光学设计光与人的关系课件

光学光学设计设计五邑大学五邑大学1.光学设计五邑大学1.第第4讲讲 光与人的关系光与人的关系l1 视觉视觉与与视觉视觉适适应应性性l2 照明照明设计设计要点要点l3 照度与光舒适性照度与光舒适性l4 亮度与光舒适性亮度与光舒适性l5 眩光眩光l6 光的空光的空间间分布分布l7 色温与光舒适性色温与光舒适性l8 闪烁闪烁与光舒适性与光舒适性l9 照明照明设计设计要点要点2.第4讲 光与人的关系1 视觉与视觉适应性2.1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性l光作用于光作用于视觉视觉器官，使其感受器官，使其感受细细胞胞兴奋兴奋，其信息其信息经视觉经视觉神神经经系系统统加工后便加工后便产产生生视觉视觉。l通通过视觉过视觉，人和，人和动动物感知外界物体的物感知外界物体的大小、大小、明暗、明暗、颜颜色、色、动动静，静，获获得得对对机体生存具有机体生存具有重要意重要意义义的各种信息，至少有的各种信息，至少有8080以上的以上的外界信息外界信息经视觉获经视觉获得，得，视觉视觉是人和是人和动动物最物最重要的感重要的感觉觉。1、视觉视觉3.1 视觉及视觉适应性光作用于视觉器官，使其感受细胞兴奋，其信4.4.视神经盘（视神经乳头）（盲点）黄斑（密集着椎体细胞的区域，颜色呈黄色）中央凹（最敏感的地方）视神经乳头5.视神经盘（视神经乳头）双极双极细细胞胞神神经节经节细细胞胞杆体杆体细细胞胞锥锥体体细细胞胞锥锥体与杆体体与杆体细细胞的混合系胞的混合系统统6.双极细胞神经节细胞杆体细胞锥体细胞锥体与杆体细胞的混合系统6l光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。l杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。l脉冲信号通过视神经传送到大脑。l从而产生视觉效应，使人们能看到物体。1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性7.光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。1 视觉及视2、人眼、人眼视视网膜上有二种感光网膜上有二种感光细细胞：胞：杆体杆体细细胞胞和和锥锥体体细细胞胞。l 杆体杆体细细胞：只在胞：只在较较暗条件下（在亮度暗条件下（在亮度为为0.001cd/m2以下）起作用，适宜于微光以下）起作用，适宜于微光视觉视觉，感光灵敏度高，感光灵敏度高，仅仅能分辨明暗，不能分辨能分辨明暗，不能分辨颜颜色色和和细节细节。杆体杆体细细胞不能分辨色彩的原因是因胞不能分辨色彩的原因是因为为它只含有一种它只含有一种类类型的感光色素，型的感光色素，这这些感光些感光细细胞胞集中在集中在视视网膜的外网膜的外围围部分，引起的是外部分，引起的是外围视觉围视觉。1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性8.2、人眼视网膜上有二种感光细胞：杆体细胞和锥体细胞。1 视觉l 锥锥体体细细胞胞:在光亮（亮度在光亮（亮度为为3cd/m2以上）条件以上）条件下，能下，能够够分辨分辨颜颜色和物体的色和物体的细节细节。l 其原因：在高亮度条件下，杆体其原因：在高亮度条件下，杆体细细胞响胞响应饱应饱和，和，视觉视觉完全由完全由锥锥体体细细胞引起，胞引起，锥锥体体细细胞可能含有胞可能含有敏敏红红素素、敏敏绿绿素素和和敏敏蓝蓝素素三种感光色素中的一三种感光色素中的一种，分种，分别别称称为为L型（型（长长波，波，590nm）、）、M型（中型（中波，波，540nm）以及）以及S型（短波，型（短波，450nm）锥锥体体细细胞。