在LED照明系統的非成像光學設計中，基本的光學元件主要有透鏡、非球面反射鏡和折光板。

  透鏡能使點光源發出的光線匯聚或發散，起到改變光束角大小的作用，從而達到改變被照表面的照明面積和照度值的目的。非球面反射鏡的形狀通常為旋轉二次曲面，其工作原理與透鏡和反射鏡完全不同，透鏡是用折射原理，反射鏡是用反射或全反射原理，它們的孔徑角一般在40度以下，而非球面反射鏡的孔徑角可達130度以上，亦即它的收集光線能力能大大增強。至于折光板的主要作用是改變光線的出射方向或在特定的方向上改變光束的角度，實際上它就是人們常見和熟悉的LED光源系統的塑料面板，這種塑料面板按照結構來分類，主要有齒形折光板，梯形折光板和柱形折光板。其中齒形折光板的每一齒相當于楔形鏡，其表面折射作用能使光線發生偏轉，但不會改變光束角大小，主要起到改變光束出射方向的作用。梯形折光板相當于平板玻璃和楔形鏡的組合體，它可使一束光分成三個方向，而三個方向光束的光強比是由它的平面和斜面的面積比來控制。柱形折光板又稱為復眼透鏡，它由一系列園柱面組成，每個柱面相當于一個透鏡，在柱面母線方向上，光線保持原入射的方向，而在柱面非母線方向上，透鏡的作用使各個方向上都有匯聚或發散作用，從而實現擴展光束角的目的。