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1、第七章第一节 建筑光学基本知识一.概述 1.光环境光是一种电磁辐射能，人类的生活离不开光，人们依靠不同的感觉器官从外界获得各种信息，其中约有来自视觉器官。在生产、工作、学习场所，良好的光环境可以振奋人的精神，提高工作效率和产品质量，保障人身安全和视力健康；在娱乐、休息、公共活动场所，光环境的首要作用，在于创造舒适优雅、活泼生动，或庄重严肃的环境气氛，对人的情绪状态、心理感受产生积极的影响。 建筑师的任务之一，就是要为人们创造优良的光环境。 2.建筑光学主要内容： 1.光环境与视觉 2.光与颜色的基本概念 3.空间光环境设计和光环境质量评价 4.天然光环境（一）昼光光源与采光 5.天然光环境（二
2、）天然光环境设计 6.人工光环境（一）电光源与照明装置 7.人工光环境（二）人工光环境设计二.眼睛与视觉 （一）眼睛的构造和视看过程1.瞳孔：虹膜中央的圆形孔，它可根据环境的明暗程度，自动调节其孔径，以控制进入眼球的光能数量。 2.水晶体 ：一扁球形的弹性透明体，它受睫状肌收缩或放松而改变形状和屈光度，使远近不同的外界景物都能在视网膜上形成清晰的影像。 3.视网膜：光线经过瞳孔、水晶体在视网膜上聚焦成清晰的影像。4.感光细胞 ：分为锥状细胞和杆状细胞两种，它们处在视网膜 最外层上，接受光刺激。 锥状细胞在明亮环境下对色觉和视觉敏锐度起决定作用，它能分辨出物体的细部和颜色，并对环境的明暗变化作出
3、迅速的反应； 杆状细胞在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用，它虽能看到物体，但不能分辨其细部和颜色，对明暗变化的反应缓慢。 （二）人眼的视觉特点1.颜色感觉 在明视觉时，人们对于380nm780nm范围内的电磁波引起不同的颜色感觉。2.光谱光视效率人眼观看同样功率的辐射，在不同波长时感觉到的明亮程度不一样。人眼的这种特性常用光谱光视效率曲线( )来表示。如图，它表示获得相同视觉感觉时，波长 和波长 的单色光辐射通量的比。m选在视感最大值（明视觉：m=555nm，暗视觉：m=507nm） v()=m/ v()光谱光视频率 m和波长分别为m、的辐射通量（相同视觉感觉）3.视野范围 受到感光细胞在视网膜
4、上的分布状态以及眼眉、脸颊的影响，人的头部不动时人眼的视看范围为：水平面1800，垂直面1300，上方为600，下方为700。4.明、暗视觉 因锥体、杆体细胞起作用的不同，形成了明暗视觉。明视觉：在明亮环境中，能够辨认很小的细节、颜色，并能适应亮度变化；暗视觉：在黑暗环境中，只有明暗感觉而无颜色感觉，也无法 分辨物件的细节，对外部变化的适应能力低。三.基本光度单位和应用 （一）光通量物理意义：说明光源发光能力的基本量，能量单位。光通量：人眼对光能量中的有感觉的量。例:已知钠灯发出波长为589nm的单色光，其辐射通量为10.3W，试计算其发出的光通量。（二）发光强度 物理意义：表示光源光通量的空
5、间密度光源向四周辐射光能量，单位立体角内的光通量叫发光强度。 （三）照度 对于被照面而言，单位面积上的光通量叫照度，用来衡量它被照射的程度。照度 E性质：可叠加性。几个光源同时照射被照面时，实际照度 为单个光源分别存在时形成照度的代数和。（四）发光强度和照度的关系上式表明：某表面的照度与光源在这方向的发光强度Ia成正比，与入射角的i余弦成正比，与距光源的距离r的平方成反比。 例：在距离桌面2.1米处挂一只40w白炽灯，设a在00 ， 450内白炽灯的发光强度均为30cd，求灯下桌面上1、2两点处的照度。 (五)亮度L定义：正在发光 (或反光) 表面的明亮程度。亮度是与眼睛感觉有关的量，取决于进
6、入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度。物理亮度：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度，尼特(nit, nt)、熙提(stilb, sb) 1 nt =1 cd/m2，1 sb = 1 cd/cm2 = 104 nt主观亮度：考虑背景亮度的作用视网膜只可承受 16 sb以下的亮度！(六)照度和亮度的关系 照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系。亮度和照度有何区别？照了不一定亮！例：在房间侧墙和屋顶上各开一个1m2的窗洞，它们与室内桌子的相对位置如图，设通过窗洞看见的天空亮度为104cd/m2，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度(桌面与侧窗窗台等高)。 解：窗洞可看作发光平面
