随着LED的普及运用，如何快速准确地获得特种效果的透镜，越来越成为当下研究的热点。对此，本论文借鉴当前国内外前人研究的光学设计方法，主要做出了以下成果：针对LED辐射数学模型，本论文基于自主开发的描点软件，根据LED空间光强分布曲线图获得光源数据。提出运用非线性回归分析Levenberg-Marquart法，由辐射数学模型的光源数据与根据配光曲线获得的光源数据(又称测量数据)之间的误差来寻求辐射数学模型参数变化的步长。同时由误差均方根（RMS）与归一化互相关（NCC）两个判断标准来重建辐射数学模型的精确性。结果显示RMS低于1%，NCC接近100%。本文提出的快速构建LED辐射数学模型方法为透镜设计提供了便捷性。针对实现某种照明效果的LED透镜。本论文在几何光学与非成像光学的基础上，以向量的形式，设计计算适用于LED光源且能实现某种照明效果的透镜，运用3D软件对透镜进行3D建模，光学仿真软件进行仿真模拟研究。同时，采用可视化面向对象编程软件制作相应透镜的软件模块。在该软件模块内，用户只需输入透镜的初始值，即可获得相应透镜的曲线数据。将曲线数据导入3D软件或光学仿真软件，即可获得相应的透镜实体。本论文重点研究了点光源、扩展光源以及不同配光曲线的LED光源经过所设计的透镜后在目标面上的照度分布变化，及相应的改进算法，提出了创新的光学系统结构。根据专业的光学仿真软件模拟验证了所设计的透镜的准确性；分别采用Cree公司和OSRAM公司两款不同配光曲线的真实光源，结合相对应设计的实现矩形光斑的透镜，通过专业的光学仿真软件模拟。结果表明，目标面上光斑均匀，大小满足设计要求。针对配有LED光源的TIR透镜的色散现象。本论文提出采用复眼解决TIR透镜的色散，研究了复眼对色散的影响。仿真结果表明，该方法很好地降低了色散。