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筑筑物理光学---筑筑光学根基学问

发布日期: 2019-07-25

  建建物理光学---建建光学根基学问_物理_天然科学_专业材料。第七章 建建光学根基学问 工程大学建建学院 孙凤明 2014-10-29 1 第七章 建建光学根基学问 第二篇 建建光学 ? 建建光学根基学问 ? 天然采光 ? 建建照明 201

  第七章 建建光学根基学问 工程大学建建学院 孙凤明 2014-10-29 1 第七章 建建光学根基学问 第二篇 建建光学 ? 建建光学根基学问 ? 天然采光 ? 建建照明 2014-10-29 2 第七章 建建光学根基学问 序 言 人类的糊口离不开光。 光辐射惹起人的视觉,人才能看清 他四周的;人从获得的信 息约有80%来自光和视觉。所以,无 论是白日仍是晚间,舒服的境 对任何人都是至关主要的。 2014-10-29 3 第七章 建建光学根基学问 一、境 境(Luminous environment) 的内涵很广,它指的是由光(照度水 安然平静分布,照明的形式和颜色)取颜 色(色调,色饱和度,室内颜色分布, 颜色)正在室内成立的间外形 相关的心理和心理。 2014-10-29 4 第七章 建建光学根基学问 二、境设想使用学科 境设想要使用良多学科的 根本理论,例如建建学、物理学 (包罗光学、光度学、色度学)、 心理学、心理学、人类工效学、美 学等等。 2014-10-29 5 第七章 建建光学根基学问 三、本课沉点 本课程将着沉相关的概念和理论, 以期同窗们对境的设想道理有准确的理 解。此外,对照明设备、控光材料、照明形 式、计较方式、测光手艺等适用的学问和资 料也将做较全面的引见,并通过实例阐发, 力图使大师控制境设想的方式和技巧。 考虑到建建学专业的特点,复杂的数学阐发 将略去。 2014-10-29 6 第七章 建建光学根基学问 第七章 建建光学根基学问 第一节 第二节 眼睛取视觉 根基光度单元及使用 第三节 第四节 第五节 2014-10-29 材料的光学性质 视度及其影响要素 颜色 7 第七章 建建光学根基学问 光是以电磁波形式的辐射能。 电磁辐射的波长范畴很广。只要波长正在 380nm至780nm的这部门辐射才能惹起光视觉, 称为可见光(简称光),见图7-0所示。 波长短于380nm的是紫外线 第七章 建建光学根基学问 图7-0 太阳辐射的电磁波 2014-10-29 9 第七章 建建光学根基学问 第一节 眼睛取视觉 眼睛 视觉 视野 颜色感受 光谱光效率 2014-10-29 10 第七章 建建光学根基学问 一、眼睛 人们的视觉感受是通过眼睛来完成 的,所以我们应对眼睛的视看过程有一 粗略的领会。眼睛恰似一个很细密的光 学仪器,它正在良多方面都取机类似。 图7-1是人的左眼剖面图。 2014-10-29 11 第七章 建建光学根基学问 图7-1 左眼剖面图 (4)感光细胞 它们 (3)视网膜 光线 )水晶体 为一扁球 从图中可看到眼 取此相反,正在中 处正在视网膜最外层上,接管 水晶体正在视网膜上聚焦成清 央窝处几乎没有 睛的次要构成部门, 形的弹性通明体,它受睫 光刺激,并转换为神经感动。 晰的影像。视网膜是眼睛的 杆状细胞,自中 其功能如下: 两种感光细胞正在视网膜上的 状肌收缩或放松的节制, 央窝向外,其密 视觉感触感染部门,雷同机 (1)瞳孔 虹膜 分布是不服均的:锥状细胞 度敏捷添加,正在 使其外形改变,从而改变 中的菲林。视网膜上布满了 离地方窝20附近 地方的圆形孔,它可 次要集中正在视网膜的地方部 感光细胞--锥状和杆状感 其屈光度,使远近分歧的 密度达到最大, 按照的明暗程度, 位,称为“黄斑”的区 然后又逐步削减。 光细胞。光线射到它们 景物都能正在视网膜上 从动调理其孔径,以 域。黄斑区的核心有一小凹, 感光细胞正在视网 就发生神经感动,传输至视 节制进入眼睛的光能 称“地方窝”;正在这里锥状 成清晰的影像。它起 膜上的分布环境 神经,再传至大脑发生视觉 数量。起机中光 细胞密度达到最大;正在黄斑 见图7-2。 机的透镜的感化,不外水 圈的感化。 感受。 区以外 ,锥状细胞的密度急剧 晶体具有从动聚焦功能。 下降。 12 2014-10-29 第七章 建建光学根基学问 图7-2 二中感光细胞正在视网膜上的分 布环境 13 2014-10-29 第七章 建建光学根基学问 杆状细胞对于光很是,但 是不克不及分辩颜色。正在眼睛可以或许感光 的亮度阈限(约为10-6cd/m2)到 0.03cd/m2摆布的亮度程度,次要是 杆做细胞起感化,称为暗视觉。正在 暗视觉前提下,景物看起来老是模 糊不清、灰茫茫一片。 2014-10-29 14 第七章 建建光学根基学问 锥状细胞对于光不甚,正在亮度高于 3cd/m2的程度时,锥状细胞才充实阐扬感化,这 时称为明视觉。锥状细胞有辨认细节和分辩颜色 的能力,这种能力随亮度增高而达到最大。所有 的室内照明,都是按明视觉前提设想的。 当顺应亮度处正在0.03~3cd/m2之间时,眼睛 处于明视觉和暗视觉的两头形态,称为两头视觉 。一般道照明的亮度程度,相当于两头视觉的 前提。 2014-10-29 15 第七章 建建光学根基学问 二、视觉 视觉构成的过程可分化为四个阶段; 1.光源(太阳或灯)发出光辐射; 2.景物正在光映照下发生颜色、明暗和 形体的差别,相当于构成二次光源; 2014-10-29 16 第七章 建建光学根基学问 3.二次光源发出分歧强度、颜色的光信号 进入人眼瞳孔,借帮眼球调视,正在视网 膜上成象; 4.视网膜上接管的光刺激(即物象)变为 脉冲信号,经视神经传给大脑,通过大 脑的注释、阐发、判断而发生视觉。 2014-10-29 17 第七章 建建光学根基学问 三、视野 当头和眼睛不动时,人眼能察觉到的 空间范畴叫视野(图 7 - 3 )。单眼的综 合视野(单眼视野),正在垂曲标的目的的角 度约130°,程度标的目的约180°。 2014-10-29 18 第七章 建建光学根基学问 图7-3 视野范畴 2014-10-29 19 第七章 建建光学根基学问 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°的范畴。视线°内的物体能正在视网膜核心凹成象, 清晰度最高,这部门叫核心视野;方针偏离 核心视野以外旁不雅时,叫四周视野。视线°的视觉,清晰度也比力好。 2014-10-29 20 第七章 建建光学根基学问 四、颜色感受 分歧波长的光正在视觉上构成分歧的颜色 例如700nm的光呈红色,580nm呈, 470nm呈蓝色。见下表。 2014-10-29 21 第七章 建建光学根基学问 光谱颜色核心波长及范畴 颜色感受 红 橙 黄 绿 蓝 紫 核心频次 (nm) 700 620 580 510 470 420 范畴 (nm) 640~ 750 600~ 640 550~ 600 480~ 550 450~ 480 400~ 450 2014-10-29 22 第七章 建建光学根基学问 2014-10-29 23 第七章 建建光学根基学问 单色光取复色光 单一波长的光呈现一种颜色,称为单 色光。日光和灯光都是由分歧波长的光混 合而成的复色光,它们呈白色或其他颜色。 2014-10-29 24 第七章 建建光学根基学问 将复色光中各类波长辐射的相对功率 量值按对应波长陈列联合起来,就构成该 复色光的光谱功率分布曲线,它是光源的 一个主要物理参数。光源的光谱构成不单 影响光源的表不雅颜色,并且决定被照物体 的显色结果。 