建筑物理光學(xué)-建筑光學(xué)基本知識(shí)

河北工程大學(xué)建筑學(xué)院

孫鳳明2/3/20231第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)第二篇建筑光學(xué)建筑光學(xué)基本知識(shí)天然采光建筑照明2/3/20232第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)序言人類的生活時(shí)時(shí)刻刻離不開(kāi)光。光輻射引起人的視覺(jué)，人才能看清他周圍的環(huán)境；人從外界獲得的信息約有80%來(lái)自光和視覺(jué)。所以，無(wú)論是白天還是晚間，舒適的光環(huán)境對(duì)任何人都是至關(guān)重要的。2/3/20233第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)一、光環(huán)境光環(huán)境（Luminousenvironment）的內(nèi)涵很廣，它指的是由光（照度水平和分布，照明的形式和顏色）與顏色（色調(diào)，色飽和度，室內(nèi)顏色分布，顏色顯現(xiàn)）在室內(nèi)建立的同房間形狀有關(guān)的生理和心理環(huán)境。2/3/20234第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)二、光環(huán)境設(shè)計(jì)運(yùn)用學(xué)科光環(huán)境設(shè)計(jì)要運(yùn)用很多學(xué)科的基礎(chǔ)理論，例如建筑學(xué)、物理學(xué)（包括光學(xué)、光度學(xué)、色度學(xué)）、生理學(xué)、心理學(xué)、人類工效學(xué)、美學(xué)等等。2/3/20235第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)三、本課重點(diǎn)本課程將著重講解有關(guān)的概念和理論，以期同學(xué)們對(duì)光環(huán)境的設(shè)計(jì)原理有正確的理解。此外，對(duì)照明設(shè)備、控光材料、照明形式、計(jì)算方法、測(cè)光技術(shù)等實(shí)用的知識(shí)和資料也將作較全面的介紹，并通過(guò)實(shí)例分析，力求使大家掌握光環(huán)境設(shè)計(jì)的方法和技巧?？紤]到建筑學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)，復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析將略去。2/3/20236第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)第一節(jié)眼睛與視覺(jué)第二節(jié)基本光度單位及應(yīng)用第三節(jié)材料的光學(xué)性質(zhì)第四節(jié)視度及其影響因素第五節(jié)顏色2/3/20237第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)光是以電磁波形式傳播的輻射能。電磁輻射的波長(zhǎng)范圍很廣。只有波長(zhǎng)在380nm至780nm的這部分輻射才能引起光視覺(jué)，稱為可見(jiàn)光（簡(jiǎn)稱光），見(jiàn)圖7－0所示。波長(zhǎng)短于380nm的是紫外線、x射線、γ射線、宇宙線；長(zhǎng)于780nm的有紅外線、無(wú)線電波等等。2/3/20238第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－0太陽(yáng)輻射的電磁波2/3/20239第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)第一節(jié)眼睛與視覺(jué)眼睛視覺(jué)視野顏色感覺(jué)光譜光效率2/3/202310第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)一、眼睛人們的視覺(jué)感覺(jué)是通過(guò)眼睛來(lái)完成的，所以我們應(yīng)對(duì)眼睛的視看過(guò)程有一粗略的了解。眼睛好似一個(gè)很精密的光學(xué)儀器，它在很多方面都與照相機(jī)相似。圖7－1是人的右眼剖面圖。2/3/202311第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)（3）視網(wǎng)膜光線經(jīng)過(guò)瞳孔、水晶體在視網(wǎng)膜上聚焦成清晰的影像。視網(wǎng)膜是眼睛的視覺(jué)感受部分，類似照相機(jī)中的膠卷。視網(wǎng)膜上布滿了感光細(xì)胞－－錐狀和桿狀感光細(xì)胞。光線射到它們上面就產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，傳輸至視神經(jīng)，再傳至大腦產(chǎn)生視覺(jué)感覺(jué)。圖7－1右眼剖面圖從圖中可看到眼睛的主要組成部分，其功能如下：（1）瞳孔虹膜中央的圓形孔，它可根據(jù)環(huán)境的明暗程度，自動(dòng)調(diào)節(jié)其孔徑，以控制進(jìn)入眼睛的光能數(shù)量。起照相機(jī)中光圈的作用。（2）水晶體為一扁球形的彈性透明體，它受睫狀肌收縮或放松的控制，使其形狀改變，從而改變其屈光度，使遠(yuǎn)近不同的外界景物都能在視網(wǎng)膜上成清晰的影像。它起照相機(jī)的透鏡的作用，不過(guò)水晶體具有自動(dòng)聚焦功能。（4）感光細(xì)胞它們處在視網(wǎng)膜最外層上，接受光刺激，并轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動(dòng)。兩種感光細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布是不均勻的：錐狀細(xì)胞主要集中在視網(wǎng)膜的中央部位，稱為“黃斑”的黃色區(qū)域。黃斑區(qū)的中心有一小凹，稱“中央窩”；在這里錐狀細(xì)胞密度達(dá)到最大；在黃斑區(qū)以外,錐狀細(xì)胞的密度急劇下降。與此相反，在中央窩處幾乎沒(méi)有桿狀細(xì)胞，自中央窩向外，其密度迅速增加，在離中央窩20附近密度達(dá)到最大，然后又逐漸減少。感光細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布情況見(jiàn)圖7－2。2/3/202312第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－2二中感光細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布情況2/3/202313第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)桿狀細(xì)胞對(duì)于光非常敏感，但是不能分辨顏色。在眼睛能夠感光的亮度閾限（約為10－6cd／m2）到0.03cd/m2左右的亮度水平，主要是桿作細(xì)胞起作用，稱為暗視覺(jué)。在暗視覺(jué)條件下，景物看起來(lái)總是模糊不清、灰茫茫一片。2/3/202314第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)錐狀細(xì)胞對(duì)于光不甚敏感，在亮度高于3cd/m2的水平時(shí)，錐狀細(xì)胞才充分發(fā)揮作用，這時(shí)稱為明視覺(jué)。錐狀細(xì)胞有辨認(rèn)細(xì)節(jié)和分辨顏色的能力，這種能力隨亮度增高而達(dá)到最大。所有的室內(nèi)照明，都是按明視覺(jué)條件設(shè)計(jì)的。當(dāng)適應(yīng)亮度處在0.03～3cd/m2之間時(shí)，眼睛處于明視覺(jué)和暗視覺(jué)的中間狀態(tài)，稱為中間視覺(jué)。一般道路照明的亮度水平，相當(dāng)于中間視覺(jué)的條件。2/3/202315第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)二、視覺(jué)視覺(jué)形成的過(guò)程可分解為四個(gè)階段；1．光源（太陽(yáng)或燈）發(fā)出光輻射；2．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；2/3/202316第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)3．二次光源發(fā)出不同強(qiáng)度、顏色的光信號(hào)進(jìn)入人眼瞳孔，借助眼球調(diào)視，在視網(wǎng)膜上成象；4．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(guò)大腦的解釋、分析、判斷而產(chǎn)生視覺(jué)。2/3/202317第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)三、視野當(dāng)頭和眼睛不動(dòng)時(shí)，人眼能察覺(jué)到的空間范圍叫視野（圖7－3）。單眼的綜合視野（單眼視野），在垂直方向的角度約130°，水平方向約180°。2/3/202318第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7-3視野范圍2/3/202319第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)兩眼同時(shí)能看到的視野（雙眼視野）較小一些，約占總視野中120°的范圍。視線周圍1～1.5°內(nèi)的物體能在視網(wǎng)膜中心凹成象，清晰度最高，這部分叫中心視野；目標(biāo)偏離中心視野以外觀看時(shí)，叫周圍視野。視線周圍30°的視覺(jué)環(huán)境，清晰度也比較好。2/3/202320第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)四、顏色感覺(jué)不同波長(zhǎng)的光在視覺(jué)上形成不同的顏色例如700nm的光呈紅色，580nm呈黃色，470nm呈藍(lán)色。見(jiàn)下表。2/3/202321第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)光譜顏色中心波長(zhǎng)及范圍2/3/202322第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)2/3/202323第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)單色光與復(fù)色光單一波長(zhǎng)的光呈現(xiàn)一種顏色，稱為單色光。日光和燈光都是由不同波長(zhǎng)的光混合而成的復(fù)色光，它們呈白色或其他顏色。2/3/202324第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)將復(fù)色光中各種波長(zhǎng)輻射的相對(duì)功率量值按對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)排列聯(lián)結(jié)起來(lái)，就形成該復(fù)色光的光譜功率分布曲線，它是光源的一個(gè)重要物理參數(shù)。光源的光譜組成不但影響光源的表觀顏色，而且決定被照物體的顯色效果。2/3/202325第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)五、光譜光效率人眼對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的視亮度感受性也不一樣，這是光在視覺(jué)上反映的另一特征。在光亮的環(huán)境中（適應(yīng)亮度>3cd/m2），輻射功率相等的單色光看起來(lái)以波長(zhǎng)555nm的黃綠光最明亮，并且明亮程度向波長(zhǎng)短的紫光和長(zhǎng)波的紅光方向遞減。2/3/202326第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)國(guó)際照明委員會(huì)(CIE）根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將視亮度感覺(jué)相等的波長(zhǎng)為m和兩個(gè)輻通量之比，定義為波長(zhǎng)的單色光的光譜光視效率（也稱視見(jiàn)函數(shù)），以V（）表示。m選在最大比值等于1處,即＝555時(shí)，V（）＝l，其他波長(zhǎng)V（）均小于1（見(jiàn)圖7－5）。這就是明視覺(jué)光譜光視效率。在較暗的環(huán)境中（適應(yīng)亮度＜0.03cd/m2時(shí)），人的視亮度感受性發(fā)生變化，以＝507nm的藍(lán)綠光最為敏感。按照這種特定光環(huán)境條件確定的V（）函數(shù)稱為暗視覺(jué)光譜光視效率（圖7－5）．2/3/202327第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－5光譜光視效率實(shí)線一明視覺(jué)；虛線一暗視覺(jué)2/3/202328第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)第二節(jié)基本光度單位及應(yīng)用光通量發(fā)光強(qiáng)度照度發(fā)光強(qiáng)度和照度的關(guān)系亮度照度和亮度的關(guān)系2/3/202329第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)一、光通量(luminousflux)(orF)光通量是按照國(guó)際約定的人眼視覺(jué)特性評(píng)價(jià)的輻射能通量（輻射功率）。根據(jù)這一定義，光通量可以由輻射通量及V()函數(shù)導(dǎo)出：=Km∫e，V()dlm2/3/202330第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)式中：V()——

