建筑光学基本知识ppt课件

1、Page 1湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理第二篇 建筑光学 光学根本知识光学根本知识 光的视觉性质光的视觉性质 根本光度单位根本光度单位及运用及运用 视度及其影响视度及其影响要素要素 资料的光学性资料的光学性质质天然采光天然采光光气候与采光规光气候与采光规范范采光口采光口采光设计采光设计人工采光人工采光电光源电光源灯具灯具室内任务照明室内任务照明室内外环境照明室内外环境照明Page 2湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理第一节 光的视觉性质 光是以电磁波方式传播的辐射能电磁辐射的波长范围很广，只需波长在380nm-760nm的这部分辐射才干引起光视觉，称为可见光(

2、简称光)。波长短于380nm的是紫外线、 射线、 射线、宇宙线；长于760nm的有红外线、无线电波等等。它们与光的性质是不同的，人眼是看不见的。 不同波长的光在视觉上构成不同的颜色，例如700nm的光呈红色，580nm呈黄色，470nm呈蓝色单一波长的光呈现一种颜色，称为单色光。日光和灯光那是由不同波长的光混合而成的复合光，它们呈白色或其他颜色。将复合光中各种波长辐射的相对功率量值按对应波长陈列结合起来，就构成该复合光的光谱功率分布曲线，它是光源的个重要物理参数。光源的光谱组成不但影响光源的表现颜色，而且决议被照物体的显色效果Page 3湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理(一)明

3、暗视觉 光入射到人们的眼睛内发扬刺激作用而产生视知觉的综合。视知觉包括看到光的明暗，物体的外形、颜色、动态、远近、深浅的一切知觉。视知觉不仅依托光对神经系统的刺激，而且依托大脑对由光产生的神经脉冲信号进展解释、分析和判别，最后构成视觉。这样，光刺激从眼睛到大脑变成神经脉冲信号，便在大脑中引起了生理变化，而且作为行动表现出来构成视觉系统。因此从引起视觉的刺激来看，光起着很重要的作用。无论在光环境中或在视觉环境中都要思索光与视觉的关系。Page 4湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理Page 5湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理(三)顺应 视网膜的感光度变化的过程或景象称

4、为顺应。 对于亮处或暗处的顺应都需求阅历时间。由亮处到暗处，视网膜的感光度到达最高时，需求10一35min，称为暗顺应；由暗处到亮处，只需求1min，称为明顺应。 眼睛按照暗顺应而起的作用，称为暗视觉。它主要是杆体细胞起作用的视觉形状。眼睛按照明顺应而起的作用，称为明视觉。它主要是锥体细胞起作用的视觉形状。 在光环境或视觉环境中会遇到多处的亮堂或黑暗区段或部位，安康的眼睛是可以顺应的。Page 6湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理 (四)视力 人们的眼睛识别物体外形的细部的才干称为视觉敏锐度，在医学上称为视力，曾经通用。它存在着个人差别。根据国际眼科学会的规定，它用兰道尔环来丈量

5、，规定在5m的视距上可以识别l的开口时为1.0。 物体大小对眼睛构成的张角称为视角，单位为分()。视力等于刚刚可以分辨的视角的倒数。 物体由出现到构成视知觉所需时间的倒数称为视力速度。它随着光照度的添加面提高很快，当到达一定数值后，就不明显提高。Page 7湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理 (五)视野 当头部和单眼或双眼不挪动时可觉察到的空间范围称为视野。由于脸部的其他部分的妨碍，视野中的上下左右部分不会均等。经常是视野的下部看去过大，右部看去也过大。在视野中可以明晰地看到对象的部分是视角l 1.5度的范围，这一范围由于在视网膜的中心凹部，所以成像清析称为中心视野。分开中心视野

6、，视力便会迅速减小这一部分称为周围视野。Page 8湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理(六)光视效能 眼睛在可见光的范围内眼睛对每一波长的感受性也不是均等的。眼睛对某一波长的光的敏感度称为光视效能。对波长为555nm的黄绿光，眼睛的感受性最高。国际照明委员会(CIE)根据大量的实验结果，将视亮度觉得相等的波长为m和的两个辐射通量之比，定义为波长的单色光的光谱光视效率(也称视见函数)，以V()表示。 m选在最大比值等于1处，即555nm处， V() l，其他波长的V()均小于l。这就是明视觉光谱光视效率。在较暗的环境中(顺应以510nm的蓝绿光最为敏感按照这种特定光环境条件确定的V

