建筑光环境1(光学基本知识)
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A 其中，Φ 为光通量（lm），A为被照面面积（m2）
• 单位：勒克斯(lux, lx)，相当于
1 lm的光通量均匀分布在1 m2 的被照面上
1 lm 1 m2
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。
4. 光源的发光强度 I 与被照面的照度E 之间的关系
光通量 相同, 发光强度I 可以不同
运用人为手段在某方向 上达到所需的发光强度
3. 照度 E
光通量和发光强度都是光源自身的特性，对于被照面而言， 常要研究其实际被照射的程度，常用“照度”来衡量。
• 定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值，即被照面
上的光通量密度 。表示被照面被照射的程度。 • 表达式（当光通量均匀分布在被照表面上时）： E
基本光度单位及应用
1. 光通量
由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，我们就 不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，所 以必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位
——光通量 来衡量
光通量 符号： 单位：流明（lumen），lm
• 在建筑光学中，常用光 通量表示光源发出的光 能量，它成为光源的一 个基本参量。
• 发光强度： – 光源在某一方向的发光强度定义为光源在该方向 上单位立体角内发出的光通量。
I d 表示发光强度与方向有关 d
– 表示光源光通量的空间密度 – 单位：坎德拉(candela, cd)
1cd 1lm 1sr
立体角 P157
• 由于光是辐射在三维空间，故用立体角对光进行计量。
I ri E
——射束截面法线与射束方向间的夹角。（发光面法线与
视线方向的夹角）
i——入射光线与被照面法线间的夹角。
例题： P160 例7-3
5. 亮度 L
5.1定义
相同照度条件下，人眼观看黑、白两个物体，感觉白 色物体亮得多，说明人眼对物体的视觉感觉不能用物体表 面照度来直接说明。
一个发光（或反光）物体，在眼睛的视网膜上成像，
建筑光环境
河南科技大学 李宁
建筑物理三大研究主题： • 建筑热环境 • 建筑光环境 • 建筑声环境
授课及考核方式
• 课堂讲授 + 实验 • 考试：闭卷笔试 • 增加调研汇报环节，计入平时成绩
本篇知识构架
• 第1章 建筑光学基本知识
——光环境的相关概念
• 第Βιβλιοθήκη Baidu章 天然采光
——各种采光窗的采光特性和采光设计及计算 方法
• 第3章 建筑照明
——人工光源和灯具的光学特性及其基本的照 明设计和计算方法
第1章 建筑光学基本知识
主要内容
• 光与视觉 • 基本光度单位及应用 • 材料的光学性质 • 可见度及其影响因素 • 颜色
光与视觉
• 人眼看到的光是一种能够直接引起视感 觉的电磁辐射，其波长范围为 380~780nm。
例如100W普通白炽灯 发出1179 lm的光通量。
1179 lm
2400lm
• 光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光 能量。
• 不同光源发出的光通量在空间的分布是可以调节 的。
例如，使用灯罩就会使得同一光源向下反射的光
通量增加，故，了解光通量的空间分布状况也很必
要
——发光强度正是其表征
2. 发光强度 I
视觉感觉和视网膜上的物像的照度成正比，物像的照度愈
大，我们觉得被看的发光（或反光）物体愈亮。即亮度是 与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜 物像上的密度。
暗视觉是指在黑暗环境中（小于0.01cd/m2以上的亮度水平）， 主要由视网膜的杆体细胞起作用的视觉。暗视觉只有明暗 感觉而无颜色感觉，也无法辨认物体的细节，对外部明暗 变化的适应能力低，反应缓慢。
中间视觉发生在明视觉与暗视觉之间，此时视觉系统的锥状 和杆状细胞同时在起作用，二者的作用大小依实际而变化。
• 光的度量必须和人的主观感觉联系起来。 为了搞好光照设计，应对人眼的视觉特 性、光的度量、材料的光学性能等有必 要了解。
