分光色差儀中的積分球是一種重要的光學(xué)元件，其原理和作用對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)量顏色具有重要意義。本文將詳細(xì)介紹積分球的工作原理及在分光色差儀中的應(yīng)用。積分球的工作原理：積分球又稱光通球，它是一個(gè)中空的金屬球，內(nèi)表面涂有中等灰色的高反射漫射物質(zhì)，如硫酸鋇或聚四氟乙烯。當(dāng)光線進(jìn)入積分球后，會(huì)在球壁上多次反射，然后從測(cè)量孔或光源孔射出積分球。一束光從任意的不通過(guò)球心的角度照進(jìn)積分球，經(jīng)過(guò)球壁的多次反射后，會(huì)從各個(gè)角度照射到樣板，較終通過(guò)測(cè)量孔或光源射出積分球。測(cè)量孔是在與法線夾角成8°的位置，由一組光電管構(gòu)成的探測(cè)器。積分球適用于測(cè)量不同色溫的光源，如暖白光、冷白光等。D55光源太陽(yáng)光模擬器

在顏色測(cè)量?jī)x器中，積分球具有以下兩方面功能：1.光接收器：被測(cè)光經(jīng)積分球上的小孔進(jìn)入球內(nèi)，在內(nèi)壁上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器。由光探測(cè)器輸出的光電流與積分球內(nèi)壁的光照度成正比，也就是與進(jìn)入積分球的光通量成正比。這樣，就可以根據(jù)輸出光電流的變化，得知進(jìn)入積分球的光通量變化。2.均勻照亮的物面：在積分球內(nèi)壁上與出光孔對(duì)稱且均勻地放置幾個(gè)燈泡（通常有四個(gè)或六個(gè)）。由燈泡發(fā)出的光經(jīng)內(nèi)壁多次漫反射而形成一個(gè)均勻照亮的發(fā)光球面，用它可作為被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的、亮度均勻的、大視場(chǎng)的物面（光學(xué)系統(tǒng)入瞳與出光孔基本重合）。該積分球用于照相物鏡的漸暈系數(shù)和像面照度均勻性的測(cè)量。亮度輻射定標(biāo)測(cè)試范圍積分球的尺寸從幾厘米到數(shù)米不等，根據(jù)被測(cè)光源的大小選擇合適的球體直徑。

積分球是一個(gè)內(nèi)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(kāi)一個(gè)或幾個(gè)窗孔，用作進(jìn)光孔和放置光接收器件的接收孔。積分球的內(nèi)壁應(yīng)是良好的球面，通常要求它相對(duì)于理想球面的偏差應(yīng)不大于內(nèi)徑的0.2%。球內(nèi)壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系數(shù)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(zhì)粘合劑混合均勻后，噴涂在內(nèi)壁上。氧化鎂涂層在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的光譜反射比都在99%以上，這樣，進(jìn)入積分球的光經(jīng)過(guò)內(nèi)壁涂層多次反射，在內(nèi)壁上形成均勻照度。當(dāng)積分球用于顏色測(cè)量?jī)x器時(shí)，球體會(huì)有多個(gè)開(kāi)孔，結(jié)構(gòu)示意圖如下圖。具體包括光孔，用于光源進(jìn)入球體；測(cè)量孔，與被測(cè)物體緊密接觸；接收器孔，在測(cè)量孔對(duì)面，一般與被測(cè)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(duì)于法線對(duì)稱的地方，這個(gè)孔可以關(guān)閉和打開(kāi)，并放置光吸收阱，用來(lái)控制鏡面反射光的采集（SPIN，Specular Included）與排除（SPEX，Specular Excluded）。

當(dāng)一束輻通量為Φ（λ）的光源經(jīng)光孔進(jìn)入內(nèi)球半徑為R的積分球內(nèi)，經(jīng)涂層多次漫反射后，形成均勻照明。設(shè)除投射面外，其余內(nèi)壁任一點(diǎn)M處的總照度E（λ）可用下表示：式中：E（λ）為M點(diǎn)的總光譜幅照度；ρw（λ）為積分球內(nèi)壁的光譜反射比；Φ（λ）為進(jìn)入進(jìn)入積分球的光譜輻通量；R為積分球內(nèi)球半徑；f為積分球開(kāi)口球面面積與積分球總的內(nèi)反射表面積之比。式中，當(dāng)一束輻通量進(jìn)入理想積分球后，除投射面外，球內(nèi)表面任意點(diǎn)的照度（包括球壁開(kāi)口處球面上的照度）只是球的幾何尺寸、涂層的漫反射比、進(jìn)入球的輻通量的函數(shù)，而與位置無(wú)關(guān)。在積分球內(nèi)部，任何位置的照度都幾乎相同，這是其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)之一。

積分球可降低并除去由光線地形狀、發(fā)散角度。及探測(cè)器上不同位置地響應(yīng)度差異所造成地測(cè)量誤差。積分球基本的特征就是光學(xué)中較通用儀器的一種。另外光能的應(yīng)用在各方面都在增多。例如纖維光學(xué)、激光技術(shù)、照相化學(xué)和醫(yī)學(xué)技術(shù)。積分球在這些領(lǐng)域都獲得了普遍的應(yīng)用。并正在改進(jìn)和取代那些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的光學(xué)系統(tǒng)。由于積分球內(nèi)表面具有超高反射和散射特性。所以它具備有著獨(dú)特的接收發(fā)射光性能。光在均勻分布的球壁作無(wú)規(guī)則反射。使能量可以作準(zhǔn)確地測(cè)量。正由于積分球有此特性。改變它窗口位置及其幾何結(jié)構(gòu)就可以獲得各種不同的應(yīng)用了。積分球能幫助制造商快速篩選出光學(xué)性能優(yōu)異的光源產(chǎn)品。亮度輻射定標(biāo)測(cè)試范圍

通過(guò)測(cè)量積分球開(kāi)口處的光強(qiáng)，可推算出整個(gè)球內(nèi)光源的總光通量。D55光源太陽(yáng)光模擬器

測(cè)試步驟：查驗(yàn)。在設(shè)備使用前，必須進(jìn)行嚴(yán)格的查驗(yàn)。這一步驟中，應(yīng)選用與測(cè)試樣品光通量相近的標(biāo)準(zhǔn)燈，并仔細(xì)核對(duì)標(biāo)準(zhǔn)燈的計(jì)量日期和計(jì)量周期，以確保其處于有效使用范圍內(nèi)。一旦計(jì)量證書檢查合格，便可將標(biāo)準(zhǔn)燈安裝在積分球內(nèi)，并連接外接直流電源和功率計(jì)。接下來(lái)，按照計(jì)量證書上聲明的電流（電壓）來(lái)點(diǎn)亮標(biāo)準(zhǔn)燈，并確保光源準(zhǔn)確位于積分球的中心。然后，在軟件操作界面中啟動(dòng)連續(xù)測(cè)試，直至測(cè)得的光通量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即可讀取光通量值。通常，若5分鐘內(nèi)光通量的變化不超過(guò)0.5%，則認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。D55光源太陽(yáng)光模擬器