提出一种多向平行分光透镜的自由曲面组合设计方法，可适用于广义朗伯分布的发光二极管（LED）光源，实现任意多向的平行分光。设计了应用于雨量传感器的透镜，在不增加光源的前提下，增加出射的光线路径数量，透镜体积小、光效利用率高，增大了传感器的光学探测区域，可为相关的光电器件的设计与优化提供便利。理论计算和建模仿真进一步证明了此方案的可行性和有效性。