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宽光束、高均匀性显示贴片灯珠的光学仿真设计

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中国光学（中英文） 2024年第1期17卷 217-225页

作者：魏伟陈志忠郭浩中贾传宇方方邹军房倩吴优孙铭浩李倩匡宇涵殷琦凯张国义江苏省智能光电器件与测控工程研究中心盐城师范学院江苏盐城224007 东莞理工学院国际微电子学院广东东莞523000 金鉴科技有限公司广东广州511338 北京大学物理学院北京100871 北京大学东莞光电研究院广东东莞523808 半导体所鸿海研究院中国台湾新北236 上海应用技术大学上海201418

本文通过分析目前显示器用的高均匀宽角度灯珠的光学要求,采用新型非朗伯(non-Lambertian)分布封装Micro-LED芯片,实现了宽光束、高均匀性的微型LED芯片光珠。分析了在不同封装倾角、封装高度、封装材料、封装支架材料、蓝宝石厚度和图... 详细信息

本文通过分析目前显示器用的高均匀宽角度灯珠的光学要求,采用新型非朗伯(non-Lambertian)分布封装Micro-LED芯片,实现了宽光束、高均匀性的微型LED芯片光珠。分析了在不同封装倾角、封装高度、封装材料、封装支架材料、蓝宝石厚度和图案化蓝宝石衬底尺寸下,使用由不同封装材料(铜、钛、铝和银)和材料类型(完全反射和完全吸收)组成的支架模拟固定灯珠的光输出效率和出光角度的变化情况。研究发现通过调整材料、芯片和封装参数,可以得到一个、两个或三个光束,具有贴片灯珠的宽角度、高均匀性的远场光分布特性,满足当前LED和LCD的显示要求。

关键词：非朗伯分布朗伯分布显示贴片灯珠

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低畸变机器视觉镜头的仿真设计

大学物理实验 2024年第3期37卷 90-93页

作者：姜禹豪杨亮亮陈慧妍叶雨荫盐城师范学院物理与电子工程学院江苏盐城224007

为了实现电子芯片等小尺寸零部件的定位识别和精密检测,利用Zemax软件设计了两种可以用于机器视觉的低畸变光学镜头。系统焦距为28.5 mm,物方视场为10 mm。通过仿真优化设计得到由六片透镜组成的全球面折射式镜头,总长为90 mm,在空间频... 详细信息

为了实现电子芯片等小尺寸零部件的定位识别和精密检测,利用Zemax软件设计了两种可以用于机器视觉的低畸变光学镜头。系统焦距为28.5 mm,物方视场为10 mm。通过仿真优化设计得到由六片透镜组成的全球面折射式镜头,总长为90 mm,在空间频率100 lps/mm处,所有视场的MTF都高于0.5,最大畸变为-0.078%。在此基础上,进一步优化设计得到折衍射混合镜头,共有四片透镜,总长为75 mm,相同空间频率处MTF高于0.55,最大畸变为0.071%。考虑衍射面的衍射效率对系统MTF的影响,混合系统的MTF仍然高于0.52。通过仿真设计,既可以让学生了解机器视觉镜头的设计特点,还可以锻炼学生的创新能力。

关键词：仿真实验机器视觉畸变 Zemax软件

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跨座式单轨列车走行轮轮胎的不均匀磨损

西南交通大学学报 2022年第1期57卷 112-119页

作者：仇成群李沛润陈钊李凯强江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 盐城师范学院江苏省智能光电器件与测控工程研究中心江苏盐城224007 盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051

为了优化跨座式单轨列车走行轮轮胎不均匀磨损性能,在运行工况分析基础上建立了走行轮轮胎有限元模型;结合走行轮磨损特性评价指标,建立了一套新的走行轮磨损间接评价方法,该方法以侧偏角和侧倾角为设计变量,通过探索走行轮轮胎侧偏角... 详细信息

为了优化跨座式单轨列车走行轮轮胎不均匀磨损性能,在运行工况分析基础上建立了走行轮轮胎有限元模型;结合走行轮磨损特性评价指标,建立了一套新的走行轮磨损间接评价方法,该方法以侧偏角和侧倾角为设计变量,通过探索走行轮轮胎侧偏角、侧倾角及其组合对走行轮轮胎磨损与不均匀磨损的影响对车辆二系悬挂参数进行优化,减轻走行轮轮胎磨损.研究结果表明:优选前,转向架(以前转向架为例)中前、后排走行轮轮胎侧偏角分别为0.5°、0.3°、−0.4°、−0.2°;优选后,转向架中前、后走行轮轮胎侧偏角为0.2°、0.2°、−0.2°、−0.2°;车辆结构参数中二系悬挂横向刚度、垂向刚度对走行轮各轮胎不均匀磨损的影响较大,且选取合适的参数值在一定程度上能够减轻走行轮各轮胎不均匀磨损.

