建筑物理光學(xué)-建筑光學(xué)基本知識

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)基本知識第二篇建筑光學(xué)建筑光學(xué)基本知識天然采光建筑照明2/3/20232第七章建筑光學(xué)基本知識序言人類的生活時時刻刻離不開光。光輻射引起人的視覺，人才能看清他周圍的環(huán)境；人從外界獲得的信息約有80%來自光和視覺。所以，無論是白天還是晚間，舒適的光環(huán)境對任何人都是至關(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)基本知識二、光環(huán)境設(shè)計運用學(xué)科光環(huán)境設(shè)計要運用很多學(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)基本知識三、本課重點本課程將著重講解有關(guān)的概念和理論，以期同學(xué)們對光環(huán)境的設(shè)計原理有正確的理解。此外，對照明設(shè)備、控光材料、照明形式、計算方法、測光技術(shù)等實用的知識和資料也將作較全面的介紹，并通過實例分析，力求使大家掌握光環(huán)境設(shè)計的方法和技巧?？紤]到建筑學(xué)專業(yè)的特點，復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析將略去。2/3/20236第七章建筑光學(xué)基本知識第七章建筑光學(xué)基本知識第一節(jié)眼睛與視覺第二節(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)基本知識光是以電磁波形式傳播的輻射能。電磁輻射的波長范圍很廣。只有波長在380nm至780nm的這部分輻射才能引起光視覺，稱為可見光（簡稱光），見圖7－0所示。波長短于380nm的是紫外線、x射線、γ射線、宇宙線；長于780nm的有紅外線、無線電波等等。2/3/20238第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－0太陽輻射的電磁波2/3/20239第七章建筑光學(xué)基本知識第一節(jié)眼睛與視覺眼睛視覺視野顏色感覺光譜光效率2/3/202310第七章建筑光學(xué)基本知識一、眼睛人們的視覺感覺是通過眼睛來完成的，所以我們應(yīng)對眼睛的視看過程有一粗略的了解。眼睛好似一個很精密的光學(xué)儀器，它在很多方面都與照相機相似。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（3）視網(wǎng)膜光線經(jīng)過瞳孔、水晶體在視網(wǎng)膜上聚焦成清晰的影像。視網(wǎng)膜是眼睛的視覺感受部分，類似照相機中的膠卷。視網(wǎng)膜上布滿了感光細胞－－錐狀和桿狀感光細胞。光線射到它們上面就產(chǎn)生神經(jīng)沖動，傳輸至視神經(jīng)，再傳至大腦產(chǎn)生視覺感覺。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，自動調(diào)節(jié)其孔徑，以控制進入眼睛的光能數(shù)量。起照相機中光圈的作用。（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。它起照相機的透鏡的作用，不過水晶體具有自動聚焦功能。（4）感光細胞它們處在視網(wǎng)膜最外層上，接受光刺激，并轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動。兩種感光細胞在視網(wǎng)膜上的分布是不均勻的：錐狀細胞主要集中在視網(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”；在這里錐狀細胞密度達到最大；在黃斑區(qū)以外,錐狀細胞的密度急劇下降。與此相反，在中央窩處幾乎沒有桿狀細胞，自中央窩向外，其密度迅速增加，在離中央窩20附近密度達到最大，然后又逐漸減少。感光細胞在視網(wǎng)膜上的分布情況見圖7－2。2/3/202312第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－2二中感光細胞在視網(wǎng)膜上的分布情況2/3/202313第七章建筑光學(xué)基本知識桿狀細胞對于光非常敏感，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，主要是桿作細胞起作用，稱為暗視覺。在暗視覺條件下，景物看起來總是模糊不清、灰茫茫一片。2/3/202314第七章建筑光學(xué)基本知識錐狀細胞對于光不甚敏感，在亮度高于3cd/m2的水平時，錐狀細胞才充分發(fā)揮作用，這時稱為明視覺。錐狀細胞有辨認(rèn)細節(jié)和分辨顏色的能力，這種能力隨亮度增高而達到最大。所有的室內(nèi)照明，都是按明視覺條件設(shè)計的。當(dāng)適應(yīng)亮度處在0.03～3cd/m2之間時，眼睛處于明視覺和暗視覺的中間狀態(tài)，稱為中間視覺。一般道路照明的亮度水平，相當(dāng)于中間視覺的條件。2/3/202315第七章建筑光學(xué)基本知識二、視覺視覺形成的過程可分解為四個階段；1．光源（太陽或燈）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3．二次光源發(fā)出不同強度、顏色的光信號進入人眼瞳孔，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，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。