第1章 光辐射与光源

1、 牛顿牛顿 惠更斯惠更斯 背景知识 麦克斯韦（麦克斯韦（1831-1879） 1860年麦克斯韦年麦克斯韦 （C.Maxwell)提出光是提出光是 电磁波的理论。光在传电磁波的理论。光在传 播时表现出波动性，如播时表现出波动性，如 光的干涉、衍射、偏振、光的干涉、衍射、偏振、 反射、折射。反射、折射。 普朗克（普朗克（1858-1947） 1900年年,普朗克（普朗克（Max. Planck)提出了辐射的量子提出了辐射的量子 论，将谐振子所发射或吸论，将谐振子所发射或吸 收的电磁辐射能量加以量收的电磁辐射能量加以量 子化，他称呼这种离散能子化，他称呼这种离散能 量为量子。量为量子。 按爱因斯坦

2、理论，光子能量按爱因斯坦理论，光子能量 式中，式中， 为普为普 朗克常数，真空光速朗克常数，真空光速 /hch sJh 34 10626. 6 smc/1099792458. 2 8 光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光 子流。子流。 1905年，爱因斯坦（年，爱因斯坦（Albert. Einstein)将量子论用于光电将量子论用于光电 效应之中，提出光子理论。效应之中，提出光子理论。 电磁波谱 整个电磁波谱，波长从整个电磁波谱，波长从10-101014m， 包括宇宙射线（包括宇宙射线（10-1010-8m）、）、射线射线 （10-4m）、）、x射线（射线（

3、10-2m）、紫外）、紫外 线（线（210-20.40m）、可见光）、可见光 （0.76m）、红外光（）、红外光（103m）、微波）、微波 （106m）、无线电波（）、无线电波（1011m）、长）、长 波电振荡（波电振荡（1014m）。）。 我们只研究光辐射波段（极远紫外我们只研究光辐射波段（极远紫外 （0.1650.26）、远紫外（）、远紫外（0.30）、）、 近紫外（近紫外（0.40）、）、紫（紫（0.455）、）、蓝蓝 （0.492）、）、青（青（0.535）、）、绿绿 （0.577）、）、黄（黄（0.597）、）、橙橙 （0.622）、）、红（红（0.76）、）、近红外近红外 （1.5

4、）、中红外（）、中红外（6）、远红外）、远红外 （40）、极远红外（）、极远红外（103）。）。 单位（单位（m） 光学谱区 辐射类型 波长(m) 波长 近似尺度 频率(Hz) 针尖针尖 单细胞生物单细胞生物 分子分子 光辐射波段又分紫外、可见光、红 外光区，把它们放在一起研究的原因是， 它们有相同的辐射与吸收机理，许多辐 射源的光谱分布和接收器的灵敏域都同 时覆盖这三个波段。在实验技术上，为 了接收这些辐射，并聚焦成象，都要使使 用光学透镜用光学透镜 在光学中，用来定量的描述光辐射在光学中，用来定量的描述光辐射 强度的量有两类：强度的量有两类： 辐射度学量辐射度学量，是用能量单位描述光辐射，

5、是用能量单位描述光辐射 能的客观物理量；能的客观物理量； 光度学量光度学量，是描述光辐射能为平均人眼，是描述光辐射能为平均人眼 接收所引起的视觉刺激大小的强度，即接收所引起的视觉刺激大小的强度，即 光度学量是具有标准人眼视觉特性的人光度学量是具有标准人眼视觉特性的人 眼所接收到的辐射量的度量，它与人的眼所接收到的辐射量的度量，它与人的 生理学生理学、心理学心理学特性直接相关。特性直接相关。 辐射度参量一般用下脚标辐射度参量一般用下脚标e e表示，光度表示，光度 学参量则用下脚标学参量则用下脚标v v表示。表示。 还有一种与人的生理特性相联系的描还有一种与人的生理特性相联系的描 述辐射量的量度系

