半导体发光二极管(LED)具有耗电小、发光效率高、绿色环保、寿命长等优点正在广泛应用于照明领域。整个照明耗电量中道路照明约占20％-30％,因此将LED应用于道路照明具有巨大的经济价值和市场前景。然而现阶段的LED路灯在光学设计、散热设计、结构设计等方面尚有诸多问题没有解决。本文受北京益泰今天光电技术有限公司委托,利用非成像光学集中设计了2款LED路灯,从工程应用角度对灯具的光学设计和散热设计进行了研究,主要完成内容如下:　　 1.全面介绍了LED作为道路照明光源存在的优势,并对现阶段LED路灯存在的困难进行了剖析。　　 2.系统全面的介绍了LED用在道路照明领域当中需要用的基本知识:LED的基础相关知识、道路照明的基础知识、非成像光学中常用的基本理论定律等。　　 3.利用非成像光学的基础知识分别设计了反射型和透射型的自由曲面配光器件的LED路灯,在反射型配光器件设计的LED路灯中采用轴对称的反光碗进行角度阵列形成矩形光斑的设计,在反光碗的设计过程中,运用了边缘光线理论及反射原理建立了关于一个反射光线与光轴夹角为θ反光碗轮廓曲线的数学模型,在阵列设计当中采用了光源逐级递加采样点动态变化法,此方法是对区域分割的改进,它不再将照明面分成特定的空间或者进行均匀分割,而是根据光源特性对照射面进行动态分割,并设置与之对应的采样点,逐步叠加光源,降低优化难度,实现照明要求。　　 4.在透射型配光器件设计的LED路灯中通过引入光能计算结合边缘光线原理的方法改进了自由曲面的直接设计法,建立了单颗LED均匀分布的自由曲面快速设计理论体系。通过本理论体系可以快速求解指定形状(圆形或矩形)均匀照明区域的设计问题。在本设计中首次明确给出了3D自由曲面系统的设计方程和设计程序,首次明确提出采用光能传递计算结合数学建模的方法实现3D非对称自由曲面器件的设计,最后给出了完整的60°X120°透镜数学模型。在整个计算和推导过程中,均采用数学计算软件matlab独立编制的可实用的计算程序,将经典光学理论与微分几何和空间造型理论充分的结合,丰富了非成像光学的理论应用,这两款配光器件设计的路灯,通过试挂均能满足道路照明要求,具有很好的市场推广价值。　　 5.对路灯的散热设计进行了探索性研究,并利用实验室现有条件对自行设计的LED灯具的可靠性进行了验证,为优化路灯提出改进意见。