建筑光学基础知识(完整)

建筑物理光学光学一、光学基本知识1、可见光的波长范围2、光谱光是效率的概念3、视度及其影响因素（眩光概念、产生原因、解决方式）4、光通量、发光强度、照度、亮度的概念，单位，计算公式5、照度与发光强度，照度与亮度之间的关系（距离平方反比定律和立体角投影定律）1、可见光的本质是一种电磁波，波长在380～780nm之间2、光谱光是效率：在特定光度条件下，获得相同视觉感觉时，两个单色辐射通量之比vλ=?m ?vλ<1m：视觉感觉最大的单色光的辐射能量3、视度及其影响因素视度：看清物体的程度影响因素①亮度：物体越亮看的越清楚，但不能超出适应范围（10?5asb～16sb）②物体尺寸：大而近的物体才能看清楚③对比：观看对象与背景之间亮度差异，差异越大，视度越高④识别时间：物体越亮，识别时间越短⑤眩光⑥光污染眩光概念：眩光就是在视野中由于亮度的分布或亮度范围不适宜，或存在着极端的对比，以致引起不舒服感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象。

产生原因：①直接眩光：直接眩光是由视野中，特别是在靠近视线方向存在的发光体所产生的眩光②反射炫光：反射眩光是由视野中的反射所引起的眩光，特别是在靠近视线方向看见反射像所产生的眩光。

解决方式：直接眩光①限制光源亮度②增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮度对比③减少形成眩光的光源视看面积④尽可能增大眩光源的仰角反射眩光①尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减弱规则反射而形成的反射眩光②应使视觉作业避开或远离照明光源同人眼形成的规则反射区域③使用发光表面积大、亮度低的光源④使引起规则反射的光源形成的照度在总照度中所占比例减小，从而减少反射炫光的影响4、光通量、发光强度、照度、亮度光通量：人眼对光的感觉量为基准的光的能量单位发光强度：光通量的空间密度分布照度：对于被照面而言，常用落在其单位面积上的光通量多少来衡量它被照射的程度，它表示被照面上的光通量密度亮度：单位投影面积上的发光强度5、照度与发光强度，照度与亮度之间的关系E=Icosαr2α：射束截面法线与射束方向间的夹角距离平方反比定律：某表面的照度与电光源在这方向的发光强度（和入射角的余弦）成正比，与它到光源距离的平方成反比，这就是计算点光源产生照度的基本公式，即距离平方反比定律。

建筑光学基本知识点总结一、光的基本性质。

1. 光的本质。

- 光是一种电磁波，其波长范围在380 - 780nm之间的电磁波能引起人眼的视觉，称为可见光。

- 光在真空中的传播速度为c = 2.99792458×10^8m/s，在空气中的速度近似等于真空中的速度。

2. 光的度量。

- 光通量（varPhi）- 定义：人眼对光的感觉量为光通量，单位为流明（lm）。

- 例如：一个100W的白炽灯发出的光通量约为1250lm。

- 发光强度（I）- 定义：光源在某一方向上单位立体角内发出的光通量，单位为坎德拉（cd）。

I=(varPhi)/(ω)，其中ω为立体角。

- 点光源向四周均匀发光时，在球心处发光强度I=(varPhi)/(4π)。

- 照度（E）- 定义：被照面单位面积上接受的光通量，单位为勒克斯（lx）。

E = (varPhi)/(A)，A为被照面面积。

- 例如：晴天中午室外地面照度可达100000lx，而夜间室内照度可能只有50 - 100lx。

- 亮度（L）- 定义：发光体（反光体）表面在某一方向上单位投影面积单位立体角内发出（反射）的光通量，单位为坎德拉每平方米（cd/m^2）。

- 对于漫反射表面，L=(ρ E)/(π)，其中ρ为漫反射系数。

3. 光的传播。

- 直线传播。

- 光在均匀介质中沿直线传播，这是小孔成像等现象的原理。

- 反射。

- 分为镜面反射和漫反射。

- 镜面反射：反射光线遵循反射定律（入射角等于反射角），光滑表面如镜子的反射属于镜面反射。

- 漫反射：反射光线向各个方向，粗糙表面的反射为漫反射，多数建筑材料表面的反射接近漫反射。

- 折射。

- 光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。

折射定律为n_1sinθ_1 = n_2sinθ_2，其中n_1、n_2为两种介质的折射率，θ_1、θ_2为入射角和折射角。

- 全反射。

- 当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角θ_c=arcsin(n_2)/(n_1)时，发生全反射。

建筑光学基本知识1、能够引起人视觉感觉的电磁辐射波长范围为380-780nm2、光谱视效率：表示波长和波长的单色辐射，在特定光度条件下，获得相同视觉感觉时，该两个单色辐射通量之比。