CIE標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者明視覺(jué)光譜光視效率；——光通量，lm；e，

——波長(zhǎng)為的單色輻射能通量，W；Km

——最大光譜光視效能，lm/W。2/3/202331第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)光視效能K是描述光和輻射之間關(guān)系的量，它是與單位輻射通量相當(dāng)?shù)墓馔浚↘＝Φv/Φe

）。但是，K值是隨光的波長(zhǎng)而變化的，K（)的最大值在Km＝555nm處。根據(jù)一些國(guó)家權(quán)威實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果，1977年國(guó)際計(jì)量委員會(huì)決定采用Km＝683lm／W。2/3/202332第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)光通量的單位是流明，符號(hào)為lm。在國(guó)際單位制和我國(guó)規(guī)定的計(jì)量單位中，它是一個(gè)導(dǎo)出單位。l流明是發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉的均勻點(diǎn)光源在1球面度立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。2/3/202333第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)在照明工程中，常用光通量表示一光源發(fā)出光能的多少，它是光源的一個(gè)基本參數(shù)。例如，一只40W白熾燈發(fā)出350lm的光通量；一只40W熒光燈發(fā)出2200lm的光通量，比白熾燈多5倍多。2/3/202334第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例1】已知低壓鈉燈發(fā)出波長(zhǎng)為589nm的單色光，設(shè)其輻射通量為10.3W,試計(jì)算它發(fā)出的光通量?！窘狻繌墓庾V光效率曲線明視覺(jué)（實(shí)線）中可查出，對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)589nm的V（）＝0.78，則該單色光源發(fā)出的光通量為：589＝683×10.3×0.78＝5487lm2/3/202335第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例2】已知500W汞燈的各單色輻射通量值見(jiàn)下表，試計(jì)算其光通量?！窘狻?00W汞燈發(fā)出的各波長(zhǎng)的波長(zhǎng)值列于下表中第一欄，相應(yīng)的單色輻射通量列于表中第二欄。從光譜光效率曲線V()圖中查出其相對(duì)光譜光效率值,分別列于表中第三欄的各行。將二、三欄數(shù)值代入計(jì)算，即得各單色光通量值，列于第四欄。最后將其總和，得光通量為15611lm。2/3/202336第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例2】的計(jì)算表波長(zhǎng)λ（nm）單色輻射通量Φeλ(W)相對(duì)光譜光效率V(λ)Φλ(lm)3652.2

4064.00.00071.94368.40.0180103.354611.50.98407728.857812.80.88907772.06910.90.00764.7總計(jì)39.8

15610.72/3/202337第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)二、發(fā)光強(qiáng)度

