随着半导体技术的发展，高性能LED产品的应用领域也逐渐拓展到各行各业。其中，全波段LED应用于生物医学领域就是最热门的研究课题之一，特别是以LED作为光源的光动力光疗法，是目前皮肤科光疗领域较为新颖的治疗手段，成为该领域新的研究热点。该方法结合LED绿色、环保、低工作电压、寿命长以及冷光源的特点，能够较好的实现高效、安全、无副作用的光医疗。而现阶段LED存在着功率小、出光效率较低的缺点，要实现医疗应用，需要将LED芯片进行阵列组装，所以合理有效的光学设计对提升LED医疗产品的应用具有重要意义。本论文在非成像光学理论的基础上，重点研究LED光学系统的二次光学设计，结合相应的驱动电源设计，实现LED光动力治疗仪实体模型的制备，达到满足治疗人体脸部皮肤科疾病的基本要求。本课题研究的主要内容及其成果如下：首先，本论文研究了LED点光源的二次光学设计。根据点光源在平面照射面上照度均匀的要求，研究设计出了相应的光源透镜。并结合光学软件Tracepro对其空间光强分布及照度分布进行了分析，通过反馈优化设计得到光强、照度以及照度均匀性均满足设计要求的LED点光源模型。其次，研究分析了现有光动力治疗仪的光学设计，并制备相应实体模型，分析其在光疗中存在的问题。创新性地提出了自由曲面光学设计方案来模拟自由曲面光源模型，并经过多次反馈光源模型设计，实现了脸部皮肤光疗中照射剂量达到3.3J/cm2及照度均匀度达到80%的设计要求。最后，对光治疗仪的电路设计进行了研究。针对630nm红光LED和415nm蓝光LED的输出功率和工作条件不同，以及光疗对仪器的功率、模式（连续或脉冲）以及时间可调功能的设计要求,研究采用离线式buck电路，实现双路可调可控。通过优化的平板模型的散热结构，降低了系统工作温度。