積分球是一個(gè)內(nèi)壁涂有白色漫反射材料的空腔球體，又稱光度球，光通球等。球內(nèi)壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系數(shù)接近于1的材料。常用的材料是氧化鎂或硫酸鋇，將它和膠質(zhì)粘合劑混合均勻后，噴涂在內(nèi)壁上。積分球可用于測(cè)試光源的光通量，色溫，光效等參數(shù)。使用積分球來測(cè)量光通量時(shí)，可使得測(cè)量結(jié)果更為可靠，積分球可降低并除去由光線地形狀、發(fā)散角度、及探測(cè)器上不同位置地響應(yīng)度差異所造成地測(cè)量誤差。

積分球的選購(gòu)指南

積分球是一個(gè)空心的球體，內(nèi)部涂有漫反射涂層，外面一般是碳鋼金屬結(jié)構(gòu)，側(cè)面開有小孔。測(cè)量時(shí)，積分球內(nèi)部放有標(biāo)準(zhǔn)燈、輔助燈、光纖接口等，外接設(shè)備包括光譜分析儀、...[查看全部]

積分球是一個(gè)內(nèi)壁涂有白色漫反射材料的空腔球體，又稱光度球，光通球等。它能測(cè)量LED、COB、模組、光源和燈具的光、色、電的參數(shù)。測(cè)量參數(shù)包括光譜功率分布、輻射通量、光通量、光效、峰值波長(zhǎng)、主波長(zhǎng)、中心波長(zhǎng)、質(zhì)心波長(zhǎng)、色坐標(biāo)、色溫、顯色指數(shù)、色純度、電壓、電流、功率等。

積分球的原理

理想積分球是一個(gè)空心的球體，內(nèi)壁均勻涂布白色的漫反射材料，使整個(gè)球壁處處都可以看作是一個(gè)余弦漫射面，球壁反射比為ρ，球的半徑為R。在球心處懸掛一個(gè)光源，其光通量為Φ。

如下圖所示，在積分球球壁上某個(gè)小面積ΔS接收到來自光源的一部分光通量ΔΦ，從這個(gè)小面積反射出來的光通量等于ρΔΦ。這時(shí)ΔS可以看作是一個(gè)余弦發(fā)光面，它所發(fā)出的光均勻分布在球壁的其他部分，積分球球壁的任何部分的照度是相同的。由于球的面積S=4πR2，所以ΔS反射光之后，產(chǎn)生的第一次照度為ΔE1=ρΔΦ/S。光源的每一部分光通量ΔΦ，都會(huì)同樣產(chǎn)生如上述所描述的一部分第一次照度，總和為E1=ρΦ/S。第二次、第三次、第四次……直到第n次的反射，產(chǎn)生的總照度為E=(ρΦ/S)·ρ/(1-ρ)。由于積分球壁的無限多次反射作用，由各次反射光所疊加的照度正比于光源的總光通量。

值得注意的是上述分析得到的疊加照度都是至少經(jīng)過一次反射之后得到的，而光源直接照射產(chǎn)生的照度不參與整個(gè)計(jì)算過程，因此需避免直接照射在積分球探頭表面，正比關(guān)系才成立，故需要積分球探頭前增加擋板避免光源直接照射。

積分球的發(fā)展現(xiàn)狀

積分球是具有高反射性內(nèi)表面的空心球體。它主要用來對(duì)處于球內(nèi)或放在球外并靠近某個(gè)窗口處的試樣對(duì)光的散射或發(fā)射，或是光源本身發(fā)出的光進(jìn)行收集的一種高效率器件。能夠用來對(duì)材料的光學(xué)反射透射性能，光源的輻射度、亮度或色度等做一些精確的測(cè)量。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的積分球在外形、大小、形狀等大部分參數(shù)上相差無幾，基本上國(guó)外能做到的國(guó)內(nèi)也能生產(chǎn)。唯一有差別的

