对发光二极管(LED)光源进行均匀照明配光时，内曲面为半球面等特定面型的透镜无法满足对照明均匀度的要求，同时光源适用性也不广泛，提出了一种可按需要建立并修改内曲面的双自由曲面透镜设计。通过分析LED 光源数据，设置拟合点，构建三次样条曲线作为透镜内曲面母线，再运用传统的边缘光线理论、光通量网格划分及Snell 定律等计算外自由曲面母线，旋转母线得到透镜模型，最后对透镜进行优化，提高照明均匀度。将透镜模型在TracePro 中进行模拟，结果表明在距高比为4 时，基于单个朗伯光源及非类朗伯光源下设计出的透镜实现的照明均匀度分别为90%和85%，光能利用率分别约为86%和80%。说明此设计适用于不同光源，还可用在近场均匀照明等方面。

基于几何光学、能量守恒定律及菲涅耳定律等相关理论，提出了一种双自由曲面半导体发光二极管(LED)准直透镜的光学设计方法，并给出了构建准直透镜模型详细的算法设计。自由曲面是一种关于中心轴旋转对称的曲面，该曲面的二维轮廓在非均匀有理B样条曲线的方法理论基础上，采用ProE软件搭建而成。通过蒙特卡罗光线追迹模拟发现，相比传统的单自由曲面准直透镜，双自由曲面准直透镜不仅提高了照度均匀性，而且在能量利用率上也有显著的提高。研究结果表明，采用双自由曲面将大大提升准直透镜的设计空间，改善LED透镜的光学性能。