LED作为一种节能环保的绿色光源，有着其他传统照明光源无法替代的众多优点，其应用前景十分广阔，本文主要运用了划分网格的方法，设计了一种均匀照明的LED光学系统，并通过光学仿真模拟验证了此光学系统的优越性。本文的主要工作如下：首先，介绍了LED光源的研究背景、LED照明的现实意义和应用前景，阐述了研究LED照明的发展历史和研究现状，并且引出了目前LED在照明领域存在的主要问题，同时提出了主要解决方案。其次，根据几何光学的基础理论，推导出了反射定律的矢量形式，对照明设计中用到的辐射度学和光度学做了详细的介绍，重点叙述了非成像光学理论。再次，根据研究设计了一种均匀照明的LED光学系统。基于辐射度学和光度学的基本理论，根据单颗LED的参数，计算出了单颗LED的照度，由此建立了单颗LED模型。以此模型为基础推导出LED阵列的照度，并且根据各阵列的特点，构造出LED光源成球面环形阵列，并运用机械设计软件建立起简单的LED阵列结构图。针对反射器的设计，主要完善了网格划分中的边界条件，运用非成像光学理论设计了自由曲面反射器，并建立了该发射器实体模型。最后，运用光学设计软件完成了照明系统的仿真模拟，重点分析了仿真结果，通过传统反射器和自由曲面反射器仿真后的效果比较，得出的结论是：运用划分网格的方法设计自由曲面反射器在照度、均匀度等方面都符合照明要求。验证了自由曲面反射器的可行性，为LED的照明设计的研究提供了参考依据。