第3章建筑光學基礎知識

光——是能量的一種形式，或說光是一種電磁輻射能。nm——納米1nm=10-9m圖1-3電磁波波譜780nm380nm第3章建筑光學基礎知識光——是能量1光的作用：1.影響工作效率；室內(nèi)光環(huán)境光的作用：室內(nèi)光環(huán)境22.影響心理舒適，身體健康；室內(nèi)裝飾照明2.影響心理舒適，身體健康；室內(nèi)裝飾照明33.美化環(huán)境，表現(xiàn)建筑藝術；重慶市朝天門夜景3.美化環(huán)境，表現(xiàn)建筑藝術；重慶市朝天門夜景44.節(jié)能，保護環(huán)境；以上海用電量為例：年用電量為1400億度電，其中照明用電量為392億度電（28%）。如果照明節(jié)能50%，則節(jié)約196億度電，減少二氧化碳56萬噸。照明用電量示意圖4.節(jié)能，保護環(huán)境；以上海用電量為例：照明用電量53.1眼睛與視覺本節(jié)要點：1.人眼的構造；2.人眼的視覺特點；3.光譜光視效率。3.1眼睛與視覺63.1.1人眼的構造

圖3-1人的右眼剖面圖照相機類似于3.1.1人眼的構造圖3-1人的右眼剖面圖7瞳孔——起照相機中的光圈作用——能控制進光量。水晶體——起照相機的透鏡作用，但它具有自動聚焦功能。視網(wǎng)膜——類似于照相機中的膠卷——能對光線產(chǎn)生反應。感光細胞——分為錐體（狀)感光細胞和桿體（狀)感光細胞；2002年發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)節(jié)感光細胞——第三種感光細胞——控制晝夜節(jié)律、強度和瞳孔大小等。錐體細胞和桿體細胞示意圖錐體細胞————————桿體細胞瞳孔——起照相機中的光圈作用——能控制進光量。錐體細胞和桿體8錐體（狀)感光細胞——分布在眼中心部位，靈敏度差，但可感覺顏色（眼中有紅、綠、藍感光色素）。桿體（狀)感光細胞——分布在眼中心的四周，靈敏度高，無顏色感覺。人眼——一種可見光的接收器，人類在進化過程中人眼已經(jīng)適應了太陽光。錐體（狀)感光細胞——分布在眼中心部位，靈敏度差，但可感覺顏9太陽、大氣層、地球示意圖太陽、大氣層、地球示意圖10太陽光——經(jīng)過大氣層——射到地面；地面上光輻射強度在500nm附近最大，人眼最敏感的光的波長；明視覺——明亮的環(huán)境下，如白天，555nm

（黃綠光）；暗視覺——暗環(huán)境下，如晚上不開燈，507nm（綠色光）。太陽光——經(jīng)過大氣層——射到地面；113.1.2人眼的視覺特點

圖3-4人眼視野視覺就是由進入人眼的輻射所產(chǎn)生的光感覺而獲得的對外界的認識。（1）視看范圍（視野），見圖3-4。3.1.2人眼的視覺特點12處于放松姿態(tài)，坐著的人的視野示意圖

處于放松姿態(tài)，坐著的人的視野示意圖13（2）明、暗視覺

明視覺：在明亮的環(huán)境中，主要由視網(wǎng)膜的錐體細胞起作用的視覺（高于幾個cd/m2的亮度時的視覺）。

暗視覺：在暗環(huán)境中，主要由視網(wǎng)膜的桿體細胞起作用的視覺（低于百分之幾cd/m2的亮度時的視覺）。

中間視覺：視網(wǎng)膜的錐體感光細胞和桿體感光細胞同時起作用，而且它們隨著正常人眼的適應水平變化而發(fā)揮的作用大小不同（介于明視覺和暗視覺之間的視覺）。注：本書中僅介紹明視覺情況。（2）明、暗視覺14圖3-7視亮度匹配實驗原理在明視覺條件下：在國際上，把人眼對555nm感覺量定為1。通過實驗確定其他波長在視感覺相同時需要輻射通量多大才與555nm相同（圖3-7）。（3）光譜光視效率圖3-7視亮度匹配實驗原理在明視覺條件下：（3）光譜光視效15實驗結(jié)果見圖3-6。光譜光視效率V（λ）曲線表示在特定光度條件下產(chǎn)生相同視覺感覺時，在視亮度匹配實驗里，波長λm和波長λ的單色光輻射通量的比:

V(λ）=Φeλm/Φeλ圖3-6光譜光視效率曲線實驗結(jié)果見圖3-6。圖3-6光譜光視效率曲線16思考題：從人眼的構造上看，人眼的功能在哪些方面與照相機類似？思考題：173.1眼睛與視覺復習：主要介紹了明視覺概念和光譜光視效率V(λ)。3.1眼睛與視覺復習：183.2基本光度單位及應用本節(jié)要點：1.光通量、發(fā)光強度、照度、亮度的符號、單位、定義和計算公式；2.發(fā)光強度和照度關系；3.照度和亮度關系。3.2基本光度單位及應用19

設有2個燈均發(fā)出單色光，且輻射出波長為555nm和620nm，輻射通量均為1W，這時對人的感覺是否一樣？結(jié)果顯然是不一樣的。圖3-8人眼對不同波長光線的感覺光源——表面能輻射光和反射光的物體（太陽、各種燈……)。 設有2個燈均發(fā)出單色光，且輻射出波長為5520

對于明視覺:為了比較任意兩個燈發(fā)出的可見光多少時，由于光譜光視效率隨波長分布不同，那么不能直接用輻射通量（瓦）多少比較，只能化成相當于多少555nm標準光通量進行比較。因為V(λ)=eλm/eλ，所以eλm=

eλ×V(λ),把eλm稱為光通量，簡寫成λ。3.2.1光通量光通量——在單位時間內(nèi)人眼感覺光輻射能量的大小。對于明視覺:為了比較任意兩個燈發(fā)出的可見光21在計算時,光通量常采用下式算得:式中:Km——最大光譜光視效能，在明視覺時為683lm／W；

e,λ——波長為λ的輻射通量,瓦（W）。

光通量表示光源在單位時間內(nèi)發(fā)出光能的多少，類似于單位時間內(nèi)水龍頭噴水量的大小。

圖3-9光通量類似于噴水量的大小在計算時,光通量常采用下式算得: 圖3-9光通22【例3-1】已知低壓鈉燈發(fā)出波長為589nm的單色光，設其輻射通量為10.3W，試計算其發(fā)出的光通量?！窘狻繌膱D3-6的明視覺（實線）光譜光視效率曲線中或從附錄4的（λ）中可查出，對應于波長589nm的V（λ）＝0.769，則該單色光源發(fā)出的光通量為：589=683×10.3×0.769≈5410lm【例3-1】已知低壓鈉燈發(fā)出波長為589nm的單色光，23光通量單位：光瓦太大了，如40瓦白熾燈約發(fā)出0.5光瓦。故常用流明，lm。在國際上：明視覺時，1光瓦=683lm；暗視覺時，1光瓦=1700lm。例：40瓦熒光燈可發(fā)出約2000lm(約2.93光瓦)，100瓦白熾燈可發(fā)出約1250lm(約1.83光瓦）。

