积分球简介课件
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积分球的基本工作原理
5
积分球的原理
积分球一般作为一个理想的漫射光源或是匀光器来使用，从而消除由于光源自身 特性而造成的出射光束不均匀或者带有偏振方向。积分球之所以有这种特性，主 要是由于入射光在积分球内部发生多次漫反射造成的。
在积分球中心为一光源，设光源的辐射通量为Φ，在积分球内某一表面A上的辐照
在国外，则针对不同情况有各式各样的涂层。如需防水、防潮、耐腐蚀则有 Duraflect；工作于近、中红外波段可以使用Infragold；同时工作于紫外、可见 光、近红外波段则有Spectralon，并且具有很高的反射率。
积分球的大小
在大小方面，国内外差距不大。国内积分球可达到的大小有：直径80、100、 150mm的积分球适用于LED、激光、LED（LCD）发光模块、发光屏等的光色 测试；直径300mm积分球，专用于LED的光色测试，可配合LED专用测试夹具； 直径500mm积分球，适合于大功率LED，迷你泡，珠泡等光源的光色测试；直 径1000mm的积分球，用于节能灯，环形灯，白炽灯，冷阴极灯，卤钨灯等光源 光色测试；直径1500，1750mm积分球，用于大功率节能灯，环形灯，白炽灯， 卤钨灯，冷阴极灯，直管荧光灯，HID灯等光源光色测试；直径2000mm， 2500mm的积分球，用于大功率节能灯、直管荧光灯、HID灯、无极灯等光源光 色测试；直径3000mm的积分球用于大功率直管荧光灯，HID灯等光源光色测试。
根据测光积分球的基本原理，使用F4涂层的积分球可以大大提高积分球的效率， 通常为MgO和BaSO4的2~3倍。这有利于低透射、弱反射光信号测量，不仅可以 提高测量的灵敏度，而且也大大改善了测量的信噪比。
3
中国计量院、中科院上海技物所等数十家科研、生产等单位已建立了F4测光积分 球系统，并显示出新型测光积分球的许多优点。
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；使得量测之精度再现性大 幅的提高。
9
积分球的辅助光源
直接固定于积分球球壁上,用来补偿当待测物置入 积分球内部时, 待测物本身所吸收的光谱曲线, 一 般辅助光源为10 瓦之卤素灯泡, 须注意进行补偿 校正时, 辅助光源之光线不可直接照射到待测物。
10
积分球的设计
在积分球的设计中，主要设计的是开孔的位置，积分球内光源的放置位置， 遮蔽屏如何设置。 积分球的典型设计 假设光源放置于积分球外，则积分球上开有两个孔。一个作为入射窗，一个为出 射窗。入射窗与出射窗的直径大小不超过积分球直径大小的1/10。在入射窗和出 射窗之间放置有遮蔽屏，遮蔽屏上涂有与积分球内部相同的材料，用来防止入射 窗的光未经漫反射直接出射。出射窗加装可变光阑，当入射光信号较小时，光阑 可以调大，用以增大信噪比；当入射光信号较大时，光阑可以调小，防止能量太 大使得接收基本工作原理如图所示；光线由输入孔入射后，光线在此球内部被均匀 的反射及漫射，因此输出孔所得到的光线为相当均匀之漫射光束。 而且入射光之 入射角度、空间分布、及极化皆不会对输出之光束强度及均匀度造成影响。也因 为光线经过积分球内部之积分后才射出，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 。
下面从结构、涂层、直径大小等几个方面来介绍国内外的积分球。
2
积分球的结构
一个完整的积分球测量系统还会有载物台、辅助光源、光源转接器、光纤接口 等。
积分球的涂层
在涂层方面，国内低端的主要为氧化镁(MgO)，硫酸钡(BaSO4)，较高端的则有 国产聚四氟乙烯悬浮树脂(F4)。 F 4代替常用的氧化镁(MgO)，硫酸钡(BaSO4)作积分球涂层，在0.2~2.5微米 波长范围内，光谱反射比都高于MgO和BaSO4，且反射比中性好，有利于减小 它对积分球非中性的影响。另外，涂层粘性好，不易破裂与起皱，灰尘可以用清 洁的毛刷清除，不会损伤涂层。F4涂层不怕潮湿，暴露在紫外光下也不会变黄。
8
使用积分球的原因
一般而言，光学扩散片在小心地使用状况下，可降低量测时因侦测器上之 入射光源不均匀分布或光束稍微偏移所造成之些微误差，因而可提高量测 之准确度；但是在更精密的量测时，您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、及侦测器上不同位置之响应度差异 所造成之量测误差。