2/3/202317第七章建筑光學(xué)基本知識三、視野當(dāng)頭和眼睛不動時，人眼能察覺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)基本知識圖7-3視野范圍2/3/202319第七章建筑光學(xué)基本知識兩眼同時能看到的視野（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，叫周圍視野。視線周圍30°的視覺環(huán)境，清晰度也比較好。2/3/202320第七章建筑光學(xué)基本知識四、顏色感覺不同波長的光在視覺上形成不同的顏色例如700nm的光呈紅色，580nm呈黃色，470nm呈藍色。見下表。2/3/202321第七章建筑光學(xué)基本知識光譜顏色中心波長及范圍2/3/202322第七章建筑光學(xué)基本知識2/3/202323第七章建筑光學(xué)基本知識單色光與復(fù)色光單一波長的光呈現(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)基本知識將復(fù)色光中各種波長輻射的相對功率量值按對應(yīng)波長排列聯(lián)結(jié)起來，就形成該復(fù)色光的光譜功率分布曲線，它是光源的一個重要物理參數(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)基本知識五、光譜光效率人眼對不同波長單色光的視亮度感受性也不一樣，這是光在視覺上反映的另一特征。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以波長555nm的黃綠光最明亮，并且明亮程度向波長短的紫光和長波的紅光方向遞減。2/3/202326第七章建筑光學(xué)基本知識國際照明委員會(CIE）根據(jù)大量的實驗結(jié)果，將視亮度感覺相等的波長為m和兩個輻通量之比，定義為波長的單色光的光譜光視效率（也稱視見函數(shù)），以V（）表示。m選在最大比值等于1處,即＝555時，V（）＝l，其他波長V（）均小于1（見圖7－5）。這就是明視覺光譜光視效率。在較暗的環(huán)境中（適應(yīng)亮度＜0.03cd/m2時），人的視亮度感受性發(fā)生變化，以＝507nm的藍綠光最為敏感。按照這種特定光環(huán)境條件確定的V（）函數(shù)稱為暗視覺光譜光視效率（圖7－5）．2/3/202327第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－5光譜光視效率實線一明視覺；虛線一暗視覺2/3/202328第七章建筑光學(xué)基本知識第二節(jié)基本光度單位及應(yīng)用光通量發(fā)光強度照度發(fā)光強度和照度的關(guān)系亮度照度和亮度的關(guān)系2/3/202329第七章建筑光學(xué)基本知識一、光通量(luminousflux)(orF)光通量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）。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)基本知識式中：V()——

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

——波長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值是隨光的波長而變化的，K（)的最大值在Km＝555nm處。根據(jù)一些國家權(quán)威實驗室的測量結(jié)果，1977年國際計量委員會決定采用Km＝683lm／W。2/3/202332第七章建筑光學(xué)基本知識光通量的單位是流明，符號為lm。在國際單位制和我國規(guī)定的計量單位中，它是一個導(dǎo)出單位。l流明是發(fā)光強度為1坎德拉的均勻點光源在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【例1】已知低壓鈉燈發(fā)出波長為589nm的單色光，設(shè)其輻射通量為10.3W,試計算它發(fā)出的光通量?！窘狻繌墓庾V光效率曲線明視覺（實線）中可查出，對應(yīng)于波長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【例2】已知500W汞燈的各單色輻射通量值見下表，試計算其光通量。【解】500W汞燈發(fā)出的各波長的波長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【例2】的計算表波長λ（nm）單色輻射通量Φeλ(W)相對光譜光效率V(λ)Φλ(lm)3652.2

4064.00.00071.94368.40.0180103.354611.50.98407728.857812.80.88907772.06910.90.00764.7總計39.8

15610.72/3/202337第七章建筑光學(xué)基本知識二、發(fā)光強度

(luminousintensity)點光源在給定方向的發(fā)光強度，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。符號為I。I＝d/dcd2/3/202338第七章建筑光學(xué)基本知識如果在有限立體角對內(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中說明。2/3/202339第七章建筑光學(xué)基本知識以任一錐體頂點O為球心，任意長度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Sr）。當(dāng)S＝r2，＝1Sr。因為球的表面積為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)基本知識發(fā)光強度的單位是坎德拉(Candela），符號cd。