第1章光辐射与光源_光源

4. 光源的颜色
光源的颜色包含两方面的含义，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。例 如高压钠灯的色表呈黄色，荧光灯的色表呈白色。 当光源照射物体时，物体呈现的颜色（也就是物体反射光 在人眼内产生的颜色感觉）与该物体在完全辐射体照射下 所呈现的颜色的一致性，称为该光源的显色性。白炽灯、 卤钨灯等几种光源的显色性较好，使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、燃料、彩色 印刷等行业。
半 导 体 激 光 器
－－人工光源，如黑体辐射器、白炽灯、激光器等，
可组成主动探测系统，其信息源来自人造光源对目标的 反射、透射和散射等光辐射，它一般需要人为精心设计 光发射系统，如激光制导、光电精密微小尺寸测量、光 电磁场测量······
光辐射源分类:
自然光源
--被动探测系统
人工光源 --主动探测系统
1.3光源基本特性参数和光源的 选择 1.3.1 光源基本特性参数 1.3.2 光源的选择 1.3.3 光源的分类
1.4 常用光源 1.5 标准照明体和标准光源
讨论：研究光辐射源的意义
光电探测系统的基本组成： 光源、光学系统、调制器、传输介质、光电探 测器和电子系统等基本环节。
讨论：研究光辐射源的意义
（2） 色温和相关色温
辐效率ηe无量纲，发光效率ηv的计量单位是流明每瓦[lm·W-1]。
对限定在波长λ1～λ2范围内的辐效率
∫ ηe∆λ =
Φ λ2
λ1 eλ
dλ
P
×100
0 0
2. 光谱功率分布
光源发出的大都是单色光组成的复色光，而且在不同 频率上辐射出的光功率大小不同。常用光谱功率分布 来描述光功率和频率的这种关系，经过归一化后的光 功率分布称为相对光谱功率分布。如果被考虑的光源 是一个黑体，它的光谱功率分布可以用普朗克公式计 算出来。 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，在紫外光光度计中，通常使用氙灯、 汞氙灯等紫外辐射较强的光源。
L(λ, T)的光谱辐亮度曲线将和 峰值波长为λm、温度为T1(>T)的
黑体光谱辐射出射度成比例。
（2）色温和相关色温
色温是颜色温度的简称。当发射体和某温度的黑体有 相同的颜色时, 黑体温度称为发射体的色温。即色温是人眼 主观色度感觉上把光源作为一定温度的黑体来描述。色温 的概念不仅限于人眼色觉上的一致, 可扩展到任意波长。
根据色度学, 色具有同色异谱的性质, 即相同的颜色可 由具有不同的光谱能量分布特性的光构成。因此, 色温不能 象分布温度那样近似说明光源的光谱能量分布特性, 但对于 具有不连续光谱的发射体或具有连续光谱但其光谱能量分 布特性与黑体相差甚大的发射体, 可用色温来描述。
任意光源的色只能说与某一温度黑体的色相近，不可 能完全相同。相关色温就是发射体和某温度的黑体有最相 近的色时黑体的温度。
（1） 分布温度
光源分布温度是在一定谱段范围内光源光谱辐亮度曲 线和黑体的光谱辐亮度曲线成比例或近似地成比例时的黑 体温度，因而分布温度可描述光源的光谱能量分布特性。
与黑体光谱能量分布近 似的发射体可用分布温度的 概念，例如白炽灯在可见谱 段内的光谱辐射特性和黑体
的十分近似。
∫ λ2 {1− M (λ) }2dλ ⇒ min
介绍： 热辐射光源 气体放电光源 激光器 发光二极管
1.3.1 光源的基本特性参数
1 辐(射)效率与发光效率
光源所发射的总辐射通量Φe与外界提供给光源的功率P之比
称为光源的辐(射)效率ηe；光源发射的总光通量Φv与提供的功
率P之比称为发光效率ηv。它们分别为
ηe
=
Φe P
×100 0 0
ηv
=
Φv P
5 辐射体的温度
一般地，各种发射辐射能的物体表面在不同 的温度下可能具有不同的光谱辐射特性，其发射 的辐射能比黑体发射的辐射能小，且发射率是波 长、温度的函数。在辐射度学和光度学及其应用 中，常常需要类似于黑体那样，用温度描述光源、 辐射体等的某些辐射特性。常用的有分布温度、 色温(相关色温)、亮温和辐射温度。
第1章 光辐射与光源 ——光源
王 霞 副教授
北京理工大学光电学院 光电成像与信息工程研究所
第1章 光辐射与光源
1.1 辐射的基本概念 1.1.1 辐射度量 1.1.2 光度量 1.1.3 朗伯辐射体及其辐射特性 1.1.4 典型光辐射量计算 1.2 热辐射基本定律 1.2.1 基本定律 1.2.2辐亮度和基本辐亮度守恒
光辐射源
辐射强度 辐射光谱
··· ···
光电探测器
灵敏度 响应光谱
··· ···
光辐射源分类:
自然光源 --被动探测系统 人工光源 --主动探测系统
讨论： 举例说明
漆黑环境中的人和铁丝网的温差
温度低
温度高 －－自然光源，如太阳、导弹尾焰、人体等，可组成
被动探测系统，其信息源直接来自目标自身的辐射或外 来光辐射，它没有人为的光发射系统，如天文光电探测、 红外跟踪制导、微光夜视仪······
λ1
aM 0 (λ,Tb )
a , Tb
（1） 分布温度
并非所有的光源都可求其分布温度，例如线状或带状 的不连续光谱光源，其光谱辐射特性与黑体相差很大，求 出的分布温度已没有实际意义。故一般仅限于光源光谱能 量分布和黑体的相差不大于5％的情况。
灰体的分布温度就是其真实 温度, 但是对于发射率是波长函 数的发射体, 分布温度和其真实 温度有所差别。例如白炽灯, 由 于钨的发射率在短波部分比在 长波部分高, 由维恩位移定律，
线状光谱 带状光谱
连续光谱 混合光谱
实验测得的He-Ne 激光谱线
－－带状光谱
实验中测得的溴钨灯谱线 －－连续光谱
实验中测得的荧光灯谱线 －－混合光谱
3. Biblioteka Baidu间光强分布
常用发光强度矢量和发光强度曲 线来描述光源的这种特性。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，称其为发光强度 矢量。将各矢量的端点连起来， 就得到光源在该截面上的发光强 度分布曲线，也称配光曲线。右 图是气体发光光源光强分布。