电磁波谱
眼睛的主要组成部分和功能
类比照相机或摄像机
（1）瞳孔：根据环境的明暗程度自动调节孔径，以控制 进入眼球的光能数量。相当于照相机中光圈的作用。
（2）水晶体：成像功能，还带有自动聚焦功能，相当于 透镜。
（3）视网膜：成像部位，光线经过瞳孔、水晶体在视网 膜上成像。相当于胶卷。视网膜上布满了感光细胞。
（4）感光细胞——接受光刺激
• 锥体细胞 视网膜中央部位有一个称为“黄斑”的黄色区域，
其中心有一个“中央窝”，锥体细胞在此达最大密度， 往外急剧下降。
功能特征：在明亮环境下对色觉和视觉敏感度起决 定作用。 • 杆体细胞
视觉适应
• 从明亮环境到较暗环境时，人眼对环境转换的适应称为暗 适应，适应时间较长。
• 从较暗环境到明亮环境时，人眼对环境转换的适应称为明 适应，适应时间较短。
应用
• 设计中，应考虑人们流动过程中可能出现的视觉 适应问题，当出现环境亮度变化过大的情况，可 在其间设置必要的过渡空间，使人眼有足够的视 觉适应时间；
在中央窝处几乎没有杆体细胞，自中央窝向外，其 密度迅速增加，离中央窝20º附近达到最大密度，然后 又逐渐减少。
功能特征：在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用。
人的视觉活动特点
明视觉、暗视觉和中间视觉
明视觉是指在明亮环境中（大于 3cd/m2以上的亮度水平）， 主要由视网膜的锥体细胞起作用的视觉。明视觉能够辨认 很小的细节，此时人眼具有颜色感觉，而且对外界亮度变 化的适应能力强，反应迅速。
• 在需要人眼变动注视方向的工作场所中，视线所 及的各部分亮度差别不宜过大，这样可减少视疲 劳。
光谱光视效率
• 明视觉时，人眼感到黄绿 光部位最亮，最大值在波 长555nm处，愈趋向光谱 两端的光愈暗；
• 暗视觉时，蓝绿光部位 最亮，最大值在507nm。
• 在不同光亮条件下，人眼 感受性不同的现象称为 普尔金耶效应
• 立体角是球面积对球心形成的角，以 表示；半径为r、
面积为A的球面形成的立体角为：
d
dA cos
r2
——面积A上微元dA和球心连线与微元法线之间的夹角
• 单位是球面度，以sr表示 • 立体角的大小与球半径无关。 • 当球面积A=r2时，在球心处形成的立体角为1球面度，即
1 A / r2 1sr
• 单位：勒克斯(lux, lx)，相当于
1 lm的光通量均匀分布在1 m2 的被照面上
1 lm 1 m2
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。
4. 光源的发光强度 I 与被照面的照度E 之间的关系
光通量 相同, 发光强度I 可以不同
运用人为手段在某方向 上达到所需的发光强度
3. 照度 E
光通量和发光强度都是光源自身的特性，对于被照面而言， 常要研究其实际被照射的程度，常用“照度”来衡量。
• 定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值，即被照面
上的光通量密度 。表示被照面被照射的程度。 • 表达式（当光通量均匀分布在被照表面上时）： E
基本光度单位及应用
1. 光通量
由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，我们就 不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，所 以必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位
——光通量 来衡量
光通量 符号： 单位：流明（lumen），lm
• 在建筑光学中，常用光 通量表示光源发出的光 能量，它成为光源的一 个基本参量。
• 发光强度： – 光源在某一方向的发光强度定义为光源在该方向 上单位立体角内发出的光通量。
I d 表示发光强度与方向有关 d
– 表示光源光通量的空间密度 – 单位：坎德拉(candela, cd)
1cd 1lm 1sr
立体角 P157
• 由于光是辐射在三维空间，故用立体角对光进行计量。
I ri E
——射束截面法线与射束方向间的夹角。（发光面法线与
视线方向的夹角）
i——入射光线与被照面法线间的夹角。
例题： P160 例7-3
5. 亮度 L
5.1定义
相同照度条件下，人眼观看黑、白两个物体，感觉白 色物体亮得多，说明人眼对物体的视觉感觉不能用物体表 面照度来直接说明。