6、统，叫做述辐射量的量度系统，叫做色度学色度学，它将，它将 电磁辐射与人的眼睛的颜色视觉特性相联电磁辐射与人的眼睛的颜色视觉特性相联 系。系。 1 辐射能辐射能 Q Qe e 一种以电磁波的形式发射、传播或接一种以电磁波的形式发射、传播或接 受的能量。单位：焦耳受的能量。单位：焦耳J 2 辐射通量辐射通量e 是辐射能的时间变化率，单位时间内通过是辐射能的时间变化率，单位时间内通过 一定面积发射、传播或接受的能量，又称一定面积发射、传播或接受的能量，又称 辐射功率辐射功率Pe。单位：瓦。单位：瓦 3 辐射强度辐射强度 Ie 点辐射源在给定方向上通过单位立点辐射源在给定方向上通过单位立 体角内的辐射

7、通量。单位：体角内的辐射通量。单位：W Sr-1 de d dS S dP I d d 立体角 立体角是以圆锥体的顶点为球心半径为1的球面 被锥面所截得的面积来度量的度量单位。单位 为球面度（steradian或者Sr） 单位立体角：以O为球心、R为半径作球，若立体 角截出的球面部分的面积为R2，则此球面部分 所对应的立体角称为一个单位立体角，或一球面 度。 对于一个给定顶点O 和一个随意方向的微小面积 dS ，它们对应的立体角为 其中为dS 与投影面积 dA的夹角，R为O 到dS中 心的距离。 2 cos R dS d 1、球面所对应的立体角：根据定义 全球所对应的立体角 (全球所对应的立体

8、角是整个空间，又称为4空间.) 同理，半球所对应的立体角为2空间。 2 R S 4 4 2 2 R R 微小面积dS 则dS对应的立体角为 计算某一个立体角时，在一定范围内积分 即可。 ddrdSsin 2 dddsin d dS dS 由辐射强度的定义可知，如果一个置于各 向同性、均匀介质中的点辐射体向所有方向发 射的总辐射通量是P，则该点辐射体在各个方 向的辐射强度I是常量，有 4 P I 4 辐射照度辐射照度 Ee 投射在单位面积上的辐射通量。单位：投射在单位面积上的辐射通量。单位： W m-2 5 辐射出射度辐射出射度 Me 扩展辐射源单位面积所辐射的通量扩展辐射源单位面积所辐射的通量

9、 （也称辐射本领）。单位：（也称辐射本领）。单位：W m-2 6 辐射亮度辐射亮度 Le 辐射表面给定方向上单位投影面积辐射表面给定方向上单位投影面积 内发射的辐射强度。单位：内发射的辐射强度。单位：W m-2 Sr-1 cosdd d cosd d 2 SS I L 7 光谱辐射量光谱辐射量 也称辐射量的也称辐射量的光谱辐射密度光谱辐射密度。由于辐射。由于辐射 源发出的光辐射由许多不同波长的单色辐射源发出的光辐射由许多不同波长的单色辐射 所组成，为了研究不同波长的辐射，需对某所组成，为了研究不同波长的辐射，需对某 一波长的单色光的辐射能量作出相应的定义。一波长的单色光的辐射能量作出相应的定义

10、。 光谱辐射量是辐射量随波长的变化率，光谱辐射量是辐射量随波长的变化率， 是波长的函数是波长的函数。即。即单位波长间隔内的辐射物单位波长间隔内的辐射物 理量理量 辐射一般由各种波长组成，每种波长的辐辐射一般由各种波长组成，每种波长的辐 通量各不相同。总的辐通量为各个组成波通量各不相同。总的辐通量为各个组成波 长的辐通量的总和。下图为某辐通量的连长的辐通量的总和。下图为某辐通量的连 续分布曲线。续分布曲线。 光谱辐射通量光谱辐射通量 d d e e )( d ee )( 0 光谱辐照度光谱辐照度 d dE E e e )( 光谱光谱辐射出射度辐射出射度 d dM M e e )( 光谱光谱辐射亮

11、度辐射亮度 d dL L e e )( 一般的有一般的有 dxx d dx x ee e e )(,)( 0 表表11 基本辐射度量的名称、符号和定义方程基本辐射度量的名称、符号和定义方程 名称符号定义方程单位符号 辐射能Qe焦耳J 辐射通量， 辐射功率 e 瓦特W 辐射强度 e 瓦特球面度Wsr-1 辐射亮度 e 瓦特球面度 平方米 Wm-2 sr-1 辐射出射度 e 瓦特平方米Wm-2 辐射照度 e 瓦特平方米Wm-2 dt dQe d d I e e ds d E e e ds d M e e cos 2 dsd d L e e 1 1、光谱光视效率、光谱光视效率V V（ ） 视神经对各

