随着科学技术的不断发展，对于光学照明系统的发展提出了更多的要求。照明光学系统属于一种非成像光学系统，它注重于能量的分配。发光二极管(LED)作为一类能量转换率高，寿命长，体积小，无污染的新照明光源，由于其自身发光特点有别于传统光源，因此对于照明系统的设计提出了新的要求。当前的几类光学系统二次设计方法能够设计出满足LED照明需求的镜片，但大部分设计方法将镜片的一个表面用规则几何面替代进而设计镜片的另一表面，这样会使镜片的设计受到规则几何面的牵制和约束，使得镜片外形和内部折射情况复杂，设计不够灵活。本论文提出基于单折射面的几何设计进而组合设计镜片的设计方法，使得镜片设计更加灵活，可以根据生产或装配等实际需要设计出理想的镜片表面。对于复杂的设计公式的求解，本论文还提出了一种基于离散点迭代计算的方法，该方法使折射面的各点曲面法向向量趋近折射法向向量，最终得到曲面形状，比解微分方程更加简便。　　 镜片设计中首先分别设计满足需求的镜片内外表明，然后组合设计出镜片。这样的设计方法为镜片设计提供了一个新的设计理念，不再局限于用规则几何面替代镜片的一个表面，这样设计出来的镜片形状更加符合生产装配的要求。对利用该方法设计完成的镜片用ASAP光学仿真软件进行照明仿真，对照明效果进行软件分析，并将分析结果与实际的需求进行比较。针对镜片安装时的几类误差进行分析并仿真，给出一个误差影响照明效果的规律和范围。仿真分析证明该设计方法是行之有效的。本论文为光学系统的设计方法提供了一种新的思路，使二次光学设计更为灵活。