LED光源被称为“绿色能源”,以其具有长寿命、高光效、小体积、利环保等优点,因此被广泛应用于背光照明、道路照明、汽车照明等应用领域。然而其发光光强特性呈朗伯体分布,在实际应用中往往难以满足一般的照明需求,因而需要对LED光源进行非成像光学设计。本文首先介绍了非成像光学的基础理论,主要包括了对光度学、色度学中基本概念的解释,对边缘光线理论和光学扩展量理论进行了详细的阐述,对斯涅耳定律的矢量形式进行了具体的公式推导以及对常见的自由曲面非成像设计方法的进行了介绍。然后就道路监控补光灯的眩光危害进行了研究,最后通过实例设计了两款道路补光透镜。本文主要研究内容分为以下几点:1.研究了道路监控补光灯对驾驶员的眩光危害,并建立了适用于道路监控补光灯的眩光危害UGR评价模型。2.研究了传统的LED道路监控补光透镜的设计思路,针对TIR透镜折射面及全反射面的自由曲面设计,采用了代数几何法进行了详细的公式推导,并按设计要求实例设计了一款TIR型监控补光透镜,最后进行的建模及仿真分析。3.研究了一种基于多自由曲面结构的低眩光道路补光透镜,分析了实现低眩光的设计思路,利用照度反馈法对自由曲面进行优化设计。通过实例设计、分析与比较可知,与传统的道路监控补光透镜设计方法相比,采用基于多自由曲面结构的透镜设计方法可有效降低道路补光灯的眩光程度,同时能量利用率更高。