关键词：有限元模型二系悬挂不均匀磨损侧偏角侧倾角

基于双级联法布里-珀罗干涉仪多纵模测温激光雷达技术

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红外与激光工程 2023年第5期52卷 165-174页

作者：沈法华李薛康朱江月谢晨波王邦新杨亮亮周慧徐华盐城师范学院物理与电子工程学院江苏省智能光电器件与测控工程研究中心江苏盐城224007 江苏省大气探测激光雷达技术军民融合创新平台江苏盐城224007 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031

提出了基于双级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模高光谱分辨率测温激光雷达技术。分析了该技术的温度探测原理,并据此构建温度探测的理论模型,导出了温度和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光发射源的纵模间隔与双级联FPI... 详细信息

提出了基于双级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模高光谱分辨率测温激光雷达技术。分析了该技术的温度探测原理,并据此构建温度探测的理论模型,导出了温度和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光发射源的纵模间隔与双级联FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在前级FPI周期性频谱的峰值位置。详细分析了频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差,结果表明:后向散射比越大,相同的频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差就越大;频率匹配误差对温度测量的影响大,为保证低层大气温度测量准确,频率匹配误差和锁定误差应分别小于5 MHz和10 MHz。进一步给出了采用FPI腔长粗扫和细扫相结合的频率匹配校准方法和步骤。设定合理的系统参数,对基于双级联FPI的多纵模测温激光雷达系统的探测性能进行仿真分析。结果表明:在0~20 km高度范围内,通常匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差很小,在2 km以上可忽略不计;若出现云层、沙尘等,对应高度的温度测量偏差将会较大;垂直距离分辨率取30 m@0~12 km和60 m@12~20 km、时间分辨率取1 min时,白天和晚间由噪声引起的温度测量误差分别小于3.7 K和3.5 K,后向散射比相对测量误差分别小于0.40%和0.38%。

关键词：激光雷达大气温度多纵模脉冲激光法布里-珀罗干涉仪瑞利散射

基于双法布里-珀罗干涉仪多纵模米散射多普勒激光雷达技术

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红外与激光工程 2023年第7期52卷 181-190页

作者：沈法华徐菁苑范安冬谢晨波王邦新杨亮亮周慧徐华盐城师范学院物理与电子工程学院江苏省智能光电器件与测控工程研究中心江苏盐城224007 江苏省大气探测激光雷达技术军民融合创新平台江苏盐城224007 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031

提出了基于双法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模米散射多普勒激光雷达技术,分析了探测原理,并导出了径向风速和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光源的纵模间隔与双FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在双FPI周... 详细信息

提出了基于双法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模米散射多普勒激光雷达技术,分析了探测原理,并导出了径向风速和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光源的纵模间隔与双FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在双FPI周期性频谱曲线的交叉点附近。详细分析了频率匹配误差引起的风速测量误差。在低风速区域,由频率匹配误差造成的风速测量误差增加的百分数EV随匹配误差的增大而迅速增大;频率匹配误差不变时,EV随风速增大而缓慢减小;当频率匹配误差小于10 MHz时,EV将小于5%。设定合理的大气模式和系统参数,对基于双FPI的多纵模米散射多普勒激光雷达的探测性能进行了仿真分析。结果表明:在0~10 km高度、0~50 m/s的径向风速范围内,当距离分辨率为30 m、时间分辨率为30 s、激光发射天顶角为30°时,系统白天和晚间的径向风速测量精度分别优于1.50 m/s和1.02 m/s;在无云条件下,系统白天和晚间的后向散射比相对测量精度分别优于6.57%和4.53%。

关键词：激光雷达大气风场多纵模脉冲激光法布里-珀罗干涉仪米散射

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基于卷积神经网络的前方车辆检测系统研究

重庆交通大学学报（自然科学版） 2022年第11期41卷 58-63页

作者：仇成群李沛润杨锋朱瑞盐城师范学院江苏省智能光电器件与测控工程研究中心江苏盐城224007 盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051 东北林业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150040

针对车辆局部被绿化带、路障、其它车辆遮挡以及低照明等问题,给现场车辆图像检测带来困难,提出了基于卷积神经网络算法对车辆进行检测。基于计算机视觉系统构建了车辆的几何模型,包括车辆的形状,对称性以及和车辆阴影。采用深度学习中... 详细信息

针对车辆局部被绿化带、路障、其它车辆遮挡以及低照明等问题,给现场车辆图像检测带来困难,提出了基于卷积神经网络算法对车辆进行检测。基于计算机视觉系统构建了车辆的几何模型,包括车辆的形状,对称性以及和车辆阴影。采用深度学习中卷积神经网络算法的目标检测和数据处理技术,将卷积神经网络应用于检测车辆前方障碍物,对不同采样的卷积神经网络结构进行比较,设计了能够检测前方车辆的卷积神经网络算法。并通过系统试验测试,检测前方车辆的算法能够保证检测快速性和准确性。试验结果表明:采用重叠采样和池化层为Max+Ave+Ave结构的卷积神经网络具有较高的车辆检测准确率和较强的系统稳定性。

