材料的光学性质和基本知识运用

1、材料的光学性质和基本知识运用 了解各种材料光学性质，可方便控制和定向光线建筑师控制、调整光线的基本手法之一。人们在建筑物内所看到的光，除直达光外，就是经过各界面反射后到达的间接光。直达光如是经过透光材料到达透射光。 不同材料对光的反射和透射的性能不同，就会在建筑空间形成不同的光照效果。 光传播过程中，遇到介质（如玻璃、墙）时，人射光通量中的一部分被反射()，一部分被吸收()，一部分透过介质进入另一侧的空间() = + + 令： += 1= 光反射比 （反射系数）= 光吸收比 （吸收系数）= 光透射比 （透射系数）则： + + = 1 光反射、吸收和透射类似于热辐射常见饰面材料光反射比值 室内表

2、面材料光反射比值越高，室内越明亮；值越小，照明量相应要增加。值不是越高越好，不同场合下，不同适宜范围。常见饰面材料光透射比值 进行采光和照明设计，须了解：（1）材料光反射比、光透射比。 （2）经过介质反射和透射后，光通量发生什么变化。 反射和透射光通量的分布变化取决于材料表面光滑程度和材料内部分子结构。反光和透光材料均可分为两类： 定向材料：经过反射和透射后，光分布立体角没有改变=常数。 扩散材料：经过反射和透射后，光分布立体角增大增大。 一、定向反射和透射 1、定向反射 光线照射到表面很光滑的不透明材料上，发生定向反射镜面反射。如玻璃镜、磨光金属表面。 特点： （1）入射角=反射角，光线反射

3、后立体角没有发生改变。 （2）入射光线、反射光线与材料法线处于同一平面。 （3）定向反射方向可清晰地看到光源形象。 （4）反射后光源亮度和发光强度都比入射光有所降低： L = L I = I 反射定律光反射比镜面反射 照明工程中，常利用定向反射进行准确地控光，如制造各种曲面的镜面反射罩获得需要的光强分布，提高灯具效率。 避免定向反射光线射入人眼造成的眩光。 抛物形镜面格栅或百叶 避免定向反射的影响应用 2、定向透射 光线照射到表面很光滑的透明材料上，发生定向透射。如透明玻璃、有机玻璃。 特点： （1）入射光线与透射光线平行，光线透射后立体角没有发生改变。 （2）入射光线、透射光线与材料法线处于

4、同一平面。 （3）定向透射方向可清晰地看到光源形象。 （4）透射后光源亮度和发光强度都比入射光有所降低：L= L I = I 光透射比 如果玻璃表面不平行，则透射光线会偏离原方向，使光源影像模糊不清，但仍能使部分光线透射过去，保持一定采光效果，如压花玻璃、玻璃砖。 照明工程中，常利用透镜作为光源的遮挡或透射部分，用来控制亮度及定向光线。 二、扩散反射和透射 光线照射到表面粗糙的不透明材料上，就发生扩散反射。 光线照射到半透明的材料上，就发生扩散透射。 根据扩散的程度不同，又分为： 1、均匀扩散反（透）射 2、定向扩散反（透）射 1、均匀扩散材料 包括均匀扩散反射材料和均匀扩散透射材料，前者俗称

5、漫反射，后者俗称漫透射。 共有特点： （1）将入射光线均匀向四面八方反射（透射）。 （2）表面亮度完全均匀，看不到光源形象。 （3）发光强度分布符合“朗伯余弦定律”。 均匀扩散材料最大发光强度在表面法线方向，其它方向的发光强度和法线方向发光强度的值有如下关系： I =I0 cos 建筑工程中常用的大部分无光泽饰面材料都属于漫反射材料，如涂料、乳胶漆、石膏板、砖（石）墙。不会造成眩光，对高反射比材料还可提高室内明亮程度。 漫反射材料 建筑工程中常用的漫透射材料有乳白玻璃、半透明塑料，透过它只能看见材料本色和亮度上的变化，对光源遮蔽性好常用来做灯罩、发光顶棚和室内隔断。使用中要注意使漫射材料保持在

6、低亮度水平，避免成为空间中最亮的表面。 漫透射材料 对于均匀扩散反射材料： L（cd/m2） = E / ； L（asb） = E 对于均匀扩散透射材料： L（cd/m2） = E / ； L（asb） = E 【思考】 某房间墙壁采用乳胶漆饰面，其反射比为，已知墙面平均照度为50lx，求墙面平均亮度？ 2、定向扩散材料油漆表面、磨砂玻璃 某些材料同时具有定向和扩散两种性质。 特点： （1）将入射光线不均匀地向某空间反射（透射）； （2）定向反射（透射）方向有最大的亮度和发光强度，其它方向也有一定亮度。 （3）可模糊地看到光源形象。 具有这种性质的反光材料如光滑的纸、较粗糙的金属面、油漆表面；

