本发明公开了一种用于倾斜面均匀照明的LED自由曲面透镜阵列装置，属于非成像光学和激光光束整形技术领域。包含若干按行和列均匀排布的自由曲面透镜单元(U)和LED光源单元(V)；每个自由曲面透镜单元(U)形状相同，且每颗LED光源单元(V)也相同，自由曲面透镜单元(U)和LED光源单元(V)的数量相同，且一一对应；每颗LED光源单元和相应的自由曲面透镜单元的光轴重合，LED光源单元的出光经相应的自由曲面透镜单元偏折后在倾斜照明面上产生预定的均匀光分布，自由曲面透镜单元可以用光学树脂等材料借助注塑成型技术来实现。本发明结构紧凑、简单；整形效果好，能量利用率高；实用性强，应用范围广。