发光二极管(LED)是一种新型光源,其优点是环保节能,高光效,使用寿命长,因此它被广泛地应用在照明行业。但是由于其配光曲线与朗伯光源类似,中间亮两边暗,如果不经过二次配光,将无法达到理想的照明效果。因此二次配光设计是目前LED照明的一个热点问题。目前主要的二次配光设计方法有CPC、SMS、剪裁法、微分方程等,但是这些方法却存在计算困难,光效较低,加工困难等问题,影响着LED的推广。针对现有的二次配光设计方法的不足,本文提出了基于波前重构的新型自由曲面设计方法。本文的主要工作和成果如下:1.研究分析了现有的二次配光设计方法,如剪裁法、SMS方法,并分析了其中的优点与不足,为提出创新的设计方法做铺垫。2.从Snell定律和等光程条件出发,结合波前重构的概念,提出了一种基于波前重构的自由曲面设计方法。该方法添加了虚拟光源,目标面处加入对应的波前,使得出射光以波前的形式投射到目标面上。出射波前与入射波前的对应关系由透镜来决定。这种设计使得出射光线的分布不随目标面距离变化而改变,更加适合照明设计。我们先从点光源出发,在二维情况下计算出透镜轮廓,通过绕轴旋转构造出3D模型并导入光学软件进行分析,结果与预期吻合。3.针对市场上应用较广的5050LED光源进行设计,提出的简洁有效的反馈优化方法。我们先使用原来的透镜模型得到目标面上照度分布,再与所设定的照度值进行对比。两者照度值之间的差值反馈到透镜表面的离散点数据上,离散点的位移量由反馈函数决定。使用该优化方法对于5050LED光源进行优化,均匀度从原来0.8提升到0.9以上,迭代次数为6次。4.为了验证第三点,我们把得到的透镜模型拿去机械加工并组装了简易的实验装置。我们使用专业单反相机拍摄不同距离目标面上的照度分布,实验所得数据与模拟结果基本一致,进一步证明的该方法的可行性。5.针对任意的轴对称分布和方形分布,进一步完善了算法,使得该方法更具有普适性和实际意义,并通过软件模拟验证的结果。