(luminousintensity)點(diǎn)光源在給定方向的發(fā)光強(qiáng)度，是光源在這一方向上立體角元內(nèi)發(fā)射的光通量與該立體角元之商。符號(hào)為I。I＝d/dcd2/3/202338第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)如果在有限立體角對(duì)內(nèi)傳播的光通量是均勻分布的，上式可寫成:I＝/cd式中的為立體角。其概念在圖7－6中說(shuō)明。2/3/202339第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)以任一錐體頂點(diǎn)O為球心，任意長(zhǎng)度r為半徑作一球面，被錐體截取的一部分球面面積為S，則此錐體限定的立體角為：＝S/r2立體角的單位是球面度（符號(hào)Sr）。當(dāng)S＝r2，＝1Sr。因?yàn)榍虻谋砻娣e為4r2，所以立體角的最大數(shù)值為4球面度。圖7－6立體角定義2/3/202340第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)發(fā)光強(qiáng)度的單位是坎德拉(Candela），符號(hào)cd。在數(shù)量上1坎德拉等于1流明每球面度（1cd=1lm／Sr)?？驳吕俏覈?guó)法定單位制與國(guó)際SI制的基本單位之一，其他光度量單位都是由坎德拉導(dǎo)出的，坎德拉定義如下：“一個(gè)光源發(fā)出頻率為540×1012Hz的單色輻射，若在一定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683W／Sr，則光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為lcd”。圖7－7發(fā)光強(qiáng)度的概念2/3/202341第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)發(fā)光強(qiáng)度常用于說(shuō)明光源和照明燈具發(fā)出的光通量在空間各方向或在選定方向上的分布密度。例如，一只40瓦白熾燈泡發(fā)出350流明光通量，它的平均光強(qiáng)為350/4=28cd。在裸燈泡上面裝一盞白色搪瓷平盤燈罩，燈的正下方發(fā)光強(qiáng)度能提高到70～80cd。在后一種情況下，燈泡發(fā)出的光通量并沒(méi)有變化，只是光通量在空間的分布更為集中了。2/3/202342第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)三、照度(illuminance)照度是受照平面上接受的光通量的面密度，符號(hào)為E。若照射到表面一點(diǎn)面元上的光通量為d，該面元的面積為dA，則E＝d/dA當(dāng)光通量均勻分別在被照表面A上時(shí)，則此被照面的照度為：E＝/A2/3/202343第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)照度的單位是勒克斯，符號(hào)lx。1勒克斯等于1流明的光通量均勻分布在1平方米表面上所產(chǎn)生的照度，即1lx＝1lm／m2勒克斯是一個(gè)較小的單位，例如：夏季中午日光下，地平面上照度可達(dá)105lx；在裝有40瓦白熾燈的書(shū)寫臺(tái)燈下看書(shū)，桌面照度平均為200～300lx；月光下的照度只有幾個(gè)1x。2/3/202344第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)照度可以直接相加．如果房間里有4盞燈，它們對(duì)桌面上A點(diǎn)的照度分別為El、E2、E3、E4則A點(diǎn)總照度等于各個(gè)照度值之和，寫成通用的表達(dá)式就是E=Eilx（1—3）2/3/202345第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)四、發(fā)光強(qiáng)度和照度的關(guān)系一個(gè)點(diǎn)光源在被照面上形成的照度，可以從發(fā)光強(qiáng)度和照度這兩個(gè)基本量之間的關(guān)系求出。圖7－8表示表面A1、A2、A3距點(diǎn)光源O的距離分別為r、2r、3r，它們?cè)邳c(diǎn)光源處形成的立體角相同，則表面A1、A2、A3的面積比為它們距光源的距離平方比，即1：4：9。2/3/202346第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)r2r3rOA1A2A3圖7－8點(diǎn)光源形成照度的概念2/3/202347第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)設(shè)光源O在這三個(gè)表面方向的發(fā)光強(qiáng)度不變，即單位立體角的光通量不變，則落在這三個(gè)表面的光通量相同，由于它們的面積不同，故落在其上的光通量密度也不同，即照度是隨它們的面積而變，由此可推出發(fā)光強(qiáng)度和照度的一般關(guān)系。由于表面的照度為E＝/A。而＝I(其中＝A/r2),將其代入，則得：E＝I/r22/3/202348第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)上式表明，某表面的照度與點(diǎn)光源在這方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比，與它至光源距離的平方成反比。這就是計(jì)算點(diǎn)光源產(chǎn)生照度的基本公式，稱為距離平方反比定律。以上所講的是指光線垂直入射到被照表面，即入射角α為0的情況。當(dāng)入射角α不等于0，如圖7－9示的情況。這時(shí)，表面A1的法線與入射光線成α角，而表面A2的法線與光線重合，這樣表面A1和表面A2間的夾角為α。則2/3/202349第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)αA1A2圖7－9不同平面上形成的照度2/3/202350第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)A1＝A2/cosα而A1和A2所接受的光通量相同，它們?cè)邳c(diǎn)光源處形成的立體角相同，則可改寫為：E＝Icosα/r2這就是表述點(diǎn)光源在任何表面上形成的照度普遍公式。2/3/202351第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例3】如圖所示，在繪圖桌上方懸掛了一個(gè)40W的白熾燈，求燈下桌面點(diǎn)1和點(diǎn)2處照度。圖7－10點(diǎn)光源在繪圖桌上的照度2/3/202352第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【解】設(shè)該白熾燈下方的發(fā)光強(qiáng)度為30cd（視為點(diǎn)光源時(shí)350÷4π＝27.9cd），按式

