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光學(xué)基本知識(shí)

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時(shí)間:2019-09-09

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1、第1篇 建筑光學(xué)第1章 建筑光學(xué)基本知識(shí)一、光的視覺性質(zhì)光是一種電磁輻射。任何能發(fā)光的物體均稱為光源。如太陽、白熾燈、日光燈等。建筑光學(xué)中討論的光通常為可見光。波長范圍為:380nm~780nm。波長不同,光色也不同。波長>780nm:紅外光,有很好的熱效應(yīng);波長<380nm:紫外光,有極強(qiáng)的殺菌消毒能力。二、人眼的視覺特點(diǎn)人眼的組成:瞳孔水晶體視網(wǎng)膜感光細(xì)胞錐狀細(xì)胞桿狀細(xì)胞二、人眼的視覺特點(diǎn)1、視野范圍(雙眼不動(dòng)):水平:180°垂直:130°(上方60°,下方70°)。從中心視場(chǎng)往外到30°范圍內(nèi)是視覺清楚區(qū)域,是

2、觀看物體總體的有利位置。通常站在離展品高度的2~1.5倍的距離觀賞展品,就是使展品處于視覺清楚區(qū)域內(nèi)。二、人眼的視覺特點(diǎn)2.明、暗視覺人對(duì)光的感知反應(yīng)稱為視覺,它主要通過人眼的感光細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)。視網(wǎng)膜上分布有兩類感光細(xì)胞:錐狀感光細(xì)胞:引起明視覺,分辨物體的顏色和巨細(xì),靈敏度高;桿狀感光細(xì)胞:引起暗視覺,既不能分辨物體的顏色,也不能分辨物體的細(xì)節(jié),靈敏感度低。3、顏色感覺:不同波長的光在視覺上形成不同的顏色波長長——暖色;波長短——冷色。二、人眼的視覺特點(diǎn)二、人眼的視覺特點(diǎn)4、光譜光視效率:人眼觀看同樣功率的輻射,在不同波

3、長時(shí)感覺到的明亮程度不一樣。光的客觀輻射功率轉(zhuǎn)換成人眼感知的主觀功率,有一個(gè)“轉(zhuǎn)換效率”問題,稱為“光譜光視效率”,簡(jiǎn)稱“光效率”。其大小隨波長不同而不同,用V(λ)表示。V(λ)=Φm/Φ指在特定光度條件下,波長為λm與波長λ的單色輻射獲得相同視覺感覺時(shí),兩個(gè)單色輻射通量之比。λm----最大視感覺處的波長:二、人眼的視覺特點(diǎn)光效率有明暗視覺之分。明視覺:555nm(黃綠光)暗視覺:507nm(藍(lán)綠光)_三、基本光度單位光通量發(fā)光強(qiáng)度照度亮度三、基本光度單位1、輻射通量:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從光源表面輻射出的各種波長光能量的總和

4、,也可理解為光源的輻射功率,是一個(gè)客觀量。2、光通量:人眼對(duì)光的感覺量,即:輻射通量對(duì)人眼所引起的視覺強(qiáng)度,用Ф表示。其大小等于輻射通量與光效率的乘積,單位為流明(lm)。Φe,λ----波長為λ的單色輻射通量(w)V(λ)----CIE光譜光視效率Km----最大光譜光視效能。明視覺時(shí)為683lm/w例1:已知納光燈發(fā)出波長為589nm的單色光,設(shè)其輻射通量為10.3w,試計(jì)算其發(fā)出的光通量。解:從圖1-4相對(duì)光譜光視效率圖(實(shí)線)曲線中可查出,對(duì)應(yīng)波長的V(λ)=0.78,則該單色光源發(fā)出的光通量為3、發(fā)光強(qiáng)度立體角

5、:Ω=A/r2單位:球面度(sr)當(dāng)A=r2時(shí),Ω=1sr光通量反映的是人眼感知的單位時(shí)間內(nèi)光源向四面八方輻射的總能量。在建筑光學(xué)中,常需感知光源向某一方向輻射的能量,即光通量的空間分布密度,稱為“發(fā)光強(qiáng)度”。發(fā)光強(qiáng)度的單位:坎(Candela,cd),它表示光源在1球面度立體角內(nèi)均勻發(fā)出1lm的光通量。Iα=Ф/Ω1cd=1lm/1sr4、照度被照面(工作面)上單位面積上接受到的光通量,即為“照度”,其實(shí)質(zhì)為光通量的平面密度。如果光通量Ф均勻地分布在A面上,則A面上的照度E=Ф/A照度單位是勒克斯(Lx)性質(zhì):照度可以

6、直接相加,幾個(gè)光源同時(shí)照射在被照面時(shí),其上的照度為單個(gè)光源分別存在時(shí)形成的照度的代數(shù)和。5、亮度亮度,它既與物體表面的照度有關(guān),但又不能全由它來決定。例:若將黑、白兩種物體分別置于房間的同一位置,則可發(fā)現(xiàn),白色物體的表面要比黑色物體的表面亮一些,但是,它們得到的照度卻是一樣的。這說明,照度不能直接反映人眼對(duì)物體的明亮感覺。研究發(fā)現(xiàn):物體的明亮程度主要通過人眼視網(wǎng)膜上的成像照度來反映,成像的照度越大,則被視物體的發(fā)光或反光就顯得越亮。亮度的定義:發(fā)(反)光體或發(fā)光表面在視線方向單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度。Lα=Iα/Acos

7、α亮度的常用單位為:坎德拉每平方米(cd/㎡)另一個(gè)較大的單位為:熙提(sb),表示1c㎡面積上發(fā)出1cd時(shí)的亮度單位。1sb=10000cd/㎡亮度是個(gè)主觀量,我們眼睛所感受到的物體明亮程度,除了與物體表面亮度有關(guān)外,還與環(huán)境的明暗程度有關(guān)。6、發(fā)光強(qiáng)度和照度的關(guān)系點(diǎn)光源在被照面上形成的照度,與發(fā)光強(qiáng)度和距離有關(guān)“發(fā)光強(qiáng)度”的描述對(duì)象是光源,表示一個(gè)光源在某個(gè)方向上發(fā)射的能量。“照度”的描述對(duì)象是被照面(工作面)兩者之間的量化公式:E=I/r2距離平方反比定律:點(diǎn)光源在一表面形成的照度與它在這個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)度成正比,

8、和它到被照面的距離平方成反比。6、發(fā)光強(qiáng)度和照度的關(guān)系當(dāng)入射角不等于0時(shí),而是形成α角,則:點(diǎn)光源在表面法線與光線成α角處形成的照度與它在α方向上的發(fā)光強(qiáng)度和入射角α的余弦成正比,和它到被照面的距離平方成反比。A1=A2/cosαE=Icosα/r2例2:如圖所示:在桌上2m處掛40w白熾燈,光通量Ф=350lm,求

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