21建筑光学的基本知识

2.1.1眼睛与视觉2.1.2基本光度单位和应用2.1.3材料的光学性质2.1.4可见光及其影响因素2.1.5颜色2.1建筑光学基本知识建筑光学§光的范围•光是一种电磁辐射能，是能量的一种形式。•能引起人视觉感觉的电磁波，可见光的波长范围：380nm～780nm。第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉波长780nm的电磁波是红外线、微波、无线电波等。波长380nm的电磁波是紫外线、X射线等。§光的作用第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉1.影响工作效率室内光环境§光的作用第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉2.影响心理舒适，身体健康室内装饰照明§光的作用第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉3.美化环境，表现建筑艺术重庆市朝天门夜景§光的作用第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉4.节能，保护环境照明用电量示意图以上海用电量为例：年用电量为1400亿度，其中照明用电量为392亿度电(28%)。如果照明节能50%，则节约196亿度电，减少二氧化碳56万吨。黄斑水晶体瞳孔角膜虹膜睫状肌光轴视轴中央窝巩膜脉络膜右眼剖面图房水玻璃体瞳孔：虹膜中央的圆形孔，它可根据环境的明暗程度，自动调节其孔径，以控制进入眼球的光能数量，起照相机中光圈的作用。视网膜：光线经过瞳孔、水晶体在视网膜上聚焦成清晰的影象。它是眼睛的视觉感受部分，类似照相机中的胶卷。视网膜上布满了感光细胞—锥体和杆体感光细胞。光线射到它们上面产生神经冲动，传输到视神经，再传至大脑，产生视觉感觉。锥体细胞主要集中在视网膜的中央黄斑区域（称为中央窝），锥体细胞密度最大，在黄斑区外锥体细胞的密度急剧下降。在中央窝处几乎没有杆状细胞，自中央窝向外，其密度迅速增加，在离中央窝附近达最大密度，然后又逐渐减少。水晶体：为一偏球形的弹性透明体，它受睫状肌收缩或放松的影响，使其形状改变，从而改变其屈光度，使远近不同的外界景物都能在视网膜上形成清晰的影象。它起照相机的透镜作用，不过水晶体具有自动聚焦功能。第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉§人眼的构造与视觉过程§人眼的构造与视觉过程•人眼的基本构造◎瞳孔：光圈，可以根据环境的明暗程度自动调节孔径，以控制进入眼睛的光的数量◎水晶体：透镜，可自动调焦◎视网膜：胶片，上面布满感光细胞。感光细胞产生电信号，经视神经传至大脑，形成视觉感觉◎感光细胞：锥状细胞和杆状细胞第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉§锥状细胞和杆状细胞•锥状细胞：◎主要分布在视网膜的中央部位，称为“黄斑”的区域◎“中央窝”锥状细胞的密度达到最大◎在明环境中起作用，对色觉和视觉敏锐度起决定作用，人眼据此判别物体的颜色和细部特征◎对环境的明暗变化反应迅速◎在暗环境下不起作用第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉§锥状细胞和杆状细胞•杆状细胞：◎分布区域与锥状细胞相反◎在暗环境中起决定作用：只有明暗感觉，没有色感觉和细部感觉◎对环境的明暗变化反应缓慢第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉§锥状细胞和杆状细胞第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉§人眼的视觉特点•视野范围（视场）◎水平180°，垂直130°（上60°，下70°）◎中心视场（2°）◎清晰区域（30°）通常站在离展品高度的2～1.5倍的距离处观赏展品，就是使展品处于上述视觉清楚区域内第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉1800330000300600900120015002100240027003000700500300100300500700100180°0°70°60°人眼视野范围§人眼的视觉特点第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉视觉：由进入人眼的辐射所产生的光感觉而获得的对外界的认识。处于放松姿态，坐着的人的视野示意图§人眼的视觉特点•颜色感觉在明视觉时，人眼对于380～780nm范围内的电磁波起到不同的颜色感觉第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉§人眼的视觉特点•明、暗视觉◎两种感光细胞的不同作用◎明视觉——在明亮环境中，主要由视网膜的锥体细胞起作用的视觉◎暗视觉——在暗环境中，主要由视网膜杆体细胞起作用的视觉◎中间视觉——视网膜的锥体感光细胞和杆体感光细胞同时起作用，而且它们随着正常人眼的适应水平变化而发挥的作用大小不同（介于明视觉和暗视觉之间的视觉）第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉§人眼的视觉特点•光谱光视效率V(λ）◎某单色光与人眼最敏感的光产生相同视觉感觉时，两者的辐射通量之比◎在不同光亮条件下人眼感受性不同的现象称为“普尔金耶效应（Purkinjeeffect）”第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉光谱光视效率曲线代表等能光谱波长的单色辐射所引起的明亮感觉程度。§人眼的视觉特点•光谱光视效率V(λ）第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.1眼睛与视觉λm选在视感最大值（明视觉：λm=555nm，暗视觉：λm=507nm）V(λ)=φe.λm/φe.λV(λ)——光谱光视频率φe.λm和φe.λ——波长分别为λm、λ的辐射通量（相同视觉感觉）§基本光度单位第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用辐射通量Φe,：光源在单位时间内向各个方向辐射的能量。辐射通量的单位：W光的辐射通量只表示光源辐射功率的大小，不能反映这些能量所引起的主观视觉。2灯辐射通量均为1W，这时对人的感觉是不一样的。§基本光度单位第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用光通量Φ：人眼对光能量的感觉量。单位：lm例如：。