2014-10-29 25 第七章 建建光学根基学问 五、光谱光效率 人眼对分歧波长单色光的视亮度感触感染性 也纷歧样,这是光正在视觉上反映的另一特征。 正在亮光的中(顺应亮度3cd/m2),辐 射功率相等的单色光看起来以波长555 nm的 黄绿光最敞亮,而且敞亮程度向波长短的紫 光和长波的标的目的递减。 2014-10-29 26 第七章 建建光学根基学问 国际照明委员会(CIE)按照大量的尝试 成果,将视亮度感受相等的波长为?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选正在最大比值等于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。正在较 暗的中(顺应亮度<0.03cd/m2时), 人的视亮度感触感染性发生变化,以?=507nm的 蓝绿光最为。按照这种特定境前提 确定的V(?)函数称为暗视觉光谱光视效率 (图7-5). 2014-10-29 27 第七章 建建光学根基学问 图7-5 光谱光视效率 实线 第七章 建建光学根基学问 第二节 根基光度单元及使用 ? ? ? ? ? ? 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 2014-10-29 29 第七章 建建光学根基学问 一、光通量(luminous flux)(? or F) 光通量是按照国际商定的人眼视觉 特征评价的辐射能通量(辐射功率)。 按照这必然义,光通量能够由辐射通量 及V(?)函数导出: ?=Km∫?e,?V(?) d? lm 2014-10-29 30 第七章 建建光学根基学问 式中: V(?) —— CIE尺度光度不雅测者明视 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。 2014-10-29 31 第七章 建建光学根基学问 光视效能K是描述光和辐射之间关系的 量,它是取单元辐射通量相当的光通量 (K=Φ v/ Φ e )。可是,K值是随光的波 长而变化的,K(?)的最大值正在Km=555nm 处。按照一些国度权势巨子尝试室的丈量成果, 1977年国际计量委员会决定采用Km=683 lm/W。 2014-10-29 32 第七章 建建光学根基学问 光通量的单元是流明,符号为 lm 。正在 国际单元制和我国的计量单元中,它 是一个导出单元。 l 流明是发光强度为 1 坎 德拉的平均点光源正在 1球面度立体角内发出 的光通量。 2014-10-29 33 第七章 建建光学根基学问 正在照明工程中,常用光通量暗示一 光源发出光能的几多,它是光源的一个 根基参数。例如,一只40W白炽灯发出 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。 2014-10-29 34 第七章 建建光学根基学问 【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,试计较它发出 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 2014-10-29 35 第七章 建建光学根基学问 【例2】已知500W汞灯的各单色辐射通 量值见下表,试计较其光通量。 【解】500W汞灯发出的各波长的波长值列于 下表中第一栏,响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,别离列于表中第三栏 的各行。将二、三栏数值代入计较,即得各 单色光通量值,列于第四栏。最初将其总和, 得光通量为15611 lm。 2014-10-29 36 第七章 建建光学根基学问 【例2】的计较表 波长λ (nm) 365 406 436 546 578 691 合计 2014-10-29 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 37 第七章 建建光学根基学问 二、发光强度 (luminous intensity) 点光源正在给定标的目的的发光强度,是光 源正在这一标的目的上立体角元内发射的光通量 取该立体角元之商。符号为I。 I=d?/d? cd 2014-10-29 38 第七章 建建光学根基学问 若是正在无限立体角?对内的光通量? 是平均分布的,上式可写成: I=?/? 申明。 cd 式中的?为立体角。其概念正在图7-6中 2014-10-29 39 第七章 建建光学根基学问 以任一锥体极点 O 为 球心,肆意长度 r为半径 做一球面,被锥体截取 的一部门球面面积为 S, 则此锥体限制的立体角 ?为: ?=S/r2 图7-6 立体角定义 立体角的单元是球面度(符号Sr)。当S=r2, ? =1Sr。由于球的概况积为4?r2,所以立 体角的最大数值为4?球面度。 2014-10-29 40 第七章 建建光学根基学问 发光强度的单元是坎德 拉(Candela),符号cd。正在 数量上1坎德拉等于1流明每 球面度(1cd=1lm/Sr)。 坎德拉是我国单元制 取国际SI制的根基单元之一, 其他光怀抱单元都是由坎德 拉导出的,坎德拉定义如下: “一个光源发出频次为540 ×1012Hz的单色辐射,若正在一 图7-7 发光强度的概念 定标的目的上的辐射强度为 1/683W/Sr,则光源正在该方 向上的发光强度为lcd”。 2014-10-29 41 第七章 建建光学根基学问 发光强度常用于申明光源和照具发出的光通 量正在空间各标的目的或正在选定标的目的上的分布密度。例如, 一只40瓦白炽灯胆发出350流明光通量,它的平均光 强为350/4?=28cd。正在裸灯胆拆一盏白色珐琅平 盘灯罩,灯的正下方发光强度能提高到 70 ~ 80cd 。 正在后一种环境下,灯胆发出的光通量并没有变化, 只是光通量正在空间的分布更为集中了。 2014-10-29 42 第七章 建建光学根基学问 三、照度(illuminance) 照度是受照平面上接管的光通量的面密 度,符号为E。若映照到概况一点面元上的 光通量为d?,该面元的面积为dA,则 E=d?/ dA 当光通量平均别离正在被照概况 A 上时,则此 被照面的照度为: E=?/A 2014-10-29 43 第七章 建建光学根基学问 照度的单元是勒克斯,符号lx。1勒 克斯等于1流明的光通量平均分布正在1平方 米概况上所发生的照度,即 1lx=1lm/m2 勒克斯是一个较小的单元,例如:夏 季半夜日光下,地平面上照度可达105lx; 正在拆有40瓦白炽灯的书写台灯下看书,桌 面照度平均为200~300 lx;月光下的照 度只要几个1x。 2014-10-29 44 第七章 建建光学根基学问 照度能够间接相加.若是房间里有4盏灯,它 们对桌面上 A 点的照度别离为 El 、 E2 、 E3 、 E4 则A点总照度等于各个照度值之和,写成通用 的表达式就是 E=?Ei lx(1—3) 2014-10-29 45 第七章 建建光学根基学问 四、发光强度和照度的关系 一个点光源正在被照面上构成的照度, 能够从发光强度和照度这两个根基量之 间的关系求出。 图7-8暗示概况A1 、A2、 A3 距点光 源O的距离别离为r、2r、3r,它们正在点 光源处构成的立体角不异,则概况A1 、 A2、 A3的面积比为它们距光源的距离平 方比,即1:4:9。 2014-10-29 46 第七章 建建光学根基学问 r 2r 3r O A1 A2 A3 图7-8 点光源构成照度的概念 2014-10-29 47 第七章 建建光学根基学问 设光源O正在这三个概况标的目的的发光强度 不变,即单元立体角的光通量不变,则落正在 这三个概况的光通量不异,因为它们的面积 分歧,故落正在其上的光通量密度也分歧,即 照度是随它们的面积而变,由此可推出发光 强度和照度的一般关系。