投影显示由平面图像信息控制光源,利用光学系统和投影空间把图象放大的一种显示装置。它具有高亮度、高分辩率、数字化等特点,在教学、演示、娱乐等方面有广泛的市场和应用前景。在投影显示系统中,光学引擎是系统中主要组成部分,它直接影响到系统的最终性能,因而实现光学引擎的光学总体设计是这个系统的关键,投影显示的光学引擎设计包含照明系统和成像投影物镜两大部分。投影机照明系统在其发展中一直受光源问题的困扰,新型光源LED相比于传统的光源,具有了高亮度、无红外辐射、器件小、功耗低、寿命长等特点,满足了投影机对光源高光通量输出的要求。本文首先介绍了投影仪的行业概况与分类,比较了目前基于LED的四种主要微显示投影技术:CRT阴极射线管投影机、LCD液晶投影机、LCOS反射式液晶投影、DLP数字光学处理器;阐述了非成象的光学原理,包括光学扩展量(etendue)原理及照明系统的能量利用率问题;介绍了高亮度LED的发展,结构特性,并结合Luminus生产的高亮度LED进行了性能测试;针对光学引擎的特点,运用非成像光学理论方法、光学扩展量étendue作为光通量传递描述,分析了系统光学扩展量与光能利用率的关系,并在此理论基础上,结合LED的特性和两款DLP的DMD投影显示芯片:HD2和XHD5,运用Zemax的优化功能和Tracepro计算机软件的模拟与仿真照明,设计出高效率高均匀度的DLP投影系统,已满足了投影显示市场的商业要求。