由于固态光源LED寿命长、无污染、节能等诸多的优点,使得LED的应用研究开展得如火如荼,特别是在道路照明领域。本论文介绍了白光LED应用于道路照明的优势及现状,总结已出现的问题。针对配光问题提出了自由曲面的设计思路,并设计了外表面为平面的两款LED路灯透镜,在不同条件道路下进行了应用。针对不易维护的特点提出了模块化思路,并设计了一款内表面配光的LED光源模组。本论文的主要内容包括：第一章介绍了LED的发光原理、发展及应用于道路照明的优势和现状,总结了目前LED道路照明灯具常出现的问题。第二章主要介绍了非成像光学的相关概念及其主要理念,并在实现手段上引入了配光能力更强的自由曲面方法,对其中典型的Tailoring法进行了较详细的说明。第三章根据道路照明的实际应用,对建模过程的参数进行近似,简化了自由曲面的设计方法,并描述了单自由曲面透镜的设计步骤及其思路。具体的应用此方法设计了两款LED路灯透镜,详细的介绍了设计过程,并分析了仿真结果。通过对透镜的注塑加工的实际产品的分析,总结了注塑产品出现的问题,并分析实际透镜的照明效果与仿真结果的差异产生的原因。最后,两款透镜在不同的道路状况进行应用,介绍了各自的应用背景及应用效果,从而证明了自由曲面在照明透镜的设计上应用是可行的,也是有效的。同时这两款LED路灯的成功应用也为LED应用于道路照明提供了宝贵的经验。第四章首先总结了目前LED路灯发展的形势与问题,针对LED路灯难以维护与检修的特点,提出了模块化思想,讲述了LED路灯模块化的实现形式与方法。进一步的,提出了光源模组的多种配光解决方案,并创新地设计出了内表面配光的光源模组,通过光、热、IP等级的测试,表明此方法的可行性。最后一章总结了所做工作并对下一步工作进行展望。