因为概况的照度为 E=?/A 。而?=I?(此中?=A/r2),将其代 入,则得: E=I/r2 2014-10-29 48 第七章 建建光学根基学问 上式表白,某概况的照度取点光源正在 这标的目的的发光强度成反比,取它至光源距 离的平方成反比。这就是计较点光源发生 照度的根基公式,称为距离平方反比定律。 以上所讲的是指光线垂曲入射到被照 概况,即入射角α 为0的环境。当入射角α 不等于0,如图7-9示的环境。这时,概况 A1的法线取入射光线的法 线间的夹 角为α 。则 2014-10-29 49 第七章 建建光学根基学问 α A 2 A1 图7-9 分歧平面上构成的照度 2014-10-29 50 第七章 建建光学根基学问 A1=A2/ cosα 而A1 和A2所接管的光通量不异,它们正在点 光源处构成的立体角不异,则可改写为: E=Icosα /r2 这就是表述点光源正在任何概况上构成的照 度遍及公式。 2014-10-29 51 第七章 建建光学根基学问 【例3】如图所示,正在画图桌上方悬 挂了一个40W的白炽灯,求灯下桌 面点1和点2处照度。 图7-10 点光源正在画图 桌上的照度 2014-10-29 52 第七章 建建光学根基学问 【解】设该白炽灯下方的发光强度为30cd (视为点光源时350÷4π =27.9cd),按式 E=Icosα /r2 E1=Icosα /r12=30×cos30o/22 =6.5 lx E2=Icos0o/r22=30×1/(r1cos30o)2 =10 lx 同样的方式计较书上的例题7-3。 2014-10-29 53 第七章 建建光学根基学问 五、亮度(luminance) 光源或受照物体反射的光线进入眼 睛,正在视网膜上成象,使我们可以或许识别 它的外形和。视觉上的明暗知觉取 决于进入眼睛的光通量正在视网膜物象上 的密度——物象的照度。这申明,确定 物体的要考虑两个要素: 2014-10-29 54 第七章 建建光学根基学问 ①物体(光源或受照体)正在指定标的目的 上的投影面积——这决定物象的大小; ②物体正在该标的目的上的发光强度——这 决定物象上的光通量密度。 按照这两个前提,我们能够成立一个新 的光怀抱——亮度。 2014-10-29 55 第七章 建建光学根基学问 亮光度是一单位概况正在某一标的目的上的 光强密度。它等于该标的目的上的发光强度取 此面元正在这个标的目的上的投影面积之商,以 符号L暗示。 2 dI? cd/m L? ? dA ? cos? 该当留意,亮光度常常是各标的目的分歧, 所以正在谈到一点或一个无限概况的亮光度 时需要指明标的目的。 2014-10-29 56 第七章 建建光学根基学问 图7-11 2014-10-29 亮度概念 57 第七章 建建光学根基学问 定义的亮光度是一个物理量,它取 视觉上对明暗的曲不雅感触感染还有必然的区别。 例如正在白日和夜间看统一盏交通信号灯 时,感受夜晚灯的亮度高得多。这是由于 眼睛顺应了晚间相当低的亮度的来由。 现实上,信号灯的亮光度并没有变化。由 于眼睛顺应亮度,物体明暗正在视觉上 的曲不雅感触感染就可能比它的物理亮光度高一 些或低一些。 2014-10-29 58 第七章 建建光学根基学问 我们把曲旁不雅去一个物体概况发光的属性称 为“表不雅亮度”(Brightness或 Luminosity),这是一个心理量,没有量 纲。它取“亮光度”这一物理量有必然的 相关关系。下图是通过大量客不雅评价获得 的尝试数据拾掇出来的亮度感受曲线 第七章 建建光学根基学问 图7-12 物理亮度取表不雅亮度的关系 2014-10-29 60 第七章 建建光学根基学问 亮光度简称亮度。它的单元是坎德拉每平 方米(cd/m2)。正在照明工程使用中,亮度的单元繁 多,常用单元取lcd/m2的换算关系如下: l尼特(nt)=lcd/m2 l阿熙提(asb)=1/? cd/m2 1熙提(sb)=104 cd/m2 l朗伯( L)=104/ ? cd/m2 l英尺朗伯(fL)=3.426 cd/m2 太阳的亮度达 2×109cd/m2 ,白炽灯丝的亮度约 为(300~500)×104cd/m2,而通俗荧光灯的亮度只要 (0.1~0.2)×104cd/m2。 2014-10-29 61 第七章 建建光学根基学问 【例4】已知40W荧光灯管的长度为1.15m, 灯管曲径为32mm,它发出2200lm的光通量, 求灯管的概况亮度。 【解】设灯管的概况亮度是平均的,按照 灯管的尺寸求出其概况积为: A=π DL=3.14159×0.032×1.15=0.1156 因为:I=Φ /Ω =2200/4π =175(cd) 代入公式得: I? 175 L? ? ? ? 1513.8(cd / m 2 ) A cos ? 0.1156 ?1 2014-10-29 62 第七章 建建光学根基学问 【例5】已知200W白炽灯发出2920lm的光通 量,如外加一个曲径为250mm的乳白玻璃球 形灯罩,设乳白玻璃的透光系数为0.6,求 灯罩的概况亮度。 【解】设灯罩的概况亮度是平均的,按照灯 罩的尺寸求出其概况积为: A=π D2=3.14159×0.252=0.19635(m2) 因为: I=Φ /Ω =2920×0.6/4π =139.4(cd) 代入公式得: I? 139.4 L? ? ? ? 710(cd / m 2 ) A cos ? 0.19635 ?1 2014-10-29 63 第七章 建建光学根基学问 【例6】如图7-13,一长条形嵌入式灯具的 发光面积为0.25×1.25m2,正在45o标的目的上的发 光强度I45o=600cd,求该标的目的上的亮度。 【解】按照亮度的定义 dI? L? ? dA ? cos? 代入公式 0.25m 45o I45o 图7-13 例题6图 2014-10-29 64 第七章 建建光学根基学问 I 45? 600 2 L45 ? ? ? 273cd / m 0.25 ?1.25 ? cos 45? 0.22 即该灯具按45o标的目的上的亮度为273cd/m2。 2014-10-29 65 第七章 建建光学根基学问 六、照度和亮度的关系 照度和亮度的关系是指光源亮度和它 所构成的照度间的关系。 2014-10-29 66 第七章 建建光学根基学问 A dA Iα α r θ ?cosθ A2 P 图7-14 照度和亮度的关系 如图所示,设A为各标的目的 亮度都不异的发光面, 正在它概况上取一微元面 积dA。因为dA的尺寸和 它距离被照面间的距离 r比拟,显得很小,故 可视为点光源。如许, 它正在被照面上的P点处 构成的照度为: dE=Iα cosθ /r2 (a) 67 2014-10-29 第七章 建建光学根基学问 由亮度和发光强度的关系可得出: Iα =Lα dA cosα (b) 将式(b)代入式(a)得出: dE=Lα (dA cosα cosθ )/r2 (c) 式中( dAcosα )/r2是以P为极点,由dA所 张的立体角d? ,故式(c)可写成: dE=Lα d?cosθ 2014-10-29 68 第七章 建建光学根基学问 整个发光面A正在P点构成的照度为: E=Lα d?cosθ 因光源正在各标的目的的亮度不异,则: E=Lα ?cosθ 这就是常用的立体角投影定律。它表 示某一亮度为Lα 的发光概况正在被照面上形 成的照度,是这一发光概况的亮度Lα 取该 发光面正在被照点上构成的立体角?正在被照 面的投影(?cosθ )的乘积。 