精确计算红外焦平面冷屏立体角的方法
吨的认识教学设计-学生会主席竞选稿
第４１卷第５期
ＶＯ１．４１ ＮＯ．５
红外与激光工程
Ｉｎｆ
ｒａｒｅｄ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１２年５月
Ｍａｖ．２０
１２
精确计算红外焦平面冷屏立体角的方法
李建林，孙娟，周效军
（昆明物理研
究所，云南昆明６５０２２３）
摘 要：制冷型探测器的冷屏蔽能有效地抑制来自背景的光子噪声。冷
屏设计和能量计算都需要精
确计算冷屏立体角。在工程设计中，仅有圆形和矩形正锥面立体角的精确计
算公式，没有其他形状正
锥面和斜锥面立体角的计算公式。由空间立体角矢量积分得到了直角坐标系积
分公式，给出了有效权
重立体角计算公式。针对圆形、椭圆形、矩形、田径场形和异形冷屏孔，将斜锥
面转换成正锥面，分析
计算了它们的积分区间，用ＭＡＴＬＡＢ积分函数ｉｎｔＯ计算了冷屏立体角的
精确值。解决了轴上像元和
轴外像元接收辐射立体角的计算问题。
关键词：红外焦平面阵列
； 冷屏； 立体角
中图分类号：ＴＮ２１５；ＴＮ２１９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—
２２７６（２０１２）０５一ｌ１５３—０５
Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｃｃｕｒａｔｅ ｃａｌｃｕｌ
ａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ ｃｏｌｄ ｓｈｉｅｌｄ
ｆｏｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ
ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙ
Ｌｉ Ｊｉａｎｌｉｎ，Ｓｕｎ Ｊｕａｎ，Ｚｈｏｕ Ｘｉａ
ｏｊｕｎ
（Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０
２２３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｌｄ ｓｈｉｅｌｄ ｏｆ ｃｏｏｈｎｇ ｉｎｆｒ
ａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ Ｃａｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ｐｈｏｔｏｎｓ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ｂａｃｋｇ
ｒｏｕｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．
Ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｏ
ｆ ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ ｏｆ ＦＰＡ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｌｄ ｓｈ
ｉｅｌｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
ｒａｄｉａｎｔ ｅｎｅｒｇｙ．Ｉｎ ｅｎｇｉ
ｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｏｎｌｙ ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃｃ
ｕｒａｔｅ ｃ￣ｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｄ ｓｈｉｅｌｄ
ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ ｆｏ
ｒ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｎｄ ｒｅｃｔｎｇｌａｅ ｃｏｌｄ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｇ
ｅｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ｓｐｈｅｒｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｓｏｌｉｄ
ｎｇｌａ
ｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｉｎ ｒｅｃｔａｎｇｕｌｒ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｗａｓ ｄｅｒａｉｖｅｄ ｆ
ｒｏｍ ｖｅｃｔｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｉｎ ｓｐａｃｅ ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ，
ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗｅｉｇｈｔ ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌ
ｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ａｎｄ ｃ￣ｃｕｌａｔｉｎｇ ｆｏｒｍｕｌａ．Ｔｏ ｃａｌｃｕ
ｌａｔｅ
ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｃｏｌｄ ｓｉｅｌｈｄ ｉｎ
ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｃｏｏｒｉｎａｔｄｅｓ ｂｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｍ（）ｉｎ ＭＡＴＬＡＢ，
ｏｂｌｉｑｕｅ ｃｏｎｅ
ｗａｓ ｃｏｎｖｅ￣ｅｄ ｉｎｔｏ ｒｉｇｈｔ ｃｏｎｅ．Ｕｓｅｆ
ｕｌ ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｒｉｇｈｔ ｃｏｎｅ ａｎｄ ｏｂｌｉｑｕｅ ｃｏｎｅ ｗｅｒｅ
ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ
ｉｎｔｅｇｒａｌ ｒｅｇｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ
ｓｕｃｈ ａｓ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｒｏｕｎｄ，ｅｌｌｉｐｓｅ，ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ，ａｔｈｌｅｔ
ｉｃ ｆｉｅｌｄ—ｓｈａｐｅｄ ａｎｄ
ｓｐｅｃｉａｌ—ｓｈａｐｅｄ ｃｏｌｄ ｓｈｉｅｌｄ
．Ｃｏｌｄ ｓｈｉｅｌｄ ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｏｎ－ａｘｉｓ ｐｉｘｅｌ ａｎｄ ｏｆｆ－
ａｘｉｓ ｐｉｘｅｌ ｏｎ ＦＰＡ ｗｅｒｅ
ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ
ｄｓ：ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙ；ｃｏｌｄ ｓｈｉｅｌｄ；ｓｏｌｉｄ ａｎ
ｇｌｅ
收稿日期：２０１１—０９—２２；修订１３期：２０１１—１０—１９
基金项目：
国防预研项目
作者简介：李建林（１９６３－），男，高级工程师，主要从事红外探测器封装和测试技
术方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｊｉｎａｌｉｎｌ２＠２ｌｃｎ．ｃｏｍ