建筑光學基本知識

1、13-1 13-1 基本光度單位及應用基本光度單位及應用13-2 13-2 人眼的視覺特性人眼的視覺特性13-3 13-3 材料的光學性質材料的光學性質光的性質：光的性質：l可見光：可見光：波長在波長在 380 760nm 之間的電磁波輻射。之間的電磁波輻射。l不同波長的光在視覺上形成不同的顏色。不同波長的光在視覺上形成不同的顏色。l多色光：多色光：一般光源發(fā)出的光往往是由不同波長的電一般光源發(fā)出的光往往是由不同波長的電磁波組成，這樣的光，稱為多色光。磁波組成，這樣的光，稱為多色光。l單色光：單色光：波長單一的光，稱為單色光。波長單一的光，稱為單色光。13-1 基本光度單位及應用基本光度單位及

2、應用一、光通量一、光通量 二、發(fā)光強度二、發(fā)光強度三、照度三、照度四、亮度四、亮度一、一、光通量：光通量：l光通量光通量：是按照國際約定的人眼視覺特：是按照國際約定的人眼視覺特性評價的輻射能通量（輻射功率）。用性評價的輻射能通量（輻射功率）。用 表示，單位：光瓦，流明（表示，單位：光瓦，流明（ ）。）。Flml光譜光效應函數(shù)光譜光效應函數(shù) V ： 描描述人眼對不同波長單色光的視述人眼對不同波長單色光的視亮度感受性的差異。如圖亮度感受性的差異。如圖13-1。 l明視覺光譜光效應函數(shù)明視覺光譜光效應函數(shù)：將：將 黃綠光黃綠光 =555=555nmnm的感覺量定為的感覺量定為1 1，其余波長光的感覺

3、量都小于其余波長光的感覺量都小于1 1，如圖中的實線；如圖中的實線； 暗視覺光譜光效應函數(shù)暗視覺光譜光效應函數(shù)：以：以 的藍綠光的藍綠光 =510=510nmnm的感覺量定的感覺量定為為1 1，如圖中虛線。，如圖中虛線。l光通量的計算公式：光通量的計算公式：PVF 若為多色光，則光通量為各單色光的總和。即：若為多色光，則光通量為各單色光的總和。即：)(21PVFFF 波長為波長為 的輻射通量的輻射通量l單位換算：單位換算： 1光瓦等于輻射通量為光瓦等于輻射通量為1W，波長波長 的黃綠光所產(chǎn)的黃綠光所產(chǎn)生的光感覺量。生的光感覺量。 光瓦單位太大，常用另一較小單位流明（光瓦單位太大，常用另一較小單

4、位流明（ ）。）。nm555lmlm6831光瓦二、二、發(fā)光強度：發(fā)光強度：l發(fā)光強度發(fā)光強度：指光源所發(fā)出的光通量在空：指光源所發(fā)出的光通量在空間的分布密度。間的分布密度。l不同光源發(fā)出的光通量在空間的分布往不同光源發(fā)出的光通量在空間的分布往往不同。往不同。l公式計算：當點光源在某一方向上的無公式計算：當點光源在某一方向上的無限小立體角限小立體角 內發(fā)出的光通量為內發(fā)出的光通量為 時，則該方向上的發(fā)光強度為時，則該方向上的發(fā)光強度為 ddFddFI l發(fā)光強度的單位：發(fā)光強度的單位：坎德拉坎德拉（CandelaCandela），），符號符號 。 立體角的單位：立體角的單位：球面度球面度，符號

5、，符號 。srlmcd111cdsr如圖如圖13-213-2，在一半徑為，在一半徑為 的球心的球心 O O 處放一光源，它向球表面處放一光源，它向球表面 ABCD ABCD 所包所包圍面積圍面積 S S 上發(fā)出上發(fā)出 F F 的光通量。的光通量。面積面積 S S 在球心形成的立體角為在球心形成的立體角為 ：則這一方向的發(fā)光強度為：則這一方向的發(fā)光強度為： rlm2rsFI 三、照度：三、照度：l照度照度：表示被照面上的光通量密度。：表示被照面上的光通量密度。l計算公式：計算公式： 設被照面無限小面積設被照面無限小面積 上所接受的光通量為上所接受的光通量為 ，則該點處的照度為：則該點處的照度為：