12、种不同波长的光的感光灵敏视神经对各种不同波长的光的感光灵敏 度是不一样的。人眼对绿光感光最灵敏，对度是不一样的。人眼对绿光感光最灵敏，对 红光、蓝光灵敏度较低。人眼对各种波长光红光、蓝光灵敏度较低。人眼对各种波长光 的平均相对灵敏度，称之为的平均相对灵敏度，称之为“标准光度观察标准光度观察 者者”的的光谱光视效率光谱光视效率，或称，或称视见函数视见函数 。 人眼的感光细胞：杆状细胞和锥状细胞人眼的感光细胞：杆状细胞和锥状细胞 明视觉光谱光视效率明视觉光谱光视效率 亮度大于亮度大于3 cd m-2时的视觉主要由时的视觉主要由 人眼视网膜上分布的锥体细胞的刺激所人眼视网膜上分布的锥体细胞的刺激所

13、引起。引起。V（）的最大值在）的最大值在555nm处。处。 亮度小于亮度小于0.001 cd m-2时的暗视觉光时的暗视觉光 谱光视效率，用谱光视效率，用表示表示 ，此时视觉，此时视觉 主要由杆体细胞的刺激所引起，主要由杆体细胞的刺激所引起， 的的 最大值在最大值在507nm处。处。 V V 暗视觉光谱光视效率暗视觉光谱光视效率 2、光度学的物理量、光度学的物理量 光度量和辐射度量的定义、方程是一光度量和辐射度量的定义、方程是一 一对应的。所不同的只是光度量只适用于一对应的。所不同的只是光度量只适用于 可见光区段（可见光区段（0.40 0.78m），），而光辐而光辐 射度量在整个电磁波谱范围内

14、都有意义。射度量在整个电磁波谱范围内都有意义。 光度量与光辐射度量之间的关系由对光度量与光辐射度量之间的关系由对 应的光辐射度量乘以光谱光视效率表示应的光辐射度量乘以光谱光视效率表示。 光谱光视效率光谱光视效率V()曲线曲线 明视觉明视觉 emV k dVk em )()( 78.0 38.0 dVk em )()( 78. 0 38. 0 式中式中K Km m称称明视觉明视觉最大光谱光视效能最大光谱光视效能，它表，它表 示人眼对波长为示人眼对波长为555555nmnm波长的光辐射产生的光波长的光辐射产生的光 感觉，其值为感觉，其值为683683lm/Wlm/W，亦称亦称光功当量光功当量。 光

15、度学中光度学中最基本的单位是发光强度最基本的单位是发光强度的单的单 位位坎德拉坎德拉（cdcd）, ,它是国际单位制中七它是国际单位制中七 个基本单位之一，理论性定义，个基本单位之一，理论性定义，其定义是其定义是 发出频率为发出频率为540540101012 12Hz Hz（波长为波长为555555nmnm）的的 单色辐射，在给定方向上的辐射强度为单色辐射，在给定方向上的辐射强度为 （1/6831/683）W/SrW/Sr时，在该方向上的发光强度时，在该方向上的发光强度 为为1 1cdcd。 最早定义是最早定义是1米烛光米烛光：将一磅鲸鱼油脂：将一磅鲸鱼油脂 制成六支蜡烛，以每小时制成六支蜡烛

16、，以每小时120格令的速度燃格令的速度燃 烧时，在水平方向的发光强度为烧时，在水平方向的发光强度为1烛光。烛光。 （此时在距蜡烛（此时在距蜡烛1米处的照度是米处的照度是1 lx）,上述定上述定 义中的格令为质量单位从这个定义可以看义中的格令为质量单位从这个定义可以看 出，发光强度不仅与燃料有关，而且还与灯出，发光强度不仅与燃料有关，而且还与灯 芯、火焰高度等因素有关，因此它的复现性芯、火焰高度等因素有关，因此它的复现性 和稳定性都和稳定性都 不高。 以后用标准灯来复现与保持发光强以后用标准灯来复现与保持发光强 度单位，称度单位，称“国际烛光国际烛光”，但复现度不，但复现度不 高。以后以铂凝固点