光通量單位：光瓦太大了，如40瓦白熾燈約24

3.2.2發(fā)光強度圖3-10燈罩影響光分布加了燈罩后，光通量的空間分布就不同了，燈罩下方可增大約2倍，為了描述這種現(xiàn)象，采用發(fā)光強度概念。3.2.2發(fā)光強度圖3-10燈罩影響光25光源在給定方向上的發(fā)光強度是該光源在該方向的立體角元dΩ內(nèi)傳輸?shù)墓馔縟Ф除以該立體角之商，

發(fā)光強度的符號為I，單位為坎德拉，cd，1cd表示光源在1球面度立體角內(nèi)均勻發(fā)射出1lm的光通量，即：光通量分布均勻時：立體角示意圖即1坎德拉=1流明/1球面度光源在給定方向上的發(fā)光強度是該光源在該方向的立體角26立體角——任意一個封閉圓錐面內(nèi)所包含的空間。立體角的計算公式：式中：——立體角軸與被研究面法線之間的夾角。本例中因為球半徑R垂直于球表面，所以等于0°，于是cos等于1。因此，對于球表面和球心來說：

=A/R2立體角的單位：球面度，記為sr。1sr=面積等于R2的球表面對球心所張開的立體角。

立體角——任意一個封閉圓錐面內(nèi)所包含的空間。式中：——立體27例：一光源在0.5sr立體角內(nèi)均勻發(fā)射出100lm的光通量，求該方向上的發(fā)光強度I。解：I=/=100lm/0.5sr=200cd=200坎德拉例：一光源在0.5sr立體角內(nèi)均勻發(fā)射出100lm的光通量，28

3.2.3照度對于被照面而言，常用在其單位面積上的光通量多少來衡量它被照射的程度，這就是常用的照度，符號為E,它表示被照面上的光通量密度：

，均勻時圖3-12臺燈下的書位置不同，明暗不同3.2.3照度29照度的常用單位為勒克斯，符號為lx，1lx等于1流明的光通量均勻分布在1平方米的被照面上,。

照度的英制單位為英尺燭光（fc），由于1平方米＝10.76平方英尺，所以1fc=l0.76lx。圖3-13照度單位照度的常用單位為勒克斯，圖3-13照度單位30例：直徑為100cm的圓面上均勻落下100lm的光通量，求這圓面上的各點照度。解：E=/A=/R2=100/(×0.52)=127lx例：燈正下方1米:40W白熾燈40W熒光燈晴天中午月夜30lx200lx8~12萬lx0.2lx例：直徑為100cm的圓面上均勻落下100lm的31發(fā)光強度光通量空間密度照度光通量被照面密度余弦定律3.2.4發(fā)光強度和照度的關系發(fā)光強度照度余弦定律3.2.4發(fā)光強度32

當光垂直入射時，即i=0°時，某表面的照度E與點光源在這方向的發(fā)光強度Iα成正比，還與光源的距離R的平方成反比。這就是計算點光源產(chǎn)生照度的基本公式，稱為距離平方反比定律：

當光垂直入射時，即i=0°時，某表面的照度E與33【例3-3】如圖3-15所示，在桌子上方2m處掛一40W白熾燈，求燈下桌面上點1處照度E1，及點2處照度E2值（設輻射角α在0°～45°內(nèi)該白熾燈的發(fā)光強度均為30cd）。

【解】因為I0～45=30cd，所以

圖3-15點光源在桌面上形成的照度【例3-3】如圖3-15所示，在桌子上方2m處掛一40W白34圖3-16黑色物體和白色物體的視覺感覺（a）黑色物體；（b）白色物體在圖3-16中，雖然兩張圖片上的照度相同，但明暗感覺不同，故采用一個新的量——亮度來評價這一現(xiàn)象。圖3-16黑色物體和白色物體的視覺感覺35

3.2.5亮度亮度——在給定方向上發(fā)光面微元的發(fā)光強度和垂直于給定視線方向的微元的投影面積之比。亮度的符號為L，其計算公式為：

圖3-17亮度概念

3.2.5亮度圖3-17亮度概念 36當角α方向上光束截面A的發(fā)光強度Iα均相等時，角α方向的亮度為：

由于物體表面亮度在各個方向不一定相同，因此常在亮度符號的右下角注明角度，它表示與表面法線成α角方向上的亮度。亮度的常用單位為坎德拉每平方米（cd／m2），它等于1平方米表面上，沿法線方向（α＝0o）發(fā)出1坎德拉的發(fā)光強度，即：當角α方向上光束截面A的發(fā)光強度Iα均相等時，角α方37有時用另一較大單位熙提（符號為sb），它表示1cm2面積上發(fā)出1cd時的亮度單位。很明顯1sb(熙提）=104cd／m2；1asb(阿熙提）=1/cd／m2；常見的一些物體亮度值如下：白熾燈燈絲300～500sb熒光燈管表面0.8～0.9sb太陽200000sb無云藍天（視距太陽位置的角距離不同，其亮度也不同）0.2～2.0sb有時用另一較大單位熙提（符號為sb）38圖3-18表觀亮度與物理亮度區(qū)別與聯(lián)系

在圖3-18中，三角形1和三角形2物理亮度是相同的，但看上去三角形1比2亮。亮度反映了物體表面的物理特性；而我們主觀所感受到的物體明亮程度，除了與物體表面亮度有關外，還與我們所處環(huán)境的明暗程度有關。又例如：同一只路燈，晚上開著的燈比白天亮；但是在一般情況下，路燈本身的亮度不變，即物理亮度(亮度)——反映了物體本身的表面物理特性——亮度不變；但觀看時與環(huán)境明暗有關的亮度——表觀亮度卻改變了。圖3-18表觀亮度與物理亮度區(qū)別與聯(lián)系39

例：有一個乳白色玻璃球形光源，直徑為6cm,其軸向光強為55cd,求軸向亮度。解：L0=Iα/（Acosα）=

≈19452cd/m2注意：1.亮度對光源本身的（照度是指被照面）；2.—輻射角，是光源法線與視線夾角;

i—被照面法線與視線夾角;3.單位：面積常取平方米。

在陰天時，天空暗，室內(nèi)照度小，需開燈；晴天時，天空亮度大，室內(nèi)照度大。由此看來，被照面上照度大小與光源本身亮度大小有關。

例：有一個乳白色玻璃球形光源，直徑為6cm,其軸向光強40

3.2.6照度和亮度的關系所謂照度和亮度的關系，指的是光源亮度和它所形成的照度之間的關系。如圖3-20所示，設A1為各方向亮度都相同的發(fā)光面，A2為被照面；在A1上取一微元面積dA1。