7、透光材料有磨砂玻璃，透过它可看到光源的大致形象，但不清晰。优点缺点定向反射或透射有清晰的影像高亮度或亮度对比其它方向上过暗；易产生不舒适眩光均匀扩散反射或透射亮度均匀；有好的私密性光线单调定向扩散反射或透射介于以上两者之间不同光学材料的优缺点【小结】第四节 视度及其影响因素 视度指看物体的清晰程度。 影响视度的因素主要有：亮度、物件尺寸、对比、识别时间及眩光。 一、亮度（或照度） 被视物体表面亮度高时容易识别，亮度低时不易识别。但过高的亮度会产生眩光，反而降低辨认能力，如晴朗天空下的雪；过低的亮度，则会降低对比的感知。 最低亮度（亮度阈）：10-5 asb 刺眼亮度：16sb 舒适照度：100

8、03000lx 二、物件尺寸 视觉作业中最难以辨认的物体细节尺寸称视觉尺寸。视觉尺寸与眼睛到物体距离的夹角，称视角。视觉尺寸越大、距离眼睛越近，视度越高；反之视度下降。= d / l 3440 （ 视角（分）；d 物体尺寸； l 观看距离 ） 三、亮度对比（反差） 亮度对比指被视物体和紧邻背景间的亮度差异。差异越大越容易识别，差异越小越不易识别。 常用亮度对比系数 C 来表示亮度对比。 或对于均匀照度 亮度对比要处于舒适范围，为获得期望的亮度对比，须仔细选择光源和室内表面反射比。2:1 能被察觉的亮度差别3:1 明显不同的亮度差别10:1 强烈的亮度差别40:1 在视野范围内最显著的亮度差别5

9、0:1 强调突出对象，具压倒性的亮度差别 当中心任务亮度不变，视度随着环境亮度的增加而增加，直至达到某个点时，视度开始下降。 视功能实验表明：物体亮度（与照度成正比），视角大小和亮度对比三个因素对视度的影响是相互关联。 【结论】 对比不足时，可增加照度； 照度不足时，可增加对比； 对比一定，目标较小时，需增加照度； 天然光优于人工光。四、识别时间 眼睛并非能在瞬间就见到物体。光越强，见到物体所需要时间越短；光越弱，见到物体所需要时间越长。这对运动物体影响尤其明显。 邦森-罗斯科定律： 识别时间亮度 = 常数 五、明、暗适应 当出现环境亮度变化过大的情况，应考虑在其间设置必要的过渡空间，使人眼有

10、足够的视适应时间； 在需要人眼变动的注视方向的工作场所中，视线所及的各部分的亮度差别不宜过大，可减少视觉的疲劳。 六、眩光影响一般限制 眩光视野范围里出现极高的亮度或极高的亮度对比，以致引起视觉的不舒适和降低物体可见度的视觉条件。 眩光属于视觉噪声。很多情况下能干扰我们对视觉信息的获取。采光和照明设计中，工作面上要避免眩光的产生。 在有些情况下，光线又变得充满魅力，令人赏心悦目闪烁，而非眩光。为形成较好的环境照明，满足某些特殊要求，常常利用金属、玻璃、光泽物体的小面积眩光产生某种魅力。这种场合对眩光没有限制。 眩光的分类大致有两种: 失能眩光和不舒适眩光（按后果分） 直接眩光和反射眩光（按原因

11、分） （一）失能眩光与不舒适眩光 1、失能眩光 能够降低视觉功效和可见度。 2、不舒适眩光 不会影响视觉行为，但会影响人们对空间的感知，长时间会引起视觉疲劳。不舒适 （二）直接眩光与反射眩光 1、直接眩光 视野内明亮光源（如灯具、灯泡、窗口）射入人眼直接造成的眩光。2、反射眩光 由高反射比表面（如镜面、玻璃、光泽金属表面或其他光滑表面）反射亮度造成。 反射眩光包括: 一次反射眩光 二次反射眩光。一、二次反射眩光发生原因 一次反射眩光由于光源照射到作业面上又反射到人的眼睛里而产生的，如视觉作业面上看到窗口或灯，即光源本身。 二次反射眩光是由于周围景物被照亮后的反射形象又进入到人眼里，如在视觉作业面上看到自己或物品。 二次反射眩光 一次反射眩光 展览建筑常见 （三）影响眩光的因素 （四）消除眩光直接眩光、反射眩光的消除 （1）增加视线与光源的偏离角，或降低光源的亮度，同时保持或增加视觉作业的亮度。 限制光源亮度直接眩光 （2）改变视觉