E＝Icosα/r2E1＝Icosα/r12＝30×cos30o/22＝6.5lxE2＝Icos0o/r22＝30×1/(r1cos30o)2＝10lx同樣的方法計(jì)算書(shū)上的例題7－3。2/3/202353第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)五、亮度(luminance)光源或受照物體反射的光線進(jìn)入眼睛，在視網(wǎng)膜上成象，使我們能夠識(shí)別它的形狀和陰暗。視覺(jué)上的明暗知覺(jué)取決于進(jìn)入眼睛的光通量在視網(wǎng)膜物象上的密度——物象的照度。這說(shuō)明，確定物體的陰暗要考慮兩個(gè)因素：2/3/202354第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)①物體（光源或受照體）在指定方向上的投影面積——這決定物象的大??；②物體在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度——這決定物象上的光通量密度。根據(jù)這兩個(gè)條件，我們可以建立一個(gè)新的光度量——亮度。2/3/202355第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)應(yīng)當(dāng)注意，光亮度常常是各方向不同，所以在談到一點(diǎn)或一個(gè)有限表面的光亮度時(shí)需要指明方向。光亮度是一單元表面在某一方向上的光強(qiáng)密度。它等于該方向上的發(fā)光強(qiáng)度與此面元在這個(gè)方向上的投影面積之商，以符號(hào)L表示。cd/m22/3/202356第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－11亮度概念2/3/202357第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)上面定義的光亮度是一個(gè)物理量，它與視覺(jué)上對(duì)明暗的直觀感受還有一定的區(qū)別。例如在白天和夜間看同一盞交通信號(hào)燈時(shí)，感覺(jué)夜晚燈的亮度高得多。這是因?yàn)檠劬m應(yīng)了晚間相當(dāng)?shù)偷沫h(huán)境亮度的緣故。實(shí)際上，信號(hào)燈的光亮度并沒(méi)有變化。由于眼睛適應(yīng)環(huán)境亮度，物體明暗在視覺(jué)上的直觀感受就可能比它的物理光亮度高一些或低一些。2/3/202358第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)我們把直觀看去一個(gè)物體表面發(fā)光的屬性稱為“表觀亮度”（Brightness或Luminosity），這是一個(gè)心理量，沒(méi)有量綱。它與“光亮度”這一物理量有一定的相關(guān)關(guān)系。下圖是通過(guò)大量主觀評(píng)價(jià)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理出來(lái)的亮度感覺(jué)曲線。2/3/202359第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－12物理亮度與表觀亮度的關(guān)系2/3/202360第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)光亮度簡(jiǎn)稱亮度。它的法定單位是坎德拉每平方米（cd/m2）。在照明工程應(yīng)用中，亮度的單位繁多，常用單位與lcd/m2的換算關(guān)系如下：l尼特（nt）＝lcd/m2l阿熙提（asb)＝1/cd/m21熙提（sb）＝104cd/m2l朗伯（L）＝104/cd/m2l英尺朗伯（fL）＝3．426cd/m2太陽(yáng)的亮度達(dá)2×109cd/m2，白熾燈絲的亮度約為(300～500)×104cd/m2，而普通熒光燈的亮度只有(0.1～0.2)×104cd/m2。2/3/202361第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例4】已知40W熒光燈管的長(zhǎng)度為1.15m，燈管直徑為32mm，它發(fā)出2200lm的光通量，求燈管的表面亮度?！窘狻吭O(shè)燈管的表面亮度是均勻的，根據(jù)燈管的尺寸求出其表面積為：A＝πDL=3.14159×0.032×1.15=0.1156由于：I=Φ/Ω＝2200/4π=175(cd)代入公式得：2/3/202362第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例5】已知200W白熾燈發(fā)出2920lm的光通量，如外加一個(gè)直徑為250mm的乳白玻璃球形燈罩，設(shè)乳白玻璃的透光系數(shù)為0.6，求燈罩的表面亮度。【解】設(shè)燈罩的表面亮度是均勻的，根據(jù)燈罩的尺寸求出其表面積為：A＝πD2＝3.14159×0.252＝0.19635(m2)由于：I=Φ/Ω＝2920×0.6/4π=139.4(cd)代入公式得：2/3/202363第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例6】如圖7－13，一長(zhǎng)條形嵌入式燈具的發(fā)光面積為0.25×1.25m2，在45o方向上的發(fā)光強(qiáng)度I45o＝600cd，求該方向上的亮度?！窘狻扛鶕?jù)亮度的定義0.25m45oI45o圖7－13例題6圖代入公式2/3/202364第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)即該燈具按45o方向上的亮度為273cd/m2。2/3/202365第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)六、照度和亮度的關(guān)系照度和亮度的關(guān)系是指光源亮度和它所形成的照度間的關(guān)系。2/3/202366第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)如圖所示，設(shè)A為各方向亮度都相同的發(fā)光面，在它表面上取一微元面積dA。由于dA的尺寸和它距離被照面間的距離r相比，顯得很小，故可視為點(diǎn)光源。這樣，它在被照面上的P點(diǎn)處形成的照度為：dE＝Iαcosθ/r2(a)圖7－14照度和亮度的關(guān)系A(chǔ)dArIαcosθA2PθαAcosα2/3/202367第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)由亮度和發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系可得出：Iα＝LαdAcosα(b)將式(b)代入式(a)得出：dE＝Lα(dAcosαcosθ)/r2(c)式中（dAcosα）/r2是以P為頂點(diǎn)，由dA所張的立體角d，故式（c）可寫成：dE＝Lαdcosθ2/3/202368第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)整個(gè)發(fā)光面A在P點(diǎn)形成的照度為：E＝Lαdcosθ因光源在各方向的亮度相同，則：E＝Lαcosθ這就是常用的立體角投影定律。它表示某一亮度為L(zhǎng)α的發(fā)光表面在被照面上形成的照度，是這一發(fā)光表面的亮度Lα與該發(fā)光面在被照點(diǎn)上形成的立體角在被照面的投影(cosθ)的乘積。2/3/202369第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)這一定律表明：某一發(fā)光表面在被照面上形成的照度，僅和發(fā)光表面的亮度及其在被照面上形成的立體角有關(guān)，而和該發(fā)光表面面積的絕對(duì)值無(wú)關(guān)。在圖中A和Acosα的面積不同，但由于它們?cè)诒徽彰嫔闲纬傻牧Ⅲw角的投影線條，只要它們?cè)诒徽彰娣较虻牧炼认嗤?，那么，它們?cè)诒徽彰嫔闲纬傻恼斩染褪且粯拥?。立體角投影定律適用于光源尺寸相對(duì)于它與被照點(diǎn)距離較大時(shí)。2/3/202370第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例7】在側(cè)墻和屋頂上各有一個(gè)1m2的窗洞，它們與室內(nèi)桌子的相對(duì)位置見(jiàn)圖，設(shè)通過(guò)窗洞看見(jiàn)的天空亮度為1sb，試分別求出各窗洞在桌面上計(jì)算點(diǎn)P形成的照度（設(shè)桌面與窗臺(tái)等高）。例7圖窗洞和計(jì)算點(diǎn)位置及尺寸2/3/202371第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【解】窗洞可視為一發(fā)光表面，其亮度等于透過(guò)窗洞看見(jiàn)的天空亮度，在本例題中天空亮度為1sb，即104cd/m2。按立體角投影定律：E＝Lαcosθ按側(cè)窗和天窗分別計(jì)算出它們?cè)谟?jì)算點(diǎn)P上的照度側(cè)窗時(shí)：＝1×cosα/r22/3/202372第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)天窗時(shí)：2/3/202373第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例8】已知某客廳的面積為4.4m×5.6m＝24.64m2，該廳天花高為2.6m，正中裝有面積為1m×1.5m＝1.5m2、亮度為1×103cd/m2的槽燈，試求槽燈的正下方及四個(gè)墻角處的照度?！窘狻浚焊鶕?jù)題意，本題只需求出客廳地面正中以及任意一墻角處的照度即可，其尺寸如圖所示。2/3/202374第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)例8圖2/3/202375第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)按立體角投影定律分別計(jì)算如下：（1）計(jì)算客廳正中點(diǎn)B的照度，該點(diǎn)離發(fā)光面中心點(diǎn)為2.6m，又由于它正對(duì)著發(fā)光面，因此α＝0，θ＝0，所以：2/3/202376第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)(2)計(jì)算客廳墻角處點(diǎn)C的照度，如圖所示，該點(diǎn)到發(fā)光面中心的距離為：由于被照面與發(fā)光面互相平行，所以α＝θ（如圖所示），下面計(jì)算cosθ值：2/3/202377第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)將各值代入立體角投影定律得墻角處的照度Ec為：2/3/202378第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)本例計(jì)算結(jié)果表明，地面正中點(diǎn)的照度與墻角的照度相差7倍多，就造成正中點(diǎn)的照度很高（222lx）而墻角的照度又很低（27lx），這是很不合理的。這里說(shuō)明照明設(shè)計(jì)中的一個(gè)很重要的問(wèn)題，就是進(jìn)行大房間的工作照明設(shè)計(jì)時(shí)必須合理增加燈數(shù)，從而使房間各處的照度保持均勻否則就是一個(gè)不好的工作照明設(shè)計(jì)。2/3/202379第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【例9】已知某房間的面積為4.4m×5.6m＝24.64m2，該廳天花高為2.8m，在左墻正中上方裝有面積為2m×0.5m＝1m2、亮度為0.12×104cd/m2的發(fā)光平面（如圖所示），又知該房間的工作面離地面0.8m。如不考慮天花板及其它各墻面的反射，試求房間正中處在工作面上的一點(diǎn)B的照度。2/3/202380第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)例9圖2/3/202381第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)【解】如圖所示，本題發(fā)光面的中心點(diǎn)A到地面的距離為2.55m，B點(diǎn)離地面高0.8m，A、B兩點(diǎn)的高度差為1.75m。按立體角投影定律分別計(jì)算如下：2/3/202382第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)將各值代入公式得房間正中處在工作面（水平面）上的一點(diǎn)B的照度：2/3/202383第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)第三節(jié)材料的光學(xué)性質(zhì)借助于材料表面反射的光或材料本身透過(guò)的光，人眼才能看見(jiàn)周圍環(huán)境中的人和物。也可以說(shuō)，光環(huán)境就是由各種反射與透射光的材料構(gòu)成的。光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，它在空氣中的傳播速度接近3×108米/秒（30萬(wàn)公里/秒）。2/3/202384第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)表1-2光速與折射指數(shù)介質(zhì)種類光速m/s折射指數(shù)真空2.997921081.00000空氣2.997041081.00293水2.249001081.33300玻璃1.982101081.512502/3/202385第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)光在介質(zhì)中的傳播光在傳播過(guò)程中遇到新的介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、透射與吸收現(xiàn)象。一部分光通量被介質(zhì)表面反射ρ，一部分透過(guò)介質(zhì)τ。余下的一部分則被介質(zhì)吸收α，根據(jù)能量守恒定律，入射光通量（i）應(yīng)等于上述三部分光通量之和：

i＝ρ＋τ＋α

lm（7－8）2/3/202386第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－15光的反射、透射和吸收2/3/202387第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)反射系數(shù)透射系數(shù)吸收系數(shù)將反射光通量與入射光通量之商，定義為反射比（反射系數(shù)），以表示：＝/i

