积分球又称为光通球,光度球,是一个中空的完整的内壁涂有白色漫反射材料的开腔球体,球壳内壁上开有几个窗孔,用于进光孔和安放光接收器等。积分球内壁上涂有漫反射材料,也就是漫反射材料接近于1的材料,使得球内壁可见光的光谱范围内的光谱反射比都在99%以上。显然,积分球球体肯定是越圆越好,这样就更能保证光线在其内部的每次反射都有不同路径,更易使光均匀。对于积分球球壁上开有2π测量口的球体,当采用4π方法测量时,其开口的挡板比较好的设计方法是挡板和球体有相同的球面度,这样当用挡板封贴在开口处时,挡板和球体可以形成一个完整的球面,对于光线的散射基本不造成影响。积分球与计算机图形学结合,为三维建模、渲染等提供技术支持。高动态范围辐射定标模拟器
在光学领域,积分球堪称神奇的存在。看似普通的球体,却隐藏着无穷的奥秘。它的名字就预示着它的神奇功能——将光线“积分”起来。那么,这个神奇的积分球究竟是如何做到的呢?想象一下光线进入积分球后的情景,就像进入了一个迷宫。光线在积分球内壁不断反射,经过精密的设计和计算,确保光线在多次反射后均匀地散布在球体内。无论从哪个角度观察,都能得到一致的光强分布。这就像小时候玩的弹珠游戏,弹珠在平滑的球体内滚动,不断反射,较终分散到各个角落。光线在积分球内的行为与之类似,经过不断的反射和折射,达到均匀分布的效果。QE太阳光模拟器定制积分球还可以用于光源的校准,通过将光源放置在球内,可以消除光源的方向性。
显然,有的积分球采用平面挡板封贴于2π开口处,这样就严重破坏了球体的球面度,进而影响光线散射的均匀性。特别是当2π开口比较大时,这种影响就更加明显。积分球的外观确是个中空的球体,外壁由金属构成,内壁涂有扩散率很高的物质,如:硫酸钡(BaSO4)或诗贝伦(SPEKTRON);硫酸钡涂层的积分球价格较便宜,等效透过率的基线平坦度 T入稍差,但反射率(P入)较高,可达到 P入≥0.92;而诗贝伦涂层的积分球刚好与硫酸钡涂层的相反,它的基线平坦度 T入 更趋于平直,但反射率稍差,P入≥0.80。它的内径可以做到从几十毫米~几百毫米不等;但内径越大则价格也越贵。
由于积分球较常用于稳态条件下,随着积分球涂层反射率的增加和开口端口面积比例的减小,产生稳态辐射度的反射次数越多。因此,积分球设计应尝试优化这两个参数,以获得较佳的辐射通量空间积分。图2是一个机器人成像系统的图像,用于通过积分球参考端口映射空间均匀性。涂层,在为积分球选择涂层时,必须考虑两个因素:反射率和耐久性。例如,如果有足够的光线,并且积分球将在可能导致积分球收集污垢或灰尘的环境中使用,则耐久性和可清洗的涂层是您的理想选择。积分球的设计需要考虑光源的功率和光谱分布。
积分球辐射度,入射到漫射表面上的光通过反射产生一个虚拟光源。从表面发出的光较好用它的辐射度来描述,即每单位立体角的通量密度。辐射度是一个重要的工程量,因为它可以预测光学系统在观察被照射表面时所能收集到的光通量的数量。对于积分球,辐射度推导考虑了入射到积分球内的光、积分球壁反射率、积分球表面积、光进行的多次表面反射以及通过开口端口的损失。进入积分球体的光通过初始反射几乎完全漫射。离开表面的一小部分光到达另一个表面区域并被漫反射,依此类推。这种辐射度交换一次又一次地发生,直到它在空间上整合。积分球的形状和尺寸可以根据具体需求进行定制。高动态范围辐射定标模拟器
积分球不仅提高了光源的均匀性,也降低了光源对实验结果的干扰。高动态范围辐射定标模拟器
灯具和LED光谱通量测量,积分球较传统的应用是测量灯具的总光通量。这项技术起源于20世纪初,作为对比不同类型灯具输出光通量较简单快速的方法。这里,积分球光谱分析仪常用于测量LED、通用照明、工程照明、便携式灯具产品等的电学和光度性能。这些应用积分球直径可以小至5厘米,大至3米或更大(例如图4)。采用积分球可以更有效地测量任何尺寸或形状的传统和固态光源的总光谱通量和颜色。积分球配合光谱仪,可测试重要的光谱参数例如光谱通量、色度、相关色温、CRI、TM-30、峰值波长和主波长等等(图4b)。高动态范围辐射定标模拟器