在數(shù)量上1坎德拉等于1流明每球面度（1cd=1lm／Sr)。坎德拉是我國法定單位制與國際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度為1/683W／Sr，則光源在該方向上的發(fā)光強度為lcd”。圖7－7發(fā)光強度的概念2/3/202341第七章建筑光學(xué)基本知識發(fā)光強度常用于說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)基本知識三、照度(illuminance)照度是受照平面上接受的光通量的面密度，符號為E。若照射到表面一點面元上的光通量為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，則此被照面的照度為：E＝/A2/3/202343第七章建筑光學(xué)基本知識照度的單位是勒克斯，符號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勒克斯是一個較小的單位，例如：夏季中午日光下，地平面上照度可達105lx；在裝有40瓦白熾燈的書寫臺燈下看書，桌面照度平均為200～300lx；月光下的照度只有幾個1x。2/3/202344第七章建筑光學(xué)基本知識照度可以直接相加．如果房間里有4盞燈，它們對桌面上A點的照度分別為El、E2、E3、E4則A點總照度等于各個照度值之和，寫成通用的表達式就是E=Eilx（1—3）2/3/202345第七章建筑光學(xué)基本知識四、發(fā)光強度和照度的關(guān)系一個點光源在被照面上形成的照度，可以從發(fā)光強度和照度這兩個基本量之間的關(guān)系求出。圖7－8表示表面A1、A2、A3距點光源O的距離分別為r、2r、3r，它們在點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r2r3rOA1A2A3圖7－8點光源形成照度的概念2/3/202347第七章建筑光學(xué)基本知識設(shè)光源O在這三個表面方向的發(fā)光強度不變，即單位立體角的光通量不變，則落在這三個表面的光通量相同，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)基本知識上式表明，某表面的照度與點光源在這方向的發(fā)光強度成正比，與它至光源距離的平方成反比。這就是計算點光源產(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，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A1＝A2/cosα而A1和A2所接受的光通量相同，它們在點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【例3】如圖所示，在繪圖桌上方懸掛了一個40W的白熾燈，求燈下桌面點1和點2處照度。圖7－10點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【解】設(shè)該白熾燈下方的發(fā)光強度為30cd（視為點光源時350÷4π＝27.9cd），按式

E＝Icosα/r2E1＝Icosα/r12＝30×cos30o/22＝6.5lxE2＝Icos0o/r22＝30×1/(r1cos30o)2＝10lx同樣的方法計算書上的例題7－3。2/3/202353第七章建筑光學(xué)基本知識五、亮度(luminance)光源或受照物體反射的光線進入眼睛，在視網(wǎng)膜上成象，使我們能夠識別它的形狀和陰暗。視覺上的明暗知覺取決于進入眼睛的光通量在視網(wǎng)膜物象上的密度——物象的照度。這說明，確定物體的陰暗要考慮兩個因素：2/3/202354第七章建筑光學(xué)基本知識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)光強度——這決定物象上的光通量密度。根據(jù)這兩個條件，我們可以建立一個新的光度量——亮度。2/3/202355第七章建筑光學(xué)基本知識應(yīng)當(dāng)注意，光亮度常常是各方向不同，所以在談到一點或一個有限表面的光亮度時需要指明方向。光亮度是一單元表面在某一方向上的光強密度。它等于該方向上的發(fā)光強度與此面元在這個方向上的投影面積之商，以符號L表示。cd/m22/3/202356第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－11亮度概念2/3/202357第七章建筑光學(xué)基本知識上面定義的光亮度是一個物理量，它與視覺上對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燈時，感覺夜晚燈的亮度高得多。這是因為眼睛適應(yīng)了晚間相當(dāng)?shù)偷沫h(huán)境亮度的緣故。實際上，信號燈的光亮度并沒有變化。由于眼睛適應(yīng)環(huán)境亮度，物體明暗在視覺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)基本知識我們把直觀看去一個物體表面發(fā)光的屬性稱為“表觀亮度”（Brightness或Luminosity），這是一個心理量，沒有量綱。它與“光亮度”這一物理量有一定的相關(guān)關(guān)系。下圖是通過大量主觀評價獲得的實驗數(shù)據(jù)整理出來的亮度感覺曲線。2/3/202359第七章建筑光學(xué)基本知識圖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)基本知識光亮度簡稱亮度。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太陽的亮度達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【例4】已知40W熒光燈管的長度為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。