光学基本知识课件

第1篇

建筑光学第1章

建筑光学基本知识一、光的视觉性质光是一种电磁辐射。任何能发光的物体均称为光源。如太阳、白炽灯、日光灯等。建筑光学中讨论的光通常为可见光。波长范围为：380nm～780nm。波长不同，光色也不同。波长>780nm：红外光，有很好的热效应；波长<380nm：紫外光，有极强的杀菌消毒能力。二、人眼的视觉特点1、视野范围（双眼不动）：水平：180°垂直：130°（上方60°,下方70°）。从中心视场往外到30°范围内是视觉清楚区域，是观看物体总体的有利位置。通常站在离展品高度的2～1.5倍的距离观赏展品，就是使展品处于视觉清楚区域内。二、人眼的视觉特点2.明、暗视觉人对光的感知反应称为视觉，它主要通过人眼的感光细胞来实现。视网膜上分布有两类感光细胞：锥状感光细胞：引起明视觉，分辨物体的颜色和巨细，灵敏度高；杆状感光细胞：引起暗视觉，既不能分辨物体的颜色，也不能分辨物体的细节，灵敏感度低。3、颜色感觉：不同波长的光在视觉上形成不同的颜色波长长——暖色；波长短——冷色。二、人眼的视觉特点二、人眼的视觉特点光效率有明暗视觉之分。明视觉：555nm(黄绿光)暗视觉：507nm

(蓝绿光)

_三、基本光度单位光通量发光强度照度亮度三、基本光度单位1、辐射通量：单位时间内从光源表面辐射出的各种波长光能量的总和，也可理解为光源的辐射功率，是一个客观量。2、光通量：人眼对光的感觉量，即：辐射通量对人眼所引起的视觉强度，用Ф表示。其大小等于辐射通量与光效率的乘积，单位为流明（lm）。Φe,λ----波长为λ的单色辐射通量（w）V(λ)----CIE光谱光视效率Km----最大光谱光视效能。明视觉时为683lm/w3、发光强度立体角：Ω=A/r2

单位：球面度(sr)

当A＝r2时，Ω=1sr光通量反映的是人眼感知的单位时间内光源向四面八方辐射的总能量。在建筑光学中，常需感知光源向某一方向辐射的能量，即光通量的空间分布密度，称为“发光强度”。发光强度的单位：坎（Candela,cd），

它表示光源在1球面度立体角内均匀发出1lm的光通量。

Iα=Ф/Ω

1cd=1lm/1sr4、照度被照面（工作面）上单位面积上接受到的光通量，即为“照度”，其实质为光通量的平面密度。如果光通量Ф均匀地分布在A面上，则A面上的照度E=Ф/A照度单位是勒克斯（Lx）性质：照度可以直接相加，几个光源同时照射在被照面时，其上的照度为单个光源分别存在时形成的照度的代数和。亮度的定义：发（反）光体或发光表面在视线方向单位投影面积上的发光强度。Lα=Iα

/Acosα

亮度的常用单位为：坎德拉每平方米（cd/㎡

）另一个较大的单位为：熙提（sb），表示1c㎡

面积上发出1cd时的亮度单位。1sb=10000cd/㎡亮度是个主观量，我们眼睛所感受到的物体明亮程度，除了与物体表面亮度有关外，还与环境的明暗程度有关。6、发光强度和照度的关系点光源在被照面上形成的照度，与发光强度和距离有关“发光强度”的描述对象是光源，表示一个光源在某个方向上发射的能量。“照度”的描述对象是被照面（工作面）两者之间的量化公式：E=I/r2

距离平方反比定律：点光源在一表面形成的照度与它在这个方向上的发光强度成正比，和它到被照面的距离平方成反比。6、发光强度和照度的关系当入射角不等于0时，而是形成α角，则：点光源在表面法线与光线成α角处形成的照度与它在α方向上的发光强度和入射角α的余弦成正比，和它到被照面的距离平方成反比。

