文档介绍：第卷第期红外技术、, .
年月.
用蒙特卡罗方法和计算引入挡板结构的冷屏效率
王忆锋,毛京湘,范乃华
昆明物理研究所,云南昆明
摘要:在制冷型红外成像系统中,冷屏具有定义视场角大小、限制杂散光辐射的作用。冷屏效率的计
算无解析公式,一般需要用数值方法求解。介绍了用蒙特卡罗方法和计算内含两层挡板的
圆形冷屏效率的一种解决方案。该方法基于三维空间中的方向数概念,首先利用命令生成
冷屏孔径区域内的随机点,再赋予该点一组随机方向数,获得一条随机直线方程;根据镜面反射的性
质及解析几何公式,生成该直线在冷屏内壁上的反射光线,并判断它们是否被挡板所阻拦,以及是否
落在探测器芯片区域,由此可以确定冷屏效率。该方法具有编程简单、方便实用等特点。
关键词:冷屏;挡板;冷屏效率;红外成像系统;蒙特卡罗方法;
中图分类号: 文献标识码: 文章编号: .—

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表达式,需要根据具体的系统结构参数做数值计算。
引言
本文以内含两层环形挡板的圆形冷屏为例,介绍了利
在制冷型红外探测器中,冷屏放置于探测器芯片用蒙特卡罗方法和计算冷屏效率的一种解
前,它一方面限制了来自周围部件的杂散热辐射,另决方案。
一方面也限制了视场角。相应地涉及两类计算问题,
算法的基本思路
一类是视场角的计算曲,另一类就是本文所要分析的
冷屏效率计算。冷屏效率主要是指冷屏对于杂散光的本文所述算法的基础之一是三维空间几何中的
屏蔽程度。为了获得更好的屏蔽效果,常见的措施之方向数概念。如图所示,通过坐标系原点并且
一是在冷屏内壁加上若干层挡板来阻止杂散光经反平行于直线的直线任意一点的坐标,,
射或散射后到达探测器芯片。冷屏效率一般没有解析称为直线的方向数;其中:
收稿日期:—.
作者简介:王忆锋,男,湖南零陵人, 年生。年毕业于北京工业学院今北京理工大学计算机系,工学士。高级工程师。年年月
在美国内布拉斯加大学林肯分校计算机系做国家公派访问学者。目前主要从事器件仿真研究。:..
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在冷屏孔径面上任取一点,分析它在内壁上一次反

’射的情况,对于需要经过二次或多次反射才能达到探
测器芯片上的情况不予考虑。随机赋予光线一组
∞寺方向数;依据反射定理及空间解析几何等有关知识,
称为直线的方向余弦。直线通过点,, 判断该组方向数对应的光线是否被挡板和挡板所
的方程可以写为: 阻拦;如果未被阻拦,再判断该光线最终是否落在探
测器芯片区域内,并统计落入芯片区域内的光线数。
: : 生
以一个较大的循环次数执行此过程,设光线总数为Ⅳ,

另外,直线通过,】,和:,,两其中落在芯片上的光线数为Ⅳ。,则冷屏效率以
点的方程为: 写为:
Ⅳ
二至: 二: 三二三一二
,一一,一,
数学模型
在如图所示的对称结构中,轴与冷屏圆心及
芯片的中心连线重合。冷屏为~ 圆柱结构,半径为,
高度为;冷屏半径为,.;矩形芯片的尺寸为×。
设挡板和挡板均为圆环