本文对发光二极管道路照明灯具的光学系统进行了探讨和研究。利用光学机构仿真软件LightTools对LED进行光学建模。在此基础上展开LED的二次光学设计,旨在提高道路表面的光强分布均匀性。进入21世纪,发光二极管因其具有的诸多优点,已越来越受到广泛的重视和应用。目前市场上的LED道路照明灯具,光学性能较差,不能满足国家标准的要求。本论文的目的是针对LED节能型道路照明灯具进行二次光学设计,采用合理的外光学系统,改善灯具的光照分布性能,使得灯具的照度分布满足要求的同时,保证照明器件结构简单,拆装方便。本文详细介绍了道路照明灯具的光学特性、道路照明的指标和国家标准,对照明设计方法和照明设计软件进行了分析。利用仿真软件模拟路面的光照度分布,比较不同形式的非成像光学组件对于LED道路照明灯具光学性能的改善,分析其特性。基于菲涅尔透镜的原理,提出一种具有菲涅尔透镜微结构特征的散射元件,并根据模拟出的路面光强分布分析其性能,通过比较各种元件组合方式的优劣,最终给出一个比较合理的光学系统以提高边缘路面的光照度。在仿真设计的基础上,加工出散射元件,并从元件夹角和道路边缘照度方面进行了大量实验的验证。结果表明,设计出的散射元件能够改善灯具的光照分布性能,改善路面照度的均匀度。为进一步提高灯具的光照分布性能,本文采用反射元件与LED照明系统结合的方式进行实验,结果显示反射板可以提高对光能的利用并能够增加边缘路面的照度。最后,在以上实验结果的基础上,提出了将反射板与散射元件结合的LED照明光学系统,使得LED照明灯具的光照度性能得到进一步的改进。