【解】設(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【例5】已知200W白熾燈發(fā)出2920lm的光通量，如外加一個直徑為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?！窘狻吭O(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【例6】如圖7－13，一長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，故可視為點光源。這樣，它在被照面上的P點處形成的照度為：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)基本知識由亮度和發(fā)光強度的關(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，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)基本知識整個發(fā)光面A在P點形成的照度為：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Lα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)光表面面積的絕對值無關(guān)。在圖中A和Acosα的面積不同，但由于它們在被照面上形成的立體角的投影線條，只要它們在被照面方向的亮度相同，那么，它們在被照面上形成的照度就是一樣的。立體角投影定律適用于光源尺寸相對于它與被照點距離較大時。2/3/202370第七章建筑光學(xué)基本知識【例7】在側(cè)墻和屋頂上各有一個1m2的窗洞，它們與室內(nèi)桌子的相對位置見圖，設(shè)通過窗洞看見的天空亮度為1sb，試分別求出各窗洞在桌面上計算點P形成的照度（設(shè)桌面與窗臺等高）。例7圖窗洞和計算點位置及尺寸2/3/202371第七章建筑光學(xué)基本知識【解】窗洞可視為一發(fā)光表面，其亮度等于透過窗洞看見的天空亮度，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)窗和天窗分別計算出它們在計算點P上的照度側(cè)窗時：＝1×cosα/r22/3/202372第七章建筑光學(xué)基本知識天窗時：2/3/202373第七章建筑光學(xué)基本知識【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)基本知識例8圖2/3/202375第七章建筑光學(xué)基本知識按立體角投影定律分別計算如下：（1）計算客廳正中點B的照度，該點離發(fā)光面中心點為2.6m，又由于它正對著發(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(2)計算客廳墻角處點C的照度，如圖所示，該點到發(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），下面計算cosθ值：2/3/202377第七章建筑光學(xué)基本知識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)基本知識本例計算結(jié)果表明，地面正中點的照度與墻角的照度相差7倍多，就造成正中點的照度很高（222lx）而墻角的照度又很低（27lx），這是很不合理的。這里說明照明設(shè)計中的一個很重要的問題，就是進行大房間的工作照明設(shè)計時必須合理增加燈數(shù)，從而使房間各處的照度保持均勻否則就是一個不好的工作照明設(shè)計。2/3/202379第七章建筑光學(xué)基本知識【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B的照度。2/3/202380第七章建筑光學(xué)基本知識例9圖2/3/202381第七章建筑光學(xué)基本知識【解】如圖所示，本題發(fā)光面的中心點A到地面的距離為2.55m，B點離地面高0.8m，A、B兩點的高度差為1.75m。按立體角投影定律分別計算如下：2/3/202382第七章建筑光學(xué)基本知識將各值代入公式得房間正中處在工作面（水平面）上的一點B的照度：2/3/202383第七章建筑光學(xué)基本知識第三節(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的光，人眼才能看見周圍環(huán)境中的人和物。也可以說，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（30萬公里/秒）。2/3/202384第七章建筑光學(xué)基本知識表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)基本知識光在介質(zhì)中的傳播光在傳播過程中遇到新的介質(zhì)時，會發(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)基本知識從照明角度來看，反射比或透射比高的材料才有使用價值。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)計中正確運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)基本知識一、反射輻射由一個表面返回，組成輻射的單色分量的頻率沒有變化，這種現(xiàn)象叫做反射。反射光的強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，最后會產(chǎn)生全反射。