建筑物理光学---建筑光学基本知识

一个重要物理参数。光源的光谱组成不但
影响光源的表观颜色，而且决定被照物体
的显色效果。
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第七章 建筑光学基本知识
五、光谱光效率
人眼对不同波长单色光的视亮度感受性 也不一样，这是光在视觉上反映的另一特征。 在光亮的环境中（适应亮度>3cd/m2），辐 射功率相等的单色光看起来以波长555 nm的
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第七章 建筑光学基本知识
四、颜色感觉
不同波长的光在视觉上形成不同的颜色
例如700nm的光呈红色，580nm呈黄色，
470nm呈蓝色。见下表。
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第七章 建筑光学基本知识
光谱颜色中心波长及范围
颜色感觉 红 橙 黄 绿 蓝 紫 中心频率 (nm) 700 620 580 510 470 420 范围 (nm) 640～ 750 600～ 640 550～ 600 480～ 550 450～ 480 400～ 450
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第七章 建筑光学基本知识
第七章 建筑光学基本知识
第一节
第二节
眼睛与视觉
基本光度单位及应用
第三节
第四节 第五节
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材料的光学性质
视度及其影响因素 颜色
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第七章 建筑光学基本知识
光是以电磁波形式传播的辐射能。
电磁辐射的波长范围很广。只有波长在
380nm至780nm的这部分辐射才能引起光视觉，
I＝/
说明。
cd
式中的为立体角。其概念在图7－6中
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第七章 建筑光学基本知识
以任一锥体顶点 O 为 球心，任意长度 r为半径 作一球面，被锥体截取 的一部分球面面积为 S， 则此锥体限定的立体角 为： ＝S/r2
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第七章 建筑光学基本知识
图7－5 光谱光视效率 实线一明视觉；虚线一暗视觉
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第七章 建筑光学基本知识
第二节 基本光度单位及应用
• • • • • • 光通量 发光强度 照度 发光强度和照度的关系 亮度 照度和亮度的关系
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第七章 建筑光学基本知识
350lm的光通量；一只40W荧光灯发出
2200lm的光通量，比白炽灯多5倍多。
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第七章 建筑光学基本知识
【例1】已知低压钠灯发出波长为589nm的单 色光，设其辐射通量为10.3W,试计算它发出 的光通量。
【解】从光谱光效率曲线明视觉（实线）中 可查出，对应于波长589nm的V（ ）＝0.78， 则该单色光源发出的光通量为： 589＝683×10.3×0.78＝5487 lm
二、光环境设计运用学科
光环境设计要运用很多学科的
基础理论，例如建筑学、物理学
（包括光学、光度学、色度学）、
生理学、心理学、人类工效学、美
学等等。
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第七章 建筑光学基本知识
三、本课重点
本课程将着重讲解有关的概念和理论， 以期同学们对光环境的设计原理有正确的理 解。此外，对照明设备、控光材料、照明形 式、计算方法、测光技术等实用的知识和资 料也将作较全面的介绍，并通过实例分析， 力求使大家掌握光环境设计的方法和技巧。 考虑到建筑学专业的特点，复杂的数学分析 将略去。
lm／W。
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第七章 建筑光学基本知识
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 1 坎 德拉的均匀点光源在 1球面度立体角内发出
的光通量。
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第七章 建筑光学基本知识
在照明工程中，常用光通量表示一 光源发出光能的多少，它是光源的一个 基本参数。例如，一只40W白炽灯发出
称为可见光（简称光），见图7－0所示。
波长短于380nm的是紫外线、x射线、γ
射线、宇宙线；长于780nm的有红外线、无线 电波等等。
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第七章 建筑光学基本知识
图7－0 太阳辐射的电磁波
