一个舒适健康的办公室照明环境，不仅可以提高工作效率，还可以避免不舒适的光环境对身体造成伤害。但是大多数办公室在照明节能和照明舒适度方面仍然存在一些问题。为了解决这些问题，本文提出了一个将日光照度和占用情况作为输入、灯具的调光系数K（0≤K≤1）作为输出的照明控制系统。该系统通过算法得出日光照度、占用情况、相邻灯具的照度分量与调光系数K之间的线性数学模型，采用Matlab最小二乘法求得每个灯具的最佳调光系数。采用DIAlux软件验证照明系统下的办公室光环境，结果表明，在该系统控制下被占用的工作面照度均达到500 lx，未占用的工作面照度均达到300 lx，照度均匀度大于0.7，解决了白天照度均匀度低的问题。在满足办公室光环境的基础上，该照明系统在白天和夜间的节能效率分别达到了66%和14%。

针对传统自适应前照灯系统借助于外置传感器实现行车数据采集所存在的传感器繁多、成本较高和安装不便等问题, 结合车联网发展趋势, 设计了一套基于车载诊断接口(OBD)的汽车前车灯自适应照明系统。该系统主要特点在于能够实现车载总线协议的自适应解析, 并通过车载OBD接口读取自适应照明系统所需的车速、方向盘转角等行车信息。同时, 样机测试结果表明, 前照灯理论转角与实际转角的平均误差小于5%, 满足系统功能要求。

为了实现非接触式、快速高精度的光学检测,设计了一种共聚焦激光扫描显微光学系统。在保证设计指标的前提下,简化了各光组的结构,采用7片球面透镜并以K9玻璃作为透镜材料。使用Zemax软件对光学系统进行了设计和仿真。结果表明:物镜的数值孔径为0.49;系统的径向和轴向光学分辨率分别为0.400 μm和0.772 μm;显微聚焦系统聚焦弥散斑直径小于2 μm;照明系统聚焦弥散斑直径小于10 μm;探测系统的聚焦光斑直径小于20 μm;根据仿真结果确定了针孔1和针孔2的尺寸均为20 μm,且厚度不超过0.1 mm;各子系统的MTF曲线均接近衍射极限,具有很高的光学传输效率。

随着国内“平安城市”项目的不断完善, 完备的补光系统对于智能交通也就显得越来越重要。首先, 阐述了在智能交通中补光系统的作用、分类及现有补光系统的优缺点; 其后针对在补光中存在的眩目和过曝这两个问题, 设计了一款红外和白光混合排列阵列式发光二极管防眩目补光系统, 完成了其硬件部分和基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)自适应算法的软件部分, 并对该系统进行了实际测试。测试结果表明: 补光效果优于白光常亮灯, 且眩目感显著降低; 车牌图像二值化分布均匀, 该补光系统可有效解决车牌过曝问题。

研究了NA1.35浸没式光刻照明系统中照明模式变换模块的设计和测试。采用衍射光学元件实现包括传统照明、二极照明、四极照明的照明模式变换系统的设计和分析。给出了不同照明模式的衍射光学元件的设计结果, 并对设计结果进行了模拟分析和实验分析, 证明了设计的可行性。研究结果表明: 当输入光场被分割的阵列数为20×20单元时, 二极和四极照明模式下衍射元件台阶数为32, 传统照明模式下台阶数为128的情况下, 衍射光学元件作为照明模式变换器的均匀性及衍射效率都能够满足设计要求。从原理、实验上验证衍射光学元件激光模式变换器设计的正确性及可行性。研究结果能够应用于浸没式光刻照明系统中照明模式变换结构中, 具有一定的理论价值和工程意义。

