照明系統是增強現實光學系統的重要組成部分，其體積、照度均勻性、能量利用率直接影響增強現實照明系統的質量，因此在照明系統中對光源二次配光非常重要。針對增強現實系統的自由曲面透鏡形式和照明系統開展研究，重點分析準直系統集光角度與體積的對應關系，在對光源準直系統的面型構建詳細分析基礎上，對中心透射邊緣反射的折反射式準直系統的面型進行求解，結合偏微分方程法和劃分網格法，設計了自由曲面透鏡，該系統與偏振分光棱鏡共同組成硅基液晶（liquid crystal on silicon，LCoS）照明系統。仿真分析j結果表明：系統照度均勻性達到91.96%，若不計偏振影響，照明系統光學效率達到66.6%。該系統具有結構簡單緊湊、體積小、質量輕、照度均勻性高等特點，滿足增強現實眼鏡的需求。
