目前，政府大力提倡节能减排，在照明领域，凭借着高亮度、低功耗、无污染、寿命长等优点，LED越来越广泛的受到人们的青睐。而基于LED光源的照明系统光学设计近年来在行业内越来越受到关注。由于LED光强分布等光学特性有别于传统光源，使得基于LED的光学设计不能像传统光源一样适用成像光学理论。当进行LED光学设计时，根据光源的光强分布，通过设计光学系统控制光线走向，可以获得想要的出光角度。目前大多数光学设计时都是假设LED为点光源，但是对于集成封装LED、LED阵列等大尺寸光源，该假设并不能适用。所以，本文针对于大尺寸LED光源的光学设计展开研究具有理论价值和实际意义。本文提供两种大尺寸LED光源的光学设计方法，其中一种是针对于集成封装LED光源如何设计旋转对称透镜。根据边缘光线原理，反向延长大尺寸光源边缘与透镜边缘的光线交于一点，定义该店作为点光源并结合Snell折射定律矢量形式和逐次逼近法计算出透镜的自由曲面，通过光线软件建模与仿真，结果表明此方法设计的旋转对称透镜可实现均匀的圆形光斑。另一种是针对于LED阵列光源如何设计光学系统实现远场大面积均匀照明。本文以LED圆环阵列为光源，主要理论依据是成像光学与非成像光学原理。通过理论计算，建立LED圆环阵列模型，并确定此模型的近场照度均匀面的位置；定义LED圆环阵列的近场照度均匀区域的面为虚拟面光源，设置球面平凸透镜或非球面平凸透镜，使虚拟面光源在远场成放大倒立的实像，实现远场大面积均匀照明。辅以反射杯，使虚拟面光源外的光线准直射出，以提高光的利用效率。经过软件仿真模拟，结果表明，此设计方法具有可行性，实现了大尺寸光源的远场大面积均匀照明。