由于光胞。由于光谱谱灵敏度不同，灵敏度不同，这这些感光色素使些感光色素使我我们们能能够够区分色彩。区分色彩。锥锥体体细细胞集中在胞集中在视视网膜的网膜的中心部分，密度在外中心部分，密度在外围围下降。下降。锥锥体体细细胞灵敏度胞灵敏度较较低但空低但空间间分辨率分辨率较较高。高。1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性9.锥体细胞:在光亮（亮度为3cd/m2以上）条件下，能够分小小结结：视视网膜网膜 ：杆体：杆体细细胞胞+锥锥体体细细胞胞 p 杆体杆体细细胞胞：感光灵敏度高（暗感光灵敏度高（暗视觉视觉 ），），不能分辨不能分辨细节细节，不能分辨色彩。不能分辨色彩。p 锥锥体体细细胞：感光灵敏度低（明胞：感光灵敏度低（明视觉视觉 ），），能分辨能分辨细节细节，能分辨色彩。能分辨色彩。锥锥体体细细胞可分胞可分敏敏红红、敏、敏绿绿、敏、敏蓝蓝细细胞胞1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性10.小结：1 视觉及视觉适应性10.3、明明视觉视觉、暗、暗视觉视觉、中、中间视觉间视觉l 1912，冯冯凯凯斯（斯（J.Von Kries）根据上述）根据上述现现象，象，提出了提出了视觉视觉的二重功能学的二重功能学说说，认为视觉认为视觉有两重有两重功能：功能：视视网膜中央的网膜中央的“锥锥体体细细胞胞视觉视觉”和和视视网膜网膜边缘边缘的的“杆体杆体细细胞胞视觉视觉”，也叫做，也叫做“明明视觉视觉”和和“暗暗视觉视觉”。l当当环环境亮度介于境亮度介于0.001cd/m2 和和3cd/m2 之之间间称称为为中中间视觉间视觉。此。此时视时视网膜上的网膜上的锥锥体体细细胞和杆体胞和杆体细细胞同胞同时时起作用，起作用，蓝蓝光比光比红红光更光更为为明亮。明亮。1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性11.3、明视觉、暗视觉、中间视觉1 视觉及视觉适应性11.明明视觉视觉：3cd/m2以上以上暗暗视觉视觉：0.001cd/m2 中中间视觉间视觉：0.001-3cd/m2，无法用一条曲无法用一条曲线线来描述来描述在暗在暗视觉时视觉时，人眼只，人眼只能分辨形状，不能分能分辨形状，不能分辨辨细节细节和和颜颜色，均是色，均是蓝蓝灰色。灰色。1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性12.明视觉：3cd/m2以上暗视觉：0.001cd/m2 1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性13.1 视觉及视觉适应性13.lCIE 191：2010 中中间视觉间视觉推荐系推荐系统统1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性14.CIE 191：2010 中间视觉推荐系统1 视觉及视觉适应l在在变变化的各种亮度、光化的各种亮度、光谱谱分布、分布、视觉视觉刺激下，刺激下，视觉视觉系系统统会相会相应应地做出地做出调调整整以适以适应这应这种种变变化化过过程。程。明适明适应应：黑暗黑暗环环境到明亮境到明亮环环境境暗适暗适应应：明亮明亮环环境到黑暗境到黑暗环环境境1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性15.在变化的各种亮度、光谱分布、视觉刺激下，视觉系统会相应地做出引起光感引起光感觉觉的最小亮的最小亮度和最低光出射角度度和最低光出射角度1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性明适应的时间较短，通常为10-3 秒到2分钟 暗适应的时间较长，通常为20分钟到1小时16.