圖3-20照度和亮度的關系 3.2.6照度和亮度的關系 圖3-20照度和亮度41均勻式（3-9）均勻式（3-9）42這就是常用的立體角投影定律，它表示某一亮度為Lα的發(fā)光表面在被照面上形成的照度值的大小，并且等于這一發(fā)光表面的亮度Lα與該發(fā)光表面在被照點上形成的立體角Ω的投影（Ωcosi）的乘積。這一定律表明：某一發(fā)光表面在被照面上形成的照度僅和發(fā)光表面的亮度及其在被照面上形成的立體角投影有關。注意：立體角投影定律適用于光源尺寸相對于它和被照點距離較大時，即面光源時。這就是常用的立體角投影定律，它表示某一亮43【例3-4】在側(cè)墻和屋頂上各有一個1m2的窗洞，它們與室內(nèi)桌子的相對位置見圖3-21，設通過窗洞看見的天空亮度均為1sb，試分別求出各個窗洞在桌面上形成的照度（桌面與側(cè)窗窗臺等高）。【解】窗洞可視為一發(fā)光表面，其亮度等于透過窗洞看見的天空亮度，在本例題中天空亮度均為lsb，即104cd／m2。按公式（3-9）計算：側(cè)窗時（sr）

（sr）

圖3-21立體角投影定律計算圖【例3-4】在側(cè)墻和屋頂上各有一個1m2的窗洞，它們與室內(nèi)44天窗時

（sr），

思考題：請說出光通量、發(fā)光強度、照度、亮度的定義、符號、單位及相互關系。

天窗時（sr），思考題：453.2基本光度單位及應用復習：主要介紹的內(nèi)容：一、光量1.光通量,e,

λ(瓦)，流明，lm2.發(fā)光強度（均勻）坎德拉，cd

3.照度（均勻）勒克斯，lx4.亮度（均勻）坎德拉/米2，cd/m23.2基本光度單位及應用復習：46二、兩個定律1.余弦定律2.立體角投影定律二、兩個定律473.3材料的光學性質(zhì)本節(jié)要點：1.規(guī)則反射和透射；2.擴散反射和透射：

①漫反射和漫透射；②混合反射和透射。3.3材料的光學性質(zhì)48

在光的傳播過程中，遇到介質(zhì)（如玻璃、空氣、墻…)時，入射光通量（Φ）中的一部分被反射（Φr），一部分被吸收（Φα），一部分透過介質(zhì)進入另一側(cè)的空間（Φτ）。圖1-5可見光的反射、吸收和透射圖1-5可見光的反射、吸收和透射49一、從能量角度看根據(jù)能量守恒定律：Φr+Φα+Φτ=Φ因為Φ不等于0，所以有：Φr/Φ+Φα/Φ+Φτ/Φ=1

r+α+τ=1式中：r——光反射比；

α——光吸收比；

τ——光透射比。一、從能量角度看50二、從光分布角度看：如果光經(jīng)過材料反射或透射后，光分布立體角未變，則稱為規(guī)則反射和規(guī)則透射。如果光經(jīng)過材料反射或透射后，立體角變大，則稱為擴散反射和擴散透射。光經(jīng)過介質(zhì)的反射和透射后，它的分布變化取決于材料表面的光滑程度和材料內(nèi)部分子結(jié)構。

二、從光分布角度看：51（1）規(guī)則反射和透射1）規(guī)則反射光線射到表面很光滑的不透明材料上，就出現(xiàn)規(guī)則反射現(xiàn)象，這時光分布的立體角沒有改變，如鏡子等。鏡子（1）規(guī)則反射和透射鏡子52規(guī)則反射（又稱為鏡面反射）就是在無漫射的情形下，按照幾何光學的定律進行的反射。它的特點：a.光線入射角等于反射角；b.入射光線、反射光線以及反射表面的法線處于同一平面，見圖3-23。圖3-23規(guī)則反射和透射圖3-24避免受規(guī)則反射的辦法規(guī)則反射（又稱為鏡面反射）就是在無漫射53 2）規(guī)則透射光線射到透明材料上則產(chǎn)生規(guī)則透射。規(guī)則透射（又稱為直接透射）就是在無漫射的情形下，按照幾何光學的定律進行的透射。如透明玻璃，見圖3-22（a）。（a）透明玻璃

圖3-22不同窗玻璃的采光效果 2）規(guī)則透射（a）透明玻璃543）光學性質(zhì)

材料反射（或透射）后的光源亮度和發(fā)光強度，因材料的吸收和反射，而比光源原有亮度和發(fā)光強度有所降低，其值為

a.亮度

b.發(fā)光強度

（3-10）（3-11）或或3）光學性質(zhì)（3-10）（3-11）或55（2）擴散反射和透射除了規(guī)則反射和透射材料外，另一類為擴散的，這類材料使入射光程度不同地分散在更大的立體角范圍內(nèi)擴散反射和透射，如粉刷墻面和磨砂玻璃就屬于這一類。墻面磨砂玻璃和壓花玻璃（2）擴散反射和透射墻面磨砂玻璃56擴散反射和透射又可分為：漫反射與漫透射、混合反射與透射兩種情況。1）漫射材料①定義漫射材料又稱為均勻擴散材料。這類材料將入射光線均勻地向四面八方反射或透射，從各個角度看，其亮度完全相同，看不見光源形象。漫射材料可分為漫反射和漫透射兩種材料：

漫反射就是在宏觀上不存在規(guī)則反射時，由反射造成的漫射，如粉刷墻面等。

漫透射就是宏觀上不存在規(guī)則透射時，由透射造成的漫射，如乳白玻璃等。擴散反射和透射又可分為：漫反射與漫透射、混合反射57圖3-27漫反射和漫透射②光學性質(zhì)a.亮度和照度關系漫射材料表面的亮度可用下列公式計算：對于漫反射材料對于漫透射材料圖3-27漫反射和漫透射②光學性質(zhì)58b.朗伯余弦定律

漫射材料的最大發(fā)光強度在表面的法線方向，其他方向的發(fā)光強度和法線方向的值有如下關系：

（3-16）

式中：i——表面法線和某一方向間的夾角，這一關系式稱

為“朗伯余弦定律”。2）混合反射與透射材料①定義

多數(shù)材料同時具有規(guī)則和漫射兩種性質(zhì)。混合反射就是規(guī)則反射和漫反射兼有的反射（如油漆表面等）。

圖3-29油漆桌面材料的光效果b.朗伯余弦定律

漫射材料的59

混合透射就是規(guī)則透射和漫透射兼有的透射，如磨砂玻璃等，見圖3-22（b）。（b）磨砂玻璃圖3-22不同窗玻璃的采光效果混合透射就是規(guī)則透射和漫透射兼有的透射，如磨砂60②光學性質(zhì)它們在規(guī)則反射（透射）方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。這種材料的亮度分布見圖3-28。圖3-28混合反射和透射②光學性質(zhì)圖3-28混合反射和透射61思考題：1.在什么情況下采用透明玻璃或磨砂玻璃作為側(cè)窗玻璃較為適宜？2.說出在漫反射條件下的亮度與照度之間的關系式。思考題：623.3材料的光學性質(zhì)復習主要介紹的內(nèi)容:一、1個定律朗伯余弦定律二、材料的光學性質(zhì)1.規(guī)則反射和透射特點和2.漫反射和透射特點和