17、黑体作为光度原始高。以后以铂凝固点黑体作为光度原始 标准，规定其亮度为标准，规定其亮度为60熙提（熙提（1熙提熙提=1 烛光烛光/厘米），这种发光强度单位称厘米），这种发光强度单位称坎坎 德拉德拉（cd） 操作性定义：在操作性定义：在101325牛顿牛顿/平方平方 米的压力下，处于米的压力下，处于铂凝固温度铂凝固温度的绝对的绝对 黑体（黑体（2024K）的的1/600000平方米表平方米表 面在垂直方向（法线）上的面在垂直方向（法线）上的发光强度发光强度 为为1cd。1坎就是坎就是在单位立体角内发出在单位立体角内发出 1流明的光流明的光。 名称符号单位符号 光量Qv流明秒lms 光通量 v流明

18、lm 发光强度v坎德拉cd 光亮度v坎每平方米 cdm-2 光出射度v流每平方米lmm-2 光照度（光强度）v勒克司Lx 表表12 常用光度学量的名称、符号与单位常用光度学量的名称、符号与单位 耗电量 8W 1. 热辐射热辐射(heat radiation)： 任何固体或液体，由于其分子中含有 带电粒子，分子的热运动将导致该物体不 断地向外发射电磁波。这种辐射因为与物 体的温度有关，故称为热辐射。 辐射能量按辐射能量按频率的分布频率的分布随随温度温度而变而变 2. 热辐射的基本性质热辐射的基本性质 任何物体任何物体(气、液、固气、液、固)在任何温度下在任何温度下 都有都有热辐射热辐射； 热辐射

19、是热辐射是连续光谱连续光谱 各种各种频率频率都有，但都有，但强度强度不同；不同； 辐射总功率辐射总功率(单位时间辐射总能单位时间辐射总能) 和和T有关有关 T (辐射的能量辐射的能量) 热辐射按频率热辐射按频率(波长波长)的分布和的分布和T有关有关 T 短波长的电磁波的比例短波长的电磁波的比例 。 红外辐射热象图红外辐射热象图 炼钢的热辐射炼钢的热辐射 例如，加热铁块，随着温度的升高，由 开始发光暗红橙色兰白色。 逐渐升温逐渐升温 3. 平衡热辐射平衡热辐射 物体除了具有发射电磁波的本领外， 还具有吸收和反射电磁波的本领，物物 体体辐射的能量辐射的能量等于在同一时间内所等于在同一时间内所吸吸

20、收的能量收的能量，物体达到，物体达到热平衡热平衡，这种热 辐射就称为平衡热辐射平衡热辐射。 辐射达到平衡时， 物体具有固定的温度。 以下只讨论以下只讨论平衡热辐射平衡热辐射。 4. 光谱辐射出射度光谱辐射出射度M 也称也称单色辐射出射度单色辐射出射度。 M定义：定义： 单位时间内从单位时间内从 物体单位表面发出的物体单位表面发出的 波长在波长在 附近附近单位波长间隔单位波长间隔内的内的 电磁波的辐射通量电磁波的辐射通量 M dM d = T 单位面积单位面积 （单位时间内）（单位时间内） dM (+d) 在单位时间内从物体表面单位面积上 所辐射的各种波长电磁波能量的总和， 称为该物体的辐射出射

21、度，简称辐出度。 用M(T)表示，单位为Wm-2 M(T) 和和T有关；有关； 和和发射体材料及表面情况发射体材料及表面情况有关。有关。 在一定温度T 时，物体的辐射出射度 和单色辐出度的关系为 0 )d( )(d)( TM TMTM 物体在温度T时，在到 +d 范围内 的吸收和反射电磁波能量与相应波长的入 射电磁波能量之比，称为该物体的单色吸 收比和单色反射比，分别用(，T )和 (,T )表示。 6. 吸收比和反射比吸收比和反射比 ( ，T ) + ( , ,T )=1 7. 发射率发射率 物体的辐射本领物体的辐射本领 与绝对黑体的辐射本领与绝对黑体的辐射本领 之比之比 T, TM e ,