引起光感觉的最小亮度和最低光出射角度1 视觉及视觉适应性明适1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性17.1 视觉及视觉适应性17.1 视觉视觉及及视觉视觉适适应应性性18.1 视觉及视觉适应性18.2 照明照明设计设计要点要点优质优质光光环环境（良好照明境（良好照明质质量）量）l省省电电高效的灯具高效的灯具l照度水平照度水平l照度均匀性照度均匀性l观观察区域的亮度分布察区域的亮度分布l眩光等眩光等级级控制控制l调节调节气温感受的色温气温感受的色温l鲜艳鲜艳自然的自然的显显色性色性l降低影响生理健康的降低影响生理健康的闪烁闪烁l光的空光的空间间分布分布19.2 照明设计要点优质光环境（良好照明质量）19.20lx非工作区域最小照度200lx长期有人活动的房间工作区照明 1000-2000lx人人长长期在期在恶恶劣的照明劣的照明环环境中工作，易引起境中工作，易引起视觉视觉疲疲劳劳，导导致眼痛、致眼痛、头头痛、痛、视视力下降等，力下降等，对对于不同的作于不同的作业业要求，必要求，必须选择须选择合适的照度合适的照度值值。3 照度与光舒适性照度与光舒适性照度水平取决于照度水平取决于视觉视觉任任务务水平水平20.20lx非工作区域最小照度200lx长期有人活动的房间工作区3 照度与光舒适性照度与光舒适性21.3 照度与光舒适性21.3 照度与光舒适性照度与光舒适性22.3 照度与光舒适性22.照度与易照度与易读读性的关系性的关系学学习习和和办办公：大于公：大于500lx3 照度与光舒适性照度与光舒适性23.照度与易读性的关系学习和办公：大于500lx3 照度与光舒适3 照度与光舒适性照度与光舒适性l运运动动物体的大小和速度决定照度水平物体的大小和速度决定照度水平24.3 照度与光舒适性运动物体的大小和速度决定照度水平24.3 照度与光舒适性照度与光舒适性25.3 照度与光舒适性25.3 照度与光舒适性照度与光舒适性26.3 照度与光舒适性26.l照度均匀度（照度均匀度（Uniformity）3 照度与光舒适性照度与光舒适性27.照度均匀度（Uniformity）3 照度与光舒适性27.3 照度与光舒适性照度与光舒适性28.3 照度与光舒适性28.3 照度与光舒适性照度与光舒适性l良好的照度均匀度良好的照度均匀度29.3 照度与光舒适性良好的照度均匀度29.不同照度下夜班工人的清醒程度不同照度下夜班工人的清醒程度清醒程度清醒程度时间时间（午夜后）（午夜后）光照与清醒度光照与清醒度3 照度与光舒适性照度与光舒适性30.不同照度下夜班工人的清醒程度清醒程度时间（午夜后）光照与清醒光照与抱怨度光照与抱怨度3 照度与光舒适性照度与光舒适性31.光照与抱怨度3 照度与光舒适性31.视场视场中物体的亮度与中物体的亮度与表面反射率有关表面反射率有关为为了减少天棚与吸了减少天棚与吸顶顶灯之灯之间间的亮度差，天棚的亮度必的亮度差，天棚的亮度必须须足足够够高，但是高，但是为为了防止天棚了防止天棚产产生眩光，其亮度生眩光，其亮度值值一般不一般不能大于能大于500cd/m24 亮度与光舒适性亮度与光舒适性32.视场中物体的亮度与表面反射率有关为了减少天棚与吸顶灯之间的亮4 亮度与光舒适性亮度与光舒适性33.4 亮度与光舒适性33.视视野范野范围围内有亮度极高的物体而内有亮度极高的物体而导导致致人人眼不舒服或者可眼不舒服或者可见见度降低的度降低的现现象。象。5 眩光眩光34.