关键词：交通工程卷积神经网络图像处理车辆检测

马赫-曾德尔干涉仪频谱特性及入射视场展宽技术研究

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量子电子学报 2021年第6期38卷 796-805页

作者：夏玉宁王钊张云沈法华仇成群徐华盐城师范学院物理与电子工程学院江苏省智能光电器件与测控工程研究中心江苏盐城224002 江苏省大气探测激光雷达技术军民融合创新平台江苏盐城224002

马赫-曾德尔干涉仪(MZI)具有光学能量利用率高、便于视场展宽等优点,在光学滤波、鉴频等方面具有广泛的应用。然而,在实际应用中MZI频谱会受到各种因素的影响而导致性能下降。从理论上导出了在考虑入射光发散角2θ_(0)和谱宽Δν的影响... 详细信息

马赫-曾德尔干涉仪(MZI)具有光学能量利用率高、便于视场展宽等优点,在光学滤波、鉴频等方面具有广泛的应用。然而,在实际应用中MZI频谱会受到各种因素的影响而导致性能下降。从理论上导出了在考虑入射光发散角2θ_(0)和谱宽Δν的影响下,MZI干涉频谱的理论表达式,并定量分析了其对MZI频谱的影响。结果表明:MZI的光程差l越大,其频谱受Δν的影响越显著,l与入射光波长λ比值越大,其频谱受θ_(0)的影响越显著;当λ=355 nm,l=3 cm时(第1种情形),Δν=10 GHz和θ_(0)=4.5 mrad将分别使条纹对比度K降至2.8%和16.3%;当λ=532 nm,l=59 cm时(第2种情形),Δν=0.5 GHz和θ_(0)=1.25 mrad将分别使K降至3.2%和15%。为减小发散角的影响,从理论上进一步研究了棱镜式视场展宽技术。结果表明:若补偿棱镜厚度d和折射率n满足d=nl/(n􀀀1),对应第1种情形,θ_(0)=50 mrad时K仍高于93.1%,θ_(0)=70 mrad时K将降至33.3%;在第2种情形下,θ_(0)=25 mrad时K仍高于94.0%,θ_(0)=35 mrad时K将降至37.6%。若d依据不同θ_(0)取不同最优值时,在第1种情形下,θ_(0)=70 mrad时K仍高于92.1%;而在第2种情形下,θ_(0)=35 mrad时K仍高于94.4%。

关键词：光谱学马赫-曾德尔干涉仪光束发散角谱宽视场展宽条纹对比度

瑞利-米散射多普勒激光雷达低层风场反演方法研究

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中国激光 2021年第11期48卷 202-212页

作者：沈法华庄鹏王邦新谢晨波仇成群刘东王英俭盐城师范学院物理与电子工程学院江苏省智能光电器件与测控工程研究中心江苏盐城224002 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031 先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026

分析了传统瑞利-米散射多普勒激光雷达在低层风场中的风速反演误差,结果表明,该激光雷达在±50m/s风速范围,3 km高度下的风速反演误差达到4~5 m/s。因此,基于S6瑞利-布里渊散射模型,提出了一种基于瑞利-米散射多普勒激光雷达数据反演低... 详细信息

分析了传统瑞利-米散射多普勒激光雷达在低层风场中的风速反演误差,结果表明,该激光雷达在±50m/s风速范围,3 km高度下的风速反演误差达到4~5 m/s。因此,基于S6瑞利-布里渊散射模型,提出了一种基于瑞利-米散射多普勒激光雷达数据反演低层风场和气溶胶后向散射比的方法。仿真结果表明,本方法可以同时反演出风速和气溶胶后向散射比,且精度较高。实测风场反演结果表明,相比传统方法,本方法得到的水平风速廓线与探空气球法得到的结果吻合度较高,在6km高度下尤为明显,验证了本方法在低层风场反演中的优势。

关键词：遥感多普勒激光雷达 Fabry-Perot干涉仪瑞利-米散射

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测风激光雷达双棱镜2维扫描系统的光学设计

激光技术 2023年第3期47卷 425-431页

作者：蒋佳佳沈法华周慧杨亮亮仇成群徐华盐城工学院电气工程学院盐城224051 盐城师范学院物理与电子工程学院江苏省智能光电器件与测控工程研究中心盐城224007 江苏省大气探测激光雷达技术军民融合创新平台盐城224007

传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂,不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜,研究了新型2维光学扫描系统;分析了系统的工作原理,推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简... 详细信息

传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂,不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜,研究了新型2维光学扫描系统;分析了系统的工作原理,推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简单正反向函数关系式,对楔形棱镜的折射率和楔角进行了优化选取和设计。结果表明,当工作波长为532 nm、楔形棱镜材料折射率为2.03时,最优设计楔角为19.5°;出射光束最大天顶角不仅取决于楔形棱镜折射率和楔角,还受光束压缩效应的制约。该系统结构紧凑、便于集成,能实现出射光束大范围和快速高精度的扫描,也能实现测风激光雷达以平面位置显示、距离高度显示等光束扫描模式工作。

关键词：光学设计 2维扫描系统测风激光雷达旋转双楔形棱镜光束指向正反解