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第七章 建筑光学基本知识
第一节
眼睛与视觉
眼睛 视觉 视野 颜色感觉 光谱光效率
黄绿光最明亮，并且明亮程度向波长短的紫
光和长波的红光方向递减。
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第七章 建筑光学基本知识
国际照明委员会(CIE）根据大量的实验 结果，将视亮度感觉相等的波长为m和 两 个辐通量之比，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＝555时， V（）＝l，其他波长V（）均小于1（见图 7－5）。这就是明视觉光谱光视效率。在较 暗的环境中（适应亮度＜0.03cd/m2时）， 人的视亮度感受性发生变化，以＝507nm的 蓝绿光最为敏感。按照这种特定光环境条件 确定的V（）函数称为暗视觉光谱光视效率 （图7－5）．
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第七章 建筑光学基本知识
二、发光强度 (luminous intensity)
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元内发射的光通量
与该立体角元之商。符号为I。
I＝d/d cd
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第七章 建筑光学基本知识
如果在有限立体角对内传播的光通量 是均匀分布的，上式可写成:
暗视觉条件下，景物看起来总是模
糊不清、灰茫茫一片。
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第七章 建筑光学基本知识
锥状细胞对于光不甚敏感，在亮度高于 3cd/m2的水平时，锥状细胞才充分发挥作用，这 时称为明视觉。锥状细胞有辨认细节和分辨颜色 的能力，这种能力随亮度增高而达到最大。所有 的室内照明，都是按明视觉条件设计的。 当适应亮度处在0.03～3cd/m2之间时，眼睛 处于明视觉和暗视觉的中间状态，称为中间视觉 。一般道路照明的亮度水平，相当于中间视觉的 条件。
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第七章 建筑光学基本知识
【例2】的计算表
波长λ （nm） 365 406 436 546 578 691 总计
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单色辐射通 量Φ eλ (W) 2.2 4.0 8.4 11.5 12.8 0.9 39.8
相对光谱光 Φ λ (lm) 效率V( λ) 0.0007 0.0180 0.9840 0.8890 0.0076 1.9 103.3 7728.8 7772.0 4.7 15610.7
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第七章 建筑光学基本知识
【例2】已知500W汞灯的各单色辐射通 量值见下表，试计算其光通量。
【解】500W汞灯发出的各波长的波长值列于 下表中第一栏，相应的单色辐射通量列于表 中第二栏。从光谱光效率曲线V()图中查出 其相对光谱光效率值,分别列于表中第三栏 的各行。将二、三栏数值代入计算，即得各 单色光通量值，列于第四栏。最后将其总和， 得光通量为15611 lm。
一、光通量(luminous flux)( or F)
光通量是按照国际约定的人眼视觉
特性评价的辐射能通量（辐射功率）。
根据这一定义，光通量可以由辐射通量
及V()函数导出： =Km∫e，V() d lm
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第七章 建筑光学基本知识
式中： V() —— CIE标准光度观测者明视 觉光谱光视效率； ——光通量，lm； e， ——波长为的单色辐射能通 量，W； Km ——最大光谱光视效能，lm/W。
脑的解释、分析、判断而产生视觉。
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第七章 建筑光学基本知识
三、视野
当头和眼睛不动时，人眼能察觉到的 空间范围叫视野（图 7 － 3 ）。单眼的综
合视野（单眼视野），在垂直方向的角
度约130°，水平方向约180°。
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第七章 建筑光学基本知识
图7-3 视野范围
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第七章 建筑光学基本知识
一、光环境
光环境（Luminous environment） 的内涵很广，它指的是由光（照度水 平和分布，照明的形式和颜色）与颜 色（色调，色饱和度，室内颜色分布， 颜色显现）在室内建立的同房间形状 有关的生理和心理环境。
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第七章 建筑光学基本知识
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第七章 建筑光学基本知识
