第三章光源及照明方式

光源的基本特性参数


3. 空间光强分布 对于各向异性光源，其发光强度在空间各方向上是不 相同的，若在空间某一截面上，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。将各矢量的端点 连起来，就得到光源在该截面上的发光强度曲线，即配光 曲线。图3－2是超高压球形氙灯的光强分布。 在有的情况下，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。为了进一步利用背面方向的光辐 射，还可以在光源的背面安装反光罩，反光罩的焦点位于 光源的发光中心上。 4. 光源的色温 黑体的温度决定了它的光辐射特性。对非黑体辐射， 它的某些特性常可用黑体辐射的特性来近似地表示。对于 一般光源，经常用分布温度、色温或相关色温表示。


3.1.1 光源的基本特性参数
1. 辐射效率和பைடு நூலகம்光效率 在给定波长范围内，某一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比，称为该光源在规定光谱范围内的 辐射效率，于是 2 1 e e e

Φ Φ ( )d P P
光源的基本特性参数

相应地，对于可见光范围，某一光源的发光效率ηv 为所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功率 之比，就是该光源的光效率，即
v K v p

780 m 380
e ( )V ( )d P
2. 光谱功率分布 自然光源和人造光源大都是由单色光组成的复色光。 不同光源在不同光谱上辐射出不同的光谱功率，常 用光谱功率分布来描述。若令其最大值为1，将光 谱功率分布进行归一化，那么经过归一化后的光谱 功率分布称为相对光谱功率分析。
第三章 光源及照明方式
§3.1 光电信息技术中常用 的光源
光源原理与设计，周太明，周详，蔡伟新编著，复旦大学出版社
光源在科学研究和工程技术中有着广泛的应 用，在物质的成分分析、材料的结构研究、光 电检测、照明工程中，都离不开一定形式的光 源。在光电信息技术中，光是信息的携带者， 光的光谱辐射能量（或强度）、频率、振幅均 可携带、传输各种信息。而光源在光电信息技 术中往往起着关键的作用，因此，了解常用光 源的基本特性和参数，并按照实际工作需求选 择合适的光源，往往是光电信息技术工作中解 决具体问题成功的关键。
光源的基本特性参数
表3－1
常用光源的发光效率
光源的基本特性参数
图 3－1 四种典型的光谱功率分布
光源的基本特性参数


光源的光谱功率分布通常可分成四种情况，如图3－1所 示。图中（a）称为线状光谱，由若干条明显分隔的细线 组成，如低压汞灯。图（b）称为带状光谱，它由一些分 开的谱带组成，每一谱带中又包含许多细谱线。如高压 汞灯、高压钠灯就属于这种分布。图（c）为连续光谱， 所有热辐射光源的光谱都是连续光谱，如白炽灯、卤素 灯等.图（d）是混合光谱，它由连续光谱与线、带谱混 合而成，一般荧光灯的光谱就属于这种分布。 在选择光源时，它的光谱功率分布应由测量对象的要求 来决定。在目视光学系统中，一般采用可见光谱辐射比 较丰富的光源。对于彩色摄影用光源，为了获得较好的 色彩还原，应采用类似于日光色的光源，如卤钨灯、氙 灯等。在紫外分光光度计中，通常使用氚灯、紫外汞氙 灯等紫外辐射较强的光源，在光纤技术中，通常使用发 光二极管和半导体激光器等光源 。
c2 / Tv
e
5
1
（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 颜色相同时，黑体的这一温度称为该辐射源的色温。辐射源发射 光的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。


光源的基本特性参数
图3－2
超高压球形氙灯光强分布
光源的基本特性参数
（1）分布温度。辐射源在某一波长范围内辐射的相对光谱分布， 与黑体在某一温度下辐射的相对光谱功率分布一致，那么该黑体 的温度就称为该辐射源的分布温度。这种辐射体的光谱辐亮度可 表示为：
Le ( , Tv )
c1
1
热辐射源



5. 光源的颜色 光源的颜色包含了两方面的含义，即色表和 显色性。用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称为光源的 色表。 3.1.2 热辐射源 任何物体只要其温度大于绝对零度，就会向外界辐射能量， 其辐射特性与温度有关。 热辐射光源有三个特点： （1）它们的发光特性都可以利用普朗克公式进行精确的估 算，即可以精确掌握和控制它们的发光或辐射性质； （2）它们发出的光通量构成连续的光谱，且光谱范围很宽， 因此使用的适应性强。但在通常情况下，紫外辐射含量很 少，这又限制了这类光源的使用范围； （3）采用适当的稳压或稳流供电，可使这类光源的光获得 很高的稳定度。
光源的基本特性参数

一切能产生光辐射的辐射源，无论是天然的，还是人造的， 都称为光源。天然光源是自然界中存在的，如太阳、恒星等， 在天文学电探测中，常常会遇到这些光辐射的测量。人造光 源是人为将各种形式能量（热能、电能、化学能）转化成光 辐射能的器件，其中利用电能产生光辐射的器件称为电光源。 在一般光电测量系统中，电光源是最常见的光源。
热辐射源



1. 太阳 太阳可看成是一个直径为1.392 ×109 m的光球。它到地球的 年平均距离是1.49×1011m．因此从地球上观看太阳时，太阳 的张角只有0.5330。因此可以看成一个很好的平行光源。 大气层外的太阳光谱能量分布相当于5900K左右的黑体辐射 (图3—3)。其平均辐亮度为2.01×l07Wm-2sr-1平均亮度为 1.95×109cdm-2。 射到地球上的太阳辐射，要斜穿过一层厚厚的大气层，使太 阳辐射在光谱和空间分布、能量大小、偏振状态等都发生了 变化。大气的吸收光谱比较复杂，其中氧(O2)、水汽(H2O)、 臭氧(O3)，二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和其它碳氢化合物 (如CH4)等，都在不同程度上吸收了大阳辐射，而且它们都是 光谱选择性的吸收介质．在标准海平面上太阳的光谱辐射照 度曲线，如图3—3所示，其中的阴影部分表示大气的光谱吸 收带．