2014-10-29 69 第七章 建建光学根基学问 这必然律表白:某一发光概况正在被照面 上构成的照度,仅和发光概况的亮度及其正在 被照面上构成的立体角相关,而和该发光表 面面积的绝对值无关。 正在图中A和Acosα 的面积分歧,但因为它 们正在被照面上构成的立体角的投影线条,只 要它们正在被照面标的目的的亮度不异,那么,它 们正在被照面上构成的照度就是一样的。立体 角投影定律合用于光源尺寸相对于它取被照 点距离较大时。 2014-10-29 70 第七章 建建光学根基学问 【例7】正在侧墙和屋顶上各有一个1m2的窗 洞,它们取室内桌子的相对见图,设 通过窗洞看见的天空亮度为1sb,试别离求 出各窗洞正在桌面上计较点P构成的照度(设 桌面取窗台等高)。 例7图 窗洞和计较点 及尺寸 2014-10-29 71 第七章 建建光学根基学问 【解】窗洞可视为一发光概况,其亮度等于 透过窗洞看见的天空亮度,正在本例题中天空 亮度为1sb,即104 cd/m2。 按立体角投影定律: E=Lα ?cosθ 按侧窗和天窗别离计较出它们正在计较点P上的 照度 侧窗时: 2014-10-29 ?=1×cosα /r2 72 第七章 建建光学根基学问 1? cos ? 0.97 ?? 2 ? 2 2 ? 0.5 4.25 0.5 cos? ? ? 0.243 4.25 0.97 Ew ? 10000 ? ? 0.243 ? 555lx 4.25 1 cos? ? 1 天窗时: ? ? , ? ? ? , 4 1 Ew ? 10000 ? ?1 ? 2500lx 4 2014-10-29 73 第七章 建建光学根基学问 【例8】 已知某客堂的面积为4.4m×5.6m =24.64m2,该厅天花高为2.6m,正中拆有 面积为1m×1.5m=1.5m2、亮度为 1×103cd/m2的槽灯,试求槽灯的正下方及 四个墙角处的照度。 【解】:按照题意,本题只需求出客堂地面正 中以及肆意一墙角处的照度即可,其尺寸如 图所示。 2014-10-29 74 第七章 建建光学根基学问 例8 图 2014-10-29 75 第七章 建建光学根基学问 按立体角投影定律别离计较如下: (1)计较客堂正中点B的照度,该点离发 光面核心点为2.6m,又因为它正对着发光 面,因而α =0,θ =0,所以: L? S1 cos ? cos? 1000 ?1.5 ?1?1 EB ? ? ? 222(lx ) 2 2 r 2.6 2014-10-29 76 第七章 建建光学根基学问 (2)计较客堂墙角处点C的照度,如图所示, 该点到发光面核心的距离为: r ? 2.2 ? 2.8 ? 2.6 (m) 2 2 2 因为被照面取发光面互相平行,所以α= θ(如图所示),下面计较cosθ值: h 2.6 cos? ? ? ? 0.589692 2 2 2 r 2.2 ? 2.8 ? 2.6 2014-10-29 77 第七章 建建光学根基学问 将各值代入立体角投影定律得墙角处的照 度Ec为: L? S1 cos ? cos? Ec ? r2 1000 ?1.5 ? 0.589692 ? 0.589692 ? ? 26.83(lx ) 2 2 2 2.2 ? 2.8 ? 2.6 2014-10-29 78 第七章 建建光学根基学问 本例计较成果表白,地面正中点的照度 取墙角的照度相差7倍多,就形成正中点的照 度很高(222lx)而墙角的照度又很低 (27lx),这是很不合理的。这里申明照明 设想中的一个很主要的问题,就是进行大房 间的工做照明设想时必需合理添加灯数,从 而使房间遍地的照度连结平均不然就是一个 欠好的工做照明设想。 2014-10-29 79 第七章 建建光学根基学问 【例9】已知某房间的面积为4.4m×5.6m= 24.64m2,该厅天花高为2.8m,正在左墙正中 上方拆有面积为2m×0.5m=1m2、亮度为 0.12×104cd/m2的发光平面(如图所示), 又知该房间的工做面离地面0.8m。如不考 虑天花板及其它各墙面的反射,试求房间 正中处正在工做面上的一点B的照度。 2014-10-29 80 第七章 建建光学根基学问 例9 图 2014-10-29 81 第七章 建建光学根基学问 【解】如图所示,本题发光面的核心点A到 地面的距离为2.55m,B点离地面高0.8m,A、 B两点的高度差为1.75m。 按立体角投影定律别离计较如下: cos ? ? cos ? ? 2.8 2.8 ? 1.75 1.75 2 2 ? 0.8479983 ? 0.5299894 2.8 ? 1.75 2 2 2014-10-29 82 第七章 建建光学根基学问 将各值代入公式得房间正中处正在工做面 (程度面)上的一点B的照度: L? S1 cos ? cos? EB ? 2 r 1200 ?1? 0.8479983 ? 0.5299894 ? ? 163.3(lx ) 2 2 2.8 ? 1.75 2014-10-29 83 第七章 建建光学根基学问 第三节 材料的光学性质 借帮于材料概况反射的光或材料本身透过的 光,人眼才能看见四周中的人和物。也可 以说,境就是由各类反射取透射光的材料 形成的。 光正在平均介质中沿曲线,它正在空气中的 速度接近3×108米/秒(30万公里/秒)。 2014-10-29 84 第七章 建建光学根基学问 表1-2光速取折射指数 介质品种 实空 空气 水 玻璃 光速 m/s 2.99792 ?108 2.99704 ?108 2.24900 ?108 1.98210?108 折射指数 1.00000 1.00293 1.33300 1.51250 2014-10-29 85 第七章 建建光学根基学问 光正在介质中的 光正在过程中碰到新的介质时,会发 生反射、透射取接收现象。一部门光通量 被介质概况反射?ρ ,一部门透过介质?τ 。 余下的一部门则被介质接收 ? α ,按照能量 守恒定律,入射光通量( ? i )应等于上述 三部门光通量之和: ?i=?ρ +?τ +?α 2014-10-29 lm ( 7 - 8 ) 86 第七章 建建光学根基学问 图7-15 光的反射、透射和接收 2014-10-29 87 第七章 建建光学根基学问 反射系数 透射系数 接收系数 将反射光通量取入射光通量之商,定义为反射 比(反射系数),以?暗示: ?= ?? / ?i 透射光通量取入射光通量之商,定义为透射 比(透射系数),以τ 暗示: τ = ?τ / ?i 被接收的光通量取入射光通量之商,定义为吸 收比(接收系数),以?暗示: ? = ? ?/ ? i ?+τ +?=1 2014-10-29 88 第七章 建建光学根基学问 从照明角度来看,反射比或透射比高的材料才 有利用价值。P139表7-2、表7-3列有照明工程常用 材料的? 和 τ 可供比力参考.除了定量的阐发以外, 还要深切领会各类材料反射光或透射光的分布模式, 以求正在境设想确使用每种材料的分歧控光 机能,获得预期的照明结果。 2014-10-29 89 第七章 建建光学根基学问 一、反射 辐射由一个概况前往,构成辐射的单 色分量的频次没有变化,这种现象叫做反 射。反射光的强弱取分布型式取决于材料 概况的性质,也同光的入射标的目的相关。例 如,垂曲入射到通明玻璃板上的光线%的反射比;加大入射角度,反射比也随 之增大,最初会发生全反射。 反射光的分布型式有法则反射取扩散 反射两大类。扩散反射又可细分为定向扩 散反射、漫反射、夹杂反射等。 2014-10-29 90 第七章 建建光学根基学问 1.法则反射 2.定向扩散反射 3.漫反射 4、夹杂反射 2014-10-29 91 第七章 建建光学根基学问 1.法则反射 法则反射也叫镜面反射,其特征是光线 颠末反射之后仍按必然的标的目的,立体角 没有变化。 