论文首先回顾了超短焦投影技术的发展的现状,介绍了超短焦投影相对于普通投影的巨大优势和良好的市场前景。同时详细介绍了目前市场上的主流超短焦投影机,指出了他们的不足。提出了“非均匀网格法”和“参数化设计法”两种自由曲面设计方法。论文回顾了超短焦投影成像系统的现有的设计方法,对每种方法分析了优劣势,基于这些讨论,给出了本文需要解决的问题。提出了折反射超短焦投影成像系统成像原理与像差控制的原理,对折反射超短焦投影成像系统的成像内在机理以及每一种像差的产生原因和控制手段进行了深刻的分析。接下来,详细论述了旋转对称反射镜成像系统物像关系,并以此为基础,详细阐述了折反射系统初始结构的构建手段。最后,提出了应用于超短焦投影成像系统设计的“像差校正法”,并针对“像差校正法”的不足提出了适用于一般情况的“通用设计法”。在以上理论基础上,设计了LED照明的DLP折反射超短焦投影光引擎,并完成了模具品样机的制造和测试。折反射超短焦投影光引擎样机具有优异的清晰度和很小的畸变,以及十分快捷的安装调试速度。其易于加工制造的事实表明,折反射超短焦投影光引擎的设计完全达到了设计指标,同时具有优异的容差性。系统输出光通量390流明,色彩艳丽,很好的达到了设计要求。本文提出的主要创新如下：(1) 提出了折反射超短焦投影成像系统的“像差校正法”。反射镜具有自身的成像规律,利用这个成像规律可以找到折射部分和反射镜的匹配方式,即中间像。利用“像差校正法”,可以方便的基于对子午中间像的解析求解给出一种构建旋转对称折反射超短焦投影成像系统良好初始结构(同时兼具较低的系统复杂度和较少的像差)(2) 提出了折反射超短焦投影成像系统的“通用设计法”,利用本方法,可以得到任意入射平面内的中间像,据此设计者可以选择合适的中间像来构建系统的初始结构。对于凸面反射镜的折反射超短距投影仪,尽管其子午中间像不再适用于初始结构的构建,所提出的方法仍然适用于初始结构的构建。(3) 提出了应用于自由曲面照明设计的“非均匀网格法”。(4) 实现了LED照明的DLP折反射超短焦投影光引擎的设计、加工制造,完全达到设计标准。