光照度計(jì)算公式

1、13-1 13-1 基本光度單位及應(yīng)用基本光度單位及應(yīng)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(xué)性質(zhì)材料的光學(xué)性質(zhì) 光的性質(zhì)：光的性質(zhì)： l可見光：可見光：波長(zhǎng)在波長(zhǎng)在 380 760nm 之間的電磁波輻射。之間的電磁波輻射。 l不同波長(zhǎng)的光在視覺上形成不同的顏色。不同波長(zhǎng)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(zhǎng)的電一般光源發(fā)出的光往往是由不同波長(zhǎng)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：?jiǎn)紊猓翰ㄩL(zhǎng)單一的光，稱為單色光。波長(zhǎng)單一的光，稱為單色光。 3 13-1 基本光度單

2、位及應(yīng)用基本光度單位及應(yīng)用 一、光通量一、光通量 二、發(fā)光強(qiáng)度二、發(fā)光強(qiáng)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(guó)際約定的人眼視覺特：是按照國(guó)際約定的人眼視覺特 性評(píng)價(jià)的輻射能通量（輻射功率）。用性評(píng)價(jià)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（ ）。）。 F lm 5 l光譜光效應(yīng)函數(shù)光譜光效應(yīng)函數(shù) V ： 描描 述人眼對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的視述人眼對(duì)不同波長(zhǎng)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(yīng)函數(shù)明視覺光譜光效應(yīng)函數(shù)：將：將 黃綠光黃綠光 =555=555nmnm

3、的感覺量定為的感覺量定為1 1， 其余波長(zhǎng)光的感覺量都小于其余波長(zhǎng)光的感覺量都小于1 1， 如圖中的實(shí)線；如圖中的實(shí)線； 暗視覺光譜光效應(yīng)函數(shù)暗視覺光譜光效應(yīng)函數(shù)：以：以 的藍(lán)綠光的藍(lán)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(jì)算公式：光通量的計(jì)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： )( 21 PVFFF 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為 的輻射通量的輻射通量 l單位換算：?jiǎn)挝粨Q算： 1光瓦等于輻射通量為光瓦等于輻射通量為1W，波長(zhǎng)波長(zhǎng) 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

4、。 光瓦單位太大，常用另一較小單位流明（光瓦單位太大，常用另一較小單位流明（ ）。）。 nm555 lm lm6831光瓦 二、二、發(fā)光強(qiáng)度：發(fā)光強(qiáng)度： l發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)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(jì)算：當(dāng)點(diǎn)光源在某一方向上的無公式計(jì)算：當(dāng)點(diǎn)光源在某一方向上的無 限小立體角限小立體角 內(nèi)發(fā)出的光通量為內(nèi)發(fā)出的光通量為 時(shí)，則該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為時(shí)，則該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為 ddF d dF I l發(fā)光強(qiáng)度的單位：發(fā)光強(qiáng)度的單位：坎德拉坎德拉（C

5、andelaCandela），），符號(hào)符號(hào) 。 立體角的單位：立體角的單位：球面度球面度，符號(hào)，符號(hào) 。 sr lm cd 1 1 1 cd sr 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(qiáng)度為：則這一方向的發(fā)光強(qiáng)度為： r lm 2 r s F I 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(jì)

6、算公式：計(jì)算公式： 設(shè)被照面無限小面積設(shè)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(diǎn)處的照度為：則該點(diǎn)處的照度為： 當(dāng)光通量當(dāng)光通量 均勻分布在被照面均勻分布在被照面 上時(shí)，則此時(shí)上時(shí)，則此時(shí) 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 dS dF E S F E dSdF F S )( xl 2 1 1 1 m lm lx 四、亮度：四、亮度： l物體在視線方向上的發(fā)光強(qiáng)度越大，投影面積越小，就物體在視線方向上的發(fā)光強(qiáng)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(yáng)亮度太陽(yáng)亮度20

7、萬萬sb，藍(lán)天藍(lán)天0.22.0sb，白熾燈燈絲亮度白熾燈燈絲亮度 300500sb。 11 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(duì)光的感受由大腦中產(chǎn)生的感覺。：指人眼通過對(duì)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(yáng)或燈）發(fā)出光輻射；光源（太陽(yáng)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(dāng)于形成二次光源；異，相當(dāng)于形成二次光源； 二次光源發(fā)出不同強(qiáng)度、顏色的信號(hào)

8、進(jìn)入人眼瞳二次光源發(fā)出不同強(qiáng)度、顏色的信號(hào)進(jìn)入人眼瞳 孔，借助眼球調(diào)節(jié)，在視網(wǎng)膜上成像；孔，借助眼球調(diào)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(hào)，視網(wǎng)膜上接受的光刺激（即物象）變?yōu)槊}沖信號(hào)， 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(shí)驗(yàn)表明人眼能感覺到

9、物體存在一個(gè)最低亮度實(shí)驗(yàn)表明人眼能感覺到物體存在一個(gè)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(huì)因輻射，超過這一數(shù)值，視網(wǎng)膜就會(huì)因輻射 過強(qiáng)而受到損傷。過強(qiáng)而受到損傷。 sb 9 10 sb100 三、視野三、視野 l視野視野：指當(dāng)頭和眼睛不動(dòng)時(shí)：指當(dāng)頭和眼睛不動(dòng)時(shí) 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(nèi)物體能在視網(wǎng)膜

