积分球

 

一、描述

 

积分球是一个内部涂有漫反射材料空心球体,外面一般是金属结构,开有几个小孔,对于积分球涂料国内有MgO、BaSO4、PTFE,国外有Spectraflect、 Spectralon、Duraflect、Infragold。球上所开小孔一般作为入射光孔、安装探测器、光源等用,配件有缩孔器、堵口器、准直镜头、探测器、光纤适配器、支架底座等。常见的应用包括相机校准、激光功率光谱测量、透光率光谱测量、反射率光谱测量、光谱辐射测量等。

 

二、分类

 

根据不同的应用场景,积分球分为不同类别,目前维度积分球系列产品分为:

标准通用型积分球:可以配置光源、PD探测器、滤光片、缩孔器、光纤接口件、准直镜头组等光学组件,满足激光功率测量、透射率测量、反射率测量、光谱辐射校准等各种光学领域的应用。

 

积分球均匀光源:广泛应用于平板显示检测相机校正、大视场相机校正、各类车载摄像头校正、红外相机校正、成像式亮度计/色度计校正、手机等各类消费电子摄像头和环境光传感器校正等。

 

激光功率积分球:应用于VCSEL、激光功率测量、激光和激光二极管输出特性检测、光学探测平台、高功率红外激光测量、水冷激光功率测量、CO2激光和Nd:YAG激光输出特性测量、高功率激光二极管阵列等领域。

 

透射反射积分球:可以用于光学材料镜头的光学透过率测量,适合于手机屏、显示屏、玻璃镜片、胶水、油墨、镀膜镜片等光谱透射测量,也可以用于带角度入射样品反射测量。

 

光谱辐射积分球:应用于光谱辐射测量,搭配光谱仪可以实现LED光通量、色坐标、光亮度、光照度、峰值波长、FWHM等光度学参数测量。

 

三、工作原理

 

如下图所示,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的漫射光束。而且入射光的入射角度、空间分布及极化都不会对输出的光束强度及均匀度造成影响。积分球也可当作光强度衰减器,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。

 

四、涂料

 

涂料是评价积分球好坏最主要的因素之一,国内的涂料有氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO)聚四氟乙烯(PTFE),PTFE相比于MgO、BaSO具有以下优点:

(1)在0.2-2.5微米波长范围内,光谱反射比都高于MgO和BaSO

(2)反射比中性好;

(3)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;

(4)不怕潮湿,暴露在紫外光下也不会变黄。

 

国外的涂料有Spectraflect、Spectralon、Duraflect和Infragold,分别具备以下特点:

(1)Spectraflect:经济实用型,在可见光光谱内具有很高的反射率;

(2)Spectralon:高反射率、宽光谱范围;

(3)Duraflect:防水、防潮、耐腐蚀型;

(4)Infragold:近、中、远红外波段适用。

 

五、选型

 

(1)根据积分球功能类型选择

 

  • 积分球均匀光源:创造均匀光源

  • 激光功率积分球:激光功率光谱测量

  • 透射反射积分球:透过率光谱测量、反射率光谱测量

  • 光谱辐射积分球:光谱辐射测量

 

(2)根据漫反射层的涂料进行选择

 

漫射层一般有氧化镁、硫酸钡、聚四氟乙烯这几种,按反射率高低排序为四氟乙烯>硫酸钡>氧化镁。

 

(3) 根据尺寸大小选择

 

一般积分球的总开口尺寸不能超过积分球直径的三分之一。通常,随着球体直径的增大,球体的"集成"特性提高,端口尺寸可以更大,并且可以容纳更高的输入功率。

 

六、配件

 

积分球在实际应用中通常需要搭配很多配件才能完成相关测试项目,这些配件一般包括:光源、探测器、辐射计、光度计、开口缩孔器、光纤转接器、滤光片、滤光片适配器、余弦扩散器组件、准直镜头组件、安装支杆和底座组件、开口适配器等。

 

七、注意事项

 

(1)严格按照产品使用说明进行操作。

(2)仪器不用时,请断开电源。

(3)部分产品使用时温度较高,切勿直接触碰,以免烫伤。

(4)不应长时间测量强光源,否则会影响仪器的感光性能。

(5)部分精密测量产品需预热。

(6)务必保持球内清洁,并防湿防腐,勿用手或其它物体接触积分球球内壁涂层。

 

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