積分球的原理|發展現狀

• 　　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。它能測量LED、COB、模組、光源和燈具的光、色、電的參數。測量參數包括光譜功率分布、輻射通量、光通量、光效、峰值波長、主波長、ZX波長、質心波長、色坐標、色溫、顯色指數、色純度、電壓、電流、功率等。

  積分球的原理

  　　理想積分球是一個空心的球體，內壁均勻涂布白色的漫反射材料，使整個球壁處處都可以看作是一個余弦漫射面，球壁反射比為ρ，球的半徑為R。在球心處懸掛一個光源，其光通量為Φ。

  
  

  　　如下圖所示，在積分球球壁上某個小面積ΔS接收到來自光源的一部分光通量ΔΦ，從這個小面積反射出來的光通量等于ρΔΦ。這時ΔS可以看作是一個余弦發光面，它所發出的光均勻分布在球壁的其他部分，積分球球壁的任何部分的照度是相同的。由于球的面積S=4πR2，所以ΔS反射光之后，產生的diyi次照度為ΔE1=ρΔΦ/S。光源的每一部分光通量ΔΦ，都會同樣產生如上述所描述的一部分diyi次照度，總和為E1=ρΦ/S。第二次、第三次、第四次……直到第n次的反射，產生的總照度為E=(ρΦ/S)·ρ/(1-ρ)。由于積分球壁的無限多次反射作用，由各次反射光所疊加的照度正比于光源的總光通量。

  
  

  　　值得注意的是上述分析得到的疊加照度都是至少經過一次反射之后得到的，而光源直接照射產生的照度不參與整個計算過程，因此需避免直接照射在積分球探頭表面，正比關系才成立，故需要積分球探頭前增加擋板避免光源直接照射。

  積分球的發展現狀

  　　積分球是具有高反射性內表面的空心球體。它主要用來對處于球內或放在球外并靠近某個窗口處的試樣對光的散射或發射，或是光源本身發出的光進行收集的一種GX率器件。能夠用來對材料的光學反射透射性能，光源的輻射度、亮度或色度等做一些精確的測量。

  　　現在國內外生產的積分球在外形、大小、形狀等大部分參數上相差無幾，基本上國外能做到的國內也能生產。唯yi有差別的地方在于涂層。下面從結構、涂層、直徑大小等幾個方面來介紹國內外的積分球。

  　　在結構方面：

  　　國內外相差無幾，積分球外表一般由金屬或是硬塑料覆蓋，表面上開有一個或多個孔，可以作為入射窗或出射窗。積分球內一般還有遮蔽屏、光陷阱等。一個完整的積分球測量系統還會有載物臺、輔助光源、光源轉接器、光纖接口等。

  　　在涂層方面：

  　　國內低端的主要為氧化鎂(MgO)，硫酸鋇(BaSO4)，較高端的則有國產聚四氟乙烯懸浮樹脂(F4)。

  　　F4代替常用的氧化鎂(MgO)，硫酸鋇(BaSO4)作積分球涂層，在0.2~2.5微米波長范圍內，光譜反射比都高于MgO和BaSO4，且反射比中性好，有利于減小它對積分球非中性的影響。另外，涂層粘性好，不易破裂與起皺，灰塵可以用清潔的毛刷清除，不會損傷涂層。F4涂層不怕潮濕，暴露在紫外光下也不會變黃。

  　　根據測光積分球的基本原理，使用F4涂層的積分球可以大大提高積分球的效率，通常為MgO和BaSO4的2~3倍。這有利于低透射、弱反射光信號測量，不僅可以提高測量的靈敏度，而且也大大改善了測量的信噪比。ZG計量院、中科院上海技物所等數十家科研、生產等單位已建立了F4測光積分球系統，并顯示出新型測光積分球的許多優點。

  　　而在國外，則針對不同情況積分球有各式各樣的涂層。如需防水、防潮、耐腐蝕則有Duraflect;工作于近、中紅外波段可以使用Infragold;同時工作于紫外、可見光、近紅外波段則有Spectralon，并且具有很高的反射率。

  
  

  　　在大小方面：

  　　國內外差距不大，國內積分球可達到的大小有：

  　　直徑80、100、150mm的積分球適用于LED、激光、LED(LCD)發光模塊、發光屏等的光色測試;

  　　直徑300mm的積分球，專用于LED的光色測試，可配合LED專用測試夾具;

  　　直徑500mm的積分球，適合于大功率LED，迷你泡，珠泡等光源的光色測試;

  　　直徑1000mm的積分球，用于節能燈，環形燈，白熾燈，冷陰極燈，鹵鎢燈等光源光色測試;

  　　直徑1500，1750mm的積分球，用于大功率節能燈，環形燈，白熾燈，鹵鎢燈，冷陰極燈，直管熒光燈，HID燈等光源光色測試;

  　　直徑2000mm，2500mm的積分球，用于大功率節能燈、直管熒光燈、HID燈、無極燈等光源光色測試;

  　　直徑3000mm的積分球用于大功率直管熒光燈，HID燈等光源光色測試。

  　　從上可以看出，國內外積分球的差距主要在于積分球內涂層所使用的材料，而積分球的材料在很大程度上決定了積分球的好壞。