3、视野范围（视场）水平面180°，垂直面130°，上方为60°，下方为70°4、普尔钦效应：在不同的光亮条件下，人眼感受性不同的现象。

5、光通量：人眼对光的感觉量公式：6、辐射通量：光源在单位时间内发射或接收的辐射能量或在某种介质中单位时间传递的辐射能量。

7、发光效率：单位辐射通量产生的光通量。

8、发光强度：光源在空间的光通量分布状况，就是光通量的空间分布密度。

公式：9、照度：在被照面单位面积上的光通量多少，表示被照面上的光通量密度。

公式：10、距离平方反比定律：计算点光源产生照度的基本公式，某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比，与它至光源距离r的平方成反比，公式：11、亮度：视网膜上物像的照度是和发光体在视线方向的投影面积Acosα成反比，以发光体朝视线方向的发光强度成正比，公式：12、定向反射和透射定向反射：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。

玻璃镜、很光滑的金属表面定向透射：如材料的两个表面彼此平行，则透过材料的光线方向和入射方向保持一致。

窗玻璃13、扩散反射和透射均匀扩散材料：将入射光想均匀地向四面八方反射或透射，从各个角度看，其亮度完全想同，看不见光源形象。

氧化镁、石膏、磨砂玻璃；完全均匀扩散透射材料：乳白玻璃、白纸、半透塑料；均匀漫反射材料：将反射光均匀分布在各个方向上，与入射方向无关，砖、混凝土、石膏定向扩散材料：在定向反射（透射）方向，具有最大的亮度，而在其他方向上也有一定亮度。

光滑的纸、较粗糙的金属表面、油漆表面、釉瓷砖。

14、视度：看物体的清楚程度，影响因素：适当的亮度、物件尺寸、对比、识别时间、避免炫光天然采光1、采用天然采光的原因：人眼在天然光条件下比在人工光下具有更高的视觉功效；在天然光下感到舒适和有益于身心健康。

第七章 建筑光学基本知识第一节眼睛与视觉1、光环境: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。

2、光是以电磁波形式传播的辐射能。

波长在380nm至780nm：为可见光。

波长短于380nm：紫外线、x射线、γ射线、宇宙线；长于780nm：红外线、无线电波等等。

3、视网膜上布满了感光细胞：锥状、杆状感光细胞。

在中央窝处几乎没有杆状细胞，自中央窝向外，其密度迅速增加，在离中央窝20附近密度达到最大，然后又逐渐减少。

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。

在暗视觉条件下，景物看起来总是模糊不清、灰茫茫一片。

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。

4、视觉形成的过程：a光源发出光辐射；b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；c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；d 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，通过大脑的解释、分析、判断而产生视觉。

5、视野：当头和眼睛不动时，人眼能察觉到的空间范围。

单眼视野在垂直方向的角度约130°，水平方向约180°；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。

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８０％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）－－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380nm—780nm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。

λm选在视感最大值（明视觉：λm=555nm，暗视觉：λm=507nm）v(λ)=φm/φv(λ)——光谱光视频率φm和φ——波长分别为λm、λ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。

建筑光学复习要点第2．1章建筑光学基本知识一、光的特性与基本光度单位光的特性：光指的是以电磁波形式传播的辐射，可见光波长为380nm～780nm；在明亮的环境中，人眼对波长为555nm的黄绿色光最敏感，在较暗的环境中，人眼对波长为507nm 的蓝绿色光最敏感。

基本光度单位：光通量、发光强度、照度和亮度光通量Φ——单位时间内发出的可见光的能量，单位lm，Φ= K m∑Φe(λ)V(λ)发光强度Iα——光源在该方向单位立体角内所发出的光通量，单位cd，Iα=dΦ/dΩ照度E——光源落在单位被照面上的光通量，单位lx，E=dΦ/dA，1fc= 10.76lx普通白炽灯在桌面上的照度为几十1x；阴天中午室外照度约1万1x。

亮度Lα——发光表面在视线方向上单位投影面积上的发光强度，单位cd/m2，Lα=Iα/(A·cosα)，荧光灯管亮度0.8-0.9sb，白炽灯几百sb，天空亮度约1sb，太阳20万sb 基本光度量间的关系：平方反比余弦定律E =Iα·cos i / r2 ;立体角投影定律E=Lα·Ω·cosi发光强度与观测点的距离无关；照度与距离的平方成反比。

二、装饰材料的光学性质光在传播过程中遇到介质(如玻璃、墙等) 时，会发生反射、吸收和透射现象。

规则（定向）反射：光线射到光滑的不透明材料表面时发生，玻璃镜、磨光的金属等。

反射亮度和反射发光强度为，Lρ=L·ρ，Iρ=I·ρ规则（定向）透射：光线照到光滑的透明材料上时发生。

玻璃、有机玻璃等。

透射亮度和透射发光强度为，Lτ=L·τ，Iτ=I·τ漫反射（均匀扩散反射）：大部分粗糙、无光泽的建材将入射光线均匀地向半空间反射，石膏、粉刷和砖墙等，材料表面的发光强度Iθ=I0cos i，扩散亮度Lρ=E·ρ/π（cd/m2）漫透射（均匀扩散透射）：半透明材料使入射光线均匀地向半空间透射，乳白玻璃、半透明塑料等，透射亮度Lτ=E·τ/π（cd/m2）=E·τ（asb）混合反射和透射：混合（定向扩散）反射材料如油漆、较粗糙的金属表面等；混合（定向扩散透射）透射材料如磨砂玻璃等。