法则反射的纪律为: ①入射光线取反射光线以及反射概况 的法线同处于一个平面内; ②入射光取反射光分家法线两侧,入 射角等于反射角(图7-16)。 2014-10-29 92 第七章 建建光学根基学问 2、定向扩散反射 扩散反射保留了法则反射的某些特征, 即正在发生法则反射的标的目的上,反射光最强, 可是反射光束被“扩散”到较宽的范畴 (图7-16b), 2014-10-29 93 第七章 建建光学根基学问 图7-16 反射光的分布型式 a-法则反射; b-定向扩散反射; c-夹杂反射; d-平均漫反射 2014-10-29 94 第七章 建建光学根基学问 3、漫反射 漫反射的特点是反射光的分布取入射光 标的目的无关,正在宏不雅上没有法则反射,反射光 犯警则地分布正在所无方向上。(图7-16c)。 2014-10-29 95 第七章 建建光学根基学问 若反射光的光强分布取入射光的标的目的无 关,并且正好是切于入射光线取反射概况交 点的一个圆球,这种漫反射称为平均漫反射 (图 7-17)。其反射光的最大发光强度正在 垂曲于概况的法线标的目的,其余标的目的的光强同 最大光强有以下关系: I ?=I o· cos ? 2014-10-29 cd 96 第七章 建建光学根基学问 式中: I?---反射光取概况法线夹角为?方 向的光强, cd; Io---反射光正在反射概况法线标的目的 的最大光强,cd。 2014-10-29 97 第七章 建建光学根基学问 图7-17 平均漫反射材料的光强 分布取亮度分布 2014-10-29 98 第七章 建建光学根基学问 4、夹杂反射 大都的材料概况兼有法则反射和漫反射 的特征,这称为夹杂反射。亮光的珐琅表 面呈现漫反射取镜面反射连系的特征。正在 漫反射概况涂一层薄的通明清漆,当光入 射角很小时,近似没反射;入射角加大, 约有5~15%的入射光为镜面反射;入射角 很大时,则完满是镜面反射. 2014-10-29 99 第七章 建建光学根基学问 二、透射 光线通过介质,构成光线的单色分量频次 不变,这种现象称为透射。玻璃、晶体、某些 塑料、纺织品、水等都是透光材料,能透过大 部门入射光。材料的透光机能不只取决于它的 布局,还同它的厚度相关。很是厚的玻璃 或水将是欠亨明的,而一张极薄的金属膜大概 是透光的,至多能够是半透光的。 2014-10-29 100 第七章 建建光学根基学问 材料透射光的分布型式也可分为规 则透射、定向扩散透射、漫透射和夹杂 透射四种(见图7-18)。 通明材料属于法则透射,正在入射光 的背侧,光源取物象清晰可见。 磨砂玻璃为典型的定向扩散透射,正在 背光的一侧仅能看见光源恍惚的记忆。 2014-10-29 101 第七章 建建光学根基学问 乳白玻璃具有平均漫透射的特征,整 个透光面亮度平均,完全看不见背侧的光 源和物象,正在通明玻璃上平均地喷一层薄 的白漆,其透光机能则近于夹杂透射。如 将白炽灯放正在这种玻璃的一侧,由另一侧 看去,漫透射构成的概况亮度相当平均, 同时灯丝的象也历历正在目。 2014-10-29 102 第七章 建建光学根基学问 图7-18 透射光的分布 a-法则透射; b-定向扩散透射; c-漫透射; d-平均漫透射 2014-10-29 103 第七章 建建光学根基学问 图7-19 平均扩散反射 和透射 图7-20定向扩散反射和透射 2014-10-29 104 第七章 建建光学根基学问 三、折射 光正在通明介质中,当从密度小的介质进入 密度大的介质时,光速减慢;反之,光速加速。 因为光速的变化而形成光线标的目的的改变,这就是 折射。光的折射纪律是: ①入射线、折射线取分界面的法线同处于一个 平面内,且分家于法线的两侧; ②入射角正弦和折射角正弦的比值,对确定的 两种介质来说,是一个。 2014-10-29 105 第七章 建建光学根基学问 sin i n2 ? sin ? n1 上式也能够写成n1· sin i=n2 ·sin ? 式中:n1——第一种介质的折射率; n2——第二种介质的折射率; i——入射角; ?——折射角(见图7-21) 。 2014-10-29 106 第七章 建建光学根基学问 图7-21 光的折射 a-光通过平行概况的折射; b-光通过三角形棱镜的折射 2014-10-29 107 第七章 建建光学根基学问 由上式能够看出,光线通过两种介质的 界面时,正在折射率大的一侧,光线取法线 的夹角较小。操纵折射能改变光线标的目的的 道理制成的折光玻璃砖、各类棱镜灯罩, 能切确地节制光的分布。 2014-10-29 108 第七章 建建光学根基学问 此外,当一束白光通过折射棱镜时, 因为构成白光的单色光频次分歧,则因折 射而分手成各类颜色,这称为色散。有金 属镀膜的磨光棱镜玻璃灯饰部件。就是因 为色散而呈现出五颜六色,粉饰结果富丽 精明。(图7-21b) 2014-10-29 109 第七章 建建光学根基学问 第四节 视度及其影响要素 旁不雅物体的断根程度称为视度,它 受下列5个要素的影响: 1、亮度阈限 2、物体的相对尺寸 3、对比 4、识别时间 5、避免眩光 2014-10-29 110 第七章 建建光学根基学问 一、亮度阈限 对于正在眼中长时间呈现的风雅针,视觉 阈限亮度为10-6cd/m2。正在呈现时间少于0.1 秒,视角不跨越1°的前提下,其视觉阈限 值恪守里科定律,即亮度×面积=。也 恪守邦森--罗斯科定律,即亮度×时间= .这就是说,方针越小,或呈现时间越 短,越需要更高的亮度才能惹起视知觉。 2014-10-29 111 第七章 建建光学根基学问 视觉能够的亮度上限约为 106cd/m2 。跨越这个数值,视网膜就会因辐射过强 而遭到毁伤。现实上,我们日常看到的自 然景物亮度不同一般是正在 1 : 1000 以内。 即便如斯,人眼对光的顺应范畴也远比能 够的温度变化大的多。 2014-10-29 112 第七章 建建光学根基学问 二、 物件的相对尺寸 人凭仗视觉器官辨认方针或细节的敏 锐程度,叫视觉敏脱度,医学上也叫目力。 一小我能分辩的细节愈小,他的视觉灵敏 度就愈高。正在数量上,视觉灵敏度等于刚 能分辩的视角的倒数,即: V=1/?min 2014-10-29 113 第七章 建建光学根基学问 物体大小(或此中某细节的大小) 对眼睛构成的张角,叫做视角。正在图2-4 中,d代表方针大小。l是由眼睛角膜到该 方针的距离,视角?用下式计较: d ? ? tg l ?1 2014-10-29 114 第七章 建建光学根基学问 d α L 图7-22视角的定义 2014-10-29 115 第七章 建建光学根基学问 当?较小时,用近似公式: ?=d/l (弧度) 凡是用“分”为单元暗示视角大小,于是: ?=180/??60?d/l=3440d/l (分 or ’) 眼睛分辩细节的如果核心视野的 功能,这一能力一视同仁。医学上常用兰 道尔环或“E”形视标查验人的目力。它们 正在横向取纵向都由5个细节单元形成(5d)。 2014-10-29 116 第七章 建建光学根基学问 如一人正在5m远的距离看目力表上的视标, 当d=1.46mm时,视角刚好是1分。能分辩1分 的视标缺口,目力等于1,申明此人的目力正 常;若是仅能分分辩2分的缺口,则目力等于 1/2,即0.5。 视角视觉灵敏度随布景亮度、对比、细 节呈现时间、眼睛的顺应情况等要素而变化。 正在呈现时间不变的前提下,提高布景亮度或 加强亮度对比,都能改善时间灵敏度,看清 视角更小的物体或细节。 2014-10-29 117 第七章 建建光学根基学问 图7-23查验目力用的视标 2014-10-29 118 第七章 建建光学根基学问 三、对比 1、亮度对比:是视野中方针和布景的亮度 差取布景(或方针)亮度之比,符号为C, 即 c? 