6、 當光通量當光通量 均勻分布在被照面均勻分布在被照面 上時，則此時上時，則此時被照面的照度為：被照面的照度為：l單位：勒克斯單位：勒克斯dSdFE SFE dSdFFS)( xl2111mlmlx 四、亮度：四、亮度：l物體在視線方向上的發(fā)光強度越大，投影面積越小，就物體在視線方向上的發(fā)光強度越大，投影面積越小，就感到它越亮，即亮度越大。感到它越亮，即亮度越大。l亮度單位：熙提亮度單位：熙提sb，l太陽亮度太陽亮度20萬萬sb，藍天藍天0.22.0sb，白熾燈燈絲亮度白熾燈燈絲亮度300500sb。13-2 人眼的視覺特性人眼的視覺特性一、視覺一、視覺二、亮度二、亮度閾閾三、視野三、視野四、視

7、力四、視力五、眩光五、眩光一、視覺一、視覺l視覺視覺：指人眼通過對光的感受由大腦中產(chǎn)生的感覺。：指人眼通過對光的感受由大腦中產(chǎn)生的感覺。l視覺的形成過程視覺的形成過程： 光源（太陽或燈）發(fā)出光輻射；光源（太陽或燈）發(fā)出光輻射； 外界景物在光照射下產(chǎn)生顏色、明暗和形體的差外界景物在光照射下產(chǎn)生顏色、明暗和形體的差異，相當于形成二次光源；異，相當于形成二次光源； 二次光源發(fā)出不同強度、顏色的信號進入人眼瞳二次光源發(fā)出不同強度、顏色的信號進入人眼瞳孔，借助眼球調節(jié)，在視網(wǎng)膜上成像；孔，借助眼球調節(jié)，在視網(wǎng)膜上成像； 視網(wǎng)膜上接受的光刺激（即物象）變?yōu)槊}沖信號，視網(wǎng)膜上接受的光刺激（即物象）變?yōu)槊}沖信

8、號，經(jīng)視神經(jīng)傳給大腦，通過大腦的解釋、分析、判斷而經(jīng)視神經(jīng)傳給大腦，通過大腦的解釋、分析、判斷而產(chǎn)生視覺。產(chǎn)生視覺。二、亮度閾二、亮度閾l亮度閾亮度閾：指能夠引起視覺感覺的亮度范圍的上、：指能夠引起視覺感覺的亮度范圍的上、下限值。下限值。 物體具有一定亮度是在視網(wǎng)膜上成像以引起視物體具有一定亮度是在視網(wǎng)膜上成像以引起視覺感覺的基本條件。覺感覺的基本條件。l實驗表明人眼能感覺到物體存在一個最低亮度實驗表明人眼能感覺到物體存在一個最低亮度閾閾 ；視覺可以忍受的亮度上限約；視覺可以忍受的亮度上限約為為 ，超過這一數(shù)值，視網(wǎng)膜就會因輻射，超過這一數(shù)值，視網(wǎng)膜就會因輻射過強而受到損傷。過強而受到損傷。s

9、b910sb100三、視野三、視野l(fā)視野視野：指當頭和眼睛不動時：指當頭和眼睛不動時 人眼能察覺到的空間范圍。人眼能察覺到的空間范圍。l視野范圍視野范圍 ： 單眼視野在垂直方向的角度單眼視野在垂直方向的角度 約約 ，水平方向約，水平方向約 ； 雙眼視野較小一些，約占總視野中的雙眼視野較小一些，約占總視野中的 范圍。范圍。 視線周圍視線周圍 內物體能在視網(wǎng)膜中心成像，清晰度內物體能在視網(wǎng)膜中心成像，清晰度最高，這部分叫最高，這部分叫“中心視野中心視野”； 目標偏離中心視野以外觀看時，叫目標偏離中心視野以外觀看時，叫“周圍視野周圍視野”；視；視線周圍線周圍 視覺環(huán)境的清晰度也較好。視覺環(huán)境的清晰度

