光學基本知識課件

第1篇

建筑光學第1章

建筑光學基本知識一、光的視覺性質(zhì)光是一種電磁輻射。任何能發(fā)光的物體均稱為光源。如太陽、白熾燈、日光燈等。建筑光學中討論的光通常為可見光。波長范圍為：380nm～780nm。波長不同，光色也不同。波長>780nm：紅外光，有很好的熱效應(yīng)；波長<380nm：紫外光，有極強的殺菌消毒能力。二、人眼的視覺特點1、視野范圍（雙眼不動）：水平：180°垂直：130°（上方60°,下方70°）。從中心視場往外到30°范圍內(nèi)是視覺清楚區(qū)域，是觀看物體總體的有利位置。通常站在離展品高度的2～1.5倍的距離觀賞展品，就是使展品處于視覺清楚區(qū)域內(nèi)。二、人眼的視覺特點2.明、暗視覺人對光的感知反應(yīng)稱為視覺，它主要通過人眼的感光細胞來實現(xiàn)。視網(wǎng)膜上分布有兩類感光細胞：錐狀感光細胞：引起明視覺，分辨物體的顏色和巨細，靈敏度高；桿狀感光細胞：引起暗視覺，既不能分辨物體的顏色，也不能分辨物體的細節(jié)，靈敏感度低。3、顏色感覺：不同波長的光在視覺上形成不同的顏色波長長——暖色；波長短——冷色。二、人眼的視覺特點二、人眼的視覺特點光效率有明暗視覺之分。明視覺：555nm(黃綠光)暗視覺：507nm

(藍綠光)

_三、基本光度單位光通量發(fā)光強度照度亮度三、基本光度單位1、輻射通量：單位時間內(nèi)從光源表面輻射出的各種波長光能量的總和，也可理解為光源的輻射功率，是一個客觀量。2、光通量：人眼對光的感覺量，即：輻射通量對人眼所引起的視覺強度，用Ф表示。其大小等于輻射通量與光效率的乘積，單位為流明（lm）。Φe,λ----波長為λ的單色輻射通量（w）V(λ)----CIE光譜光視效率Km----最大光譜光視效能。明視覺時為683lm/w3、發(fā)光強度立體角：Ω=A/r2

單位：球面度(sr)

當A＝r2時，Ω=1sr光通量反映的是人眼感知的單位時間內(nèi)光源向四面八方輻射的總能量。在建筑光學中，常需感知光源向某一方向輻射的能量，即光通量的空間分布密度，稱為“發(fā)光強度”。發(fā)光強度的單位：坎（Candela,cd），

它表示光源在1球面度立體角內(nèi)均勻發(fā)出1lm的光通量。

Iα=Ф/Ω

1cd=1lm/1sr4、照度被照面（工作面）上單位面積上接受到的光通量，即為“照度”，其實質(zhì)為光通量的平面密度。如果光通量Ф均勻地分布在A面上，則A面上的照度E=Ф/A照度單位是勒克斯（Lx）性質(zhì)：照度可以直接相加，幾個光源同時照射在被照面時，其上的照度為單個光源分別存在時形成的照度的代數(shù)和。亮度的定義：發(fā)（反）光體或發(fā)光表面在視線方向單位投影面積上的發(fā)光強度。Lα=Iα

/Acosα

亮度的常用單位為：坎德拉每平方米（cd/㎡

）另一個較大的單位為：熙提（sb），表示1c㎡

面積上發(fā)出1cd時的亮度單位。1sb=10000cd/㎡亮度是個主觀量，我們眼睛所感受到的物體明亮程度，除了與物體表面亮度有關(guān)外，還與環(huán)境的明暗程度有關(guān)。6、發(fā)光強度和照度的關(guān)系點光源在被照面上形成的照度，與發(fā)光強度和距離有關(guān)“發(fā)光強度”的描述對象是光源，表示一個光源在某個方向上發(fā)射的能量?！罢斩取钡拿枋鰧ο笫潜徽彰妫üぷ髅妫﹥烧咧g的量化公式：E=I/r2

距離平方反比定律：點光源在一表面形成的照度與它在這個方向上的發(fā)光強度成正比，和它到被照面的距離平方成反比。6、發(fā)光強度和照度的關(guān)系當入射角不等于0時，而是形成α角，則：點光源在表面法線與光線成α角處形成的照度與它在α方向上的發(fā)光強度和入射角α的余弦成正比，和它到被照面的距離平方成反比。