3.3材料的光學性質(zhì)復習633.4可見度及其影響因素本節(jié)要點：1.可見度重要影響因素：亮度、視角、亮度對比、識別時間和眩光；2.減輕直接眩光和反射眩光影響程度的方法。3.4可見度及其影響因素64可見度就是人眼辨認物體存在或形狀的難易程度。在室內(nèi)應用時，以標準觀察條件下恰可感知的標準視標的對比或大小定義。在室外應用時，以人眼恰可看到標準目標的距離定義，故常稱為能見度。可見度概念是用來定量表示人眼看物體的清楚程度（故以前又把它稱為視度）。一個物體之所以能夠被看見，它要有一定的亮度、大小和亮度對比，并且識別時間和眩光也會影響這種看清楚程度。影響可見度的重要因素有五個：建筑光學基礎知識課件65（1）亮度實驗表明，人們能看見的最低亮度（稱“最低亮度閾”），僅10-5asb。隨著亮度的增大，我們看得愈清楚，即可見度增大。圖3-30人們感到“滿意”的照度值從圖3-30中可以看出：隨著照度的增加，感到“滿意”的人數(shù)比例也增加，最大百分比約在1500～3000lx之間。照度超過此數(shù)值，對照明“滿意”的人反而愈高愈少，這說明照度（亮度）要適量。

（1）亮度圖3-30人們感到“滿意”的照度值66（2）視角視角就是識別對象對人眼所形成的張角，通常以弧度單位來度量。視角越大看得越清楚，反之則可見度下降。識別對象尺寸d和眼睛至物件的距離l形成視角，其關系如下：（分） （3-17）

在圖3-31中需要指明開口方向時，識別對象尺寸就是開口尺寸。圖3-31視角的定義（2）視角圖3-31視角的定義67（3）亮度對比亮度對比即觀看對象和其背景之間的亮度差異，差異愈大，可見度愈高（圖3-32）。常用C來表示亮度對比，它等于視野中目標和背景的亮度差與背景亮度之比：

（3-18）式中:Lt——目標亮度；Lb——背景亮度；

L——目標與背景的亮度差。圖3-32亮度對比和可見度的關系（3）亮度對比圖3-32亮度對比和可見度的關系68對于均勻照明的無光澤的背景和目標，亮度對比可用光反射比表示：

（3-19）式中:rt——目標光反射比；

rb——背景光反射比。視覺功效實驗表明：物體亮度（與照度成正比）、視角大小和亮度對比三個因素對可見度的影響是相互有關的。圖3-33所示為辨別幾率為95%（即正確辨別視看對象的次數(shù)為總辨別次數(shù)的95%）時，三個因素之間的關系。對于均勻照明的無光澤的背景和目標，亮度對比可用光69圖3-33視覺功效曲線圖3-33視覺功效曲線70從圖3-33中的曲線可看出：1）從同一根曲線來看，它表明觀看對象在眼睛處形成的視角不變時，如對比下降，則需要增加照度才能保持相同可見度。也就是說，對比的不足，可用增加照度來彌補;反之，也可用增加對比來補償照度的不足。2）比較不同的曲線（表示在不同視角時）后看出：目標愈?。ㄒ暯怯。枰恼斩扔?。3）天然光（實線）比人工光（虛線）更有利于可見度的提高。但在視看大的目標時，這種差別不明顯。從圖3-33中的曲線可看出：71（4）識別時間眼睛觀看物體時，只有當該物體發(fā)出足夠的光能，形成一定刺激，才能產(chǎn)生視覺感覺。在一定條件下，亮度×時間=常數(shù)（邦森一羅斯科定律），也就是說，呈現(xiàn)時間越少，越需要更高的亮度才能引起視感覺。圖3-34表明了它們的關系。它表明，物體愈亮，察覺它的時間就愈短。圖3-34識別時間和背景亮度的關系（4）識別時間圖3-34識別時間和背景亮度的關系72當人們從明亮環(huán)境走到黑暗處（或相反）時，就會產(chǎn)生一個原來看得清，突然變成看不清，經(jīng)過一段時間才由看不清東西到逐漸又看得清的變化過程，這叫作“適應”。從暗到明的適應時間短，稱“明適應”，即是視覺系統(tǒng)適應高于幾個坎德拉每平方米亮度的變化過程及終極狀態(tài)。從明到暗的適應時間較長，稱“暗適應”，即是視覺系統(tǒng)適應低于百分之幾坎德拉每平方米亮度的變化過程及終極狀態(tài)。適應過程見圖3-35。

圖3-35眼睛的適應過程當人們從明亮環(huán)境走到黑暗處（或相反）時，就會產(chǎn)生一個原來看得73（5）避免眩光眩光就是在視野中由于亮度的分布或亮度范圍不適宜，或存在著極端的對比，以致引起不舒適感覺或降低觀察細部或目標能力的視覺現(xiàn)象（圖3-36）。1）從眩光影響視覺功效角度看，可把眩光分為失能眩光和不舒適眩光。圖3-36 夜間汽車的前照燈形成的失能眩光（5）避免眩光圖3-36 夜間汽車的前照燈形成的失能眩光74①降低視覺對象的可見度，但并不一定產(chǎn)生不舒適感覺的眩光稱為失能眩光。②產(chǎn)生不舒適感覺，但并不一定降低視覺對象的可見度的眩光稱為不舒適眩光。2）從形成眩光過程來看，可把眩光分為直接眩光和反射眩光。①直接眩光是由視野中，特別是在靠近視線方向存在的發(fā)光體所產(chǎn)生的眩光。②反射眩光是由視野中的反射所引起的眩光，特別是在靠近視線方向看見反射像所產(chǎn)生的眩光。①降低視覺對象的可見度，但并不一定產(chǎn)生不75直接眩光可用下述措施使其減輕或消除：1）限制光源亮度；2）增加眩光源的背景亮度，減少二者之間的亮度對比；3）減小形成眩光的光源視看面積，即減小眩光源對觀測者眼睛形成的立體角；4）盡可能增大眩光源的仰角。

圖3-37橄欖形燈具示意圖3-38不同角度的眩光感覺直接眩光可用下述措施使其減輕或消除：圖3-37橄欖形燈具76反射眩光可用下述方法使其減少至最小程度：1）盡量使視覺作業(yè)的表面為無光澤表面，以減弱規(guī)則反射而形成的反射眩光；2）應使視覺作業(yè)避開和遠離照明光源同人眼形成的規(guī)則反射區(qū)域；3）使用發(fā)光表面面積大、亮度低的光源；4）使引起規(guī)則反射的光源形成的照度在總照度中所占比例減少，從而減少反射眩光的影響。反射眩光可用下述方法使其減少至最小程度：77思考題：1.說出影響可見度的5個重要因素。2.從眩光對視覺的影響程度出發(fā)，可分為哪兩種眩光？如從眩光形成過程看，又可分成哪兩種眩光？減輕眩光影響的措施有哪些?思考題：783.4可見度及其影響因素復習主要介紹了可見度的5個重要影響因素:亮度、視角、亮度對比、識別時間、眩光。

