本文研究了针对扩展光源的光学设计方法,以非成像光学中的光学扩展量守恒理论以及边缘光线原理为理论基础,通过将光学曲面划分为多个子面(或微孔(PinHole)),并使用全数字的光学追踪算法对各子面上的光学扩展量进行计算,进而通过多自由曲面的设计控制出光面上各个子面扩展量的分布。通过本文所研究的方法,可以以较高的精度控制出光面上的子面出光锥角的宽度和方向,可用于高效准直系统的设计以及光型精度要求较高的照明产品光学设计。以此为基础设计了一款满足德国E-Mark标准的自行车车灯。本文具体研究内容如下:1.将光学曲面划分为多个子面,编制Matlab光线追踪算法程序,单独研究各个子面的光学扩展量及与其相关的入光、出光光锥角宽度和方向。由于对多个曲面构成的光学透镜或曲面研究时,我们是将前一个光学面当做一个二次光源,使用前一个面的出光光锥信息进行当前光学子面的扩展量特征计算的,因此在本文中将这种方法称为“二次光源面法”;2.以上述工具为基础,给出了一种基于照度反馈的方法来控制光学透镜出光面上的出光锥角宽度和方向的设计方法;3.使用上述方法设计了一款高效准直系统;4.本文还使用上述方法设计了一款满足德国E-Mark标准的自行车车灯。经过仿真,各光学指标均超过E-Mark法规要求的120%,证明了本文设计方法具有一定的实际应用价值。