A1=A2/cosαE=Icosα/r27、亮度和照度的關(guān)系亮度與照度的關(guān)系是指光源亮度和它所形成的照度之間的關(guān)系。E=LαΩcosθ立體角投影定律：某一亮度為Lα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)光表面在被照點上形成的立體角Ω在被照面的投影（Ωcosθ）的乘積。適用于光源尺寸相對于它與被照點距離較大時。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投影有關(guān)，而和該發(fā)光表面面積的絕對值無關(guān)。視度——看物體的清楚程度。影響視度的因素有：1.亮度最低亮度：3.14×10-5cd/m2滿意照度:1500~3000lx最高亮度：1.6×105cd/m2。

四、視度及其影響因素

2.物件尺寸：視角，與物件的實際尺寸、物體到眼睛的距離有關(guān)。

四、視度及其影響因素

4.識別時間：邦森—-羅斯科定律：亮度×識別時間=常數(shù)視覺適應(yīng)：當外界光環(huán)境亮度發(fā)生變化時，人眼需要調(diào)節(jié)入射光亮，改變視網(wǎng)膜的感光度的變化過程。（1）明適應(yīng)——從暗到明的適應(yīng)過程，1分鐘左右（2）暗適應(yīng)——從明到暗的適應(yīng)過程，10~35分鐘5.眩光：視野內(nèi)出現(xiàn)過高的亮度，或過大的亮度對比，引起視覺不舒適、煩惱或疲勞。

直接眩光不舒適眩光

根據(jù)發(fā)生原因根據(jù)產(chǎn)生后果

反射眩光失能性眩光

四、視度及其影響因素

眩光的避免消除或減輕直接眩光的措施：限制光源的亮度；增加眩光光源的背景亮度，減小兩者之間的亮度對比；盡可能的增大眩光光源的仰角。

減小反射眩光的措施盡量使視覺作業(yè)的表面為無光澤的表面；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；使用發(fā)光表面積大、亮度低的光源；使引起鏡面反射的光源形成的照度在總照度中所占的比例減少。五、顏色光源色溫：當光源的顏色和一完全輻射體（黑體）在某一溫度下發(fā)出的光色相同時，完全輻射體的溫度就叫做光源的色溫，符號TC,單位為K。例如：40瓦的白熾燈色溫是2700K，40瓦熒光燈色溫為3000—7500K。光源顯色指數(shù)：物體在待測光源下的顏色和它在參考標準光源下顏色相比的符合程度叫做光源顯色指數(shù)，符號Ra。例如：500瓦的白熾燈Ra為95—99，熒光燈Ra為50—93。問題：光線經(jīng)過介質(zhì)反射和透射后，光通量的分布變化？總?cè)肷涔馔?反射光通量+吸收光通量+透射光通量

六、材料的光學性質(zhì)——光遇介質(zhì)時的傳播特性光通量經(jīng)過介質(zhì)反射和透射后，光的分布變化取決于：

材料表面的光滑程度和材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)六、材料的光學性質(zhì)——材料按光學性質(zhì)的分類

1、定向反射與定向透射光線射到表面很光滑的不透明材料上，發(fā)生定向反射。特點（1）入射角=反射角；（2）入射光線、反射光線與材料法線處于同一平面；（3）在定向反射方向可清楚看到光源形象。光線射到表面很光滑的透明材料上，發(fā)生定向透射。（1）入射光線與透射光線平行；（2）入射光線、折射光線與材料法線處于同一平面；（3）在定向透射方向可清楚看到另一側(cè)景象。

經(jīng)過反射或透射后，光源的亮度和發(fā)光強度降低：亮度：發(fā)光強度：

六、材料的光學性質(zhì)

2、擴散反射與透射入射光線射到半透明材料上，發(fā)生擴散透射。入射光線射到表面粗糙的不透明材料上，發(fā)生擴散反射。（1）均勻擴散材料特點（1）將入射光線均勻向四面八方反射或透射；（2）材料表面亮度完全均勻；

反射材料透射材料

六、材料的光學性質(zhì)

（1）均勻擴散特點（1）將入射光線均勻向四面八方反射或透射；（2）表面亮度完全均勻；（3