积分球(Integrating sphere)又称光通球、光度球,是一个完整的空心球壳。
定义:用来进行特定光学测量的具有反射内表面的器件.
积分球是一种具有多种用途的光学器件。
积分球多由金属材料制成,内壁上涂有白色的高漫反射层(通常为氧化镁或硫酸钡),并且球内壁上的点散射均匀。
还有一些积分球是由高反射聚合物材料如 Spectralon材料制成的。光线通过球壁上任一点所产生的光度叠加,形成了多次反射光所产生的光度。
通过这种方式,进入积分球的光线经过内壁涂层多次反射,在在内壁形成均匀照度。
积分球经常被用来检测光源的光通量、色温、光效等参数,还可以测量反射率、透光率等。
积分球是一个空心球,具有漫反射的内表面,通常具有两个或多个小开口来引入光或者链接光电探测器,还有一些挡板来阻止光源直接照射到探测器上。这种结构会使光进入探测器前发生多次漫反射,因此到达探测器的光通量非常均匀,几乎由于光在空间或者偏振的特性无关:探测光功率只与总的入射光功率有关。这样可以测量激光二极管总的输出功率,即使在光束发散角很大的情况下。
测量与光束空间性质无关的光功率的积分球。
常用的积分球结构测色仪有 d/8结构和 d/0结构。
d/8结构色度仪有两种测量模式 SCI和 SCE;(详见此处)
利用 SCI进行颜色测量可以有效地消除物体表面纹理对颜色测量的影响,从而获得物体的真实色彩特征。
除了测量的目的,积分球还可以均匀照射一个装置。这在测试数字成像装置时非常重要(例如CCD阵列)。
理想情况下,在积分球内表面的涂层在需要的波长范围内都具有很高的反射率,并且反射为漫反射。如果积分球和小端口处的光学损耗很小,多次反射会导致在积分球内部具有很高的光强,从而具有很高的光学效率,即使积分球比光源和探测器的尺寸都大。
整球色度仪透视图
积分球的理想状态:
积分球内表面是一个完整的几何球面,半径处处相等;
球体的内壁是中性均匀漫射面,对于各种波长的入射光,具有相同的漫反射比;
球体中不存在物体,光源也被视为只发光而无实物的抽象光源。
积分球测量的影响因素:
球的内壁是均匀的理想扩散层,服从朗伯定则;
球体内壁面各点反射率相等;
球体内壁的白色涂层漫射为中性;
球的半径处处相等,球体内除灯外无其它物体存在;
因此,积分球内壁起球、剥落、黄变等都会影响其测量精度。