度值为
E，A 则A表面的辐亮度为
LA
EA
若考虑上积分球内壁材料的反射比ρ，则公式变为
LA
EA
d
dA
此时A即可作为积分球内新的一点光源进行处理，并且可视为朗伯光源 。那么积分球内另一点B上的辐照度为 E B1
E B 1dB E 1AL 4 A R d 2 A 4d R 24R 2
6
但此时B上的辐照度不止由A点提供，还包括A点照射到积分球内其他点，再 由其他点部分漫反射到B的二次漫反射。此时若忽略积分球表面上的开孔和积 分球内部的遮挡物，则同理运用前面公式可以得到二次漫反射的辐照度为
2 EB 2 4R 2
同理还可以得到三次、四次、多次漫反射对B点的辐照度贡献。因此B点最 终的辐照度为
E BE B 1E B 2 1 4R 2
其中由于反射率ρ与波长λ有关，故在工程实践中一般令
() 1(() ) 并且以这个作为评价积分球的指标。
7
从上式可以看出，如果积分球内壁上的材料为理想漫反射材料，并且不考虑积 分球壁上开孔的影响，则积分球内壁上的每一个面元都有均匀的辐照度，这也 就是为什么积分球可以作为理想漫射光源或是匀光器使用的原因。
材料科学研究方法
积分球简介
1
积分球的国内外现状
积分球是具有高反射性内表面的空心球体。它主要用来对处于球内或放在 球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射，或是光源本身发出的光 进行收集的一种高效率器件。能够用来对材料的光学反射透射性能，光源 的辐射度、亮度或色度等做一些精确的测量。
现在国内外生产的积分球在外形、大小、形状等大部分参数上相差无几， 基本上国外能做到的国内也能生产。唯一有差别的地方在于涂层。
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积分球的原理
积分球一般作为一个理想的漫射光源或是匀光器来使用，从而消除由于光源自身 特性而造成的出射光束不均匀或者带有偏振方向。积分球之所以有这种特性，主 要是由于入射光在积分球内部发生多次漫反射造成的。
在积分球中心为一光源，设光源的辐射通量为Φ，在积分球内某一表面A上的辐照
在国外，则针对不同情况有各式各样的涂层。如需防水、防潮、耐腐蚀则有 Duraflect；工作于近、中红外波段可以使用Infragold；同时工作于紫外、可见 光、近红外波段则有Spectralon，并且具有很高的反射率。
积分球的大小
在大小方面，国内外差距不大。国内积分球可达到的大小有：直径80、100、 150mm的积分球适用于LED、激光、LED（LCD）发光模块、发光屏等的光色 测试；直径300mm积分球，专用于LED的光色测试，可配合LED专用测试夹具； 直径500mm积分球，适合于大功率LED，迷你泡，珠泡等光源的光色测试；直 径1000mm的积分球，用于节能灯，环形灯，白炽灯，冷阴极灯，卤钨灯等光源 光色测试；直径1500，1750mm积分球，用于大功率节能灯，环形灯，白炽灯， 卤钨灯，冷阴极灯，直管荧光灯，HID灯等光源光色测试；直径2000mm， 2500mm的积分球，用于大功率节能灯、直管荧光灯、HID灯、无极灯等光源光 色测试；直径3000mm的积分球用于大功率直管荧光灯，HID灯等光源光色测试。
根据测光积分球的基本原理，使用F4涂层的积分球可以大大提高积分球的效率， 通常为MgO和BaSO4的2~3倍。这有利于低透射、弱反射光信号测量，不仅可以 提高测量的灵敏度，而且也大大改善了测量的信噪比。
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中国计量院、中科院上海技物所等数十家科研、生产等单位已建立了F4测光积分 球系统，并显示出新型测光积分球的许多优点。
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；使得量测之精度再现性大 幅的提高。
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积分球的辅助光源
直接固定于积分球球壁上,用来补偿当待测物置入 积分球内部时, 待测物本身所吸收的光谱曲线, 一 般辅助光源为10 瓦之卤素灯泡, 须注意进行补偿 校正时, 辅助光源之光线不可直接照射到待测物。
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积分球的设计