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積分球又稱為光通球，光度球，是一個(gè)中空的完整的內(nèi)壁涂有白色漫反射材料的開腔球體，球殼內(nèi)壁上開有幾個(gè)窗孔，用于進(jìn)光孔和安放光接收器等。積分球內(nèi)壁上涂有漫反射材料，也就是漫反射材料接近于1的材料，使得球內(nèi)壁可見光的光譜范圍內(nèi)的光譜反射比都在99%以上。

積分球球體的設(shè)計(jì)

顯然，積分球球體肯定是越圓越好，這樣就更能保證光線在其內(nèi)部的每次反射都有不同路徑，更易使光均勻。

對(duì)于積分球球壁上開有2π測(cè)量口的球體，當(dāng)采用4π方法測(cè)量時(shí)，其開口的擋板比較好的設(shè)計(jì)方法是擋板和球體有相同的球面度，這樣當(dāng)用擋板封貼在開口處時(shí)，擋板和球體可以形成一個(gè)完整的球面，對(duì)于光線的散射基本不造成影響。

顯然，有的積分球采用平面擋板封貼于2π開口處，這樣就嚴(yán)重破壞了球體的球面度，進(jìn)而影響光線散射的均勻性。特別是當(dāng)2π開口比較大時(shí)，這種影響就更加明顯。

積分球內(nèi)部擋板的設(shè)計(jì)

正常測(cè)量時(shí)，積分球球體內(nèi)部或球壁上需要安裝標(biāo)準(zhǔn)燈、輔助燈、溫度探頭、光纖探頭、被測(cè)光源等各種部件。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，這幾個(gè)部件之間的位置關(guān)系需要遵循以下一些基本原則：

1、輔助燈、標(biāo)準(zhǔn)燈或被測(cè)光源發(fā)出的光線都不應(yīng)該直接照射到光纖探頭，否則測(cè)量結(jié)果會(huì)出現(xiàn)重大誤差。因?yàn)槿绻饩€直接照射到光纖探頭，則其沒有經(jīng)過散射均勻化之前就直接被采集，這樣其測(cè)量結(jié)果不能代表整個(gè)積分球內(nèi)表面的照度水平，造成極大的測(cè)量誤差。為了避免這種情況，通常在光纖探頭正前方需要設(shè)置擋板。但積分球擋板的大小、位置與形狀設(shè)計(jì)以不影響光線的均勻化為前提，即需要保證光纖探頭部位的光照度與其它部分的光照度相同。

2、輔助燈、標(biāo)準(zhǔn)燈、被測(cè)光源發(fā)出的光線不應(yīng)直接照射到溫度探頭。通常溫度探頭對(duì)于光線比較敏感，接收光線強(qiáng)度不同，其溫度也會(huì)不同，這就會(huì)引入測(cè)量誤差，從而使其測(cè)量值不能反映積分球體內(nèi)部的真實(shí)溫度。通常，我們也可以在探頭前部設(shè)置擋板，以達(dá)到避免光線直射的目的。

3、輔助

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積分球在測(cè)量光通量上的使用最早可以追溯到1890年，并且現(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)多方面廣泛使用的儀器。積分球可用于測(cè)試光源的光通量，色溫，光效等參數(shù)，是輻射度、色度、光度測(cè)量中必不可少的儀器。

為何要使用積分球?

一般而言，光學(xué)擴(kuò)散片在小心地使用狀況下，可降低量測(cè)時(shí)因偵測(cè)器上之入射光源不均勻分布或光束稍微偏移所造成之些微誤差，因而可提高量測(cè)之準(zhǔn)確度;但是在更精密的量測(cè)時(shí)，您就必須使用積分球作為光學(xué)擴(kuò)散器以使得上述之誤差最小。

使用積分球來量測(cè)光通量(Lumen)時(shí)，可使得量測(cè)結(jié)果更為可靠;積分球可降低并除去因光線之形狀、發(fā)散角度、及偵測(cè)器上不同位置之響應(yīng)度差異所造成之量測(cè)誤差。

