在LED道路照明的推广应用中，光学设计成为亟待解决的关键问题。围绕非成像光学系统的两大核心问题出光效率和光照度，开展LED照明光学系统的研究。本文针对LED路灯的光学设计进行了深入研究。取得的主要创新成果如下：

(1)根据LED芯片发光的理论模型，利用光学机构仿真软件Tracepro对LED芯片进行光学建模，即LED的一次光学设计，光线追迹表明所建模型的光强分布与实验值吻合较好，对已有的LED光源阵列进行了模拟实验，验证和完善LED光源的详细参数，并对影响一次光学设计的关键参数进行了分析。

(2)对自由曲面设计方法进行了深入研究，为LED路灯的二次光学设计奠定了理论基础，并理论推导出自由曲面公式。

(3)根据道路照明的技术要求、对LED路灯二次光学设计方法进行了研究。

其中二次光学设计包括反光碗设计和阵列设计。反光碗设计利用微分法设计了出光角度为450的自由曲面反光碗；阵列设计采用区域分割法的思想进行了设计。

本文根据非成像光学设计理论，光学效果通过理论计算、Tracepro软件仿真和实际测量均达到了道路照明标准中第二级别主干路的要求。

实践证明，本文开发的LED路灯，具有良好配光效果。解决了限制LED路灯推广应用中的光学难题，具有良好的市场推广价值。