随着世界科技水平的发展，能源问题已经成为各国发展战略问题，节能产品因此发展迅猛。目前用于船舶搜索、探照用灯均为大功率金属卤化物灯，功率均在5kW以上，占用了船舶的大量能源。LED以其自身众多优点，必将是未来照明的主角，本文针对这一趋势，提出和设计一款用于大功率LED自由曲面透镜，它很好的满足探照灯的标准要求。本文对船用LED探照灯做了如下研究：（1）分析了影响LED芯片出光效率的因数，通过应用复合抛物线聚焦器（The Compound Parabolic Concentrator，简称：CPC）理论，分析并设计了应用于LED封装的CPC反光杯，提高了LED的出光效率，并且准确控制LED出光角度。（2）考虑探照灯使用的天气影响，主要是雨水以及雾会对其照射距离造成影响，结合海洋物理、大气物理、信号灯的特性，本文通过实验分别对不同颜色的LED光源进行了透雾性的对比研究。研究得出在淡水以及海水环境使用时，LED在淡水雾中黄光透过率最好，在海水雾的情况下通过率蓝光较优。因此在设计时方便选择白光LED的色温以适应使用环境。（3）总结目前LED照明光学设计的方法，比较了各种方法的优劣，同时结合国家船舶照明标准，提出采用能量守恒法进行自由曲面透镜设计，并采用B样条方法进行设计算法优化的方法，最后通过本文的方法设计了一款大功率LED探照灯的自由曲面透镜，很好的满足了设计要求，并且结构相对简单。