22、 TM eb , TM TM T eb e , , , 在任何温度下对任何波长的入射 辐射能的吸收比都等于1的物体称为 绝对黑体。 8. 绝对黑体绝对黑体(blackbody)： 对于绝对黑体 0 0( ，T ) = 1 0 0( ，T ) = 0 0 对于平衡热辐射，物体辐射的能量对于平衡热辐射，物体辐射的能量 和吸收的能量相同，因此和吸收的能量相同，因此 黑体也能辐射各种频率的电磁波黑体也能辐射各种频率的电磁波 它的辐射本领最大它的辐射本领最大(和非黑体相比和非黑体相比) , 且且 与组成黑体的材料无关与组成黑体的材料无关 研究热辐射规律，应利用研究热辐射规律，应利用M 与材与材 料及表面

23、状态无关的物体。料及表面状态无关的物体。 实验表明：实验表明：一个好的吸收体一个好的吸收体 也是一个好的发射体也是一个好的发射体 室温下，反射光室温下，反射光 1100K，自身辐射光，自身辐射光 一个黑白花盘子的两张照片一个黑白花盘子的两张照片 不透明材料空腔不透明材料空腔 开一个小孔。小孔开一个小孔。小孔 面积远小于空腔内面积远小于空腔内 表面积，射入的电表面积，射入的电 磁波能量几乎全被吸收。磁波能量几乎全被吸收。 小孔能完全吸收各种频率的入射电磁波小孔能完全吸收各种频率的入射电磁波 而成为而成为模拟黑体模拟黑体。 O 打开的窗子打开的窗子 近似黑体近似黑体 实验装置实验装置 黑体黑体 热

24、电偶热电偶 测测 M (T ) 光栅光谱仪光栅光谱仪 T 实验曲线特点：实验曲线特点： 1、是连续谱、是连续谱 2、M和和 、T有关有关 3、每条曲线有一极值频率、每条曲线有一极值频率 m (极值波长极值波长 m) T m m 4、曲线下面积即为、曲线下面积即为M ，随，随T单单 调增加。调增加。 1. 余弦定律余弦定律 对理想漫射表面：对理想漫射表面：在任意发射（漫射、透在任意发射（漫射、透 射）方向上辐射亮度不变。射）方向上辐射亮度不变。即对任意即对任意角角Le 为定值。为定值。 通常把具有这种表面的物体叫通常把具有这种表面的物体叫朗伯辐射体朗伯辐射体。 在朗伯辐射体表面上任取一面元在朗伯

25、辐射体表面上任取一面元ds， 由辐亮度的定义，在法线方向上如其辐由辐亮度的定义，在法线方向上如其辐 射强度为射强度为I0，则其辐亮度为，则其辐亮度为 dsILe 0 cosdsILe 而沿与表面成而沿与表面成角方向，则角方向，则 所以 cos 0 II 2. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 在任一给定温度的热平衡条件下，在任一给定温度的热平衡条件下， 任何物体的光谱辐射发射本领任何物体的光谱辐射发射本领 和吸收率和吸收率 的比值与的比值与 物质的性质无关，只是波长及温度的物质的性质无关，只是波长及温度的 普适函数，且恒等于同温度下绝对黑普适函数，且恒等于同温度下绝对黑 体的辐射本领。体的辐射本领。

26、T,TM eb , ),( ),( )( ),( )( 2 2 1 1 TI T TM T TM )( ),( )( TM T TM o 若用M0(T) 表示温度T下的绝对黑体的单色 辐出度,则上式可简记为 任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比, ,等于等于 同一温度绝对黑体的单色辐出度同一温度绝对黑体的单色辐出度,即基尔霍夫定律。 T TM TM e eb , , , TM TM T eb e , , , TT, 由基尔霍夫定律由基尔霍夫定律 所以，强吸收体必然是强发射体。所以，强吸收体必然是强发射体。 由物体发射率定义由物体发射率定义 在光电技术中，光源

27、往往起着关键的在光电技术中，光源往往起着关键的 作用。因此，了解光源的基本特性参数，作用。因此，了解光源的基本特性参数， 按实际需要选择光源，是我们设计光电系按实际需要选择光源，是我们设计光电系 统和解决具体光电检测问题时成功的关键统和解决具体光电检测问题时成功的关键 之一。之一。 1. 辐射效率和发光效率辐射效率和发光效率 在给定的在给定的12波长范围内，光源发出的波长范围内，光源发出的 辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之 比，称为该光源在规定光谱范围内的辐射效率比，称为该光源在规定光谱范围内的辐射效率 。所以：。所以： 我们应尽量选用辐射效率较