3.4可見度及其影響因素復習793.5顏色本節(jié)要點1.顏色形成、分類與屬性、混合方法。2.孟塞爾表色系統(tǒng)。

3.光源色溫、相關色溫和顯色性。

80人眼可以感覺:顏色、形象、亮度等。人眼對顏色變化比對亮度變化更敏感。顏色——光作用于人眼引起除形象以外的視覺特性。3.5.1顏色的基本特性

（1）顏色形成正常人眼可以感覺出各種顏色：紅色、橙色……顏色視覺是由于光能量分布不同引起。例：光輻射能量集中于可見光短波時，引起藍色感覺；光輻射能量集中于可見光長波時，引起紅色感覺。建筑光學基礎知識課件81（2）顏色分類和屬性1）顏色分類①從色顯現(xiàn)方式看可把顏色分成：光源色和物體色。光源色——光源射出光的顏色。物體色——光被物體反射或透射后的顏色。物體色中包含表面色——漫反射、不透明物體表面的顏色。

表面色形成——主要從入射光中減去一些波長的光后產(chǎn)生的。例：一張紅紙，用白光或紅光照射，呈現(xiàn)紅色；同樣一張紅紙，僅用綠光照射，變?yōu)楹谏＂趶囊暩杏X角度——心理學角度看可把顏色分成無彩色和有彩色：

無彩色——從白到黑的一系列中性灰色；

有彩色——除黑白系列以外各種顏色。（2）顏色分類和屬性822）顏色屬性（從心理學角度看）：①色調(diào)，H，如紅、黃、藍……；②明度，V，一般是亮度越大，或、越大，則明度越大；③彩度（飽和度），C，表示顏色純潔性，如單色光最飽和，即彩度最大。3）白色與黑色舉例①表面色：a.當＞0.80，一般認為是白色，如新下的白雪、氧化鎂、硫酸鋇﹦0.96~0.99；b.當＜0.04，一般認為是黑色，如黑絲絨等接近純黑，﹦0.02。2）顏色屬性（從心理學角度看）：83②光源色：a.當亮度很高時，感覺是白色的；b.無光時是黑色的；c.當亮度很低時，感覺是發(fā)暗或發(fā)黑。（3）顏色混合1)顏色混合法：

加色法——光源色的相加混合；

減色法——染料、涂料的物體色減法混合。2)三原色：由于紅色（700nm）、綠色（546.1nm)和藍色（435.8nm)可以獲得最多的相加混合色——加色法三原色。

②光源色：843)補色每一種顏色都有一種相應的補色。補色——某一顏色與其補色以適當比例混合可得到白色或灰色，則通常把這兩種顏色稱為互補色。紅色（700nm）的補色——青色、綠色（546.1nm)的補色——品紅色、藍色（435.8nm)的補色——黃色，稱為減色法三原色。4）顏色混合舉例圖3-42顏色的混合（a）相加混合（光源色）；（b）相減混合（物體色）

3)補色圖3-42顏色的853.5.2顏色定量表色系統(tǒng)——使用規(guī)定的符號，按一系列規(guī)定和定義表示顏色的系統(tǒng)，亦稱為色度系統(tǒng)。表色系統(tǒng)有兩大類：一是用以光的等色實驗結(jié)果為依據(jù)的，由進入人眼能引起有彩色或無彩色感覺的可見輻射表示的體系，即以色刺激表示的體系，國際照明委員會（CIE）1931標準色度系統(tǒng)就是這種體系的代表；二是建立在對表面顏色直接評價基礎上，用構成等感覺指標的顏色圖冊表示的體系，如孟塞爾表色系統(tǒng)等。

3.5.2顏色定量86孟塞爾表色系統(tǒng)孟塞爾于1905年創(chuàng)立了采用顏色圖冊的表色系統(tǒng)，它就是用孟塞爾顏色立體模型（圖3-43）所規(guī)定的色調(diào)、明度和彩度來表示物體色的表色系統(tǒng)；當明度值為5時，孟塞爾顏色立體模型見圖3-44。

圖3-43孟塞爾顏色立體模型圖3-44 明度值為5時的孟塞爾顏色立體模型孟塞爾表色系統(tǒng)圖3-43孟塞爾顏色立體模型圖3-44 明87在孟塞爾顏色立體模型中，每一部位均代表一個特定顏色，并給予一定的標號，稱為孟塞爾標號。這是用表示色的三個獨立的主觀屬性，即色調(diào)（符號H）、明度（符號V）和彩度（符號C）按照視知覺上的等距指標排列起來進行顏色分類和標定的。它是目前國際上通用的物體色的表色系統(tǒng)。任何一種物體色都可以用孟塞爾表色系統(tǒng)來標定，即先寫出色調(diào)H，然后寫明度值V，再在斜線后面寫出彩度C：

HV／C=色調(diào)明度／彩度無彩色用N符號表示，且在N后面給出明度值V，斜線后空白：

NV／=中性色明度值／在孟塞爾顏色立體模型中，每一部位均代表一個特定顏色，并給予一883.5.3光源的色溫和顯色性（1）光源的色溫和相關色溫1）色溫在輻射作用下既不反射也不透射，而能把落在它上面的輻射全部吸收的物體稱為黑體或稱為完全輻射體。當黑體連續(xù)加熱時，它的相對光譜功率分布的最大值將向短波方向移動，相應的光色將按順序紅→黃→白→藍的方向變化。在不同溫度下，對應的光色變化在CIE1931色品圖上形成弧形軌跡，叫作黑體軌跡或稱為普朗克軌跡，見圖3-45。圖3-45不同溫度的黑體軌跡圖3-45不同溫度的黑體軌跡89由于不同溫度的黑體輻射對應著一定的光色，所以人們就用黑體加熱到不同溫度時所發(fā)出的不同光色來表示光源的顏色（圖3-46）。通常把某一種光源的色品與某一溫度下的黑體的色品完全相同時黑體的溫度稱為光源的色溫，并用符號Tc表示，單位是絕對溫度（K）。白熾燈和鹵鎢燈的色品坐標正好在黑體軌跡上，所以用色溫來描述此種光源的光色是很合適的。（a） （b） (c)圖3-46色溫與顏色（a）蠟燭色溫為800~900K，呈紅色；（b）熔化的鋼水色溫3000K左右，呈黃白色；(c)切割金屬用氧炔焰，色溫5000K左右，呈白色由于不同溫度的黑體輻射對應著一定的光色，所以人們就用黑體加熱902）相關色溫但是像氣體放電燈的色品坐標一般在黑體軌跡附近，所以只能用相關色溫來描述。通常把某一種光源的色品與某一溫度下的黑體的色品最接近時的黑體溫度稱為相關色溫，以符號Tcp表示。在圖3-47中，繪出了確定相關色溫用的等溫線和黑體軌跡。圖3-47確定相關色溫用的等溫線與黑體軌跡2）相關色溫圖3-47確定相關色溫用的等溫線與黑體軌跡91（2）光源的顯色性物體色在不同照明條件下的顏色感覺有可能要發(fā)生變化，這種變化可用光源的顯色性來評價。光源的顯色性就是照明光源對物體色表的影響（該影響是由于觀察者有意識或無意識地將它與標準光源下的色表相比較而產(chǎn)生的），它表示了與參考標準光源相比較時，光源顯現(xiàn)物體顏色的特性。光源的顯色性可以采用簡易裝置進行評價，見圖3-48。圖3-48比較光源顯色性的簡易裝置1—標準光源；2—被測光源（2）光源的顯色性圖3-48比較光源顯色性的簡易裝置92光源的顯色性采用顯色指數(shù)來度量，并用一般顯色指數(shù)（符號Ra）和特殊顯色指數(shù)（符號Ri）表示：與CIE色試樣的心理物理色的符合程度的度量稱為特殊顯色指數(shù)。光源對特定的八個一組的色試樣的特殊顯色指數(shù)的平均值則稱為一般顯色指數(shù)。