反射光的分布型式有規(guī)則反射與擴散反射兩大類。擴散反射又可細分為定向擴散反射、漫反射、混合反射等。2/3/202390第七章建筑光學(xué)基本知識1．規(guī)則反射2．定向擴散反射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)過反射之后仍按一定的方向傳播，立體角沒有變化。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2、定向擴散反射擴散反射保留了規(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，但是反射光束被“擴散”到較寬的范圍（圖7-16b），2/3/202393第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－16反射光的分布型式

a－規(guī)則反射；b－定向擴散反射；

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3、漫反射漫反射的特點是反射光的分布與入射光方向無關(guān)，在宏觀上沒有規(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)基本知識若反射光的光強分布與入射光的方向無關(guān)，而且正好是切于入射光線與反射表面交點的一個圓球，這種漫反射稱為均勻漫反射（圖7－17）。其反射光的最大發(fā)光強度在垂直于表面的法線方向，其余方向的光強同最大光強有以下關(guān)系：I＝Io·coscd2/3/202396第七章建筑光學(xué)基本知識式中：I---反射光與表面法線夾角為方向的光強，cd；Io---反射光在反射表面法線方向的最大光強，cd。2/3/202397第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－17均勻漫反射材料的光強分布與亮度分布2/3/202398第七章建筑光學(xué)基本知識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，近似沒反射；入射角加大，約有5～15％的入射光為鏡面反射；入射角很大時，則完全是鏡面反射．2/3/202399第七章建筑光學(xué)基本知識光線通過介質(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)基本知識材料透射光的分布型式也可分為規(guī)則透射、定向擴散透射、漫透射和混合透射四種（見圖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。磨砂玻璃為典型的定向擴散透射，在背光的一側(cè)僅能看見光源模糊的影象。2/3/2023101第七章建筑光學(xué)基本知識乳白玻璃具有均勻漫透射的特性，整個透光面亮度均勻，完全看不見背側(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，同時燈絲的象也歷歷在目。2/3/2023102第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－18透射光的分布a－規(guī)則透射；b－定向擴散透射；c－漫透射；d－均勻漫透射2/3/2023103第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－19均勻擴散反射和透射圖7－20定向擴散反射和透射2/3/2023104第七章建筑光學(xué)基本知識三、折射光在透明介質(zhì)中傳播，當(dāng)從密度小的介質(zhì)進入密度大的介質(zhì)時，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，對確定的兩種介質(zhì)來說，是一個常數(shù)。2/3/2023105第七章建筑光學(xué)基本知識上式也可以寫成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（見圖7－21）。2/3/2023106第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－21光的折射a－光通過平行表面的折射；b－光通過三角形棱鏡的折射2/3/2023107第七章建筑光學(xué)基本知識由上式可以看出，光線通過兩種介質(zhì)的界面時，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)基本知識此外，當(dāng)一束白光通過折射棱鏡時，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。就是因為色散而呈現(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個因素的影響：1、亮度閾限2、物體的相對尺寸3、對比4、識別時間5、避免眩光2/3/2023110第七章建筑光學(xué)基本知識對于在眼中長時間出現(xiàn)的大目標(biāo)，視覺閾限亮度為10-6cd／m2。在呈現(xiàn)時間少于0.1秒，視角不超過1°的條件下，其視覺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，目標(biāo)越小，或呈現(xiàn)時間越短，越需要更高的亮度才能引起視知覺。一、亮度閾限2/3/2023111第七章建筑光學(xué)基本知識視覺可以忍受的亮度上限約為106cd/m2。超過這個數(shù)值，視網(wǎng)膜就會因輻射過強而受到損傷。實際上，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，人眼對光的適應(yīng)范圍也遠比能夠忍受的溫度變化大的多。