10、也較好。 0130018001200051 030四、視力四、視力l視力視力：指任憑借：指任憑借 視覺器官辨認視覺器官辨認 目標或細節(jié)的敏銳程度。目標或細節(jié)的敏銳程度。 在數(shù)量上，視覺敏銳度等于剛在數(shù)量上，視覺敏銳度等于剛 能分辨的視角的倒數(shù)，即能分辨的視角的倒數(shù)，即l視角視角 ：物體大?。ɑ蚱渲心臣毠?jié)的大?。ρ劬π纬桑何矬w大?。ɑ蚱渲心臣毠?jié)的大?。ρ劬π纬傻膹埥?。如圖的張角。如圖13-913-9。 視角計算式視角計算式 較小時的近似式較小時的近似式 min1Vldarctg1ld通常用通常用“分分”表示視角大?。罕硎疽暯谴笮。簂dld344060180l眼分辨細節(jié)的能力主要是中心眼分辨細

11、節(jié)的能力主要是中心 視野的功能。醫(yī)學上常用蘭道視野的功能。醫(yī)學上常用蘭道 爾環(huán)或爾環(huán)或“ E ”型視標檢驗人的型視標檢驗人的 視視力。如圖力。如圖13-1013-10。l視覺敏銳度隨背景亮度、亮度對比、細節(jié)呈現(xiàn)時間、眼睛視覺敏銳度隨背景亮度、亮度對比、細節(jié)呈現(xiàn)時間、眼睛的適應狀況等因素而變化。的適應狀況等因素而變化。 五、眩光五、眩光l眩光眩光：指亮度過高或亮度對：指亮度過高或亮度對 比過大的比過大的刺眼光源。刺眼光源。l不同位置的眩光對視力影響不同位置的眩光對視力影響 程度不同。程度不同。如圖如圖13-1113-11。l眩光源的尺寸也影響刺激量的大小，眩光源的尺寸也影響刺激量的大小，尺寸大的

12、就刺眼一些。尺寸大的就刺眼一些。l直射眩光直射眩光：直接被眼看到，引起視覺：直接被眼看到，引起視覺功能損失的眩光；功能損失的眩光； 反射眩光反射眩光：在一些光滑表面上，也可：在一些光滑表面上，也可能看到眩光源的反射形象，同樣能引能看到眩光源的反射形象，同樣能引起視覺功能的損失，稱反射眩光。起視覺功能的損失，稱反射眩光。13-3 材料的光學性質材料的光學性質一、定向反射和透射一、定向反射和透射二、擴散反射和透射二、擴散反射和透射 （一）均勻擴散材料（一）均勻擴散材料 （二）定向擴散材料（二）定向擴散材料l光的反射、吸收和透射。如圖光的反射、吸收和透射。如圖13-1313-13。據(jù)能量守恒，有據(jù)能

13、量守恒，有 反射、吸收和透射光通量與入射光反射、吸收和透射光通量與入射光通量之比，分別稱為反光系數(shù)通量之比，分別稱為反光系數(shù) 、吸收系數(shù)吸收系數(shù) 和透光系數(shù)和透光系數(shù) ，即，即FFFF1FFFFFFFFFFFF 表表13-113-1，13-213-2列出了列出了常用建筑材常用建筑材料的反光系料的反光系數(shù)和透射系數(shù)和透射系數(shù)，供采光數(shù)，供采光設計時參考設計時參考使用。使用。l為作好采光和照明設計，還需了解光通量經(jīng)介質為作好采光和照明設計，還需了解光通量經(jīng)介質反射和透射后分布上的變化。反射和透射后分布上的變化。l根據(jù)光通量分布變化的角度不同，反光和透光材根據(jù)光通量分布變化的角度不同，反光和透光材料