7、()函数称为暗视觉光谱光视效率。Page 9湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理Page 10湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理 (七)错视 眼睛不能知觉物体的正确外形的景象，称为错视。因此要为光环境提供完善的条件使眼睛不致出现错视。 (八)闪烁 眼睛看运动物体时物体在视网膜上成像，一闪即失，接着进展下一次成慷。这样反复进展，在眼睛卜构成时亮时灭的不延续的光。这种景象称为闪烁。用每秒亮灭的频率来表示眼睛能分清闪烁的界限。 称为闪烁临界值或闪烁交融频率。在高亮度的情况下，视网膜周围部分的临界值比中心部分的临界值要高。在光环境中多数情况要防止闪烁。只需少数情况如舞厅之类需

8、求光的闪烁。(九)眩光 假设视野内有亮度极高的物体或剧烈的亮度对比，那么可引起不温馨或视觉降低的景象，称为眩光。眩光是影响光质量的最重要的要素，对视觉有危害性。在光环境中，眩光普通是应该限制的， 只需个别情况除外。Page 11湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理上次课主要内容回想u光的视觉性质：u光的本质以电磁波方式传播的辐射能，波长为 的这部分辐射才干引起光视觉，称为可见光(简称光)u不同波长的光在视觉上构成不同的颜色，单一波长的光呈现一种颜色，称为单色光。u视觉光入射到人们的眼睛内发扬刺激作用而产生视知觉的综合。u光视效能视亮度觉得相等的波长为m和的两个辐射通量之比，定义为波

9、长的单色光的光谱光视效率以V()表示。 m选在最大比值等于1处：u 即明视觉 处，对于暗视觉 处Page 12湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理 第二节 光度量 光环境的设计与评价离不开定量的分析和阐明，这就需求借助于一系列的物理度量来描画光源与光环境的特征。常用的光度量有光通量、照度、发光强度和亮度。一、光通量 光通量是按照国际商定的人眼视觉特性评价的辐射能通量(辐射功率)。根据这定义，光通量可以由辐射通量及V()函数导出：dVKem)(,式中：光通量，lm e,波长为的单色辐射通量，W V(CIE规范光度观测者明视觉光谱光视效率。 Km最大光谱光视效能，lm/W(lm)Pag

10、e 13湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理 光视效能K是描画光和辐射之间关系的量，它是与单位辐射量相当的光通量。但是，K值是随光的波长而变化的， K()的最大值K(m)在 555nm处。根据一些国家权威实验室的丈量结果，l977年国际计量委员会决议采用Km683lmW。 光通量的单位是流明，符号为lm。在国际单位制和我国规定的计量单位中，它是一个导出单位，l流明是发光强度为l坎德拉的均匀点光源在1球面度立体角内发出的光通量。 在照明工程中，光通量是阐明光源发光才干的根本量。例如，一只40瓦白炽灯发射的光通最为350lm： 一只40瓦荧光灯发射的光通量为21001m，比白炽灯多5倍

11、多。Page 14湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理 二、发光强度 I 点光源在给定方向的发光强度，是光源在这一方向上立体角内发射的光通量与该立体角之商，符号为I，单位是坎德拉Candela。 式中的为立体角。以任一锥体顶点0为球心，恣意长度r为半径作一球面，被锥体截取的一部分球面面积为S，那么此锥体限定的立体角值为：ddI(cd) 假设在有限立体角内传播的光通量是均匀分布的，上式可写为：I(cd)(sr)2rS立体角的单位是球面度sr，当S=r2时，=1 sr，由于球的外表积为4r2，所以立体角的最大数值为4球面度。Page 15湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理