方针,cd/m2; Lo ? Lb Lb 式中; Lo— 方针亮度,一般面积较小的为 Lb— 布景亮度,面积较大的部位做背 景,cd/m2。 2014-10-29 119 第七章 建建光学根基学问 对于平均照明的无光泽的布景和方针(平均 漫反射材料),亮度对比可用反射比暗示: c? ?o ? ?b ?b 式中: ?o——方针反射比; ?b——布景反射比。 2014-10-29 120 第七章 建建光学根基学问 四、识别时间 眼睛旁不雅物体时,满脚: 亮度×时间= 此外,从明处到暗处的顺应时间称为“暗 顺应”,从暗到明的顺应时间称为“明适 应”,顺应过程如下图。 设想时,当呈现亮度变化过大的环境 时,招考虑正在其间设置需要的过渡空间。 正在需要人眼变更凝视标的目的的工做场合, 亮度宜设置平均。 2014-10-29 121 第七章 建建光学根基学问 图7-24 眼睛的顺应过程 2014-10-29 122 第七章 建建光学根基学问 五、避免眩光 眩光--正在视野中因为不适宜亮度分 布,或正在空间或时间上存正在着极端的亮度对 比,致使惹起视觉不舒服和降低物体可见度 的视觉前提。 按照眩光对视觉的影响程度,可分为: 失能眩光:降低视觉功能和可见度的眩光 眩光 不舒服眩光:只要不舒服感受的眩光 2014-10-29 123 第七章 建建光学根基学问 从构成眩光的过程来分: 间接眩光:由视野中的高亮度或不曾充实遮盖 眩光 的光源所发生。可避开 反射眩光:由视野中的光泽概况的反射所发生。 不成避开 2014-10-29 124 第七章 建建光学根基学问 节制间接眩光的办法: (1)光源亮度 当光源亮度跨越 16sb 时,不管亮度对比 若何,均会发生严沉的眩光现象。正在这种 环境下,招考虑采用半通明材料(如乳白玻 璃灯罩)或欠亨明材料将光源盖住,降低其 亮度,削减眩光影响程度。 2014-10-29 125 第七章 建建光学根基学问 (2) 添加眩光源的布景亮度,削减二者之间的 亮度对比。 当视野内呈现较着的亮度对比就会发生眩 光,此中最主要的是工做对象和它间接相邻 的布景间的亮度对比,如书和桌面的亮度对 比,深色的桌面(光反射比为0.05~0.07)取 白纸 ( 光反射比为 0.8 摆布 ) 构成的亮度对比 常大于10,如许就会构成一个不舒服的视觉 。如将桌面漆成淡色,减小了桌面取白 纸之间的亮度对比,就会有益于视觉工做, 可削减目力委靡。 2014-10-29 126 第七章 建建光学根基学问 (3)减小构成眩光的光源视看面积, 即减小眩光源对不雅测者眼睛构成的立 体角。如将灯具做成橄榄形(见图7—25), 削减间接眩光的影响。 图7-25 橄榄形灯具示意 2014-10-29 127 第七章 建建光学根基学问 (4)尽可能增大眩光源的仰角。 当眩光源的仰角小于 27°时,眩光影响 就很显著;而当眩光源的仰角大于 45°时, 眩光影响就大大削减了 ( 见图 7—26) 。凡是 能够提高灯的吊挂高度来增大仰角,但要 遭到房间层高的,并且把灯提得过高 对工做面照明也晦气,故有时用欠亨明材 料将眩光源盖住更为有益。 2014-10-29 128 第七章 建建光学根基学问 图7-26 分歧角度的眩光感受 2014-10-29 129 第七章 建建光学根基学问 节制反射眩光的办法: (1)尽量使视觉功课的概况为无光泽概况, 以削弱镜面反射而构成的反射眩光; (2)应使视觉功课避开和远离照明光源同人 眼构成的镜面反射区域; (3)利用发光概况面积大、亮度低的光源; (4)使惹起镜面反射的光源构成的照度正在总 照度中所占比例削减,从而削减反射眩光 的影响。 2014-10-29 130 第七章 建建光学根基学问 第五节 颜色 颜色同光一样,是形成境的要素。 颜色设想需要使用物理学、心理学及美学 等多方面的纪律。本节次要会商颜色的基 本特征、表色系统及色表取显色机能 的方式。这些是颜色科学的根本。 2014-10-29 131 第七章 建建光学根基学问 一、颜色的根基特征 二、颜色的定量 三、光源颜色 2014-10-29 132 第七章 建建光学根基学问 一、颜色的根基特征 l、颜色的构成 颜色来历于光。可见光包含的分歧波长 的单色辐射正在视觉上反映出分歧的颜色。 表1-4是各类颜色的波长和光谱的范畴。 正在两个相邻颜色范畴的过渡区,人眼还能 看到各类两头颜色。人眼这种具有颜 色的能力,称为色觉。 2014-10-29 133 第七章 建建光学根基学问 光谱颜色核心波长及范畴 颜色感受 红 橙 黄 绿 蓝 紫 核心频次(nm) 700 620 580 510 470 420 范畴(nm) 640~ 750 600~ 640 550~ 600 480~ 550 450~ 480 400~ 450 2014-10-29 134 第七章 建建光学根基学问 上述把颜色分为段是一种习惯的方式, 但较粗略。现实上正在整个可见光光谱范畴内, 光的颜色是持续过渡的。颜色的数量能够说 是无限的。 一个光源发出的光经常是由很多分歧波 长单色辐射构成的,每个波长的辐射功率也 纷歧样。 2014-10-29 135 第七章 建建光学根基学问 光源的各单色辐射功率,按波长的相 关分布称做光源的光谱功率分布(或称光 谱能量分布),它决定着光的色表和显色 机能。图7-27是昼光、白炽灯和荧光灯 三种光源的相对光谱功率分布曲线 第七章 建建光学根基学问 图7-27 分歧光源的光谱功率分布 1-日光;2-好天天空光; 3-白炽灯;4-日光色荧光灯 2014-10-29 137 第七章 建建光学根基学问 物体色是物体对光源的光谱辐射有选择 地反射或透射对人眼所发生的感受。例如, 用白光映照某一概况,它接收白光包含的 绿光和蓝光,反射,这一概况就呈红 色。若用蓝光映照统一概况,它将呈现黑 色,由于光源中没有成分。反之,若 用映照该概况,它将呈现出鲜艳的红 色。 2014-10-29 138 第七章 建建光学根基学问 上述例子申明,物体色决定于 物体概况的光谱反射率,同时,光源 的光谱构成对于显色也是至关主要的。 2014-10-29 139 第七章 建建光学根基学问 2、颜色分类和属性 颜色: 有彩色 无彩色 任何一种有彩色的表不雅颜色,都能够 按照三个的客不雅属性分类描述,这 就是: 色调(hue)(也称色相) 明度(lightness) 彩度(chroma)(也叫饱和度)。 2014-10-29 140 第七章 建建光学根基学问 色调是各彩色相互区分的特征。可见光 谱分歧波长的辐射,正在视觉上表示为各类 色调。 明度是指颜色相对明暗的特征。彩色光 的亮度愈高,人眼愈感受敞亮,它的明度 就愈高。 彩度指的是彩色的性。可见光谱 的各类单色荣耀度最高。 2014-10-29 141 第七章 建建光学根基学问 无彩色指白色、黑色和 两头深浅分歧的灰色,它们 白 浅 灰 中 灰 深 灰 黑 图7-28 白黑系列 只要明度的变化,没有色调 和彩度的区别,如图7-28 所示。它的一端是光反射比 为1的抱负的完全反射体- -纯白,另一端是光反射比 为0的无反射体--纯黑。 2014-10-29 142 第七章 建建光学根基学问 现实糊口中,光反射比最高的氧化镁 等只是接近纯白,约为98%;光反射比最 低的黑丝绒等只是接近纯黑,约为2%。 当物体概况的光反射比都正在80~90% 以上时,该物体为白色;当物体概况的光 反射比均正在4%以下时,该物体为黑色, 如图7-28。 2014-10-29 143 第七章 建建光学根基学问 3.颜色夹杂 人眼可以或许和辨认的每一种颜色都 能用红、绿、蓝三种颜色婚配出来。可是, 这三种颜色中无论哪一种都不克不及由其它两 种颜色夹杂发生。