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白光LED平板灯凭借其独特自然的灯光效果得到了广泛的好评，鉴于平板灯中导光板与LED存在光耦合效率低，吸收、反射损耗大问题，本论文研究了一种无导光板LED平板灯，并重点进行表面照度均匀的高效投射器光学设计，用于提高LED平板灯的出光效率和照度均匀性，采用投射器代替导光板可使LED平板灯的重量轻，制作成本低，光损失小。照明光学设计中一般的投射器研究均基于正面均匀照明的目的，本文的主要创新点在于首次研究了侧面近场均匀照明的LED投射器，实现了出光效率高和表面亮度均匀性好的LED平板灯设计，拓展了LED投射器的应用领域。论文概述了国内外LED投射器的研究现状，介绍了利用软件MATLAB、SolidWorks和TracePro设计用于无导光板LED平板灯的LED投射器设计方法，并建立了无导光板LED平板灯仿真模型。基于无导光板LED平板灯的特殊结构，研究了两种高效LED投射器，一种是自由曲面透镜投射器，用于单双面LED平板灯，另一种是柱面列阵投射器，用于双面LED平板灯。投射器对LED光源所发出的光进行重新分配。基于几何光学和能量守恒原理，将LED出射光线按照极向角进行分割，按照光线能量（即光通量）均分的原则，使目标面相同分割区域内具有相同数量的光线。通过MATLAB编程求得投射器的外形轮廓曲线，利用SolidWorks软件上建立出光学仿真模型，最后通过Tracepro软件进行光线追迹仿真验证LED投射器的光学效果，及其应用于无导光板LED平板灯的可行性。结果表明本文设计的LED投射器具有很高的出光效率和侧面目标照明均匀性，应用于无导光板LED平板灯，对面积为240mm360mm的LED平板灯的仿真结果为，柱面透镜列阵投射器的出光效率最佳达96.03%，自由曲面投射器侧面照明目标面（平板灯出光面）均匀度最佳为96.6%。根据上述设计投射器模型，利用激光打标机实验制作了投射器模具，包括柱面透镜列阵LED投射器和自由曲面透镜LED投射器模具，并通过热模压机实验制作了PMMA投射器。将理论计算结果与实验数据进行对比，对设计方法的正确性进行验证，并且实验中获得了平板灯面板最佳照度均匀性为95.74%。