什么是积分球

什么是积分球

积分球是一种重要的光学测量设备，广泛应用于光通量、光强等光学参数的测量。本文将详细介绍积分球的定义、工作原理、规格以及应用，帮助读者全面了解这一精密仪器。

什么是积分球

积分球是一个高反射性内表面空心的球体，内壁以漫反射系数近于1的氧化镁或硫酸钡材料与胶质粘合剂均匀混合后，喷涂数在内物休（如档板/导线/灯座），又称光度球、光通球等。其球壁上开一个或几个窗孔，用作进光孔和放置光接收器件的接收孔。光线进入积分球的光经过内壁涂层多次反射，在内壁上形成均匀照度。为获得较高的测量准确度，积分球的开孔比应尽可能小。开孔比定义为积分球开孔处的球面积与整个球内壁面积之比。因此积分球亦可当作一光强度衰减器，其输出强度与输入强度比约为光输出孔之面积/积分球内部之表面积。

积分球的工作原理

积分球使用时，光学扩散片在小心地使用状况下，可降低量测时因探测器上之入射光源不均匀分布或光束稍微偏移所造成之些微误差提高量测之准确度；但是在更精密的量测时，就必须使用积分球作为光学扩散器以使得上述之误差最小。使用积分球来量测光通量(Lumen)时，可使得量测结果更为可靠；积分球可降低并除去因光线之形状、发散角度、及探测器上不同位置之响应度差异所造成之量测误差。积分球亦可与分光仪搭配，将积分球之光输出孔衔接于分光仪之入射光栅前，以确保待测光源射入分光仪之角度皆相同；使得量测之再现性大幅的提高。

成套系统视图

积分球原理
EA=E1+E2+E3+E4+……=E1+E2(1+ρ+ρ2+……) 图中灯泡在球壁上任一点A上所产生的光照度系由多次光照度所迭加而成。上式中，E1为灯泡直接照在Ａ点上的照度，如果其间置一档板，可档去直射到Ａ点的光线，使得E1=0。而E2为整个球面的一次漫射光在Ａ点所产生的二次照度值，即E2=ρØin/4πr2，其中ρ表漫反射率，Øin表光通量，则 EA=(Øin/4πr2)x [ρ/1-ρ(1-f)]=(Øin/4πr2)x M

M表球体灵敏度，f表开孔/光侦测器及其它非反射表面部位佔球体表面積的百分比。所以如果以一个6”的积分球，开孔为1.5”，f=[2π(3.8508/2)2]/[4π(15.24)2]=0.00798，如果ρ为98%，则M=35.23、如果ρ为80%，则M=3.876。但如果开孔为1”，f=[2π(2.5519/2)2]/[4π(15.24)2]=0.0057，如果ρ为98% ，则M=38.3、如果ρ为80%，M=3.91。由上列的计算可得知M的主要变因为ρ漫反射率、而f所造成的影響並不大。因此公式又可表示 EA=Øin/4πr2x [ρ/1-ρ(1-f)]，若积分球的r与ρ皆为常数，则球壁上任何位置的光照度与灯泡的光通量成正比。意即可以透过球壁窗口上的光照度来计算灯泡的光通量。

积分球的规格

积分球直径通常在12米之间，需取决于待测灯的尺寸及功率大小。尺寸较大的灯应采用较大的积分球，通常球体直径约为待测灯尺寸的610倍。功率在300W以下的待测灯，积分球直径不得小于1米，但需要视待测灯的大小，如为LED灯，积分球为6”~12”较适合。若为300W以上时，积分球直径不得小于1.5米。至于档板尺寸应尽量小，以档住窗口不被待测灯直接照射到即可，实验证明，档板位置距灯为(1/3)r时效果较佳。

应用领域

积分球广泛应用于光源光色测量、反射率和透射率测量等领域，是精密光学测量的重要工具。