视野范围内有亮度极高的物体而导致人眼不舒服或者可见度降低的现5 眩光眩光 眩光的分眩光的分类类 1）不舒适眩光不舒适眩光 不舒适眩光是指在不舒适眩光是指在视视野内使人野内使人们们的的眼睛感眼睛感觉觉不舒适的眩光，但并不一定不舒适的眩光，但并不一定降低降低视觉对视觉对象的可象的可见见度。度。这这种眩光也种眩光也称称为为心理眩光。心理眩光。2）失能眩光失能眩光 失能眩光就是在失能眩光就是在视视野内使人野内使人们们的的视视觉觉功能有所降低的眩光。它是一种会功能有所降低的眩光。它是一种会降低降低视觉对视觉对象的可象的可见见度，但并不一定度，但并不一定产产生不舒适感生不舒适感觉觉的眩光。的眩光。按影响程度按影响程度35.5 眩光 眩光的分类按影响程度35.5 眩光眩光 不舒适眩光不舒适眩光36.5 眩光 不舒适眩光36.5 眩光眩光 失能眩光失能眩光37.5 眩光 失能眩光37.5 眩光眩光 眩光的分眩光的分类类按形成机理按形成机理1）直接眩光直接眩光由由视视野中野中,特特别别是在靠近是在靠近视线视线方向存在的方向存在的发发光体光体所所产产生的眩光生的眩光2）干干扰扰眩光眩光当不在当不在观观看物看物体的方向存在着体的方向存在着发发光体光体时时，由，由该该发发光体引起的眩光光体引起的眩光 3）反射眩光反射眩光由由视视野的反射野的反射所引起的眩光，特所引起的眩光，特别别是在靠近是在靠近视视线线方向看方向看见见反射像所反射像所产产生的眩光生的眩光 4）对对比眩光比眩光光光环环境中存在境中存在着着过过大的亮度大的亮度对对比形成的眩光比形成的眩光 间间接接眩眩光光38.5 眩光 眩光的分类按形成机理1）直接眩光由视野中,特别5 眩光眩光 直接眩光直接眩光39.5 眩光 直接眩光39.5 眩光眩光 反射眩光反射眩光40.5 眩光 反射眩光40.2 眩光眩光 反射眩光反射眩光41.2 眩光 反射眩光41.5 眩光眩光42.5 眩光42.5 眩光眩光l间接照明不容易产生眩光43.5 眩光间接照明不容易产生眩光43.5 眩光眩光44.5 眩光44.5 眩光眩光对对于于直接眩光直接眩光可采用限制可采用限制光源的亮度、采用透光材光源的亮度、采用透光材料消弱眩光、或利用灯具料消弱眩光、或利用灯具的保的保护护角来控制眩光。角来控制眩光。对对于于间间接眩光接眩光，选择选择合适合适的灯具位置、采用的灯具位置、采用发发光面光面积积大、亮度低的灯具来照大、亮度低的灯具来照明，使用的明，使用的办办公桌的表面公桌的表面无无颜颜色。色。眩光控制眩光控制灯具灯具设计设计照明方案照明方案设计设计45.5 眩光对于直接眩光可采用限制光源的亮度、采用透光材料消弱眩5 眩光眩光46.5 眩光46.眩光源接近近视线，进入视网膜中心，产生的刺激就越大，眩光越严重。5 眩光眩光47.眩光源接近近视线，进入视网膜中心，产生的刺激就越大，眩光越严5 眩光眩光48.5 眩光48.5 眩光眩光49.5 眩光49.5 眩光眩光 评测标评测标准准 GR 对于眩光的评测，目前应用最广的是CIE/ISO标准的GR指数，计算公式为：GR=27+24log(Lv1/Lve0.9)Lv1由灯具发出的光直接射向眼睛所产生的光幕亮度。Lve由环境引起直接射向眼睛所产生的光幕亮度。GR值值与不舒适眩光程度与不舒适眩光程度对应对应关系关系GR不舒适眩光程度不舒适眩光程度80严严重刺眼重刺眼70刺眼刺眼60略感晃眼略感晃眼50不舒服不舒服40略感不舒服略感不舒服30有有轻轻微感微感觉觉50.5 眩光 评测标准 GR 对于眩光的评测，目前眩光眩光测测量量计计算算标标准是按准是按CIEN0112-1994执执行，行，还还没有一台没有一台设备设备能按能按标标准准对对整个灯光照明系整个灯光照明系统进统进行全面行全面测测量量评评估，通估，通常常验验收只采用照度收只采用照度计计和和测测色色仪测仪测量数据，眩光指数量数据，眩光指数测测点点计计算来算来进进行。行。