14、均可分為兩類：一類是定向的；一類是擴散的。料均可分為兩類：一類是定向的；一類是擴散的。 光線經(jīng)定向類材料的反射和透射后，光分布的立光線經(jīng)定向類材料的反射和透射后，光分布的立體角沒有變；而光線經(jīng)擴散類材料的反射和透射體角沒有變；而光線經(jīng)擴散類材料的反射和透射后，入射光通量程度不同的分散在更大立體角范后，入射光通量程度不同的分散在更大立體角范圍。圍。 一、定向反射和透射一、定向反射和透射l定向反射定向反射：光照射到表面很光滑的不透：光照射到表面很光滑的不透 明材料上，出現(xiàn)定向反射。人眼通過對明材料上，出現(xiàn)定向反射。人眼通過對 光的感受由大腦中產(chǎn)生的感覺。光的感受由大腦中產(chǎn)生的感覺。 特點：（如圖）

15、特點：（如圖） 入射角等于反射角；入射角等于反射角； 入射光線，入射光線， 反射光線以及反射表面的法線處于反射光線以及反射表面的法線處于 同一平面。同一平面。 利用這種特點將光滑表面放在合適利用這種特點將光滑表面放在合適 位置，可將光線反射到所需位置，位置，可將光線反射到所需位置， 或避免光源在視線中出現(xiàn)?；虮苊夤庠丛谝暰€中出現(xiàn)。aaal定向透射定向透射：光照射到透明材：光照射到透明材料上，出現(xiàn)定向透射。料上，出現(xiàn)定向透射。 若透明材料兩表面彼此平行，若透明材料兩表面彼此平行，則透過光線的方向和入射方則透過光線的方向和入射方向保持不變，只在材料內產(chǎn)向保持不變，只在材料內產(chǎn)生微小的折射；生微小的

16、折射； 若兩表面不平性，各處厚薄若兩表面不平性，各處厚薄不均，因折射角不同透過的不均，因折射角不同透過的光線就不平行。光線就不平行。二、擴散反射和透射二、擴散反射和透射l半透明材料使入射光線發(fā)生擴散透半透明材料使入射光線發(fā)生擴散透 射射；表面粗糙的不透明材料使入射光線發(fā)生表面粗糙的不透明材料使入射光線發(fā)生擴散反射。擴散反射。l據(jù)對光的擴散狀況，可將材料分為均勻據(jù)對光的擴散狀況，可將材料分為均勻擴散和定向擴散兩類。擴散和定向擴散兩類。l均勻擴散材料將入射光線均勻擴散材料將入射光線均勻地均勻地 向四面八方反射或向四面八方反射或透射，從各角度看，其亮透射，從各角度看，其亮度完全相同，看不見度完全相同

17、，看不見 光源光源形象。這類材料的亮度和形象。這類材料的亮度和發(fā)光強度分布如圖發(fā)光強度分布如圖13-1513-15。l某些材料同時具有定向和擴散兩某些材料同時具有定向和擴散兩種性質。在其定向反射（透射）種性質。在其定向反射（透射）方向上具有最大的亮度，而在其方向上具有最大的亮度，而在其它方向也有一定亮度，如圖亮度它方向也有一定亮度，如圖亮度和發(fā)光強度分布。和發(fā)光強度分布。l這時在反射方向可看到光源的大這時在反射方向可看到光源的大致形象，但輪廓不似定向反射那致形象，但輪廓不似定向反射那樣清晰，而在其它方向又類似擴樣清晰，而在其它方向又類似擴散材料具有一定亮度，不象定向散材料具有一定亮度，不象定向反射材料那樣沒有亮度。反射材料那樣沒有亮度。顏色顏色顏色顏色波長波長nm紅紅640750橙橙600640黃黃550600藍藍480550綠綠450480紫紫400450顏色分類顏色分類l色調（色相）：色調（色相）：單色光在白色背景上呈現(xiàn)的顏色單色光在白色背景上呈現(xiàn)的顏色l明度：明度：顏色相對明暗的特性。亮度、反射比顏色相對明暗的特性。亮度、反射比l彩度（飽和度）：彩度（飽和度）：顏色的純潔性。白色顏色的純潔性。白色顏色混合顏色混合l三原色：紅（三原色：紅（700nm）、）、綠（綠（546.1nm）、）、藍藍（435.8nm）l混合規(guī)律：混合規(guī)律：l1、互補色，黃、互補色，