从最原始的照明,到现代的“光·空间·环境”兼具人文特色的光文化属性,人类已经对光添进了诸多人文属性。诸如色温调控,舞台舞美,电视电影光学以及景观光色设计。不管是何种光的应用,人类总是依赖光学仪器(系统)对光实现调控。通常,光学系统由光源和光学元件两部分组成。本工作针对LED的应用中利用光谱的复合和补偿办法首先对光源的色温,亮度和显色指数进行了调控,通过光源的参数调节,实现了营造人为的主观感受更加舒适光环境空间。再者,尝试了非球面系统用于成像光学系统中提升系统光学品质和成像质量,最后涉及到基于自由曲面方法设计非成像光学器件以获得更完善的光束,能量传递和照面控制。首先,光源色温在人类活动中有着不可忽视的作用：人类会根据不同光源色温下心理和生理变化的规律来选择合适光源,以创造一个最舒适的环境。可见,实现具有高显色指数、色温可调节的白光LED将在商业照明,家居照明等方面将逐步发挥越来越明显的作用；为此,提出以暖白光、红光、蓝光、绿光为基色,通过光谱的复合和补偿的方法得到了一种能获得高显色指数,色温动态可调的白光LED控制方法。混色的基色选取了色温为4285K的白光LED和红光LED、绿光LED、蓝光LED四种LED,最终得到了色温超大范围准确可调的高显色指数白光。第二,光电感应器件的小型化和集成化的提高使得光学系统也朝着小型化和集成度更高的方向发展；在成像镜头中,一般采用非球面光学镜片达到校正像差和减小光学系统体积的目的。自第一款照相手机出现以来,拥有高清晰度摄像功能的智能移动设备已经成为全世界的主流。实际上很多号称高像素的镜头是通过软件的插值算法实现的,在细节处理和图片放大时,清晰度难以满足需求。鉴于此,针对市场的主流配置,结合焦距f’、相对孔径D/f’和视场角2w制约关系确定光学基本参数,再通过PW法计算出照相物镜的初始结构参数,最后在系统优化中采用了非球面,实现了一款拥有高光学品质的大光圈手机镜头。该镜头系统光圈值可达2.2,相比市面上普遍光圈值为2.45,视场角相同的光学系统,本镜头的光通量提高约20%,光学分辨率提高约11%且成像质量好,在奈奎斯特极限频率处,大部分视场的MTF值大于0.3。最后,自由曲面光学器件的设计方法目前有两种,一种是经验试错法,通过反复修改光学器件参数,并使用光学分析软件反复进行光线追迹来模拟验证相应的照明结果,逐步接近终而获得理想的自由曲面面型。另一种方法是通过解析方程的数值解得到自由曲面面型数据,方程一般根据自由曲面上的入射光,折射光方向矢量之间的关系得到。根据发光二极管(LED)的光场分布规律,使用上述两种方法,以LED为光源,设计出反光曲面连续的反光器与配光透镜并在光学追迹软件TRACEPRO中进行光学追迹分析,模拟结果表明：光学系统能实现均匀照明,能量传递效率高,效果理想。