積分球亦可與分光儀搭配，將積分球的光輸出孔銜接于分光儀的入射光柵前，以確保待測(cè)光源射入分光儀的角度皆相同;使得量測(cè)的再現(xiàn)性大幅的提高。

積分球的作用

1、光接收器

被測(cè)光經(jīng)積分球上的小孔進(jìn)入球內(nèi)，在內(nèi)壁上設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)光探測(cè)器，由光探測(cè)器輸出的光電流與積分球內(nèi)壁的照度成正比。這樣就可以根據(jù)輸出光電流的變化，得知進(jìn)入積分球的光通量的變化。

2、均勻照亮的物面

在積分球內(nèi)壁上與出光孔對(duì)稱地均勻設(shè)置幾個(gè)燈泡(通常有四個(gè)或六個(gè))。由燈泡發(fā)出的光經(jīng)內(nèi)壁多次漫反射而形成一個(gè)均勻明亮的發(fā)光球面，該積分球用于照相物鏡的漸暈系數(shù)和像面照度均勻性測(cè)量。

3、球形平行光管

帶有準(zhǔn)直物鏡、燈泡、和黑、白塞子的積分球稱為球形平行光管，它用于測(cè)量望遠(yuǎn)系數(shù)的雜光系數(shù)。積分球測(cè)量時(shí)，通過光電探測(cè)器分別測(cè)得黑體目標(biāo)像和“白塞子”像的照度，也就是光電探測(cè)器分別測(cè)得的對(duì)應(yīng)指示值，經(jīng)過計(jì)算即可得到被測(cè)望遠(yuǎn)鏡的雜光系數(shù)。因?yàn)?，若望遠(yuǎn)鏡對(duì)明亮天空中一個(gè)黑體目標(biāo)的成像不是全黑的，則說明望遠(yuǎn)鏡除對(duì)目標(biāo)成像外，還有雜光射到像面上。

積分球測(cè)量LED總光通量

在使用積分球進(jìn)行光通量測(cè)量過程中，與普通光源不同，LED光源的光通量測(cè)量在的測(cè)試準(zhǔn)

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積分球最早在19世紀(jì)90年代就用于光源的光 度測(cè)量，很快就在許多方面得到了應(yīng)用，現(xiàn)在它已 成為輻射度、光度、色度測(cè)量中不可缺少的設(shè)備。積分球是中空的完整球殼，內(nèi)壁涂有白色漫反射層，且球壁內(nèi)各點(diǎn)漫射均勻。球壁上開一個(gè)或幾個(gè)窗孔，用作進(jìn)光孔和放置光接收器件的接收孔。

積分球的誤差分析

實(shí)際使用的積分球之所以具有誤差，主要也就是因?yàn)殚_口、球內(nèi)遮擋物和內(nèi)部漫射材料并非理想造成的。

積分球內(nèi)部遮擋物：

在測(cè)量光源光譜功率分布曲線或是將積分球作為一個(gè)滿設(shè)光源使用時(shí)，積分球內(nèi)部一般會(huì)有遮擋物，目的是為了防止光源或入射光直接從出射口出射出去。但加上遮擋物后回事積分球?qū)嶋H工作狀況偏離理想狀況。

涂層的影響：

由于涂層的反射率與波長(zhǎng)有關(guān)，因此會(huì)造成出射光的光譜特性有一定的變化。特別當(dāng)涂層的反射率很高時(shí)，涂層材料光譜反射比的少量變化，都會(huì)使得出射輻照度有相當(dāng)大的變化。因此，涂層一般需要選用光譜反射比近似平坦且朗伯漫射特性好的材料作為涂層?，F(xiàn)在常用的一般有硫酸鋇、氧化鎂、聚四氟乙烯等。