透射光通量與入射光通量之商，定義為透射比（透射系數(shù)），以τ表示：

τ＝τ/i

被吸收的光通量與入射光通量之商，定義為吸收比（吸收系數(shù)），以表示：＝/i

＋τ＋＝12/3/202388第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)從照明角度來(lái)看，反射比或透射比高的材料才有使用價(jià)值。P139表7-2、表7-3列有照明工程常用材料的和τ可供比較參考．除了定量的分析以外，還要深入了解各種材料反射光或透射光的分布模式，以求在光環(huán)境設(shè)計(jì)中正確運(yùn)用每種材料的不同控光性能，獲得預(yù)期的照明效果。2/3/202389第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)一、反射輻射由一個(gè)表面返回，組成輻射的單色分量的頻率沒(méi)有變化，這種現(xiàn)象叫做反射。反射光的強(qiáng)弱與分布型式取決于材料表面的性質(zhì)，也同光的入射方向有關(guān)。例如，垂直入射到透明玻璃板上的光線約有8%的反射比；加大入射角度，反射比也隨之增大，最后會(huì)產(chǎn)生全反射。反射光的分布型式有規(guī)則反射與擴(kuò)散反射兩大類。擴(kuò)散反射又可細(xì)分為定向擴(kuò)散反射、漫反射、混合反射等。2/3/202390第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)1．規(guī)則反射2．定向擴(kuò)散反射3．漫反射4、混合反射2/3/202391第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)1．規(guī)則反射規(guī)則反射也叫鏡面反射，其特征是光線經(jīng)過(guò)反射之后仍按一定的方向傳播，立體角沒(méi)有變化。規(guī)則反射的規(guī)律為：①入射光線與反射光線以及反射表面的法線同處于一個(gè)平面內(nèi)；②入射光與反射光分居法線兩側(cè)，入射角等于反射角（圖7－16)。2/3/202392第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)2、定向擴(kuò)散反射擴(kuò)散反射保留了規(guī)則反射的某些特性，即在產(chǎn)生規(guī)則反射的方向上，反射光最強(qiáng)，但是反射光束被“擴(kuò)散”到較寬的范圍（圖7-16b），2/3/202393第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－16反射光的分布型式

a－規(guī)則反射；b－定向擴(kuò)散反射；

c－混合反射；d－均勻漫反射2/3/202394第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)3、漫反射漫反射的特點(diǎn)是反射光的分布與入射光方向無(wú)關(guān)，在宏觀上沒(méi)有規(guī)則反射，反射光不規(guī)則地分布在所有方向上。（圖7－16c）。2/3/202395第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)若反射光的光強(qiáng)分布與入射光的方向無(wú)關(guān)，而且正好是切于入射光線與反射表面交點(diǎn)的一個(gè)圓球，這種漫反射稱為均勻漫反射（圖7－17）。其反射光的最大發(fā)光強(qiáng)度在垂直于表面的法線方向，其余方向的光強(qiáng)同最大光強(qiáng)有以下關(guān)系：I＝Io·coscd2/3/202396第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)式中：I---反射光與表面法線夾角為方向的光強(qiáng)，cd；Io---反射光在反射表面法線方向的最大光強(qiáng)，cd。2/3/202397第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－17均勻漫反射材料的光強(qiáng)分布與亮度分布2/3/202398第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)4、混合反射多數(shù)的材料表面兼有規(guī)則反射和漫反射的特性，這稱為混合反射。光亮的搪瓷表面呈現(xiàn)漫反射與鏡面反射結(jié)合的特性。在漫反射表面涂一層薄的透明清漆，當(dāng)光入射角很小時(shí)，近似沒(méi)反射；入射角加大，約有5～15％的入射光為鏡面反射；入射角很大時(shí)，則完全是鏡面反射．2/3/202399第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)光線通過(guò)介質(zhì)，組成光線的單色分量頻率不變，這種現(xiàn)象稱為透射。玻璃、晶體、某些塑料、紡織品、水等都是透光材料，能透過(guò)大部分入射光。材料的透光性能不僅取決于它的分子結(jié)構(gòu)，還同它的厚度有關(guān)。非常厚的玻璃或水將是不透明的，而一張極薄的金屬膜或許是透光的，至少可以是半透光的。二、透射2/3/2023100第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)材料透射光的分布型式也可分為規(guī)則透射、定向擴(kuò)散透射、漫透射和混合透射四種（見(jiàn)圖7-18）。透明材料屬于規(guī)則透射，在入射光的背側(cè)，光源與物象清晰可見(jiàn)。磨砂玻璃為典型的定向擴(kuò)散透射，在背光的一側(cè)僅能看見(jiàn)光源模糊的影象。2/3/2023101第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)乳白玻璃具有均勻漫透射的特性，整個(gè)透光面亮度均勻，完全看不見(jiàn)背側(cè)的光源和物象，在透明玻璃上均勻地噴一層薄的白漆，其透光性能則近于混合透射。如將白熾燈放在這種玻璃的一側(cè)，由另一側(cè)看去，漫透射形成的表面亮度相當(dāng)均勻，同時(shí)燈絲的象也歷歷在目。2/3/2023102第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－18透射光的分布a－規(guī)則透射；b－定向擴(kuò)散透射；c－漫透射；d－均勻漫透射2/3/2023103第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－19均勻擴(kuò)散反射和透射圖7－20定向擴(kuò)散反射和透射2/3/2023104第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)三、折射光在透明介質(zhì)中傳播，當(dāng)從密度小的介質(zhì)進(jìn)入密度大的介質(zhì)時(shí)，光速減慢；反之，光速加快。由于光速的變化而造成光線方向的改變，這就是折射。光的折射規(guī)律是：①入射線、折射線與分界面的法線同處于一個(gè)平面內(nèi)，且分居于法線的兩側(cè)；②入射角正弦和折射角正弦的比值，對(duì)確定的兩種介質(zhì)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)常數(shù)。2/3/2023105第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)上式也可以寫成n1·sini＝n2·sin式中：n1——第一種介質(zhì)的折射率；n2——第二種介質(zhì)的折射率；i——入射角；

——折射角（見(jiàn)圖7－21）。2/3/2023106第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－21光的折射a－光通過(guò)平行表面的折射；b－光通過(guò)三角形棱鏡的折射2/3/2023107第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)由上式可以看出，光線通過(guò)兩種介質(zhì)的界面時(shí)，在折射率大的一側(cè)，光線與法線的夾角較小。利用折射能改變光線方向的原理制成的折光玻璃磚、各種棱鏡燈罩，能精確地控制光的分布。2/3/2023108第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)此外，當(dāng)一束白光通過(guò)折射棱鏡時(shí)，由于組成白光的單色光頻率不同，則因折射而分離成各種顏色，這稱為色散。有金屬鍍膜的磨光棱鏡玻璃燈飾部件。就是因?yàn)樯⒍尸F(xiàn)出五光十色，裝飾效果華麗奪目。（圖7-21b）2/3/2023109第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)第四節(jié)視度及其影響因素觀看物體的清除程度稱為視度，它受下列5個(gè)因素的影響：1、亮度閾限2、物體的相對(duì)尺寸3、對(duì)比4、識(shí)別時(shí)間5、避免眩光2/3/2023110第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)對(duì)于在眼中長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)的大目標(biāo)，視覺(jué)閾限亮度為10-6cd／m2。在呈現(xiàn)時(shí)間少于0.1秒，視角不超過(guò)1°的條件下，其視覺(jué)閾限值遵守里科定律，即亮度×面積＝常數(shù)。也遵守邦森－－羅斯科定律，即亮度×?xí)r間＝常數(shù)．這就是說(shuō)，目標(biāo)越小，或呈現(xiàn)時(shí)間越短，越需要更高的亮度才能引起視知覺(jué)。一、亮度閾限2/3/2023111第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)視覺(jué)可以忍受的亮度上限約為106cd/m2。超過(guò)這個(gè)數(shù)值，視網(wǎng)膜就會(huì)因輻射過(guò)強(qiáng)而受到損傷。實(shí)際上，我們?nèi)粘？吹降淖匀痪拔锪炼炔顒e一般是在1：1000以內(nèi)。即使如此，人眼對(duì)光的適應(yīng)范圍也遠(yuǎn)比能夠忍受的溫度變化大的多。2/3/2023112第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)二、物件的相對(duì)尺寸人憑借視覺(jué)器官辨認(rèn)目標(biāo)或細(xì)節(jié)的敏銳程度，叫視覺(jué)敏脫度，醫(yī)學(xué)上也叫視力。一個(gè)人能分辨的細(xì)節(jié)愈小，他的視覺(jué)敏銳度就愈高。在數(shù)量上，視覺(jué)敏銳度等于剛能分辨的視角的倒數(shù)，即:V=1/min

