间段自动播放云端要求的信息,这种投影宣传方式,对比黏贴广告具有更精确、灵活、盈利大的优势。本文采用在普通投影仪前加入自由曲面反射镜的设计方案来实现短焦曲屏投影,这样做不仅可以极大的减少成本,自由曲面反射镜也可以承担一部分的光焦度,减小了投影系统的投射比,非常适用于车后窗下的狭小空间。光学自由曲面是可实现一定光学性能的复杂表面,随着超精密制造技术的发展,加工自由曲面成为可能,光学自由曲面已经成为新一代光学系统的核心部件,将其用在投影系统中可大幅减小投影距离提高成像质量。本文重点研究了自由曲面在曲屏短焦投影系统中的应用,在理论上提出自由曲面反射镜的设计、拟合和表示方法。首先,利用最小二乘迭代求参法和直接构造法设计自由曲面反射镜的初始面型,然后,研究自由曲面的拟合方法,实现自由曲面的参数表达,并提出了通过外部数据协助建立自由曲面的方法。本文以出租车行业常用的捷达车型为例,设计并加工制造出运用于该车型的车载投影仪,并且搭建了测试平台,验证了曲屏短焦光学系统设计方法的可行性,根据测试结果,其投影出的画面色彩鲜艳明亮,文字清晰,尺寸大小合适,整个投影系统结构紧凑,投射比为0.28,完全可以满足广告投影的使用要求。