12、三、照度 E照度是受照平面上接受的光通量的密度，符号为E假设照射到外表点面元上的光通量为d ，该面元的面积为dA，那么:dAdE(lx) 照度的单位是勒克斯lx，1勒克斯等于1流明的光通量均匀分布在1平方米外表上所产生的照度，即1lx=1lm/m2。 勒克斯是一个较小的单位，如夏季中午日光下，地平面上照度可达1000 lx，在装有40W白炽灯的书写台灯下看书，桌面照度平均为200300 lx。Page 16湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理四、亮度 L1、概念 ： 在一样的照度情况下，黑色物体和白色物体在人眼中引起的视觉觉得不同，这阐明物体外表的照度并不能直接阐明人眼对物体的视觉

13、觉得。而是由视网膜上物像的照度成正比。视网膜上物像的照度和发光体在视野方向的投影面积成反比，与发光体朝视野方向的发光强度成正比。因此将发光体在视野方向上单位面积发出的发光强度定义为亮度。用符号L表示，单位为cd/m2。cosdSdIL(cd/m2)Page 17湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理2、光亮度和视亮度假设在外表的一点处有面元dS(图中线AB)，与dS的法线成 角方向的发光强度为dI ，那么dS在这方向的正投影面积为dSCOS (图中线CD)。这时眼睛看到的dS上的亮度L为cosdSdIL 式中的亮度称为光亮度物理亮度，它是一个客观物理量。我们所感遭到的物体亮堂程度除了

14、与物体外表亮度有关外，还与我们所处的环境的明暗程度有关，称为表观亮度。亮度的客观量，称为视亮度或客观亮度。它是一个心思量，没有量纲。因此光亮度和视亮度是有区别的。(cd/m2)Page 18湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理名称符号定义公式单位光通量683 e,V（）dLm,1lm=1/683W发光强度II= / cd,1cd=1lm/sr照度EE= / Slx, 1 lx =1lm/m2亮度LE= I/ ScosNt,1nt=1cd/m2光度学中的4个根本量Page 19湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理五、建筑照明计算根底(一)间隔平方反比定律 点光源在与照射方

15、向垂直的平面产生的照度与光源的光强成正比，与光源至受照面的间隔的平方成反比。这称为间隔平方反比定律，适用于点光源产生的点照度的计算。可由下式计算：2rIEnPage 20湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理以上公式也可以从发光强度和照度之间的关系求出：I2rA22rIrIAEPage 21湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理(二)照度余弦定律 点光源照射在程度面上产生的照度与光源的光强成正比，也与受照面法线和入射光的夹角的余弦成正比，但与光源至受照面的间隔的平方成反比。这称为照度余弦定律，由下式计算：cos2rIEhPage 22湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院

16、建筑物理(三)立体角投影定律 如下图，假设S1(图中线AB)为各方向的亮度均相等的发光面，S2(图中线CD)为受照面，在S1上取一微小面元dS1作为点光源。cosLEPage 23湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理那么在S2上的P点处的照度按余弦定律为:cos2rIE 按亮度与光强的关系式，设I为S1在方向的光强，L为S1在方向的亮度，那么有: ILdS1coscoscos21rdSLE 21cosrdS为以P点为顶点的dS1所张的立体角dcosdLdE那么S1在P点处产生的照度为:cosdLE进展积分后得到:cos LE进展换算后得到:阐明发光面在受照面上产生的照度，仅与发光面

17、的亮度及其在受照面上的立体角投影有关，而与发光面的面积的绝对值无关。S1和S1COS的面积不同，但由于它们对受照面构成的立体角投影一样，因此只需它们的亮度也一样，它们对S2构成的照度就会一致。Page 24湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理课后习题教材P：6-1、教材P：6-4、教材P：6-6Page 25湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理上次课主要内容回想u光度学根本原理u1、光通量、发光强度、照度、亮度的概念u2、建筑照明计算定律u照度余弦定律u立体角投影定律u Page 26湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理第三节 视度及其影响要素视度：看物体的

18、清楚程度。影响视度的要素：亮度、背景亮度、物体的视角、识别时间、眩光1、亮度 ：对大多数人而言，能看见物体 的最低亮度为10-5 asb ,当亮度到达 104 asb时，人眼的灵敏度最大，视度最高，而后视度便随着亮度的添加而降低，当亮度到达16sb时，人们便感到刺眼，反而看不清楚了。2、物件尺寸：物件的尺寸，眼睛至物件的间隔都影响人们观看物件的视度。物件尺寸d，眼睛至物件的间隔l构成视角，其关系为：分）(3440ldPage 27湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理3、亮度对比，是视野中目的和背景的亮度差与背景(或目的)亮度之比，用对比系数C表示，对比越大，视度越高。bLLC4、识