2/3/2023113第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)物體大?。ɑ蚱渲心臣?xì)節(jié)的大小）對(duì)眼睛形成的張角，叫做視角。在圖2－4中，d代表目標(biāo)大小。l是由眼睛角膜到該目標(biāo)的距離，視角用下式計(jì)算：2/3/2023114第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7-22視角的定義Lαd2/3/2023115第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)當(dāng)較小時(shí)，用近似公式：=d/l(弧度)通常用“分”為單位表示視角大小，于是：=180/60d/l=3440d/l（分or’）眼睛分辨細(xì)節(jié)的能力主要是中心視野的功能，這一能力因人而異。醫(yī)學(xué)上常用蘭道爾環(huán)或“E”形視標(biāo)檢驗(yàn)人的視力。它們?cè)跈M向與縱向都由5個(gè)細(xì)節(jié)單位構(gòu)成（5d）。2/3/2023116第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)如一人在5m遠(yuǎn)的距離看視力表上的視標(biāo)，當(dāng)d＝1.46mm時(shí)，視角恰好是1分。能分辨1分的視標(biāo)缺口，視力等于1，說(shuō)明此人的視力正常；如果僅能分分辨2分的缺口，則視力等于1/2，即0.5。視角視覺(jué)敏銳度隨背景亮度、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。在呈現(xiàn)時(shí)間不變的條件下，提高背景亮度或加強(qiáng)亮度對(duì)比，都能改善時(shí)間敏銳度，看清視角更小的物體或細(xì)節(jié)。2/3/2023117第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7-23檢驗(yàn)視力用的視標(biāo)2/3/2023118第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)三、對(duì)比式中；Lo—目標(biāo)亮度，一般面積較小的為目標(biāo)，cd/m2；Lb—背景亮度，面積較大的部位做背景，cd/m2。1、亮度對(duì)比：是視野中目標(biāo)和背景的亮度差與背景（或目標(biāo)）亮度之比，符號(hào)為C，即2/3/2023119第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)對(duì)于均勻照明的無(wú)光澤的背景和目標(biāo)（均勻漫反射材料），亮度對(duì)比可用反射比表示：式中：o——目標(biāo)反射比；

b——背景反射比。2/3/2023120第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)四、識(shí)別時(shí)間眼睛觀看物體時(shí)，滿足：亮度×?xí)r間＝常數(shù)此外，從明處到暗處的適應(yīng)時(shí)間稱為“暗適應(yīng)”，從暗到明的適應(yīng)時(shí)間稱為“明適應(yīng)”，適應(yīng)過(guò)程如下圖。設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)環(huán)境亮度變化過(guò)大的情況時(shí)，應(yīng)考慮在其間設(shè)置必要的過(guò)渡空間。在需要人眼變動(dòng)注視方向的工作場(chǎng)所，環(huán)境亮度宜設(shè)置均勻。2/3/2023121第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－24眼睛的適應(yīng)過(guò)程2/3/2023122第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)五、避免眩光眩光－－在視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時(shí)間上存在著極端的亮度對(duì)比，以致引起視覺(jué)不舒適和降低物體可見(jiàn)度的視覺(jué)條件。根據(jù)眩光對(duì)視覺(jué)的影響程度，可分為：失能眩光：降低視覺(jué)功效和可見(jiàn)度的眩光眩光不舒適眩光：只有不舒適感覺(jué)的眩光2/3/2023123第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)從形成眩光的過(guò)程來(lái)分：直接眩光：由視野中的高亮度或未曾充分遮蔽的光源所產(chǎn)生。可避開(kāi)眩光反射眩光：由視野中的光澤表面的反射所產(chǎn)生。不可避開(kāi)2/3/2023124第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)控制直接眩光的措施：（1）限制光源亮度當(dāng)光源亮度超過(guò)16sb時(shí)，不管亮度對(duì)比如何，均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的眩光現(xiàn)象。在這種情況下，應(yīng)考慮采用半透明材料(如乳白玻璃燈罩)或不透明材料將光源擋住，降低其亮度，減少眩光影響程度。2/3/2023125第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)(2)增加眩光源的背景亮度，減少二者之間的亮度對(duì)比。當(dāng)視野內(nèi)出現(xiàn)明顯的亮度對(duì)比就會(huì)產(chǎn)生眩光，其中最重要的是工作對(duì)象和它直接相鄰的背景間的亮度對(duì)比，如書(shū)和桌面的亮度對(duì)比，深色的桌面(光反射比為0.05～0.07)與白紙(光反射比為0.8左右)形成的亮度對(duì)比常大于10，這樣就會(huì)形成一個(gè)不舒適的視覺(jué)環(huán)境。如將桌面漆成淺色，減小了桌面與白紙之間的亮度對(duì)比，就會(huì)有利于視覺(jué)工作，可減少視力疲勞。2/3/2023126第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)(3)減小形成眩光的光源視看面積，即減小眩光源對(duì)觀測(cè)者眼睛形成的立體角。如將燈具作成橄欖形(見(jiàn)圖7—25)，減少直接眩光的影響。圖7－25橄欖形燈具示意2/3/2023127第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)(4)盡可能增大眩光源的仰角。當(dāng)眩光源的仰角小于27°時(shí)，眩光影響就很顯著；而當(dāng)眩光源的仰角大于45°時(shí)，眩光影響就大大減少了(見(jiàn)圖7—26)。通?？梢蕴岣邿舻膽覓旄叨葋?lái)增大仰角，但要受到房間層高的限制，而且把燈提得過(guò)高對(duì)工作面照明也不利，故有時(shí)用不透明材料將眩光源擋住更為有利。2/3/2023128第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－26不同角度的眩光感覺(jué)2/3/2023129第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)控制反射眩光的措施：(1)盡量使視覺(jué)作業(yè)的表面為無(wú)光澤表面，以減弱鏡面反射而形成的反射眩光；(2)應(yīng)使視覺(jué)作業(yè)避開(kāi)和遠(yuǎn)離照明光源同人眼形成的鏡面反射區(qū)域；(3)使用發(fā)光表面面積大、亮度低的光源；(4)使引起鏡面反射的光源形成的照度在總照度中所占比例減少，從而減少反射眩光的影響。2/3/2023130第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)第五節(jié)顏色顏色同光一樣，是構(gòu)成光環(huán)境的要素。顏色設(shè)計(jì)需要運(yùn)用物理學(xué)、心理學(xué)及美學(xué)等多方面的規(guī)律。本節(jié)主要討論顏色的基本特性、表色系統(tǒng)及規(guī)定色表與顯色性能的方法。這些是顏色科學(xué)的基礎(chǔ)。2/3/2023131第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)一、顏色的基本特性