因而,正在色度学中将红 ( 700nm)、绿(546.1nm) 、蓝(435.8nm) 称为三原色。 2014-10-29 144 第七章 建建光学根基学问 颜色夹杂能够是颜色光的夹杂,也可 以是物体色(颜料)的夹杂,这两种夹杂 所得成果分歧。所说的是光的夹杂, 这是一种相加夹杂。 2014-10-29 145 第七章 建建光学根基学问 颜色相加夹杂纪律 ( 1 )凡两种颜色按恰当比例夹杂能发生白 色或灰色,这两种颜色称为互补色,如黄和 篮、红和青、绿和品红等。 ( 2 )非互补色的任何两种颜色夹杂,能够 发生两头色。色相决定两种颜色的相对比例, 方向于比严沉的颜色。 2014-10-29 146 第七章 建建光学根基学问 (3)表不雅颜色不异的光,不管其光谱构成是 否不异,正在颜色相加夹杂中具有同样的效 果。例如颜色A=颜色B,颜色C=颜色D,那 么 颜色 A十颜色 C=颜色B十颜色 D (4)由几个颜色光构成的夹杂色的亮度,是 各颜色亮光度的总和。 颜色的相加夹杂使用于分歧类型光源 的混光照明,舞台照明,彩色电视机的颜 色合成等方面。 2014-10-29 147 第七章 建建光学根基学问 彩色涂料的夹杂(相减夹杂) 分歧颜色滤光片的组合,取上述相加混 合分歧,它们是相减夹杂。 2014-10-29 148 第七章 建建光学根基学问 彩色涂料对于光的选择反射是颜色 相减的过程。深红色的颜料接收了自光中 大量的蓝和绿,只反射红色,也就是它从 入射光中减掉了篮和绿。同样的事理能够 申明一块的滤光片因为减掉了蓝色, 透过红色和绿色,和绿光夹杂而是黄 色(图7-29)。 2014-10-29 149 第七章 建建光学根基学问 图7-29颜料取彩色滤光片的减色道理 2014-10-29 150 第七章 建建光学根基学问 颜色的三原色:青、品红和黄 正在颜色减法夹杂中使用的三个减法原色, 别离是加法三原色红、绿、蓝的补色,即 青、品红和黄(图7-30)。 2014-10-29 151 第七章 建建光学根基学问 青色接收光谱中红色部门,透过或反 射其他波长辐射,称为“减红”原色,是 节制红色用的。”减红”原色印正在白纸上 用白光映照时是蓝绿色,即青色。 品红为“减绿”原色,是节制绿色的; 印正在白纸上为红紫色,称为品红。 黄为“减蓝”原色印正在白纸上呈, 用来节制蓝色。 2014-10-29 152 第七章 建建光学根基学问 图7-30 彩色的原色取两头色 a-相加夹杂(光); b-相减夹杂(物体色) 2014-10-29 153 第七章 建建光学根基学问 当两种颜料夹杂或两个滤光片沉应时, 有堆叠相减的结果,而且相减夹杂获得的颜 色总要比原有的颜色暗一些。 例如,将滤光片取青色滤光片沉合, 因为黄片减蓝,青片减红,堆叠相减只透过 绿色。同样,品红和颜料夹杂,因品红 减绿,减蓝而呈红色。将品红、黄、青 三种减法原色混正在一路,所有彩色全被减掉 而呈现黑色。 2014-10-29 154 第七章 建建光学根基学问 二、颜色的定量 日常我们习天然界的景物来描述颜 色,如桃红、苹果绿、土黄、孔雀蓝等等。 这种叫法不克不及准确地表达颜色特征和申明 颜色之间的细微不同。跟着科学的前进, 色彩工程手艺方面获得普遍使用。为了精 确地颜色,不单要定性,并且要成立 定量的表色系统。 2014-10-29 155 第七章 建建光学根基学问 目前国际上利用较遍及的表色系统, 有孟塞尔表色系统及CIE1931尺度色度系 统。它们不单用符号和数字了千、 万个颜色品种,并且正在分歧程度上 了颜色构成和组合的科学纪律。 2014-10-29 156 第七章 建建光学根基学问 1.CIE1931尺度色度系统 这一系统的特点是用严酷的数学方式来 计较和颜色。利用这一系统,任何一种 颜色都能用两个色坐标正在色度图上暗示出来。 2014-10-29 157 第七章 建建光学根基学问 CIE 1931 年保举的“ CIE 尺度色度系统” 是以两个现实为按照: 第一,任何一种光的颜色都能用红、 绿、蓝三原色的光婚配出来; 第二,大大都人具有很是类似的颜色视 觉。 基于上述现实,CIE按照2? 视场察看前提 下光谱色婚配的尝试成果,了尺度色 度不雅测者的相对光谱活络度曲线 第七章 建建光学根基学问 图7-31 CIE1931尺度色度察看者三刺激值 1-24 2014-10-29 159 第七章 建建光学根基学问 这3条曲线尺度色度不雅 察者光谱三刺激值”,以符号x(λ)、 y(λ)、z(λ)暗示。它们别离代表婚配各 波长纯光谱色所需要的红、绿、蓝三原色 的量。若想获得某一波长(λ)的光谱, 可从曲线或数表中查得响应的x(λ)、 y(λ)、z(λ)三刺激值,按x(λ)、y(λ)、 z(λ)数量的红、绿、蓝设想原色相加, 便能获得该光谱色。 2014-10-29 160 第七章 建建光学根基学问 按照CIE1931尺度色度察看者三刺激值, 我们能够进一步求出婚配任何一种光源色的 颜色三刺激值,它们别离以X、Y、Z暗示, 有 X=k∑Ф (?)x(?)?? Y=k∑Ф (?)y(?)?? Z=k∑Ф (?)z(?)?? 2014-10-29 161 第七章 建建光学根基学问 X、Y、Z—某光源色三刺激值 Ф (?) —波长间隔为??的光通量, x(?)、y(?)、z(?) —CIE尺度色度察看者 光谱三刺激值。 k —调整因数,它是一个肆意。 2014-10-29 162 第七章 建建光学根基学问 正在CIE1931尺度色度系统中,颜色的 色坐标别离是每一刺激值正在三刺激值总 和中所占的比例,以x、y、z暗示。于是 X x? X?Y?Z Y y? X?Y?Z Z z? X?Y?Z 2014-10-29 163 第七章 建建光学根基学问 明显,x+y+z=1 因而,凡是只需给出两个坐标值就够了。 物体色也能够按照上过法式和公式求超卓 坐标,但计较时必需先选择一种光源或选一 种尺度照明体,由于正在分歧照明前提下,物 体色会发生变化,色坐标也就有所分歧。此 外,还需要晓得物体的光谱反射比,或光谱 透射比(用于透光材料),或物体的辐亮度 因数(用于光泽概况)。计较物体色三刺激 值时,其Ф(?)按下式计较: 2014-10-29 164 第七章 建建光学根基学问 此中的s(?)是所选光源或照明体的相对 光谱功率分布。 ? (? ) ? ? (? ) s (? ) ? (? ) ? ? (? ) s (? ) ? (? ) ? ? (? ) s ( ? ) 2014-10-29 165 第七章 建建光学根基学问 若是每种颜色都能用两个坐标暗示,那 么,所有的颜色都能够表现正在一张平面图 上。 CIE1931 色度图(或称色品图)就是这 样一张曲角坐标图(图7-32)。 2014-10-29 166 第七章 建建光学根基学问 图7-32 2014-10-29 CIE1931色度图 167 第七章 建建光学根基学问 x色坐标相当原色的比例, y色坐标相当于绿原色的比例. 图上的马蹄形曲线是单一波长的光谱色轨迹, 标注了响应的波长。 毗连400nm取700nm的由紫到红的曲线是 光谱上没有的颜色。 凡物理上可以或许实现的颜色,都正在这个马蹄形 内拥有。 2014-10-29 168 第七章 建建光学根基学问 色度图的核心 E 点是等能白光,由三原 色各1/3构成,其色坐标为 xe= ye = ze =0.3333 正在色度图上,一种颜色的坐标点距光谱 轨迹愈近,距E点愈远,它的彩度愈高,颜 色愈纯;反之,距E点愈近,彩度愈低,颜 色愈淡。 2014-10-29 169 第七章 建建光学根基学问 将颜色坐标点取E点连曲线并耽误至 光谱轨迹上.其交点即这种颜色的从波 长,由从波长能够判断出它的色相.此 外,通过E点画任一曲线取曲线得两支点, 两点的颜色为互补色。 