光通量类似于喷水量的大小40瓦荧光灯光通量=2200lm§基本光度单位•光通量(LuminousFlux，Φ）在计算时，光通量常采用下式算得：第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用§基本光度单位第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用单色光光通量与辐射通量的关系：)(,eVΦKΦm波长为λ的辐射通量（W）最大光谱光视效能，在明视觉时为683lm/W光谱光视效率V()描述了某光源辐射通量经过人眼后反映的效率。例如：低压钠光灯发出波长为589nm的单色光，测得其辐射通量为10.3W，从光谱光视效率曲线查得V(589nm)=0.78，则该光源发出的光通量为)(,eVΦKΦm87.03.10683)lm(5487§基本光度单位•发光强度(LuminousIntensity，I）第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用加了灯罩后，光通量的空间分布就不同了，灯罩下方可增大约2倍，为了描述这种现象，采用发光强度概念§基本光度单位•发光强度(LuminousIntensity，I）◎描述光通量在空间的分布光源向四周辐射光能量，单位立体角内的光通量叫发光强度。◎光能量在空间均匀分布的般情况下◎单位：坎德拉（“坎”，Candela,cd）◎相同光通量的光源在空间的分布可能相差很大第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用ΩΦI1坎德拉=1流明/球面度§基本光度单位•立体角Ω（单位：sr)球面上的某一面积A对球心形成的空间角(任意一个封闭圆锥面内所包含的空间）。Ω=A/R2◎单位：sr（球面度）◎1sr=面积等于R2的球表面对球心所张开的立体角◎整个空间对某点所张的立体角为4。第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用对于球表面和球心来说：ArAΩ2dcosABCDOArΩ§基本光度单位•发光强度(LuminousIntensity，I）第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用例如：某半球形吸顶灯均匀发出3528lm的光通量，则该灯在正下方的发光强度为)cd(518不用灯罩时，40W白炽灯在其正下方的发光强度为30cd，采用灯罩后，变为73cd。π23528I§基本光度单位•照度(illuminance，E）对于被照面而言，常用在其单位面积上的光通量多少来衡量它被照射的程度，这就是常用的照度，符号为E，它表示被照面上的光通量密度第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用§基本光度单位•照度(illuminance，E）◎单位被照面积上接收到的光通量的大小（表示被照面被照亮的程度)◎单位：勒克斯（lx）、英尺烛光（fc）第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用§基本光度单位•照度(illuminance，E）例：灯正下方1米：40W白炽灯40W荧光灯晴天中午月夜30lx200lx8-12万lx0.2lx第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用§基本光度单位•照度(illuminance，E）第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用照度可以直接相加，即iiEE【例题】一个小型光源的平均发光强度为100cd，从光源发出的总光通量的1/4垂直照射到了一个3×0.7m的平面上。请计算：⑴由光源发出的总光通量；⑵平面表面的照度。解：⑴由发光强度公式得IΩΦπ4100)lm(64.1256⑵平面表面的照度为AΦE2.10π10)lx(6.149§基本光度单位•照度与发光强度的关系：平方反比定律第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用§基本光度单位•照度与发光强度的关系：第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用发光强度是光通量的空间密度，即ΩΦIddΩIΦdd其中2dcosdrAΩ因此2dcosdrAIΦ照度是光通量被照面密度，即AΦEdd因此，发光强度和照度的关系为cos2rIE余弦定律：§基本光度单位•亮度(luminance，L）◎描述光源或反光物体明亮程度的量亮度表示在给定方向上发光面微元的发光强度和垂直于给定视线方向的微元的投影面积之比。◎由于物体表面亮度在各个方向不一定相同，因此常在亮度符号的右下角注明角度，它表示与表面法线成α角方向上的亮度◎单位：尼特(nt)、熙提(sb)1nt=1cd/m2，1sb=1cd/cm2=104nt第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用§基本光度单位•亮度(luminance，L）◎物理亮度与表观亮度第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用§基本光度单位•亮度(luminance，L）◎物理亮度与表观亮度图中，三角形1和三角形2物理亮度相同，但看上去三角形1比2亮。亮度反映了物体表面的物理特征，而我们主观所感受到的物体明亮程度，除了与物体表面亮度有关外，还与我们所处环境的明暗程度有关。第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用§基本光度单位•亮度(luminance，L）◎照度与亮度的关系：第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用亮度和照度有何区别？照了不一定亮！照度相同吸光材料，亮度低反光材料，亮度高照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系。§基本光度单位•亮度(luminance，L）◎照度与亮度的关系：立体角投影定律它表示某一亮度为Lα的发光表面在被照面上形成的照度值的大小，并且等于这一发光表面的亮度Lα与该发光表面在被照点上形成的立体角Ω的投影（Ωcosi）的乘积第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用i注：α——辐射角，是光源法线与视线夹角i——被照面法线与视线夹角§基本光度单位•基本光度单位之间的关系第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.2基本光度单位和应用§光的反射、吸收和透射•材料的反射、吸收、透射系数在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、透射现象。第2.1章建筑光学的基本知识■2.1.3材料的光学性质τ=++τ§光的反射、吸收和透射比•能量守恒定律：•材料可分为两类：一类属于定向的，即光线经过反射和透射、后分布的立体