图7－2
二中感光细胞在视网膜上的分 布情况
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第七章 建筑光学基本知识
杆状细胞对于光非常敏感，但 是不能分辨颜色。在眼睛能够感光 的亮度阈限（约为10－6cd／m2）到
0.03cd/m2左右的亮度水平，主要是
杆作细胞起作用，称为暗视觉。在
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第七章 建筑光学基本知识
一、眼睛
人们的视觉感觉是通过眼睛来完成
的，所以我们应对眼睛的视看过程有一 粗略的了解。眼睛好似一个很精密的光 学仪器，它在很多方面都与照相机相似。 图7－1是人的右眼剖面图。
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第七章 建筑光学基本知识
图7－1 右眼剖面图
（4）感光细胞 它们 （3）视网膜 光线经过瞳孔、 （ 2 ）水晶体 为一扁球 从图中可看到眼 与此相反，在中 处在视网膜最外层上，接受 水晶体在视网膜上聚焦成清 央窝处几乎没有 睛的主要组成部分， 形的弹性透明体，它受睫 光刺激，并转换为神经冲动。 晰的影像。视网膜是眼睛的 杆状细胞，自中 其功能如下： 两种感光细胞在视网膜上的 状肌收缩或放松的控制， 央窝向外，其密 视觉感受部分，类似照相机 （1）瞳孔 虹膜 分布是不均匀的：锥状细胞 度迅速增加，在 使其形状改变，从而改变 中的胶卷。视网膜上布满了 离中央窝20附近 中央的圆形孔，它可 主要集中在视网膜的中央部 感光细胞－－锥状和杆状感 其屈光度，使远近不同的 密度达到最大， 根据环境的明暗程度， 位，称为“黄斑”的黄色区 然后又逐渐减少。 光细胞。光线射到它们上面 外界景物都能在视网膜上 自动调节其孔径，以 域。黄斑区的中心有一小凹， 感光细胞在视网 就产生神经冲动，传输至视 控制进入眼睛的光能 称“中央窝”；在这里锥状 成清晰的影像。它起照相 膜上的分布情况 神经，再传至大脑产生视觉 数量。起照相机中光 细胞密度达到最大；在黄斑 见图7－2。 机的透镜的作用，不过水 圈的作用。 感觉。 区以外 ,锥状细胞的密度急剧 晶体具有自动聚焦功能。 下降。
第七章 建筑光学基本知识
河北工程大学建筑学院
孙凤明
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第七章 建筑光学基本知识
第二篇
建筑光学
• 建筑光学基本知识 • 天然采光 • 建筑照明
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第七章 建筑光学基本知识
序
言
人类的生活时时刻刻离不开光。 光辐射引起人的视觉，人才能看清 他周围的环境；人从外界获得的信 息约有80%来自光和视觉。所以，无 论是白天还是晚间，舒适的光环境 对任何人都是至关重要的。
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第七章 建筑光学基本知识
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第七章 建筑光学基本知识
单色光与复色光
单一波长的光呈现一种颜色，称为单 色光。日光和灯光都是由不同波长的光混 合而成的复色光，它们呈白色或其他颜色。
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第七章 建筑光学基本知识
将复色光中各种波长辐射的相对功率 量值按对应波长排列联结起来，就形成该 复色光的光谱功率分布曲线，它是光源的
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第七章 建筑光学基本知识
二、视觉
视觉形成的过程可分解为四个阶段； 1．光源（太阳或灯）发出光辐射； 2．外界景物在光照射下产生颜色、明暗和
形体的差异，相当于形成二次光源；
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第七章 建筑光学基本知识
3．二次光源发出不同强度、颜色的光信号 进入人眼瞳孔，借助眼球调视，在视网 膜上成象； 4．视网膜上接受的光刺激（即物象）变为 脉冲信号，经视神经传给大脑，通过大
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第七章 建筑光学基本知识
光视效能K是描述光和辐射之间关系的 量，它是与单位辐射通量相当的光通量 （K＝Φ v/ Φ e ）。但是，K值是随光的波 长而变化的，K（)的最大值在Km＝555nm
处。根据一些国家权威实验室的测量结果，
1977年国际计量委员会决定采用Km＝683
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第七章 建筑光学基本知识
两眼同时能看到的视野（双眼视野）较小
一些，约占总视野中120°的范围。视线周
围1～1.5°内的物体能在视网膜中心凹成象，
清晰度最高，这部分叫中心视野；目标偏离 中心视野以外观看时，叫周围视野。视线周 围30°的视觉环境，清晰度也比较好。
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