28、高的光源。我们应尽量选用辐射效率较高的光源。 P d P e e e 2 1 P dV k P e m v v 760 400 在可见光范围，发光效率定义为：在可见光范围，发光效率定义为： 表表13 常见光源的发光效率常见光源的发光效率 光源种类发光效率 （Lm/W） 光源种类发光效率 （Lm/W） 普通钨丝灯 818 高压汞灯3040 卤钨灯1430高压钠灯90100 普通荧光灯3560球形氙灯3040 三基色荧光 灯 5590金属卤化物 灯 6080 LED灯100150激光170 2. 光谱功率分布光谱功率分布 自然光源和人造光源大都是由单色光组成自然光源和人造光源大都是由单色光组成 的

29、的复色光复色光。不同光源在不同光谱上辐射出不同。不同光源在不同光谱上辐射出不同 的光谱功率，常用的光谱功率，常用光谱功率分布光谱功率分布来描述。若令来描述。若令 其最大值为其最大值为1，将光谱功率分布进行，将光谱功率分布进行归一化归一化，那，那 么经过归一化后的光谱功率分布称为么经过归一化后的光谱功率分布称为相对光谱相对光谱 功率分布功率分布。 常见的有常见的有4种光谱分布：种光谱分布： 线状：线状： 原子光谱原子光谱 带状：带状： 分子光谱分子光谱 连续谱连续谱 热光源光谱热光源光谱 混合谱混合谱 冷光源光谱，如荧光灯等冷光源光谱，如荧光灯等 3. 空间光强分布空间光强分布 对于对于各向异性

30、各向异性光源，其光源，其发光强度在空发光强度在空 间各方向上是不同的间各方向上是不同的。若在空间某一截面。若在空间某一截面 上，自原点向各径向取矢量，矢量的长度上，自原点向各径向取矢量，矢量的长度 与该方向的发光强度成正比。将各矢量的与该方向的发光强度成正比。将各矢量的 端点连起来，就得到光源在该截面上的端点连起来，就得到光源在该截面上的发发 光强度曲线光强度曲线，即，即配光曲线配光曲线。 在光学仪器中，为了提高光的利用率，在光学仪器中，为了提高光的利用率， 一般选择发光强度高的方向作为照明方向。一般选择发光强度高的方向作为照明方向。 为了进一步利用背面方向的光辐射，还可为了进一步利用背面方向

31、的光辐射，还可 以在光源的背面安装反光罩，反光罩的焦以在光源的背面安装反光罩，反光罩的焦 点位于光源的点位于光源的发光中心发光中心上。上。 某超高压球形氙灯的配光曲线某超高压球形氙灯的配光曲线 4. 光源的色温光源的色温 黑体的温度决定了它的黑体的温度决定了它的光辐射特性光辐射特性。 对非黑体辐射，它的某些特性常可用黑体对非黑体辐射，它的某些特性常可用黑体 辐射特性来近似地表示。对于一般光源，辐射特性来近似地表示。对于一般光源， 经常用经常用分布温度分布温度、色温色温或或相关色温相关色温表示表示 (1)分布温度分布温度 辐射源在辐射源在某一波长范围内某一波长范围内辐射的辐射的相对相对 光谱功率

32、分布光谱功率分布，与黑体在某一温度下辐射，与黑体在某一温度下辐射 的相对光谱功率分布的相对光谱功率分布一致一致，那么，那么该黑体的该黑体的 温度就称为该辐射源的分布温度温度就称为该辐射源的分布温度 (2)色温 辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射 源的色温。由于一种颜色可以由多种光谱分布产 生，所以色温相同的光源，它们的相对光谱功率所以色温相同的光源，它们的相对光谱功率 分布不一定相同分布不一定相同。 (3)相关色温 对于一般光源，它的颜色与任何温度下的黑 体辐射的颜色都不相同，这时的光源用相关色温 表示。在均匀色度图中，如果光源的色坐标点与 某一