二、顏色的定量

三、光源顏色2/3/2023132第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)一、顏色的基本特性l、顏色的形成顏色來(lái)源于光?？梢?jiàn)光包含的不同波長(zhǎng)的單色輻射在視覺(jué)上反映出不同的顏色。表1－4是各種顏色的波長(zhǎng)和光譜的范圍。在兩個(gè)相鄰顏色范圍的過(guò)渡區(qū)，人眼還能看到各種中間顏色。人眼這種具有感知顏色的能力，稱為色覺(jué)。2/3/2023133第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)光譜顏色中心波長(zhǎng)及范圍2/3/2023134第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)上述把顏色分為段是一種習(xí)慣的方法，但較粗略。實(shí)際上在整個(gè)可見(jiàn)光光譜范圍內(nèi)，光的顏色是連續(xù)過(guò)渡的。顏色的數(shù)量可以說(shuō)是無(wú)窮的。一個(gè)光源發(fā)出的光經(jīng)常是由許多不同波長(zhǎng)單色輻射組成的，每個(gè)波長(zhǎng)的輻射功率也不一樣。2/3/2023135第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)光源的各單色輻射功率，按波長(zhǎng)的相關(guān)分布稱作光源的光譜功率分布（或稱光譜能量分布），它決定著光的色表和顯色性能。圖7－27是晝光、白熾燈和熒光燈三種光源的相對(duì)光譜功率分布曲線。2/3/2023136第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－27不同光源的光譜功率分布1－日光；2－晴天天空光；3－白熾燈；4－日光色熒光燈2/3/2023137第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)物體色是物體對(duì)光源的光譜輻射有選擇地反射或透射對(duì)人眼所產(chǎn)生的感覺(jué)。例如，用白光照射某一表面，它吸收白光包含的綠光和藍(lán)光，反射紅光，這一表面就呈紅色。若用藍(lán)光照射同一表面，它將呈現(xiàn)黑色，因?yàn)楣庠粗袥](méi)有紅光成分。反之，若用紅光照射該表面，它將呈現(xiàn)出鮮艷的紅色。2/3/2023138第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)上述例子說(shuō)明，物體色決定于物體表面的光譜反射率，同時(shí)，光源的光譜組成對(duì)于顯色也是至關(guān)重要的。2/3/2023139第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)2、顏色分類和屬性顏色：有彩色無(wú)彩色任何一種有彩色的表觀顏色，都可以按照三個(gè)獨(dú)立的主觀屬性分類描述，這就是：