7、，其亮度等于窗外蓝天的亮度。光通量：p、a、r分别叫反射通量、吸收通量、透射通量。由能量守恒：= p + a + r P=p/a=a/r=r/ 分别叫反光系数、吸收系数、透光系数，可见p+a+r=1材料可分为两类：一类属于定向的，即光线经过反射和透射、后分布的立体角没有改变，如镜子和透明玻璃；另一类为扩散的，这类材料使入射光不同程度地分散在更大的立体角范围内。（二）定向反射和透射1.定向反射光线射到表面很光滑的不透明材料上，就出现定向反射现象。定向反射现象符合反射定理，即：光线入射角等于反射角；入射光线、反射光线以及反射表面的法线处于同一平面。2.定向透射光线射到透明材料上产生定向透射，定向透
8、射经材料的两个表面时符合折射定理。 入射线、折射线与分界面的法线同处于一个平面，且分处于法线的两侧；入射角正弦和折射角正弦的比值是一个常数。即sini/sinr=n2/n1 （三）扩散反射和透射1.均匀扩散材料a.均匀扩散反射材料： 大部分无光泽、粗糙的建筑材料 b.均匀扩散透射材料: 透过材料看不见光源形象或外界景物，只能看见材料的本色和亮度上的变化，常将它用于灯罩、发光顶棚，以降低光源的亮度。2.定向扩散材料与入射角相同的反射角方向上、与入射方向一致透射方向上有最大亮度，其它方向也有一定亮度。五.视度及其影响因素 人们看物体的清楚程度叫着视度。视度受以下因素的影响。（一）亮度当物体发光或反
9、光时，人们才能看见它。 最低亮度阈：人们能看见的最低亮度，10-5cd/m2。若亮度过大，超出眼睛的适应范围，眼睛的灵敏度反而会下降，当物体亮度超过16X104cd/m2（16sb）时，人们就感到刺眼。（二）物件尺寸 物体尺寸以及眼睛至物件的距离均影响人们观看物件的视度。 物件尺寸d、眼睛至物件的距离l、形成视角a，其关系如下：a=3440d/l(单位:分)（三）亮度对比 亮度对比：视野中目标和背景的亮度差与背景亮度之比。符号为C。 亮度差越大，视度也高。C=L/Lb=(Lt-Lb)/Lb式中：Lt目标亮度；Lb背景亮度 对于均匀照明的无光泽的背景和目标，亮度对比可用光反射比表示，即pt-pb
10、/pb式中：pt目标光反射比；pb背景光反射比曲线表明：从同一根曲线来看，观看对象在眼睛处形成的视角不变时，若亮度对比下降，则需要增加照度才能保持相同视度。不同的曲线(表示在不同视角时)，目标愈小(视角愈小)，需要的照度愈高。天然光(红线)比人工光(蓝线)更有利于视度的提高。但在观看大的目标时，这种差别不明显。(四)识别时间亮度时间=常数 (邦森罗斯科定律)明适应：从暗到明的适应时间短，称“明适应”。暗适应：从明到暗的适应时间长，称“暗适应”。 （五）避免眩光1.眩光：在视野中由于亮度的分布或范围不适宜，或在空间或时间上存在着极端的亮度对比，以致引起不舒服和降低物体可见度的视觉条件。2.眩光分
11、类：根据眩光对视觉的影响的程度可分为：失能眩光和不舒服眩光。根据眩光的形成过程，眩光可分为直接眩光和反射眩光：直接眩光：由视野中高亮度的或未曾充分遮蔽的光源所产生的。反射眩光：由视野中的光泽表面的反射所产生的，反射眩光往 往难以避开。3.消除或减轻直接眩光的措施：限制光源亮度（增大面积，降低亮度）如加灯罩等。增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮度对比。减少形成眩光的光源的视看面积（即光源对观测者眼睛形成的立体角）。 尽可能增大眩光源的仰角。4.减少反射眩光的方法：(1)尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减弱镜面反射而形成的反射眩光； (2)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；(3)使用发光表面面积大、亮度低的光源；(4)使引起镜面反射的光源形成的照度在总照度中所占比例减少，从而减少反射眩光的影响。（不可避免的眩光源可想法降低其照度、亮度，） （注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）