33、温度下的黑体辐射的色坐标点最接近，则该 黑体的温度称为该光源的相关色温。 光源的颜色包含了两方面的含义，即光源的颜色包含了两方面的含义，即色表色表和和 显色性显色性。用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称。用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称 为光源的色表。例如高压钠灯的色表呈黄色，荧为光源的色表。例如高压钠灯的色表呈黄色，荧 光灯的色表呈白色。当用这种光源照射物体时，光灯的色表呈白色。当用这种光源照射物体时， 物体呈现的颜色物体呈现的颜色(也就是物体反射光在人眼内产生也就是物体反射光在人眼内产生 的颜色感觉的颜色感觉)与该物体在完全辐射体照射下所呈现与该物体在完全辐射体照射下所呈现 的颜色的一致性

34、的颜色的一致性，称为，称为该光源的显色性该光源的显色性。国际照。国际照 明委员会明委员会(CIE)规定了规定了1 4种特殊物体作为检验光种特殊物体作为检验光 源显色性的源显色性的“试验色试验色”。在我们国家标准中，增在我们国家标准中，增 加了我国女性面部肤色的色样，作为第加了我国女性面部肤色的色样，作为第1 5种种“试试 验色验色”。 白炽灯、卤钨灯、镝灯等几种光源的显 色性较好，适用于辨色要求较高的场合， 如彩色电影、彩色电视的拍摄和放映，染 料、彩色印刷等行业。 高压汞灯、高压钠灯等光源的显色性差 一些，一般用于道路、隧道、码头等辨色 要求较低的场合。 1.1.对光源发光光谱特性的要求对光

35、源发光光谱特性的要求 除去那些直接检测中规定了光源或辐射源除去那些直接检测中规定了光源或辐射源 特性的光电检测系统外，总是要求光源特性满特性的光电检测系统外，总是要求光源特性满 足检测的需要。其中重要的要求之一，就是光足检测的需要。其中重要的要求之一，就是光 源发光的光谱特性必须满足检测系统的需要。源发光的光谱特性必须满足检测系统的需要。 按照检测任务的不同，要求的光谱范围亦不同，按照检测任务的不同，要求的光谱范围亦不同， 如可见光区、紫外光区或红外光区等。有时要如可见光区、紫外光区或红外光区等。有时要 求连续的光谱，有时又要求几个特定的光谱段。求连续的光谱，有时又要求几个特定的光谱段。 系统

36、对光谱范围的要求都应在选择光源时给以系统对光谱范围的要求都应在选择光源时给以 满足。满足。 0 0 d dS 为增大光电检测系统的信号和信噪为增大光电检测系统的信号和信噪 比，这里引入光源和光电探测器之间光比，这里引入光源和光电探测器之间光 谱匹配系数的概念，以此描述谱匹配系数的概念，以此描述两者之间两者之间 光谱特性的重合程度或一致性光谱特性的重合程度或一致性。光谱匹光谱匹 配系数配系数a定义为定义为 式中式中 为波长为波长附近单位波长区间的光附近单位波长区间的光 辐射通量，即光谱辐射通量；辐射通量，即光谱辐射通量； 是光电是光电 探测器灵敏度（波长的函数）。探测器灵敏度（波长的函数）。实际

37、选实际选 择时，应综合兼顾二者的特性，使匹配择时，应综合兼顾二者的特性，使匹配 系数系数尽量大，以充分利用光源。尽量大，以充分利用光源。 S 2. 对光源发光强度的要求对光源发光强度的要求 应能保证光电探测系统正常工作。过应能保证光电探测系统正常工作。过 低，信噪比太小，无法正常检测；过高，低，信噪比太小，无法正常检测；过高， 可能出现非线性，损坏系统。可能出现非线性，损坏系统。 3. 对光源稳定性的要求对光源稳定性的要求 对脉冲量，要求脉冲频率、脉冲持续时间对脉冲量，要求脉冲频率、脉冲持续时间 、脉冲峰值稳定；对相位检测，与前同；对光、脉冲峰值稳定；对相位检测，与前同；对光 量（通量、照度、强度等）检测，要求光照无量（通量、照度、强度等）检测，要求光照无 脉动。脉动。 4. 其它方面的要求其它方面的要求 如灯丝的结构与形状；如灯丝的结构与形状；发光面积的大小及发光面积的大小及 构成构成；灯泡玻壳的形状及均匀性灯泡玻壳的形状及均匀性；光源发光效光源发光效 率及空间强度分布等率及空间强度分布等。 表表14 地面景物的自然照度