深海光学成像系统分为4个子系统: 照明系统、相机系统、图像处理系统以及数据存储与传输系统, 本文对深海光学成像系统化研究与发展趋势展开分析。文中有针对性地对深海光学成像最前端的两个子系统-照明系统与相机系统进行了较为详细地阐述。其中, 深海照明系统进一步细分为3个更小的系统: 光源系统、配光系统以及灯阵系统; 对于深海相机系统则根据其应用领域及技术特点细分为水下普通成像、激光成像、偏振光成像、3D/全景成像、显微成像以及光谱成像6类。从近年来国内外深海光学成像的发展历史及现状来看, 其未来的发展趋势可以归结为以下几点: 更高的分辨率, 更深的工作深度, 更大的观测范围以及更多样的成像方式。

设计了一种具有40°视场角的手持式免散瞳眼底照相机,可用来拍摄视网膜图像。相机光学系统由照明系统和成像系统组成,其中照明系统设有可见照明光源和红外对焦光源,采用红外光源对焦可以不用药物对眼睛进行散瞳处理。照明光源采用独特的环形LED,将环形LED光源成像于人眼的瞳孔之上,避免照射到角膜上发生反射作用。在成像系统中设置调焦镜,具备±15D的屈光度补偿功能。成像光学系统的点列图均方根值小于2.8 μm,场曲小于0.2 mm,畸变小于0.6%,在70 lp/mm处各视场处的调制传递函数均高于0.4。使用Zemax光学设计软件的成像模拟功能,在光学系统的像面上清晰地再现了原图。该相机可以应用于眼科医学行业,为疾病的预防和康复服务。

NA1.35浸没式光刻照明系统是超大规模集成电路的核心设备, 为了实现从ArF激光器发出的光束经过一系列模块传输后到达掩模面的能量满足光刻曝光系统的要求, 需要在系统中引入非球面透镜, 以减少镜片数量, 提高能量利用率。为解决现在非球面透镜具有的加工难度和控制精度不足的缺陷,设计出一种优化控制保证非球面加工和检测的方法。在光学系统设计中优化非球面的形状, 保证非球面度, 满足非球面变化率在可加工和检测的范围内, 并控制非球面拐点的产生。照明系统中镜片数量最多的模块是耦合镜组, 通过非球面的优化, 镜片数量从12片减少到9片, 系统能量利用率提高近25%。此外, 提高了系统像质NA一致性, 像方远心度, 弥散斑直径和畸变, 满足了曝光光学系统对掩模面的能量要求, 故该非球面控制技术具有良好的可加工性和可检测性。

为了实现检测角膜的表面形貌, 设计了基于Placido盘的角膜地形图仪投射照明系统。首先, 根据人眼的明视觉光谱光视效率、CCD元件光谱响应曲线以及仪器对面光源照度与发光均匀性的要求, 进行了LED背光源设计。其次, 根据角膜地形图仪检测原理, 比较了球形和椭球形Placido盘的利弊, 在背光源照明下分析了这两种面型Placido盘的光照情况。分析显示, 椭球形Placido盘的最大辐照度优于球形盘。采用反向逆推法建立数学模型, 利用Matlab软件求解确定了盘上黑白条纹环的分布。最后, 根据上述设计参数进行了Placido盘加工, 搭建了投影照明实验装置, 并利用标准模型眼对所获得的投射照明系统进行检测。实验结果表明: 在主波长为625 nm的AlGalnP红色LED面光源照明的情况下, 采用所设计的24环椭球型Placido盘成像到CCD上的黑白条纹环满足等间隔均匀分布的要求, 检测精度可达到0.05 m-1, 较好地满足了角膜地形图仪对投射照明系统的高对比度、高精度的要求。

照明系统是飞机的重要组成部分，LED照明技术已被广泛应用于飞机照明系统。设计了一款两级式低纹波LED驱动电源，其前级电路采用L6562芯片控制功率因数校正(PFC)变换器，并通过无光耦原边反馈控制调节输出电压，驱动DC/DC恒流电路；后级恒流驱动电路采用LM3404HV作为控制芯片，并对其典型应用电路进行改进，使得恒流精度不随输入电压变化而变化，在宽电压输入范围内仍可以实现恒流输出。实验结果证明该方案可有效降低LED电流纹波，取得了良好的效果。