開口的影響：

由于實(shí)際積分球的工作特性并非理想，因此出射窗口出的輻照度也并非完全均勻。因此，出射窗口的尺寸和積分球應(yīng)當(dāng)有一定的比例關(guān)系。工程實(shí)踐中一般認(rèn)為，如果要保證出射創(chuàng)輻照度均勻性在1%左右，則出射窗直徑最好不大于球直徑的十分之一。另外，實(shí)際工作時(shí)由于接收器不可能緊貼積分球內(nèi)壁，因此積分球內(nèi)部分漫射光無法進(jìn)入接收器，造成誤差。實(shí)際中有人在一定條件下使探測(cè)器凹進(jìn)，使得入射光無法直接進(jìn)入接收器，在一定程度上代替屏的作用，從而減小誤差。

積分球大小的影響：

在推導(dǎo)中積分球的大小并不影響積分球表面上光照度的均勻性。但由于積分球內(nèi)部光線傳播時(shí)必然帶有損失，由平方反比定律可知，積分球越大，出射窗上的光照度將越小。但積分球越大，能有效的減少屏和球內(nèi)其它物體使積分球偏離理想條件的影響，改善積分球出射窗處

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積分球是一個(gè)空心的球體，內(nèi)部涂有漫反射涂層，外面一般是碳鋼金屬結(jié)構(gòu)，側(cè)面開有小孔。測(cè)量時(shí)，積分球內(nèi)部放有標(biāo)準(zhǔn)燈、輔助燈、光纖接口等，外接設(shè)備包括光譜分析儀、電源、電腦等。

積分球的選購(gòu)方法

1、首先要確定需要的積分球的尺寸：

選擇多大的積分球最合適，應(yīng)根據(jù)測(cè)量的實(shí)際需要作周到的考慮。一般的講：積分球的直徑應(yīng)是球內(nèi)安裝器件(包括支架)尺寸的二倍以上，倍數(shù)越大越好;球壁上開口的總面積越小越好，最大不超過球總面積的5%;同樣開口的積分球直徑小的輸出信號(hào)強(qiáng)，也就是轉(zhuǎn)換效率高，但小球的積分效果要差一些。所以說積分球的尺寸大小選擇要適中。

2、要確定你需要的積分球的開口數(shù)量：

一般的講：測(cè)量光源的光通量開1-2個(gè)孔;測(cè)量樣品的反射比、透射比、熒光特性時(shí)，積分球開3-4個(gè)孔;采用雙光路測(cè)量時(shí)，可以開4個(gè)以上的孔。應(yīng)當(dāng)注意，開孔多時(shí)會(huì)影響積分效果，所以一定要根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要合理開孔。

3、積分球開孔的位置和大?。?/p>

要根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要考慮，一般的講：要按照設(shè)計(jì)的光路來確定積分球開孔的位置，應(yīng)有利于光路調(diào)整和固定;開孔的大小要滿足光斑以及接收器的使用條件。

4、在樣品孔和接收器之間加隔板：

在輸入光束與出光孔之間，通常需要加一個(gè)擋屏，積分球隔板的作用就是防止光源的一次光進(jìn)入接收器，以提高測(cè)量的精確度。

5、積分球的內(nèi)壁涂料

積分球的關(guān)鍵在于將不均勻的入射光均勻化，因此內(nèi)壁涂料是影響測(cè)量的關(guān)鍵因素，而涂料的選擇主要看以下四個(gè)方面：

①漫反射率：積分球LED燈光的方向性很強(qiáng)，必須經(jīng)過多次反射，才能使球體內(nèi)光達(dá)到均勻分布，因此要求反射率在95%以上;投射燈的方向性更強(qiáng)，對(duì)漫反射率的要求更高。

②瑯伯特性：瑯伯特性是指涂料漫反射性能，好的涂料，不管入射光從哪個(gè)角度入射，從任何角度觀察，亮度值都是一樣的。這種情況下，取樣才有意義。

③涂料反射率的光譜選擇性：光譜反射率指的是在

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