積分球是一個內壁涂有白色漫反射材料的空腔球體,又稱光度球,光通球等。 球壁上開一個或幾個窗孔,用作進光孔和放置光接收器件的接收孔。積分球的內壁應是良好的球面,通常要求它相對于理想球面的偏差應不大于內徑的0.2%。球內壁上涂以理想的漫反射材料,也就是漫反射系數接近于1的材料。常用的材料是氧化鎂或硫酸鋇,將它和膠質粘合劑混合均勻后,噴涂在內壁上。氧化鎂涂層在可見光譜范圍內的光譜反射比都在99%以上,這樣,進入積分球的光經過內壁涂層多次反射,在內壁上形成均勻照度。當積分球用于顏色測量儀器時,球體會有多個開孔,結構示意圖如下圖。具體包括光孔,用于光源進入球體;測量孔,與被測物體緊密接觸;接收器孔,在測量孔對面,一般與被測樣品表面的法線呈8。夾角,用于采集物體的反射光;鏡面反射孔,位于與接收器孔相對于法線對稱的地方,這個孔可以關閉和打開,并放置光吸收阱,用來控制鏡面反射光的采集(SPIN,Specular Included)與排除(SPEX,Specular Excluded)。積分球能幫助研究人員深入理解光源的光分布特性,優化產品設計。VIS-NIR光譜均勻光源高光譜成像

積分球又稱光度球、光通球等。是一個中空的完整球殼(即空腔球體)。其內壁涂有白色的漫反射材料。是可用于測試光源的光通量、色溫、光效等參數的高效率器件。光源S在球壁上任意一點B上產生的光照度。是由多次反射光產生的光照度疊加而成的。積分球內壁涂層反射率ρ(λ)和積分球等效透過率τ(λ)。都是積分球較重要的質量指標。積分球壁上開一個或者是幾個小窗孔。來用作進光孔和放置光接收器件的接收孔。積分球上的小窗孔可以讓光進入并與檢測器靠得較近。Spectra-PT亮度可調積分球市場價格積分球測試數據可用于產品認證,如能源之星(Energy Star)等標準。

樣品本身:問題: 樣品會吸收光(反射率<100%),且其放置會遮擋部分球壁。高吸收性或大尺寸樣品會明顯破壞球內光場平衡。優化: 使用盡可能小的樣品,選擇低吸收性的背襯或樣品杯。測量時需用已知反射率的標準板(如>99%的PTFE)進行校準以補償樣品引入的擾動。球體尺寸:大球: 端口/擋板/樣品等對球內總表面積的相對占比更小,對均勻性的相對擾動更小,均勻性更好。但信號較弱(光通量密度低)。小球: 信號強,但端口等附件的影響更明顯,均勻性相對較差。支撐結構與內部物體:任何伸入球腔內部的物體(樣品架、支架、線纜)都會吸收和散射光,破壞均勻性。優化: 設計極簡支撐,使用細線纜,物體表面涂覆高反射涂層。
積分球的典型應用:積分球的典型應用主要包括以下幾個方面:1.光學材料測試:積分球可用于測試光學材料的性能,如玻璃、塑料、晶體等。通過測量這些材料對光的反射和透射特性,可以評估其光學性能和質量。2.醫學光學測試:積分球可用于醫學光學測試,如生物組織的反射和透射特性、激光輻射的生物效應等。這些測試對于醫學研究和診斷具有重要意義。2.均勻光源:積分球可以產生均勻的光源,被普遍應用于照明工程、光學儀器測試等領域。未來,積分球技術將繼續與光學、電子、計算機等多學科交叉融合,推動光學測量領域邁向新的高度。

當一束輻通量為Φ(λ)的光源經光孔進入內球半徑為R的積分球內,經涂層多次漫反射后,形成均勻照明。設除投射面外,其余內壁任一點M處的總照度E(λ)可用下表示:式中:E(λ)為M點的總光譜幅照度;ρw(λ)為積分球內壁的光譜反射比;Φ(λ)為進入進入積分球的光譜輻通量;R為積分球內球半徑;f為積分球開口球面面積與積分球總的內反射表面積之比。式中,當一束輻通量進入理想積分球后,除投射面外,球內表面任意點的照度(包括球壁開口處球面上的照度)只是球的幾何尺寸、涂層的漫反射比、進入球的輻通量的函數,而與位置無關。積分球不僅適用于可見光范圍,通過特殊設計還能擴展到紫外、紅外波段。便攜式太陽光模擬器光譜測試儀
積分球技術不斷進步,新型涂層材料的應用進一步提升了測試精度。VIS-NIR光譜均勻光源高光譜成像
測量結果與幾何結構解耦:由于均勻性,測量結果(探測器讀數)主要取決于樣品的總反射光通量(或漫反射光通量),而對樣品反射光的具體方向分布不敏感(只要所有反射光都進入了球腔)。這正是測量總反射率(8°/d或 d/8° 幾何) 和 漫反射率(去鏡面) 的基礎。作為均勻光源:在球壁上開一個輸出端口,該端口發出的光在空間角度上是高度均勻的(朗伯體特性),且光譜穩定(涂層光譜中性好時)。這種均勻光源是光學傳感器(如相機、光譜儀)輻射定標的理想工具。VIS-NIR光譜均勻光源高光譜成像