A1=A2/cosαE=Icosα/r27、亮度和照度的关系亮度与照度的关系是指光源亮度和它所形成的照度之间的关系。E=LαΩcosθ立体角投影定律：某一亮度为Lα发光表面在被照面上形成的照度，是这一发光表面的亮度Lα与该发光表面在被照点上形成的立体角Ω在被照面的投影（Ωcosθ）的乘积。适用于光源尺寸相对于它与被照点距离较大时。定律表明：某一发光表面在被照面上形成的照度，仅和发光表面的亮度及其在被照面上形成的立体角投影有关，而和该发光表面面积的绝对值无关。视度——看物体的清楚程度。影响视度的因素有：1.亮度最低亮度：3.14×10-5cd/m2满意照度:1500~3000lx最高亮度：1.6×105cd/m2。

四、视度及其影响因素

2.物件尺寸：视角，与物件的实际尺寸、物体到眼睛的距离有关。

四、视度及其影响因素

4.识别时间：邦森—-罗斯科定律：亮度×识别时间=常数视觉适应：当外界光环境亮度发生变化时，人眼需要调节入射光亮，改变视网膜的感光度的变化过程。（1）明适应——从暗到明的适应过程，1分钟左右（2）暗适应——从明到暗的适应过程，10~35分钟5.眩光：视野内出现过高的亮度，或过大的亮度对比，引起视觉不舒适、烦恼或疲劳。

直接眩光不舒适眩光

根据发生原因根据产生后果

反射眩光失能性眩光

四、视度及其影响因素

眩光的避免消除或减轻直接眩光的措施：限制光源的亮度；增加眩光光源的背景亮度，减小两者之间的亮度对比；尽可能的增大眩光光源的仰角。

减小反射眩光的措施尽量使视觉作业的表面为无光泽的表面；应使视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的镜面反射区域；使用发光表面积大、亮度低的光源；使引起镜面反射的光源形成的照度在总照度中所占的比例减少。五、颜色光源色温：当光源的颜色和一完全辐射体（黑体）在某一温度下发出的光色相同时，完全辐射体的温度就叫做光源的色温，符号TC,单位为K。例如：40瓦的白炽灯色温是2700K，40瓦荧光灯色温为3000—7500K。光源显色指数：物体在待测光源下的颜色和它在参考标准光源下颜色相比的符合程度叫做光源显色指数，符号Ra。例如：500瓦的白炽灯Ra为95—99，荧光灯Ra为50—93。问题：光线经过介质反射和透射后，光通量的分布变化？总入射光通量=反射光通量+吸收光通量+透射光通量

六、材料的光学性质——光遇介质时的传播特性光通量经过介质反射和透射后，光的分布变化取决于：

材料表面的光滑程度和材料内部分子结构六、材料的光学性质——材料按光学性质的分类

1、定向反射与定向透射光线射到表面很光滑的不透明材料上，发生定向反射。特点（1）入射角=反射角；（2）入射光线、反射光线与材料法线处于同一平面；（3）在定向反射方向可清楚看到光源形象。光线射到表面很光滑的透明材料上，发生定向透射。（1）入射光线与透射光线平行；（2）入射光线、折射光线与材料法线处于同一平面；（3）在定向透射方向可清楚看到另一侧景象。

经过反射或透射后，光源的亮度和发光强度降低：亮度：发光强度：

六、材料的光学性质

2、扩散反射与透射入射光线射到半透明材料上，发生扩散透射。入射光线射到表面粗糙的不透明材料上，发生扩散反射。（1）均匀扩散材料特点（1）将入射光线均匀向四面八方反射或透射；（2）材料表面亮度完全均匀；

反射材料透射材料

六、材料的光学性质

（1）均匀扩散特点（1）将入射光线均匀向四面八方反射或透射；（2）表面亮度完全均匀；（3