19、别时间：眼睛观看物体时，只需当该物体发出足够的光能，构成一定刺激，才干产生视觉觉得，在一定条件下，亮度*时间常数，也就是说:呈现时间越少，越需求更高的亮度才干引起视觉得。在设计中应思索人们流动过程中能够出现的视顺应问题。5、防止眩光：当视野内出现高亮度或过大的亮度对比，就会引起视觉上的不温馨，烦恼或视觉疲劳，这种亮度或亮度对比称为眩光。 直接眩光和反射眩光 失能眩光和不温馨眩光Page 28湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理第四节 资料的光学性质 光在传播过程中遇到新的介质时，会发生反射、透射与吸收景象一部分光通量被介质外表反射()， 部分透过介质()，余下的一部分那么被介质吸收

20、()，根据能量守恒定律，入射光通量(i)应等于上述三部分光通量之和：+ + = i= / i= /i= /i+ +1Page 29湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理 一、反射：反射光的分布型式有规那么反射与分散反射两大类分散反射又可细分为定向分散反射、漫反射、混合反射等 1 规那么反射 规那么反射也叫镜面反射，其特征是光线经过反射之后仍按一定的方向传播，立体角没有变化规那么反射的规律为：入射光线与反射光线以及反射外表的法线同处于一个平面内；入射光与反射光分居法线两侧，入射角等于反射角。 光滑密实的外表，如玻璃镜面和磨光的金属外表构成规那么反射。在照明工程中常利用规那么反射进展准确

21、的控光，如制造各种曲面的镜面反光罩获得需求的光强分布，提高灯具效率几乎一切的节能灯具都运用这类资料做的反光罩，其中有阳极氧化或抛光的铝板、不锈钢板、镀铬铁板镀银或镀铝的玻璃和塑科等Page 30湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理 2 定向分散反射 分散反射保管了规那么反射的某些特性，即在产生规那么反射的方向上，反射光最强，但是反射光束被“分散到较宽的范围，经过冲砂酸洗或锤点处置的粗糙金属外表、外表光滑的纸以及油漆外表具有定向分散反射的特性 其特点是在某一反射方向上有最大亮度，而在其他方向上也有一定亮度，在反射方向上可以看见光源的像，但轮廓不像定向反射那样明晰。Page 31湖北工

22、业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理 3 漫反射 漫反射的特点是反射光的分布与入射光方向无关，在宏观上没有规那么反射，反射光不规那么地分布在一切方向上，无光泽的毛面资料或由微细的晶粒、颜料颗粒构成的外表产生漫反射可以把这些微粒看作是单个的镜反射器，但是由于微粒的外表处在不同的方向，所以将光反射到许多角度上假设反射光的光强分布与入射光的方向无关，而且正好是切于入射光线与反射外表交点的一个圆球，这种漫反射称为均匀漫反射Page 32湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理均匀漫反射反射光的最大发光强度在垂直于外表的法线方向，其他方向的光强同最大光强有以下关系； I0=ICOS I反射

23、光与外表法线夹角为方向的光强cdI0反射光在反射外表法线方向的最大光强，cd上式称为朗伯余弦定律符合朗伯定律的资料叫朗伯体这类资料无论入射光的方向如何，其外表各方向上的亮度都是相等的。氧化镁、硫酸钡、石膏等具有这种特性。建筑工程常用的大部分无光泽饰面资料，如粉刷涂料、乳胶漆、无光塑料墙纸、陶瓷面砖等都可以近似地看作均匀漫反射资料。Page 33湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理按照朗伯定律可以导出由照度计算均匀漫反射资料外表亮度的简便公式如下；L= *E/ (cd/m2) 4 混合反射 多数的资料外表兼有规那么反射和漫反射的特性，这称为混合反射光亮的搪瓷外表呈现漫反射与镜面反射结合的特性在漫反射外表涂一层薄的透明清滚，当光入射角