本发明公开了一种用于实现三维空间任意光分布精准调控的自由曲面透镜设计方法。属于非成像光学技术领域。本发明根据照明要求设置自由曲面透镜的光路结构，通过数值剪裁自由曲面面形，在三维空间任意观测平面上实现对光分布的灵活调控。本发明主要根据斯涅尔定律和能量守恒定律在计算机辅助下，设计出满足目标照明分布的自由曲面透镜。本发明中自由曲面透镜入射面和出射面可均为自由曲面，根据具体的目标照明分布要求，可实现单个、两个甚至多个自由曲面的设计。本发明可以满足复杂的照明需求，同时对目标照明面的空间位置没有限制。本发明结构简单；整形效果好、能量利用率高；实用性强，应用范围广。本发明设计能保证曲面的连续性，便于加工。