2/3/2023112第七章建筑光學(xué)基本知識二、物件的相對尺寸人憑借視覺器官辨認(rèn)目標(biāo)或細節(jié)的敏銳程度，叫視覺敏脫度，醫(yī)學(xué)上也叫視力。一個人能分辨的細節(jié)愈小，他的視覺敏銳度就愈高。在數(shù)量上，視覺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)基本知識物體大小（或其中某細節(jié)的大?。ρ劬π纬傻膹埥牵凶鲆暯?。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，視角用下式計算：2/3/2023114第七章建筑光學(xué)基本知識圖7-22視角的定義Lαd2/3/2023115第七章建筑光學(xué)基本知識當(dāng)較小時，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)檢驗人的視力。它們在橫向與縱向都由5個細節(jié)單位構(gòu)成（5d）。2/3/2023116第七章建筑光學(xué)基本知識如一人在5m遠的距離看視力表上的視標(biāo)，當(dāng)d＝1.46mm時，視角恰好是1分。能分辨1分的視標(biāo)缺口，視力等于1，說明此人的視力正常；如果僅能分分辨2分的缺口，則視力等于1/2，即0.5。視角視覺敏銳度隨背景亮度、對比、細節(jié)呈現(xiàn)時間、眼睛的適應(yīng)狀況等因素而變化。在呈現(xiàn)時間不變的條件下，提高背景亮度或加強亮度對比，都能改善時間敏銳度，看清視角更小的物體或細節(jié)。2/3/2023117第七章建筑光學(xué)基本知識圖7-23檢驗視力用的視標(biāo)2/3/2023118第七章建筑光學(xué)基本知識三、對比式中；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，符號為C，即2/3/2023119第七章建筑光學(xué)基本知識對于均勻照明的無光澤的背景和目標(biāo)（均勻漫反射材料），亮度對比可用反射比表示：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)基本知識四、識別時間眼睛觀看物體時，滿足：亮度×?xí)r間＝常數(shù)此外，從明處到暗處的適應(yīng)時間稱為“暗適應(yīng)”，從暗到明的適應(yīng)時間稱為“明適應(yīng)”，適應(yīng)過程如下圖。設(shè)計時，當(dāng)出現(xiàn)環(huán)境亮度變化過大的情況時，應(yīng)考慮在其間設(shè)置必要的過渡空間。在需要人眼變動注視方向的工作場所，環(huán)境亮度宜設(shè)置均勻。2/3/2023121第七章建筑光學(xué)基本知識圖7－24眼睛的適應(yīng)過程2/3/2023122第七章建筑光學(xué)基本知識五、避免眩光眩光－－在視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時間上存在著極端的亮度對比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件。根據(jù)眩光對視覺的影響程度，可分為：失能眩光：降低視覺功效和可見度的眩光眩光不舒適眩光：只有不舒適感覺的眩光2/3/2023123第七章建筑光學(xué)基本知識從形成眩光的過程來分：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?？杀荛_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2/3/2023124第七章建筑光學(xué)基本知識控制直接眩光的措施：（1）限制光源亮度當(dāng)光源亮度超過16sb時，不管亮度對比如何，均會產(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(2)增加眩光源的背景亮度，減少二者之間的亮度對比。當(dāng)視野內(nèi)出現(xiàn)明顯的亮度對比就會產(chǎn)生眩光，其中最重要的是工作對象和它直接相鄰的背景間的亮度對比，如書和桌面的亮度對比，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)形成的亮度對比常大于10，這樣就會形成一個不舒適的視覺環(huán)境。如將桌面漆成淺色，減小了桌面與白紙之間的亮度對比，就會有利于視覺工作，可減少視力疲勞。2/3/2023126第七章建筑光學(xué)基本知識(3)減小形成眩光的光源視看面積，即減小眩光源對觀測者眼睛形成的立體角。如將燈具作成橄欖形(見圖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(4)盡可能增大眩光源的仰角。當(dāng)眩光源的仰角小于27°時，眩光影響就很顯著；而當(dāng)眩光源的仰角大于45°時，眩光影響就大大減少了(見圖7—26)。通常可以提高燈的懸掛高度來增大仰角，但要受到房間層高的限制，而且把燈提得過高對工作面照明也不利，故有時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)基本知識圖7－26不同角度的眩光感覺2/3/2023129第七章建筑光學(xué)基本知識控制反射眩光的措施：(1)盡量使視覺作業(yè)的表面為無光澤表面，以減弱鏡面反射而形成的反射眩光；(2)應(yīng)使視覺作業(yè)避開和遠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)計需要運用物理學(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)基本知識一、顏色的基本特性l、顏色的形成顏色來源于光?？梢姽獍牟煌ㄩL的單色輻射在視覺上反映出不同的顏色。