本发明公开了用于光学显微镜反射式照明系统的LED自由曲面透镜。透镜的下表面采用平面作为入射面，LED安装在入射面的下方；透镜的顶部为自由曲面即出射面；LED光源的光经过透镜时，在下表面的平面发生折射，再经过如下限定的自由曲面出射到照明面上，色温与照度分布均匀；本发明以LED光源为原点O建立坐标系，以LED芯片所在平面为XOY平面，过原点O并与平面XOY垂直的轴为z轴，与z轴交点为o，且平行于平面XOY的平面为照明面；将光源立体角划分为三部分，由能量守恒定律，分别建立这三部分光源立体角与照明面不同区域的映射关系，利用折射定律计算得到自由曲面透镜。本发明光学透镜结构紧凑、体积小巧，色温与照度分布均匀，适用于显微镜反射式照明系统。