在积分球的设计中，主要设计的是开孔的位置，积分球内光源的放置位置， 遮蔽屏如何设置。 积分球的典型设计 假设光源放置于积分球外，则积分球上开有两个孔。一个作为入射窗，一个为出 射窗。入射窗与出射窗的直径大小不超过积分球直径大小的1/10。在入射窗和出 射窗之间放置有遮蔽屏，遮蔽屏上涂有与积分球内部相同的材料，用来防止入射 窗的光未经漫反射直接出射。出射窗加装可变光阑，当入射光信号较小时，光阑 可以调大，用以增大信噪比；当入射光信号较大时，光阑可以调小，防止能量太 大使得接收基本工作原理如图所示；光线由输入孔入射后，光线在此球内部被均匀 的反射及漫射，因此输出孔所得到的光线为相当均匀之漫射光束。 而且入射光之 入射角度、空间分布、及极化皆不会对输出之光束强度及均匀度造成影响。也因 为光线经过积分球内部之积分后才射出，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 。
下面从结构、涂层、直径大小等几个方面来介绍国内外的积分球。
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积分球的结构
一个完整的积分球测量系统还会有载物台、辅助光源、光源转接器、光纤接口 等。
积分球的涂层
在涂层方面，国内低端的主要为氧化镁(MgO)，硫酸钡(BaSO4)，较高端的则有 国产聚四氟乙烯悬浮树脂(F4)。 F 4代替常用的氧化镁(MgO)，硫酸钡(BaSO4)作积分球涂层，在0.2~2.5微米 波长范围内，光谱反射比都高于MgO和BaSO4，且反射比中性好，有利于减小 它对积分球非中性的影响。另外，涂层粘性好，不易破裂与起皱，灰尘可以用清 洁的毛刷清除，不会损伤涂层。F4涂层不怕潮湿，暴露在紫外光下也不会变黄。
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使用积分球的原因
一般而言，光学扩散片在小心地使用状况下，可降低量测时因侦测器上之 入射光源不均匀分布或光束稍微偏移所造成之些微误差，因而可提高量测 之准确度；但是在更精密的量测时，您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、及侦测器上不同位置之响应度差异 所造成之量测误差。
度值为
E，A 则A表面的辐亮度为
LA
EA
若考虑上积分球内壁材料的反射比ρ，则公式变为
LA
EA
d
dA
此时A即可作为积分球内新的一点光源进行处理，并且可视为朗伯光源 。那么积分球内另一点B上的辐照度为 E B1
E B 1dB E 1AL 4 A R d 2 A 4d R 24R 2
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但此时B上的辐照度不止由A点提供，还包括A点照射到积分球内其他点，再 由其他点部分漫反射到B的二次漫反射。此时若忽略积分球表面上的开孔和积 分球内部的遮挡物，则同理运用前面公式可以得到二次漫反射的辐照度为
2 EB 2 4R 2
同理还可以得到三次、四次、多次漫反射对B点的辐照度贡献。因此B点最 终的辐照度为
E BE B 1E B 2 1 4R 2
其中由于反射率ρ与波长λ有关，故在工程实践中一般令
() 1(() ) 并且以这个作为评价积分球的指标。
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从上式可以看出，如果积分球内壁上的材料为理想漫反射材料，并且不考虑积 分球壁上开孔的影响，则积分球内壁上的每一个面元都有均匀的辐照度，这也 就是为什么积分球可以作为理想漫射光源或是匀光器使用的原因。
材料科学研究方法
积分球简介
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积分球的国内外现状
积分球是具有高反射性内表面的空心球体。它主要用来对处于球内或放在 球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射，或是光源本身发出的光 进行收集的一种高效率器件。能够用来对材料的光学反射透射性能，光源 的辐射度、亮度或色度等做一些精确的测量。
现在国内外生产的积分球在外形、大小、形状等大部分参数上相差无几， 基本上国外能做到的国内也能生产。唯一有差别的地方在于涂层。