10、中心成像，清晰度內(nèi)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(biāo)偏離中心視野以外觀看時(shí)，叫目標(biāo)偏離中心視野以外觀看時(shí)，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)境的清晰度也較好。 0 130 0 180 0 120 00 51 0 30 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(rèn)視覺器官辨認(rèn) 目標(biāo)或細(xì)節(jié)的敏銳程度。目標(biāo)或細(xì)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?xì)節(jié)的大?。?duì)眼睛形成：物體大小

11、（或其中某細(xì)節(jié)的大?。?duì)眼睛形成 的張角。如圖的張角。如圖13-913-9。 視角計(jì)算式視角計(jì)算式 較小時(shí)的近似式較小時(shí)的近似式 min 1 V l d arctg 1 l d 通常用通常用“分分”表示視角大?。罕硎疽暯谴笮。?l d l d 344060 180 l眼分辨細(xì)節(jié)的能力主要是中心眼分辨細(xì)節(jié)的能力主要是中心 視野的功能。醫(yī)學(xué)上常用蘭道視野的功能。醫(yī)學(xué)上常用蘭道 爾環(huán)或爾環(huán)或“ E ”型視標(biāo)檢驗(yàn)人的型視標(biāo)檢驗(yàn)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(duì)比、細(xì)節(jié)呈現(xiàn)時(shí)間、眼睛視覺敏銳度隨背景亮度、亮度對(duì)比、細(xì)節(jié)呈現(xiàn)時(shí)間、眼睛 的適應(yīng)狀況等因素而變化

12、。的適應(yīng)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(duì)：指亮度過高或亮度對(duì) 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(duì)視力影響不同位置的眩光對(duì)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

13、損失，稱反射眩光。起視覺功能的損失，稱反射眩光。 18 13-3 材料的光學(xué)性質(zhì)材料的光學(xué)性質(zhì) 一、定向反射和透射一、定向反射和透射 二、擴(kuò)散反射和透射二、擴(kuò)散反射和透射 （一）均勻擴(kuò)散材料（一）均勻擴(kuò)散材料 （二）定向擴(kuò)散材料（二）定向擴(kuò)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 FFFF 1 F F F F F F F F F F F F 表表13-1

14、13-1， 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(shè)計(jì)時(shí)參考設(shè)計(jì)時(shí)參考 使用。使用。 l為作好采光和照明設(shè)計(jì)，還需了解光通量經(jīng)介質(zhì)為作好采光和照明設(shè)計(jì)，還需了解光通量經(jīng)介質(zhì) 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 料均可分為兩類：一類是定向的；一類是擴(kuò)散的。料均可分為兩類：一類是定向的；一類是擴(kuò)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(kuò)散類材

15、料的反射和透射體角沒有變；而光線經(jīng)擴(kuò)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(duì)明材料上，出現(xiàn)定向反射。人眼通過對(duì) 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(diǎn)：（如圖）特點(diǎn)：（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(diǎn)將光滑表面放在合適利用

16、這種特點(diǎn)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)。或避免光源在視線中出現(xiàn)。 a a a 24 25 l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(nèi)產(chǎn)向保持不變，只在材料內(nèi)產(chǎn) 生微小的折射；生微小的折射； 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(kuò)散反射和透射二、擴(kuò)散反

17、射和透射 l半透明材料使入射光線發(fā)生擴(kuò)散透半透明材料使入射光線發(fā)生擴(kuò)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(kuò)散反射。擴(kuò)散反射。 l據(jù)對(duì)光的擴(kuò)散狀況，可將材料分為均勻據(jù)對(duì)光的擴(kuò)散狀況，可將材料分為均勻 擴(kuò)散和定向擴(kuò)散兩類。擴(kuò)散和定向擴(kuò)散兩類。 l均勻擴(kuò)散材料將入射光線均勻擴(kuò)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，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(qiáng)度分布如圖發(fā)光強(qiáng)度分布如圖13-1513-15。 l某些材料同時(shí)具有定

18、向和擴(kuò)散兩某些材料同時(shí)具有定向和擴(kuò)散兩 種性質(zhì)。在其定向反射（透射）種性質(zhì)。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(qiáng)度分布。和發(fā)光強(qiáng)度分布。 l這時(shí)在反射方向可看到光源的大這時(shí)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(kuò)樣清晰，而在其它方向又類似擴(kuò) 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。 30 顏色顏色 顏色顏色波長(zhǎng)波長(zhǎng)nm 紅紅640750 橙橙600640 黃黃550600 藍(lán)藍(lán)480550 綠綠450480 紫紫400450 31 顏色分類顏色分類 l色調(diào)（色相）：色調(diào)（色相）：?jiǎn)紊庠诎咨尘吧铣尸F(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(duì)明暗的特性。亮度、反射比顏色相對(duì)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 32 顏色混合顏色混合 l三原色：紅（三原色：紅（700nm）、）、綠（綠（546.1nm）、）、藍(lán)藍(lán) （435.8nm） l混合規(guī)律：混合規(guī)律： l1、互補(bǔ)色，黃、互補(bǔ)色，黃+藍(lán)、紅藍(lán)、紅+青、綠青、綠+品紅