光源的顯色性采用顯色指數(shù)來度量，并用一般顯色指數(shù)（符號Ra）93特殊顯色指數(shù) （3-20）式中的系數(shù)4.6是用來改變標度的，為的是使暖白色熒光燈的一般顯色指數(shù)為50；△Ei是色差，并由色差公式算得。一般顯色指數(shù) （3-21）式中：Ra——光源對CIE規(guī)定的1#~8#具有中等彩度的8種標準顏色樣品的特殊顯色指數(shù)Ri的平均值。顯色指數(shù)的最大值定為100。一般認為光源的一般顯色指數(shù)在100～80范圍內(nèi)，顯色性優(yōu)良；在79～50范圍內(nèi)，顯色性一般；如小于50則顯色性較差。

特殊顯色指數(shù) 94本章作業(yè)做下述4個習題：3-1波長為540nm的單色光源，其輻射功率為5W，試求：1）這單色光源發(fā)出的光通量；2）如它向四周均勻發(fā)射光通量，求其發(fā)光強度；3）離它2m處的照度。3-2一個直徑為250mm的乳白玻璃球形燈罩，內(nèi)裝一個光通量為1179lm的白熾燈，設燈罩的光透射比為0.60，求燈罩外表面亮度（不考慮燈罩的內(nèi)反射）。3-3一房間平面尺寸為7m×15m，凈空高3.6m。在頂棚正中布置一亮度為500cd/m2的均勻擴散光源，其尺寸為5m×13m，求房間正中和四角處的地面照度（不考慮室內(nèi)反射光）。3-4寫出下列顏色的色調(diào)、明度、彩度：1）2.5PB5.5/6；2）5.0G6.5/8；3）7.5R4.5/4；4）N9.0/；5）N1.5/。本章作業(yè)95第3章建筑光學基礎知識

光——是能量的一種形式，或說光是一種電磁輻射能。nm——納米1nm=10-9m圖1-3電磁波波譜780nm380nm第3章建筑光學基礎知識光——是能量96光的作用：1.影響工作效率；室內(nèi)光環(huán)境光的作用：室內(nèi)光環(huán)境972.影響心理舒適，身體健康；室內(nèi)裝飾照明2.影響心理舒適，身體健康；室內(nèi)裝飾照明983.美化環(huán)境，表現(xiàn)建筑藝術；重慶市朝天門夜景3.美化環(huán)境，表現(xiàn)建筑藝術；重慶市朝天門夜景994.節(jié)能，保護環(huán)境；以上海用電量為例：年用電量為1400億度電，其中照明用電量為392億度電（28%）。如果照明節(jié)能50%，則節(jié)約196億度電，減少二氧化碳56萬噸。照明用電量示意圖4.節(jié)能，保護環(huán)境；以上海用電量為例：照明用電量1003.1眼睛與視覺本節(jié)要點：1.人眼的構造；2.人眼的視覺特點；3.光譜光視效率。3.1眼睛與視覺1013.1.1人眼的構造

圖3-1人的右眼剖面圖照相機類似于3.1.1人眼的構造圖3-1人的右眼剖面圖102瞳孔——起照相機中的光圈作用——能控制進光量。水晶體——起照相機的透鏡作用，但它具有自動聚焦功能。視網(wǎng)膜——類似于照相機中的膠卷——能對光線產(chǎn)生反應。感光細胞——分為錐體（狀)感光細胞和桿體（狀)感光細胞；2002年發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)節(jié)感光細胞——第三種感光細胞——控制晝夜節(jié)律、強度和瞳孔大小等。錐體細胞和桿體細胞示意圖錐體細胞————————桿體細胞瞳孔——起照相機中的光圈作用——能控制進光量。錐體細胞和桿體103錐體（狀)感光細胞——分布在眼中心部位，靈敏度差，但可感覺顏色（眼中有紅、綠、藍感光色素）。桿體（狀)感光細胞——分布在眼中心的四周，靈敏度高，無顏色感覺。人眼——一種可見光的接收器，人類在進化過程中人眼已經(jīng)適應了太陽光。錐體（狀)感光細胞——分布在眼中心部位，靈敏度差，但可感覺顏104太陽、大氣層、地球示意圖太陽、大氣層、地球示意圖105太陽光——經(jīng)過大氣層——射到地面；地面上光輻射強度在500nm附近最大，人眼最敏感的光的波長；明視覺——明亮的環(huán)境下，如白天，555nm

（黃綠光）；暗視覺——暗環(huán)境下，如晚上不開燈，507nm（綠色光）。太陽光——經(jīng)過大氣層——射到地面；1063.1.2人眼的視覺特點

圖3-4人眼視野視覺就是由進入人眼的輻射所產(chǎn)生的光感覺而獲得的對外界的認識。（1）視看范圍（視野），見圖3-4。3.1.2人眼的視覺特點107處于放松姿態(tài)，坐著的人的視野示意圖

處于放松姿態(tài)，坐著的人的視野示意圖108（2）明、暗視覺

明視覺：在明亮的環(huán)境中，主要由視網(wǎng)膜的錐體細胞起作用的視覺（高于幾個cd/m2的亮度時的視覺）。

暗視覺：在暗環(huán)境中，主要由視網(wǎng)膜的桿體細胞起作用的視覺（低于百分之幾cd/m2的亮度時的視覺）。

中間視覺：視網(wǎng)膜的錐體感光細胞和桿體感光細胞同時起作用，而且它們隨著正常人眼的適應水平變化而發(fā)揮的作用大小不同（介于明視覺和暗視覺之間的視覺）。注：本書中僅介紹明視覺情況。（2）明、暗視覺109圖3-7視亮度匹配實驗原理在明視覺條件下：在國際上，把人眼對555nm感覺量定為1。通過實驗確定其他波長在視感覺相同時需要輻射通量多大才與555nm相同（圖3-7）。（3）光譜光視效率圖3-7視亮度匹配實驗原理在明視覺條件下：（3）光譜光視效110實驗結(jié)果見圖3-6。光譜光視效率V（λ）曲線表示在特定光度條件下產(chǎn)生相同視覺感覺時，在視亮度匹配實驗里，波長λm和波長λ的單色光輻射通量的比:

V(λ）=Φeλm/Φeλ圖3-6光譜光視效率曲線實驗結(jié)果見圖3-6。圖3-6光譜光視效率曲線111思考題：從人眼的構造上看，人眼的功能在哪些方面與照相機類似？思考題：1123.1眼睛與視覺復習：主要介紹了明視覺概念和光譜光視效率V(λ)。3.1眼睛與視覺復習：1133.2基本光度單位及應用本節(jié)要點：1.光通量、發(fā)光強度、照度、亮度的符號、單位、定義和計算公式；2.發(fā)光強度和照度關系；3.照度和亮度關系。3.2基本光度單位及應用114

設有2個燈均發(fā)出單色光，且輻射出波長為555nm和620nm，輻射通量均為1W，這時對人的感覺是否一樣？結(jié)果顯然是不一樣的。圖3-8人眼對不同波長光線的感覺光源——表面能輻射光和反射光的物體（太陽、各種燈……)。 設有2個燈均發(fā)出單色光，且輻射出波長為55115

對于明視覺:為了比較任意兩個燈發(fā)出的可見光多少時，由于光譜光視效率隨波長分布不同，那么不能直接用輻射通量（瓦）多少比較，只能化成相當于多少555nm標準光通量進行比較。因為V(λ)=eλm/eλ，所以eλm=

eλ×V(λ),把eλm稱為光通量，簡寫成λ。3.2.1光通量光通量——在單位時間內(nèi)人眼感覺光輻射能量的大小。對于明視覺:為了比較任意兩個燈發(fā)出的可見光116在計算時,光通量常采用下式算得:式中:Km——最大光譜光視效能，在明視覺時為683lm／W；

e,λ——波長為λ的輻射通量,瓦（W）。

光通量表示光源在單位時間內(nèi)發(fā)出光能的多少，類似于單位時間內(nèi)水龍頭噴水量的大小。

圖3-9光通量類似于噴水量的大小在計算時,光通量常采用下式算得: 圖3-9光通117【例3-1】已知低壓鈉燈發(fā)出波長為589nm的單色光，設其輻射通量為10.3W，試計算其發(fā)出的光通量?！窘狻繌膱D3-6的明視覺（實線）光譜光視效率曲線中或從附錄4的（λ）中可查出，對應于波長589nm的V（λ）＝0.769，則該單色光源發(fā)出的光通量為：589=683×10.3×0.769≈5410lm【例3-1】已知低壓鈉燈發(fā)出波長為589nm的單色光，118光通量單位：光瓦太大了，如40瓦白熾燈約發(fā)出0.5光瓦。故常用流明，lm。在國際上：明視覺時，1光瓦=683lm；暗視覺時，1光瓦=1700lm。例：40瓦熒光燈可發(fā)出約2000lm(約2.93光瓦)，100瓦白熾燈可發(fā)出約1250lm(約1.83光瓦）。

光通量單位：光瓦太大了，如40瓦白熾燈約119

3.2.2發(fā)光強度圖3-10燈罩影響光分布加了燈罩后，光通量的空間分布就不同了，燈罩下方可增大約2倍，為了描述這種現(xiàn)象，采用發(fā)光強度概念。3.2.2發(fā)光強度圖3-10燈罩影響光120光源在給定方向上的發(fā)光強度是該光源在該方向的立體角元dΩ內(nèi)傳輸?shù)墓馔縟Ф除以該立體角之商，

發(fā)光強度的符號為I，單位為坎德拉，cd，1cd表示光源在1球面度立體角內(nèi)均勻發(fā)射出1lm的光通量，即：光通量分布均勻時：立體角示意圖即1坎德拉=1流明/1球面度光源在給定方向上的發(fā)光強度是該光源在該方向的立體角121立體角——任意一個封閉圓錐面內(nèi)所包含的空間。立體角的計算公式：式中：——立體角軸與被研究面法線之間的夾角。本例中因為球半徑R垂直于球表面，所以等于0°，于是cos等于1。因此，對于球表面和球心來說：

=A/R2立體角的單位：球面度，記為sr。1sr=面積等于R2的球表面對球心所張開的立體角。

立體角——任意一個封閉圓錐面內(nèi)所包含的空間。式中：——立體122例：一光源在0.5sr立體角內(nèi)均勻發(fā)射出100lm的光通量，求該方向上的發(fā)光強度I。解：I=/=100lm/0.5sr=200cd=200坎德拉例：一光源在0.5sr立體角內(nèi)均勻發(fā)射出100lm的光通量，123

3.2.3照度對于被照面而言，常用在其單位面積上的光通量多少來衡量它被照射的程度，這就是常用的照度，符號為E,它表示被照面上的光通量密度：

，均勻時圖3-12臺燈下的書位置不同，明暗不同3.2.3照度124照度的常用單位為勒克斯，符號為lx，1lx等于1流明的光通量均勻分布在1平方米的被照面上,。

照度的英制單位為英尺燭光（fc），由于1平方米＝10.76平方英尺，所以1fc=l0.76lx。圖3-13照度單位照度的常用單位為勒克斯，圖3-13照度單位125例：直徑為100cm的圓面上均勻落下100lm的光通量，求這圓面上的各點照度。解：E=/A=/R2=100/(×0.52)=127lx例：燈正下方1米:40W白熾燈40W熒光燈晴天中午月夜30lx200lx8~12萬lx0.2lx例：直徑為100cm的圓面上均勻落下100lm的126發(fā)光強度光通量空間密度照度光通量被照面密度余弦定律3.2.4發(fā)光強度和照度的關系發(fā)光強度照度余弦定律3.2.4發(fā)光強度127

當光垂直入射時，即i=0°時，某表面的照度E與點光源在這方向的發(fā)光強度Iα成正比，還與光源的距離R的平方成反比。這就是計算點光源產(chǎn)生照度的基本公式，稱為距離平方反比定律：

當光垂直入射時，即i=0°時，某表面的照度E與128【例3-3】如圖3-15所示，在桌子上方2m處掛一40W白熾燈，求燈下桌面上點1處照度E1，及點2處照度E2值（設輻射角α在0°～45°內(nèi)該白熾燈的發(fā)光強度均為30cd）。

【解】因為I0～45=30cd，所以

圖3-15點光源在桌面上形成的照度【例3-3】如圖3-15所示，在桌子上方2m處掛一40W白129圖3-16黑色物體和白色物體的視覺感覺（a）黑色物體；（b）白色物體在圖3-16中，雖然兩張圖片上的照度相同，但明暗感覺不同，故采用一個新的量——亮度來評價這一現(xiàn)象。圖3-16黑色物體和白色物體的視覺感覺130