色調(diào)（hue）（也稱色相）

明度（lightness）

彩度（chroma）（也叫飽和度）。2/3/2023140第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)色調(diào)是各彩色彼此區(qū)分的特性?？梢?jiàn)光譜不同波長(zhǎng)的輻射，在視覺(jué)上表現(xiàn)為各種色調(diào)。明度是指顏色相對(duì)明暗的特性。彩色光的亮度愈高，人眼愈感覺(jué)明亮，它的明度就愈高。彩度指的是彩色的純潔性。可見(jiàn)光譜的各種單色光彩度最高。2/3/2023141第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)無(wú)彩色指白色、黑色和中間深淺不同的灰色，它們只有明度的變化，沒(méi)有色調(diào)和彩度的區(qū)別，如圖7－28所示。它的一端是光反射比為1的理想的完全反射體－－純白，另一端是光反射比為0的無(wú)反射體－－純黑。白淺灰中灰深灰黑圖7－28白黑系列2/3/2023142第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)實(shí)際生活中，光反射比最高的氧化鎂等只是接近純白，約為98％；光反射比最低的黑絲絨等只是接近純黑，約為2％。當(dāng)物體表面的光反射比都在80～90％以上時(shí)，該物體為白色；當(dāng)物體表面的光反射比均在4％以下時(shí)，該物體為黑色，如圖7－28。2/3/2023143第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)3．顏色混合人眼能夠感知和辨認(rèn)的每一種顏色都能用紅、綠、藍(lán)三種顏色匹配出來(lái)。但是，這三種顏色中無(wú)論哪一種都不能由其它兩種顏色混合產(chǎn)生。因此，在色度學(xué)中將紅（700nm）、綠（546.1nm)、藍(lán)（435.8nm)稱為三原色。2/3/2023144第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)顏色混合可以是顏色光的混合，也可以是物體色（顏料）的混合，這兩種混合所得結(jié)果不同。上面所說(shuō)的是光的混合，這是一種相加混合。2/3/2023145第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)顏色相加混合規(guī)律（1）凡兩種顏色按適當(dāng)比例混合能產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色稱為互補(bǔ)色，如黃和籃、紅和青、綠和品紅等。（2）非互補(bǔ)色的任何兩種顏色混合，可以產(chǎn)生中間色。色相決定兩種顏色的相對(duì)比例，偏向于比重大的顏色。2/3/2023146第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)（3）表觀顏色相同的光，不管其光譜組成是否相同，在顏色相加混合中具有同樣的效果。例如顏色A=顏色B，顏色C=顏色D，那么顏色A十顏色C＝顏色B十顏色D（4）由幾個(gè)顏色光組成的混合色的亮度，是各顏色光亮度的總和。顏色的相加混合應(yīng)用于不同類型光源的混光照明，舞臺(tái)照明，彩色電視機(jī)的顏色合成等方面。2/3/2023147第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)彩色涂料的混合（相減混合）不同顏色濾光片的組合，與上述相加混合不同，它們是相減混合。2/3/2023148第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)彩色涂料對(duì)于光的選擇反射是顏色相減的過(guò)程。深紅色的顏料吸收了自光中大量的藍(lán)和綠，只反射紅色，也就是它從入射光中減掉了籃和綠。同樣的道理可以說(shuō)明一塊黃色的濾光片由于減掉了藍(lán)色，透過(guò)紅色和綠色，紅光和綠光混合而是黃色（圖7－29）。2/3/2023149第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7-29顏料與彩色濾光片的減色原理2/3/2023150第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)顏色的三原色：青、品紅和黃在顏色減法混合中應(yīng)用的三個(gè)減法原色，分別是加法三原色紅、綠、藍(lán)的補(bǔ)色，即青、品紅和黃（圖7－30）。2/3/2023151第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)青色吸收光譜中紅色部分，透過(guò)或反射其他波長(zhǎng)輻射，稱為“減紅”原色，是控制紅色用的。”減紅”原色印在白紙上用白光照射時(shí)是藍(lán)綠色，即青色。品紅為“減綠”原色，是控制綠色的；印在白紙上為紅紫色，稱為品紅。黃為“減藍(lán)”原色印在白紙上呈黃色，用來(lái)控制藍(lán)色。2/3/2023152第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－30彩色的原色與中間色a－相加混合（光）；b－相減混合（物體色）2/3/2023153第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)當(dāng)兩種顏料混合或兩個(gè)濾光片重合時(shí)，有重疊相減的效果，并且相減混合得到的顏色總要比原有的顏色暗一些。例如，將黃色濾光片與青色濾光片重合，由于黃片減藍(lán)，青片減紅，重疊相減只透過(guò)綠色。同樣，品紅和黃色顏料混合，因品紅減綠，黃色減藍(lán)而呈紅色。將品紅、黃、青三種減法原色混在一起，所有彩色全被減掉而呈現(xiàn)黑色。2/3/2023154第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)二、顏色的定量日常我們習(xí)慣用自然界的景物來(lái)描述顏色，如桃紅、蘋果綠、土黃、孔雀藍(lán)等等。這種叫法不能正確地表達(dá)顏色特征和說(shuō)明顏色之間的細(xì)微差別。隨著科學(xué)的進(jìn)步，色彩工程技術(shù)方面得到廣泛應(yīng)用。為了精確地規(guī)定顏色，不但要定性，而且要建立定量的表色系統(tǒng)。2/3/2023155第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)目前國(guó)際上使用較普遍的表色系統(tǒng)，有孟塞爾表色系統(tǒng)及CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。它們不但用符號(hào)和數(shù)字規(guī)定了千、萬(wàn)個(gè)顏色品種，而且在不同程度上揭示了顏色形成和組合的科學(xué)規(guī)律。2/3/2023156第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)1．CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)這一系統(tǒng)的特點(diǎn)是用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法來(lái)計(jì)算和規(guī)定顏色。使用這一系統(tǒng)，任何一種顏色都能用兩個(gè)色坐標(biāo)在色度圖上表示出來(lái)。2/3/2023157第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)CIE1931年推薦的“CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)”是以兩個(gè)事實(shí)為根據(jù):第一，任何一種光的顏色都能用紅、綠、藍(lán)三原色的光匹配出來(lái)；第二，大多數(shù)人具有非常相似的顏色視覺(jué)?；谏鲜鍪聦?shí)，CIE根據(jù)2o視場(chǎng)觀察條件下光譜色匹配的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)色度觀測(cè)者的三條相對(duì)光譜靈敏度曲線（圖7－31）。2/3/2023158第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－31CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者三刺激值1-242/3/2023159第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)這3條曲線也叫“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”，以符號(hào)x(λ)、y(λ)、z(λ)表示。它們分別代表匹配各波長(zhǎng)純光譜色所需要的紅、綠、藍(lán)三原色的量。若想獲得某一波長(zhǎng)（λ）的光譜，可從曲線或數(shù)表中查得相應(yīng)的x(λ)、y(λ)、z(λ)三刺激值，按x(λ)、y(λ)、z(λ)數(shù)量的紅、綠、藍(lán)設(shè)想原色相加，便能得到該光譜色。2/3/2023160第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)根據(jù)CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者三刺激值，我們可以進(jìn)一步求出匹配任何一種光源色的顏色三刺激值，它們分別以X、Y、Z表示，有X=k∑Ф()x()Y=k∑Ф()y()Z=k∑Ф()z()2/3/2023161第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)X、Y、Z—某光源色三刺激值Ф()—波長(zhǎng)間隔為的光通量，x()、y()、z()—CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值。k—調(diào)整因數(shù)，它是一個(gè)任意常數(shù)。2/3/2023162第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)在CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中，顏色的色坐標(biāo)分別是每一刺激值在三刺激值總和中所占的比例，以x、y、z表示。于是2/3/2023163第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)顯然，x＋y＋z＝1因此，通常只要給出兩個(gè)坐標(biāo)值就夠了。物體色也可以按照上過(guò)程序和公式求出色坐標(biāo)，但計(jì)算時(shí)必須先選擇一種光源或選一種標(biāo)準(zhǔn)照明體，因?yàn)樵诓煌彰鳁l件下，物體色會(huì)發(fā)生變化，色坐標(biāo)也就有所不同。此外，還需要知道物體的光譜反射比，或光譜透射比（用于透光材料），或物體的輻亮度因數(shù)（用于光澤表面）。計(jì)算物體色三刺激值時(shí)，其Ф()按下式計(jì)算：2/3/2023164第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)其中的s（）是所選光源或照明體的相對(duì)光譜功率分布。2/3/2023165第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)如果每種顏色都能用兩個(gè)坐標(biāo)表示，那么，所有的顏色都可以體現(xiàn)在一張平面圖上。CIE1931色度圖（或稱色品圖）就是這樣一張直角坐標(biāo)圖（圖7－32）。2/3/2023166第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)圖7－32CIE1931色度圖2/3/2023167第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)x色坐標(biāo)相當(dāng)于紅原色的比例，y色坐標(biāo)相當(dāng)于綠原色的比例．圖上的馬蹄形曲線是單一波長(zhǎng)的光譜色軌跡，標(biāo)注了相應(yīng)的波長(zhǎng)。連接400nm與700nm的由紫到紅的直線是光譜上沒(méi)有的顏色。凡物理上能夠?qū)崿F(xiàn)的顏色，都在這個(gè)馬蹄形內(nèi)占有位置。2/3/2023168第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)色度圖的中心E點(diǎn)是等能白光，由三原色各1／3組成，其色坐標(biāo)為xe=ye=ze=0.3333在色度圖上，一種顏色的坐標(biāo)點(diǎn)距光譜軌跡愈近，距E點(diǎn)愈遠(yuǎn)，它的彩度愈高，顏色愈純；反之，距E點(diǎn)愈近，彩度愈低，顏色愈淡。2/3/2023169第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)將顏色坐標(biāo)點(diǎn)與E點(diǎn)連直線并延長(zhǎng)至光譜軌跡上．其交點(diǎn)即這種顏色的主波長(zhǎng)，由主波長(zhǎng)可以判斷出它的色相．此外，通過(guò)E點(diǎn)畫任一直線與曲線得兩支點(diǎn)，兩點(diǎn)指示的顏色為互補(bǔ)色。2/3/2023170第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)可以看到，CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)比益塞爾表色系統(tǒng)的用途要廣泛得多．它不但能標(biāo)定光源色，還能標(biāo)定物體色，而且通過(guò)色度計(jì)算能預(yù)測(cè)兩種顏色混合，或光源改變后物體呈現(xiàn)的顏色，這一系統(tǒng)還為顏色的物理測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。2/3/2023171第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)2、孟塞爾表色系統(tǒng)孟塞爾（A·H·Munsell）創(chuàng)立的表色系統(tǒng)按顏色的三個(gè)基本屬性：色調(diào)（符號(hào)H），明度（V）和彩度（C）對(duì)顏色進(jìn)行分類與標(biāo)定．它是目前國(guó)際通用的物體色表色系統(tǒng)。2/3/2023172第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)可以用一個(gè)顏色立體圖來(lái)說(shuō)明這一表色系統(tǒng)，見(jiàn)圖7－33。中央軸代表無(wú)彩色（中性色）明度等級(jí)，理想白色為10，理想黑色為0，共有感覺(jué)上等距離的11個(gè)等級(jí)。顏色樣品離開(kāi)中央軸的水平距離，代表彩度的變化。中央軸上的彩度為0，離開(kāi)中央軸愈遠(yuǎn)，彩度愈大。2/3/2023173第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)孟塞爾顏色立體圖圖7－33孟塞爾顏色立體圖2/3/2023174第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)顏色的表示方法孟塞爾表色系統(tǒng)對(duì)一種顏色的表示方法是先寫出色調(diào)（H），然后寫明度值（V），再在斜線后面寫出彩度（C），即：HV/C＝色調(diào)明度/彩度例如，標(biāo)號(hào)為10Y8/12的顏色，其色調(diào)是黃與綠黃的中間色，明度值為8，彩度12。無(wú)彩色用N表示，只寫明度值，斜線后不寫彩度，即NV/＝中性色明度值/2/3/2023175第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)例如N7/就表示明度值為7的中性色（無(wú)彩色）。孟塞爾明度值與光反射比有對(duì)應(yīng)的關(guān)系。它們的換算近似公式為：

＝V（V—1）/100例如，明度值為9的一塊顏色，其反射比約等于

＝9（9-1）/100＝0.72。2/3/2023176第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)三、光源顏色在光環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)踐中，照明光源的顏色質(zhì)量常用兩個(gè)性質(zhì)不同的術(shù)語(yǔ)來(lái)表征：①光源的色表，即燈光的表現(xiàn)顏色；②光源的顯色性，系指燈光對(duì)它照射的物體顏色的影響作用。2/3/2023177第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)1、光源的色表在照明應(yīng)用領(lǐng)域里，常用色溫定量描述光源的色表。當(dāng)一個(gè)光源的顏色與完全輻射體（黑體）在某一溫度時(shí)發(fā)出的光色相同時(shí)，完全輻射體的溫度就叫做此光源的色溫(colortemperature)，用符號(hào)Tc表示，單位是K（絕對(duì)溫度）。2/3/2023178第七章建筑光學(xué)基本知識(shí)