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对于半径为r的球，其表面积等于4πr2，所以一个光源向整个 空间发出辐射能或者一个物体从整个空间接收辐射能时，其对 应的立体角为4π球面度，而半球空间所张的立体角为2π球面 度。在θ ，ϕ 角度范围内的立体角
sin d d
求空间一任意表面s对空间某一点o所张的立体角，可由o点向 空间表面s的外边缘作一系列射线, 由射线所围成的空间角即为 表面s对o点所张的立体角。因而不管空间表面的凹凸如何，只 要对同一o点所作射线束围成的空间角是相同的，那么它们就 有相同的立体角。
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光辐射的度量
一、与光源有关的辐射度参数与光度参数
1. 辐射能(Radiant energy)和光能
以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐射能，用符号 Qe表示，其计量单位为焦耳（J）。
光能是光通量在可见光范围内对时间的积分，以Qv表示， 其计量单位为流明•秒（lm·s）。
辐能密度w：单位体积元内的辐射能，即：w=dQ/dV
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10-9
10-6
10-3
1
103
106
109
nm
m
mm
m
波长 /m
宇宙射线
X
紫
射线 射线 外
红 外
微波
无线电波
线
线
可 见 光
极 远 远 近紫 蓝 绿 黄 橙 红
近中远
极
远 波长 /nm
10 200 300 390 455 492 577 597 622 760 5x103 6x103 4x104 106
在辐射度单位体系中，辐通量（又称为辐射功率）或者 辐射能是基本量，是只与辐射客体有关的量。其基本单位是 瓦特（W）或者焦耳（J）。辐射度学适用于整个电磁波段。
光度单位体系是一套反映视觉明暗特性的光辐射计量单 位，被选作基本量的不是光通量而是发光强度，其基本单位 是坎德拉。光度学只适用于可见光波段。
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10-2米。
(7)γ射线——是波长从10-10～10-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来 的，放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。γ射线的穿透力很强，对生物 的破坏力很大。
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为了对光辐射进行定量描述，需要引入计量光辐射的物 理量。而对于光辐射的探测和计量，存在着辐射度单位和光 度单位两套不同的体系。
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几个基本概念
先介绍一些基本概念: 平面角和立体角。
A
l
α
or
B
A A＇
sΩ o
r
(a)
l
α=
r
平面角的单位叫弧度，1弧度 是半径为1m的圆上，1m长的 圆弧对圆心所张的角。
(b)
Ω=
S
立体角的单位叫球面度（Sr）， 1球面度是半径为1m的球面上， 1m2的球面对球心所张的立体角。
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第一节 光电基础知识
电磁波谱
光是一种电磁波，X射线、射线也都是电磁波。它们
的电磁特性相同，只是频率或波长不同而已。将电磁波按 其频率或波长的次序排列成谱，则称为电磁波谱。通常所 说的光学区域或光学频谱包括：红外线、可见光和紫外线。 由于光的频率极高，一般采用波长表征，光谱区域的波长 范围约从1mm到10nm。
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立体角Ω是描述辐射能向空间发射、传输或被某一表面 接收时的发散或会聚的角度(如图所示)，定义为：以锥 体的基点为球心作一球表面，锥体在球表面上所截取部 分的表面积dS和球半径r平方之比。
d
dS r2
r2
sin
d
r2
d
sin
d
d
式中，θ为天顶角；ϕ为方位角；dθ,dϕ分别为 其增量。立体角的单位是球面度(sr)。
著的化学效应和荧光效应。这种波产生的原因和光波类似，常常在放电时发出；
(6)伦琴射线——这部分电磁波谱，波长从2×10-9米到6×10-12米。
伦琴射线（X射线）是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电
场内减速时所发出的；X射线，它是由原子中的内层电子发射的，其波长范围约在102～
第二章 光源基础知识
光电基础知识 CCD器件中光源的选择和匹配 CCD器件用到的光源 半导体
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电磁波方式传播的粒子，称为光量子或者光子。
光的量子性成功地解释了光与物质作用时引起的光 电效应，物质的光电效应证明了光的量子性。
CCD器件的光谱响应范围宽于人眼的视觉范围，一 般在0.2～1.1µm的波长范围内。特种材料的红外CCD的 波长响应可扩展到几个微米，即CCD的光谱响应范围从 远紫外、近紫外、可见光到近红外区，甚至到中红外区。
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依照波长的长短以及波源的不同，电磁波谱可大致分为：
(1)无线电波——波长从几千米到0.3米左右，一般的电视和无线电广播的波段就是用这种 波；
(2)微波——波长从0.3米到10-3米，这些波多用在雷达或其它通讯系统； (3)红外线——波长从10-3米到7.8×10-7米；红外线的热效应特别显著； (4)可见光——这是人们所能感光的极狭窄的一个波段。 (5)紫外线——波长比可见光短的称为紫外线，它的波长从3×10-7米到6×10-10米，它有显
电磁波谱图
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红外线 (1mm ~ 0.76m) 可见光 (760 ~ 380nm) 紫外光 (380 ~ 10nm)
远红外 (1 mm ~ 20 m) 中红外 (20 m ~ 1.5 m) 近红外 (1.5 m ~ 0.76 m) 红 色 (760 nm ~ 630 nm) 橙 色 (630 nm ~ 600 nm) 黄 色 (600 nm ~ 570 nm) 绿 色 (570 nm ~ 490 nm) 青 色 (500 nm ~ 450 nm) 蓝 色 (450 nm ~ 430 nm) 紫 色 (430 nm ~ 380 nm) 近紫外 (380 nm ~ 300 nm) 中紫外 (300 nm ~ 200 nm) 真空紫外(200 nm ~ 10 nm)
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2.辐射通量(Radiant flux)和光通量(luminous flux)
辐(射)通量或辐(射)功率是以辐射形式发射、传播或接 收的功率；或者说，在单位时间内，以辐射形式发射、传播
或接收的辐(射)能称为辐(射)通量，以符号Φe表示， 其计量 单位为瓦(W)，即