2014-10-29 170 第七章 建建光学根基学问 能够看到,CIE1931尺度色度系统比益 塞尔表色系统的用处要普遍得多.它不单 能标定光源色,还能标定物体色,并且通 过色度计较能预测两种颜色夹杂,或光源 改变后物体呈现的颜色,这一系统还为颜 色的物理丈量奠基了根本。 2014-10-29 171 第七章 建建光学根基学问 2、孟塞尔表色系统 孟塞尔( A· H· Munsell )创立的表色 系统按颜色的三个根基属性:色调(符 号H),明度(V)和彩度(C)对颜色进 行分类取标定.它是目前国际通用的物 体色表色系统。 2014-10-29 172 第七章 建建光学根基学问 能够用一个颜色立体图来申明这一 表色系统,见图7-33。地方轴代表无彩 色(中性色)明度品级,抱负白色为10, 抱负黑色为0,共有感受上等距离的11个 品级。颜色样品分开地方轴的程度距离, 代表彩度的变化。地方轴上的彩度为0, 分开地方轴愈远,彩度愈大。 2014-10-29 173 第七章 建建光学根基学问 孟塞尔颜色立体图 图7-33 孟塞尔颜色立体图 2014-10-29 174 第七章 建建光学根基学问 颜色的暗示方式 孟塞尔表色系统对一种颜色的暗示方式是 先写超卓调( H),然后写明度值( V),再 正在斜线后面写出彩度(C),即: HV/C=色调 明度/彩度 例如,标号为10Y8/12的颜色,其色调是黄取 绿黄的两头色,明度值为8,彩度12。无彩色 用N暗示,只写明度值,斜线后不写彩度,即 NV/=中性色 明度值/ 2014-10-29 175 第七章 建建光学根基学问 例如N7/就暗示明度值为 7的中性色(无彩 色)。 孟塞尔明度值取光反射比有对应的关系。它 们的换算近似公式为: ?=V(V— 1)/100 例如,明度值为9的一块颜色,其反 射比约等于 ?=9(9- 1)/100=0.72。 2014-10-29 176 第七章 建建光学根基学问 三、光源颜色 正在境设想实践中,照明光源的颜 色质量常用两个性质分歧的术语来表征: ①光源的色表,即灯光的表示颜色; ②光源的显色性,系指灯光对它映照 的物体颜色的影响感化。 2014-10-29 177 第七章 建建光学根基学问 1、光源的色表 正在照明使用范畴里,常用色温定量描述 光源的色表。当一个光源的颜色取完全辐射 体(黑体)正在某一温度时发出的光色不异时, 完全辐射体的温度就叫做此光源的色温 (color temperature) , 用 符号 Tc 表 示, 单 位是 K(绝对温度)。 2014-10-29 178 第七章 建建光学根基学问 完全辐射体也称黑体,它是既不 反射,也不透射,但它是能把投射 正在它的辐射全数接收的物体。 黑体加热到高温便发生辐射;黑体 辐射的光谱功率分布完全取决于它 的温度。 2014-10-29 179 第七章 建建光学根基学问 正在 800~900K温度下,黑体辐射呈红色; 3000K为黄白色; 5000K摆布是白色; 8000K至10000K之间为淡蓝色。 分歧温度下黑体辐射的色坐标点连成一 条曲线,画正在CIE色度图上(图7-34), 叫做黑体轨迹或普朗克轨迹。 2014-10-29 180 第七章 建建光学根基学问 图7-34 分歧温度的黑体轨迹 2014-10-29 181 第七章 建建光学根基学问 相 关 色 温 非热辐射光源,如荧光灯,高压钠灯, 它们的光谱功率分布形式取黑体辐射相差甚 大,其色坐标点不必然落正在黑体轨迹线上, 而常常正在这条线的附近。 严酷地说,不应当用色温来描述这类光 源的色表;可是答应用取某一温度黑体辐射 最接近的颜色来近似地确定这类光源的色混, 称为相关色温,以符号Tcp暗示。 2014-10-29 182 第七章 建建光学根基学问 图 7 - 35 画出了确定相关色温用的等 温线。凡色坐标点位于黑体轨迹附近的 光源,都能够自色坐标点沿着取最接近 的等温线相平行的标的目的引一曲线,此曲 线取黑体轨迹线交点的温度就是该光源 的相关色温。 2014-10-29 183 第七章 建建光学根基学问 图7-35 确定相关色温用的等温线 第七章 建建光学根基学问 烛光 1900~1950 天然和人工光源的色温或相关色温 高压钠灯 白炽40w 白炽灯150W~500W。 炭弧灯 月光 日光 昼光(日光好天天空) 2000 2700 2800~2900 3700~3800 4100 5300~5800 5800~6500 全阴天空 好天蓝色天空 荧光灯 2014-10-29 6400~6900 10000~26000 3000~7500 185 第七章 建建光学根基学问 2· 光源的显色性 物体色随分歧照明前提而变化。物体 正在待测光源下的颜色同它正在参照光源下 的颜色比拟的合适程度,定义为待测光 源的显色性。 2014-10-29 186 第七章 建建光学根基学问 参 照 光 源 参照光源,是我们相信它能呈 现出物体“实正在”颜色的光源。 一般半夜的日光是抱负的 参照光源。 2014-10-29 187 第七章 建建光学根基学问 现实上,日光的光谱构成正在一天中 有很大的变化,可是这种大幅度的变化被 人眼的颜色顺应弥补了,所以我们发觉不 到物体颜色的响应变化。因而,以日光做 为评定人工照明光源显色性的参照光源还 是合理的,独一的前提前提是两者的色温 要附近。 2014-10-29 188 第七章 建建光学根基学问 CIE及我国制定的光源显色性评价方式, 都相关色温低于 5000K 的待测光源以完 全辐射体做为参照光源,它取晚上或薄暮时 日光的色温附近;色温高于 5000K 的待测光 源以组合昼光做为参照光源,它相当于半夜 的日光。正在光源显色性评价方式中,给出了 两种参照光源的光谱功率分布计较公式和数 据。 2014-10-29 189 第七章 建建光学根基学问 光源显色的好坏以显色指数定量评定, 包罗一般显色指数(符号 Ra )取特殊显 色指数(符号Ri)两组数据。 Ra简直定方式,是以选定的一套共8个 有代表性的色样正在待测光源取参照光源 下一一进行比力,确定每种色样正在两种 光源下的色差?Ei,然后按照商定的定量 标准,计较每一色样的显色指数: 2014-10-29 190 第七章 建建光学根基学问 Ri =100一4.6 ?Ei 一般显色指数则是8个色样显色指 数的算术平均值。 1 Ra ? ? Ri 8 i ?1 8 2014-10-29 191 第七章 建建光学根基学问 一般人工照明光源只用Ra做为评价显色性 的目标就够了。正在需要调查光源对特定颜色 的显色机能时,尚可援用别的的 7 种色 样中的一种或数种做为特殊显色指数评价指 标.这 7 种查验色样别离是深红、深黄、深 绿、深蓝、碧眼儿肤色、叶绿色、中国女性 肤色。 2014-10-29 192 第七章 建建光学根基学问 由于上述15种查验色样的光谱亮度系 数取参照光源的光谱功率分布均已确定, 所以,只需晓得特测光源的光谱功率分布 (波长间隔5nm或10nm),Ri和Ra就能够计 算出来。 显色指数的最大值定为100。一般认为 Ra正在100~80范畴内,显色性优秀;Ra= 79~50显色性一般;Ra< 50显色性较差。 2014-10-29 193 第七章 建建光学根基学问 表1-6电光源的颜色目标 白灯(500) x=.447 y=.408 2900 95~100 荧光灯(40) x=.310 y=.339 y=.412 y=.367 6600 5500 4300 70~80 30~40 85~95 荧光高压汞灯(400) x=.334 熵灯(1000w) x=.369 高压钠灯(400w) 2014-10-29 x=.516 y=.389 2000 20~25 194