表1－4是各種顏色的波長和光譜的范圍。在兩個相鄰顏色范圍的過渡區(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。2/3/2023133第七章建筑光學(xué)基本知識光譜顏色中心波長及范圍2/3/2023134第七章建筑光學(xué)基本知識上述把顏色分為段是一種習(xí)慣的方法，但較粗略。實際上在整個可見光光譜范圍內(nèi)，光的顏色是連續(xù)過渡的。顏色的數(shù)量可以說是無窮的。一個光源發(fā)出的光經(jīng)常是由許多不同波長單色輻射組成的，每個波長的輻射功率也不一樣。2/3/2023135第七章建筑光學(xué)基本知識光源的各單色輻射功率，按波長的相關(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光譜功率分布曲線。2/3/2023136第七章建筑光學(xué)基本知識圖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)基本知識物體色是物體對光源的光譜輻射有選擇地反射或透射對人眼所產(chǎn)生的感覺。例如，用白光照射某一表面，它吸收白光包含的綠光和藍光，反射紅光，這一表面就呈紅色。若用藍光照射同一表面，它將呈現(xiàn)黑色，因為光源中沒有紅光成分。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)基本知識上述例子說明，物體色決定于物體表面的光譜反射率，同時，光源的光譜組成對于顯色也是至關(guān)重要的。2/3/2023139第七章建筑光學(xué)基本知識2、顏色分類和屬性顏色：有彩色無彩色任何一種有彩色的表觀顏色，都可以按照三個獨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)基本知識色調(diào)是各彩色彼此區(qū)分的特性?？梢姽庾V不同波長的輻射，在視覺上表現(xiàn)為各種色調(diào)。明度是指顏色相對明暗的特性。彩色光的亮度愈高，人眼愈感覺明亮，它的明度就愈高。彩度指的是彩色的純潔性。可見光譜的各種單色光彩度最高。2/3/2023141第七章建筑光學(xué)基本知識無彩色指白色、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)基本知識實際生活中，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，該物體為白色；當(dāng)物體表面的光反射比均在4％以下時，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、藍三種顏色匹配出來。但是，這三種顏色中無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（435.8nm)稱為三原色。2/3/2023144第七章建筑光學(xué)基本知識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色，如黃和籃、紅和青、綠和品紅等。（2）非互補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（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，舞臺照明，彩色電視機的顏色合成等方面。2/3/2023147第七章建筑光學(xué)基本知識彩色涂料的混合（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)基本知識彩色涂料對于光的選擇反射是顏色相減的過程。深紅色的顏料吸收了自光中大量的藍和綠，只反射紅色，也就是它從入射光中減掉了籃和綠。同樣的道理可以說明一塊黃色的濾光片由于減掉了藍色，透過紅色和綠色，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)用的三個減法原色，分別是加法三原色紅、綠、藍的補色，即青、品紅和黃（圖7－30）。2/3/2023151第七章建筑光學(xué)基本知識青色吸收光譜中紅色部分，透過或反射其他波長輻射，稱為“減紅”原色，是控制紅色用的?！睖p紅”原色印在白紙上用白光照射時是藍綠色，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”原色印在白紙上呈黃色，用來控制藍色。2/3/2023152第七章建筑光學(xué)基本知識圖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)基本知識當(dāng)兩種顏料混合或兩個濾光片重合時，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，青片減紅，重疊相減只透過綠色。同樣，品紅和黃色顏料混合，因品紅減綠，黃色減藍而呈紅色。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)基本知識二、顏色的定量日常我們習(xí)慣用自然界的景物來描述顏色，如桃紅、蘋果綠、土黃、孔雀藍等等。這種叫法不能正確地表達顏色特征和說明顏色之間的細微差別。隨著科學(xué)的進步，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)基本知識目前國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)。它們不但用符號和數(shù)字規(guī)定了千、萬個顏色品種，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1．CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)這一系統(tǒng)的特點是用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法來計算和規(guī)定顏色。