积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体,又称光度球,光通球等。球内壁上涂以理想的漫反射材料,也就是漫反射系数接近于1的材料。常用的材料是PTFE或硫酸钡,将它和胶质粘合剂混合均匀后,喷涂在内壁上。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的漫射光束。而且入射光的入射角度、空间分布、及极化皆不会对输出的光束强度及均匀度造成影响。也因为光线经过积分球内部的积分后才射出,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:光输出孔的面积/积分球内部的表面积。积分球作为光源积分器,在光学测量领域发挥着不可或缺的作用。光谱辐照度积分球传感器
积分球的挡光板,光源通常放在球中心,挡光板介于灯与窗口之间,挡屏的作用是使灯发出的光线不能直接到达球壁AB处,同时球壁ED处的漫反射光线也不能直接经过窗口而射向光探测器。为了使光探测的测量值准确并接近人眼视觉函数,除要求探测器具有良好的线性响应之外,还需要在前面加装V(λ)滤光器。光学(optics),是研究光(电磁波)的行为和性质,以及光和物质相互作用的物理学科。传统的光学只研究可见光,现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波,在物理学中,电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述;同时,光具有波粒二象性,需要用量子力学表达。色温可调积分球多光谱积分球与数值方法结合,如有限元分析,为复杂问题求解提供可能。
对实际积分球内部辐射度分布的精确分析取决于入射光通量的分布、实际积分球设计的几何细节和积分球涂层的反射率分布函数,以及安装在开口端口或积分球内部的每个设备的表面。较佳空间性能的设计准则是基于较大限度地提高涂层反射率和相对于所需的开口端口和系统设备的积分球直径。反射率和开口端口比例对空间积分的影响可以通过考虑达到入射到积分球表面的总通量所需的反射次数来说明。经过n次反射后产生的辐射度可以与稳态条件下相比较。
激光功率测量,积分球很容易捕获或者集成近准直光源例如激光光束或者高度分散的光源(例如激光二极管或VCSEL)。由于积分球独特几何结构,激光束功率测量不受激光束偏振及校准的影响。在不影响探测器信号的情况下,该系统可使用开放端口,或可安装激光二极管模块或缩孔器的光纤适配器。 (图5)。可以添加额外的端口来执行并行光谱表征,使其成为可靠的激光二极管寿命测试的理想设备。成像和非成像校准用均匀光源,积分球是一种近乎完美的创造均匀光源的方法。辐射度是离开光源或辐射面的每个立体角的通量密度。辐照度是落在表面上的通量密度,在表面的平面上测量。积分球光源的输出孔径在设计正确的情况下,可以产生接近完美的多光谱漫射光源和朗伯光源,与视角无关(图6)。积分球的内壁材料能够将光线均匀地反射到球内各个方向,实现光的均匀分布。
较常见的积分球结构测色仪器为d/8结构,也有d/0结构。关于d/8结构测色仪,有两种丈量模式SCI和SCE;采用SCI丈量色彩能够有用的消除去物体外表纹路对色彩丈量的影响,进而取得物体的真实色彩特征。积分球作为一种测量旋转角速度和加速度的仪器,具有精度高、操作简便等优点,在导航、航天、机器人、运动追踪、虚拟现实、游戏控制和运动医学等领域有普遍的应用前景。随着技术的发展,积分球的应用将会越来越普遍。以上就是积分球的原理和典型应用的简要介绍。积分球的使用,极大地提高了光学测量的效率和准确性。D65光源太阳光模拟器无人驾驶
积分球的反射性能直接影响到光学测量的结果。光谱辐照度积分球传感器
球体倍增因子对表面反射率极为敏感。选择漫反射涂层或材料会对给定设计的辐射度产生很大影响(如图3所示)。所示的两种涂层都具有高反射率,在350至1350 nm范围内的反射率超过95%。因此,对于相同的积分球,人们可能预期不会有明显的辐射度增加。然而,辐射度的相对增加大于反射率的相对增加,其系数等于球体倍增因子。虽然其中一种涂层在一定波长范围内比另一种提供2%到15%的反射率增加,但相同的积分球设计将导致辐射度增加40%至240%。较大的增加发生在1400纳米以上的近红外光谱区域。光谱辐照度积分球传感器
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