一个发光（或反光）物体，在眼睛的视网膜上成像，
建筑光环境
河南科技大学 李宁
建筑物理三大研究主题： • 建筑热环境 • 建筑光环境 • 建筑声环境
授课及考核方式
• 课堂讲授 + 实验 • 考试：闭卷笔试 • 增加调研汇报环节，计入平时成绩
本篇知识构架
• 第1章 建筑光学基本知识
——光环境的相关概念
• 第Βιβλιοθήκη Baidu章 天然采光
——各种采光窗的采光特性和采光设计及计算 方法
• 第3章 建筑照明
——人工光源和灯具的光学特性及其基本的照 明设计和计算方法
第1章 建筑光学基本知识
主要内容
• 光与视觉 • 基本光度单位及应用 • 材料的光学性质 • 可见度及其影响因素 • 颜色
光与视觉
• 人眼看到的光是一种能够直接引起视感 觉的电磁辐射，其波长范围为 380~780nm。
例如100W普通白炽灯 发出1179 lm的光通量。
1179 lm
2400lm
• 光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光 能量。
• 不同光源发出的光通量在空间的分布是可以调节 的。
例如，使用灯罩就会使得同一光源向下反射的光
通量增加，故，了解光通量的空间分布状况也很必
要
——发光强度正是其表征
2. 发光强度 I
视觉感觉和视网膜上的物像的照度成正比，物像的照度愈
大，我们觉得被看的发光（或反光）物体愈亮。即亮度是 与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜 物像上的密度。
暗视觉是指在黑暗环境中（小于0.01cd/m2以上的亮度水平）， 主要由视网膜的杆体细胞起作用的视觉。暗视觉只有明暗 感觉而无颜色感觉，也无法辨认物体的细节，对外部明暗 变化的适应能力低，反应缓慢。
中间视觉发生在明视觉与暗视觉之间，此时视觉系统的锥状 和杆状细胞同时在起作用，二者的作用大小依实际而变化。
• 光的度量必须和人的主观感觉联系起来。 为了搞好光照设计，应对人眼的视觉特 性、光的度量、材料的光学性能等有必 要了解。
电磁波谱
眼睛的主要组成部分和功能
类比照相机或摄像机
（1）瞳孔：根据环境的明暗程度自动调节孔径，以控制 进入眼球的光能数量。相当于照相机中光圈的作用。
（2）水晶体：成像功能，还带有自动聚焦功能，相当于 透镜。
（3）视网膜：成像部位，光线经过瞳孔、水晶体在视网 膜上成像。相当于胶卷。视网膜上布满了感光细胞。
（4）感光细胞——接受光刺激
• 锥体细胞 视网膜中央部位有一个称为“黄斑”的黄色区域，
其中心有一个“中央窝”，锥体细胞在此达最大密度， 往外急剧下降。
功能特征：在明亮环境下对色觉和视觉敏感度起决 定作用。 • 杆体细胞
视觉适应
• 从明亮环境到较暗环境时，人眼对环境转换的适应称为暗 适应，适应时间较长。
• 从较暗环境到明亮环境时，人眼对环境转换的适应称为明 适应，适应时间较短。
应用
• 设计中，应考虑人们流动过程中可能出现的视觉 适应问题，当出现环境亮度变化过大的情况，可 在其间设置必要的过渡空间，使人眼有足够的视 觉适应时间；
在中央窝处几乎没有杆体细胞，自中央窝向外，其 密度迅速增加，离中央窝20º附近达到最大密度，然后 又逐渐减少。
功能特征：在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用。
人的视觉活动特点
明视觉、暗视觉和中间视觉
明视觉是指在明亮环境中（大于 3cd/m2以上的亮度水平）， 主要由视网膜的锥体细胞起作用的视觉。明视觉能够辨认 很小的细节，此时人眼具有颜色感觉，而且对外界亮度变 化的适应能力强，反应迅速。
• 在需要人眼变动注视方向的工作场所中，视线所 及的各部分亮度差别不宜过大，这样可减少视疲 劳。
光谱光视效率
• 明视觉时，人眼感到黄绿 光部位最亮，最大值在波 长555nm处，愈趋向光谱 两端的光愈暗；
• 暗视觉时，蓝绿光部位 最亮，最大值在507nm。
• 在不同光亮条件下，人眼 感受性不同的现象称为 普尔金耶效应
• 立体角是球面积对球心形成的角，以 表示；半径为r、
面积为A的球面形成的立体角为：
d
dA cos
r2
——面积A上微元dA和球心连线与微元法线之间的夹角
• 单位是球面度，以sr表示 • 立体角的大小与球半径无关。 • 当球面积A=r2时，在球心处形成的立体角为1球面度，即
1 A / r2 1sr