半导体照明已经成为世界上新型照明光源的发展趋势,而高亮度、大功率的发光二极管(LED)更是照明光源中的需求热点。本文主要研究半导体照明中光源模型的构建和照明光学系统的设计,并利用光学机构软件对照明光学系统进行设计与仿真,以此简化系统设计的流程,缩短系统设计的周期。论文分为以下四个部分:首先,简要地介绍了半导体照明技术的历史与发展、LED的原理和关键技术等问题,并阐明了光学仿真在半导体照明光学系统设计中的意义。其次,详细介绍了照明光学系统设计的基本知识、计算机辅助光学设计中光线追迹理论、以及光学机构仿真软件(TracePro和LightTools)的光线追迹和LED建模等方法,并对光源的CAD实体模型、光源的发光特性、光强的空间分布等三个光源建模要素进行深入的剖析。提出了利用光学机构软件进行LED光源建模和照明光学系统设计的方法,并以蝙蝠翼型光分布的LED光源设计为例,对光分布的设计步骤和光线追迹仿真进行了详细的说明。再次,详细介绍了便携式LED照明光学系统的技术及其特点,总结了LED照明光学系统设计的方法。根据实际要求,设计了一个多光源照明系统,对系统的光强分布、照度均匀度等参数进行深入地分析,并在此基础上,对系统参数进行优化,给出系统的最佳设计方案。最后,论述了背光源的原理、特点、应用及发展现状。给出利用光机仿真软件对LED背光源进行建模的方法。对各个组成构件进行几何建模和光学界面定义,并对背光源系统进行光线追迹仿真,通过仿真结果的分析,调整系统参数,从而满足背光源的设计要求。本文的创新之处在于应用光机仿真软件来实现半导体照明光学系统的设计,提出了实现其他光分布的LED光源的设计仿真方法,以及LED光学系统的设计与分析。这些研究为以后在照明系统光学领域的研究提供了方向。