LED作为新型绿色光源的典型代表,它凭借低耗能、高效能、环保、寿命长等优势,被广泛应用于普通照明、汽车灯、交通灯、特种照明等领域。但由于其朗伯体发光特性难以满足大多数应用,为了使L E D光源满足实际的照明需求,实现特定的能量分布,通常需要对其进行非成像光学设计。二维非成像光学设计适用于目标面照度分布为旋转对称的情况。三维非成像光学设计能够满足任意形式的目标面照度分布,可实现高精度高效率的光线控制。本文首先介绍非成像光学以及L E D相关理论,对L E D光源三维非成像设计的方法进行以下几方面的研究:1、研究了三维设计中建立能量映射的方法,推导出了光源的角度坐标与照度面坐标之间的一一对应数学表达式,求出了每个曲面对应的法向量的表达式。2、研究了三维曲面重建的方法,针对传统的切面迭代法上存在的缺陷,提出了妥协法,对自由曲面的面型点进行优化计算,减小曲面真实法向量和理想法向量之间的偏差。3、研究了基于妥协法的双自由曲面透镜设计的方法,通过设置两个曲面的偏折系数共同调控光线的偏折方向,从而增大对光线偏折能力,提升能量利用率。4、研究了基于妥协法的双自由曲面设计在道路照明领域的实际应用。分别基于网格法和妥协法设计L E D路灯透镜,按照道路标准对透镜进行性能分析比较。基于妥协法的双自由曲面设计的透镜的能量利用率可达到9 6%,与设计目标相符,证明了该设计方法的可行性和正确性。