下下图为图为国家建筑科学院的国家建筑科学院的测测量量仪仪器器专业专业，测试测试方法方法严严格，格，用用时时比比较长较长，可以，可以给给出准确的数据，而不是感性的判断。出准确的数据，而不是感性的判断。5 眩光眩光 评测标评测标准准 GR51.眩光测量计算标准是按CIEN0112-1994执行，还没有一统统一眩光一眩光评评价指价指标标5 眩光眩光 评测标评测标准准 UGR一般来说，UGR数值范围介于10 30之间，数字越小代表眩光影响愈低，反之则表示眩光影响越高。52.统一眩光评价指标5 眩光 评测标准 UGR一般来说，UGR数5 眩光眩光 评测标评测标准准 UGR53.5 眩光 评测标准 UGR53.5 眩光眩光 评测标评测标准准 UGR54.5 眩光 评测标准 UGR54.H4灯泡计算机屏幕白平衡校正，亮度范围为10-3-200cd/m2BM-5亮度亮度计计5 眩光眩光 眩光后的眩光后的时间时间恢复恢复55.H4灯泡计算机屏幕白平衡校正，亮度范围为10-3-200cdEb：Lb在人眼上形成的照度Eg：Lg在人眼上形成的照度Eg（lx）5 眩光眩光 眩光后的眩光后的时间时间恢复恢复56.Eb：Lb在人眼上形成的照度Eg：Lg在人眼上形成的照度Eg5 眩光眩光 眩光后的眩光后的时间时间恢复恢复57.5 眩光 眩光后的时间恢复57.5 眩光眩光 眩光后的眩光后的时间时间恢复恢复58.5 眩光 眩光后的时间恢复58.6 光的空光的空间间分布分布59.6 光的空间分布59.6 光的空光的空间间分布分布60.6 光的空间分布60.光色舒适性与照度水平的关系光色舒适性与照度水平的关系7 色温与光舒适性色温与光舒适性61.光色舒适性与照度水平的关系7 色温与光舒适性61.光色舒适度与照度水平有关系，光色舒适度与照度水平有关系，接近火焰的低色温接近火焰的低色温对对人的人的视视觉觉是最是最为为舒适的舒适的。在偏低或在偏低或中等照度中等照度下，舒适的光色是接近下，舒适的光色是接近黄昏的色温光色。黄昏的色温光色。在在较较高的照度高的照度下，舒适的光色是下，舒适的光色是接近中午的阳光或者偏接近中午的阳光或者偏蓝蓝的的高色温的高色温的颜颜色。色。7 色温与光舒适性色温与光舒适性62.光色舒适度与照度水平有关系，接近火焰的低色温对人的视觉是最为光色光色对阅读对阅读行行为为的主的主观观心理心理评评价的影响价的影响色温对眩光程度、冷暖感与舒适有什么影响？7 色温与光舒适性色温与光舒适性63.光色对阅读行为的主观心理评价的影响色温对眩光程度、冷暖感与舒阅读阅读0 0分分钟钟、1010 分分钟钟与与2020分分钟时钟时后，受后，受测测者分者分别别填写心理填写心理评评价表价表7 色温与光舒适性色温与光舒适性64.阅读0分钟、10 分钟与20分钟时后，受测者分别填写心理评价受受测测者：者：20 20 人（男性人（男性10 10 人，人，性性10 10 人）人），皆，皆为为建筑学建筑学院在学学生，年院在学学生，年龄龄 232330 30 岁岁，无色盲或者色弱史。，无色盲或者色弱史。7 色温与光舒适性色温与光舒适性65.受测者：20 人（男性10 人，性10 人），皆为建筑学7 色温与光舒适性色温与光舒适性66.7 色温与光舒适性66.7 色温与光舒适性色温与光舒适性67.7 色温与光舒适性67.7 色温与光舒适性色温与光舒适性68.7 色温与光舒适性68.8 闪烁闪烁与光舒适性与光舒适性69.8 闪烁与光舒适性69.8 闪烁闪烁与光舒适性与光舒适性70.8 闪烁与光舒适性70.8 闪烁闪烁与光舒适性与光舒适性71.8 闪烁与光舒适性71.9 照明照明设计设计要点要点72.9 照明设计要点72.9 照明照明设计设计要点要点73.9 照明设计要点73.9 照明照明设计设计要点要点74.9 照明设计要点74.谢谢观看！谢谢观看！