使用這一系統(tǒng)，任何一種顏色都能用兩個色坐標(biāo)在色度圖上表示出來。2/3/2023157第七章建筑光學(xué)基本知識CIE1931年推薦的“CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)”是以兩個事實為根據(jù):第一，任何一種光的顏色都能用紅、綠、藍三原色的光匹配出來；第二，大多數(shù)人具有非常相似的顏色視覺。基于上述事實，CIE根據(jù)2o視場觀察條件下光譜色匹配的實驗結(jié)果，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)色度觀測者的三條相對光譜靈敏度曲線（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x(λ)、y(λ)、z(λ)表示。它們分別代表匹配各波長純光譜色所需要的紅、綠、藍三原色的量。若想獲得某一波長（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)基本知識根據(jù)CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者三刺激值，我們可以進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X、Y、Z—某光源色三刺激值Ф()—波長間隔為的光通量，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)，它是一個任意常數(shù)。2/3/2023162第七章建筑光學(xué)基本知識在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)基本知識顯然，x＋y＋z＝1因此，通常只要給出兩個坐標(biāo)值就夠了。物體色也可以按照上過程序和公式求出色坐標(biāo)，但計算時必須先選擇一種光源或選一種標(biāo)準(zhǔn)照明體，因為在不同照明條件下，物體色會發(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）。計算物體色三刺激值時，其Ф()按下式計算：2/3/2023164第七章建筑光學(xué)基本知識其中的s（）是所選光源或照明體的相對光譜功率分布。2/3/2023165第七章建筑光學(xué)基本知識如果每種顏色都能用兩個坐標(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)基本知識圖7－32CIE1931色度圖2/3/2023167第七章建筑光學(xué)基本知識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的光譜色軌跡，標(biāo)注了相應(yīng)的波長。連接400nm與700nm的由紫到紅的直線是光譜上沒有的顏色。凡物理上能夠?qū)崿F(xiàn)的顏色，都在這個馬蹄形內(nèi)占有位置。2/3/2023168第七章建筑光學(xué)基本知識色度圖的中心E點是等能白光，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)點距光譜軌跡愈近，距E點愈遠，它的彩度愈高，顏色愈純；反之，距E點愈近，彩度愈低，顏色愈淡。2/3/2023169第七章建筑光學(xué)基本知識將顏色坐標(biāo)點與E點連直線并延長至光譜軌跡上．其交點即這種顏色的主波長，由主波長可以判斷出它的色相．此外，通過E點畫任一直線與曲線得兩支點，兩點指示的顏色為互補色。2/3/2023170第七章建筑光學(xué)基本知識可以看到，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，而且通過色度計算能預(yù)測兩種顏色混合，或光源改變后物體呈現(xiàn)的顏色，這一系統(tǒng)還為顏色的物理測量奠定了基礎(chǔ)。2/3/2023171第七章建筑光學(xué)基本知識2、孟塞爾表色系統(tǒng)孟塞爾（A·H·Munsell）創(chuàng)立的表色系統(tǒng)按顏色的三個基本屬性：色調(diào)（符號H），明度（V）和彩度（C）對顏色進行分類與標(biāo)定．它是目前國際通用的物體色表色系統(tǒng)。2/3/2023172第七章建筑光學(xué)基本知識可以用一個顏色立體圖來說明這一表色系統(tǒng)，見圖7－33。中央軸代表無彩色（中性色）明度等級，理想白色為10，理想黑色為0，共有感覺上等距離的11個等級。顏色樣品離開中央軸的水平距離，代表彩度的變化。中央軸上的彩度為0，離開中央軸愈遠，彩度愈大。2/3/2023173第七章建筑光學(xué)基本知識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)基本知識顏色的表示方法孟塞爾表色系統(tǒng)對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)基本知識例如N7/就表示明度值為7的中性色（無彩色）。孟塞爾明度值與光反射比有對應(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)基本知識三、光源顏色在光環(huán)境設(shè)計實踐中，照明光源的顏色質(zhì)量常用兩個性質(zhì)不同的術(shù)語來表征：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)一個光源的顏色與完全輻射體（黑體）在某一溫度時發(fā)出的光色相同時，完全輻射體的溫度就叫做此光源的色溫(colortemperature)，用符號Tc表示，單位是K（絕對溫度）。2/3/2023178第七章建筑光學(xué)基本知識