3.2.5亮度亮度——在給定方向上發(fā)光面微元的發(fā)光強度和垂直于給定視線方向的微元的投影面積之比。亮度的符號為L，其計算公式為：

圖3-17亮度概念

3.2.5亮度圖3-17亮度概念 131當角α方向上光束截面A的發(fā)光強度Iα均相等時，角α方向的亮度為：

由于物體表面亮度在各個方向不一定相同，因此常在亮度符號的右下角注明角度，它表示與表面法線成α角方向上的亮度。亮度的常用單位為坎德拉每平方米（cd／m2），它等于1平方米表面上，沿法線方向（α＝0o）發(fā)出1坎德拉的發(fā)光強度，即：當角α方向上光束截面A的發(fā)光強度Iα均相等時，角α方132有時用另一較大單位熙提（符號為sb），它表示1cm2面積上發(fā)出1cd時的亮度單位。很明顯1sb(熙提）=104cd／m2；1asb(阿熙提）=1/cd／m2；常見的一些物體亮度值如下：白熾燈燈絲300～500sb熒光燈管表面0.8～0.9sb太陽200000sb無云藍天（視距太陽位置的角距離不同，其亮度也不同）0.2～2.0sb有時用另一較大單位熙提（符號為sb）133圖3-18表觀亮度與物理亮度區(qū)別與聯(lián)系

在圖3-18中，三角形1和三角形2物理亮度是相同的，但看上去三角形1比2亮。亮度反映了物體表面的物理特性；而我們主觀所感受到的物體明亮程度，除了與物體表面亮度有關外，還與我們所處環(huán)境的明暗程度有關。又例如：同一只路燈，晚上開著的燈比白天亮；但是在一般情況下，路燈本身的亮度不變，即物理亮度(亮度)——反映了物體本身的表面物理特性——亮度不變；但觀看時與環(huán)境明暗有關的亮度——表觀亮度卻改變了。圖3-18表觀亮度與物理亮度區(qū)別與聯(lián)系134

例：有一個乳白色玻璃球形光源，直徑為6cm,其軸向光強為55cd,求軸向亮度。解：L0=Iα/（Acosα）=

≈19452cd/m2注意：1.亮度對光源本身的（照度是指被照面）；2.—輻射角，是光源法線與視線夾角;

i—被照面法線與視線夾角;3.單位：面積常取平方米。

在陰天時，天空暗，室內(nèi)照度小，需開燈；晴天時，天空亮度大，室內(nèi)照度大。由此看來，被照面上照度大小與光源本身亮度大小有關。

例：有一個乳白色玻璃球形光源，直徑為6cm,其軸向光強135

3.2.6照度和亮度的關系所謂照度和亮度的關系，指的是光源亮度和它所形成的照度之間的關系。如圖3-20所示，設A1為各方向亮度都相同的發(fā)光面，A2為被照面；在A1上取一微元面積dA1。

圖3-20照度和亮度的關系 3.2.6照度和亮度的關系 圖3-20照度和亮度136均勻式（3-9）均勻式（3-9）137這就是常用的立體角投影定律，它表示某一亮度為Lα的發(fā)光表面在被照面上形成的照度值的大小，并且等于這一發(fā)光表面的亮度Lα與該發(fā)光表面在被照點上形成的立體角Ω的投影（Ωcosi）的乘積。這一定律表明：某一發(fā)光表面在被照面上形成的照度僅和發(fā)光表面的亮度及其在被照面上形成的立體角投影有關。注意：立體角投影定律適用于光源尺寸相對于它和被照點距離較大時，即面光源時。這就是常用的立體角投影定律，它表示某一亮138【例3-4】在側(cè)墻和屋頂上各有一個1m2的窗洞，它們與室內(nèi)桌子的相對位置見圖3-21，設通過窗洞看見的天空亮度均為1sb，試分別求出各個窗洞在桌面上形成的照度（桌面與側(cè)窗窗臺等高）?！窘狻看岸纯梢暈橐话l(fā)光表面，其亮度等于透過窗洞看見的天空亮度，在本例題中天空亮度均為lsb，即104cd／m2。按公式（3-9）計算：側(cè)窗時（sr）

（sr）

圖3-21立體角投影定律計算圖【例3-4】在側(cè)墻和屋頂上各有一個1m2的窗洞，它們與室內(nèi)139天窗時

（sr），

思考題：請說出光通量、發(fā)光強度、照度、亮度的定義、符號、單位及相互關系。

天窗時（sr），思考題：1403.2基本光度單位及應用復習：主要介紹的內(nèi)容：一、光量1.光通量,e,

λ(瓦)，流明，lm2.發(fā)光強度（均勻）坎德拉，cd

3.照度（均勻）勒克斯，lx4.亮度（均勻）坎德拉/米2，cd/m23.2基本光度單位及應用復習：141二、兩個定律1.余弦定律2.立體角投影定律二、兩個定律1423.3材料的光學性質(zhì)本節(jié)要點：1.規(guī)則反射和透射；2.擴散反射和透射：

①漫反射和漫透射；②混合反射和透射。3.3材料的光學性質(zhì)143

在光的傳播過程中，遇到介質(zhì)（如玻璃、空氣、墻…)時，入射光通量（Φ）中的一部分被反射（Φr），一部分被吸收（Φα），一部分透過介質(zhì)進入另一側(cè)的空間（Φτ）。圖1-5可見光的反射、吸收和透射圖1-5可見光的反射、吸收和透射144一、從能量角度看根據(jù)能量守恒定律：Φr+Φα+Φτ=Φ因為Φ不等于0，所以有：Φr/Φ+Φα/Φ+Φτ/Φ=1

r+α+τ=1式中：r——光反射比；

α——光吸收比；

τ——光透射比。一、從能量角度看145二、從光分布角度看：如果光經(jīng)過材料反射或透射后，光分布立體角未變，則稱為規(guī)則反射和規(guī)則透射。如果光經(jīng)過材料反射或透射后，立體角變大，則稱為擴散反射和擴散透射。光經(jīng)過介質(zhì)的反射和透射后，它的分布變化取決于材料表面的光滑程度和材料內(nèi)部分子結(jié)構。

二、從光分布角度看：146（1）規(guī)則反射和透射1）規(guī)則反射光線射到表面很光滑的不透明材料上，就出現(xiàn)規(guī)則反射現(xiàn)象，這時光分布的立體角沒有改變，如鏡子等。鏡子（1）規(guī)則反射和透射鏡子147規(guī)則反射（又稱為鏡面反射）就是在無漫射的情形下，按照幾何光學的定律進行的反射。它的特點：a.光線入射角等于反射角；b.入射光線、反射光線以及反射表面的法線處于同一平面，見圖3-23。圖3-23規(guī)則反射和透射圖3-24避免受規(guī)則反射的辦法規(guī)則反射（又稱為鏡面反射）就是在無漫射148 2）規(guī)則透射光線射到透明材料上則產(chǎn)生規(guī)則透射。規(guī)則透射（又稱為直接透射）就是在無漫射的情形下，按照幾何光學的定律進行的透射。如透明玻璃，見圖3-22（a）。（a）透明玻璃

圖3-22不同窗玻璃的采光效果 2）規(guī)則透射（a）透明玻璃1493）光學性質(zhì)

材料反射（或透射）后的光源亮度和發(fā)光強度，因材料的吸收和反射，而比光源