积分球看起来很简单,该光学设备包括一个中空的球形腔体,内部涂有特殊的高反射朗伯涂层,用于均匀散射和漫射入射光。积分球设有入口和出口。通过变换积分球的配置,如光源、配件、开口等可实现不同的应用。积分球工作原理:积分球类似于扩散器,保留更多的光线信息,包括光的颜色、强度等,忽略了空间信息(无法告诉我们在球体表面的不同位置上光的强度是如何分布的)。积分球的内表面是高朗伯特性漫反射材料,这种材料能够将入射的光线以相同的强度反射到各个方向,从而使得光线在球内经过多次反射和散射后,能够均匀地分布,减少光线原始方向的影响。通过积分球,可以计算地球表面到地心的温度分布,为地质学研究提供依据。OLED辐射定标自动驾驶
显然,有的积分球采用平面挡板封贴于2π开口处,这样就严重破坏了球体的球面度,进而影响光线散射的均匀性。特别是当2π开口比较大时,这种影响就更加明显。积分球的外观确是个中空的球体,外壁由金属构成,内壁涂有扩散率很高的物质,如:硫酸钡(BaSO4)或诗贝伦(SPEKTRON);硫酸钡涂层的积分球价格较便宜,等效透过率的基线平坦度 T入稍差,但反射率(P入)较高,可达到 P入≥0.92;而诗贝伦涂层的积分球刚好与硫酸钡涂层的相反,它的基线平坦度 T入 更趋于平直,但反射率稍差,P入≥0.80。它的内径可以做到从几十毫米~几百毫米不等;但内径越大则价格也越贵。便携式辐射定标生产厂家积分球在经济学领域,如市场分析、资源配置等方面,也具有实用价值。
学科发现,光学的起源在西方很早就有光学知识的记载,欧几里得(Euclid,公元前约330~260)的<反射光学>(Catoptrica)研究了光的反射;阿拉伯学者阿勒·哈增(AI-Hazen,965~1038)写过一部<光学全书>,讨论了许多光学的现象。历史发展,光学是一门有悠久历史的学科,它的发展史可追溯到2000多年前。人类对光的研究,较初主要是试图回答“人怎么能看见周围的物体?”之类问题。约在公元前400多年(先秦时代),中国的《墨经》中记录了世界上较早的光学知识。它有八条关于光学的记载,叙述影的定义和生成,光的直线传播性和小孔成像,并且以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。
积分球辐射度,入射到漫射表面上的光通过反射产生一个虚拟光源。从表面发出的光较好用它的辐射度来描述,即每单位立体角的通量密度。辐射度是一个重要的工程量,因为它可以预测光学系统在观察被照射表面时所能收集到的光通量的数量。对于积分球,辐射度推导考虑了入射到积分球内的光、积分球壁反射率、积分球表面积、光进行的多次表面反射以及通过开口端口的损失。进入积分球体的光通过初始反射几乎完全漫射。离开表面的一小部分光到达另一个表面区域并被漫反射,依此类推。这种辐射度交换一次又一次地发生,直到它在空间上整合。积分球的设计需要考虑光源的功率和光谱分布。
高精度智能化可见/近红外积分球辐射定标装置是用于航空相机和光学遥感仪器地面辐射定标的重要设备。由于在光谱辐射定标过程中,被测光学仪器透射或反射特性的不均匀造成测量光束内光能分布不均匀,但经过与积分球内探测器结合后,积分球多次漫射后可均匀化。因此,该定标设备不但可以实现可见/近红外工作波段内的光学仪器辐射定标,且在光学仪器定标过程中无人为干扰,可以获得更高精度的辐射定标结果,还可以实现对积分球出射口的亮度值的智能化自动调节。积分球在光学领域,如光纤通信、激光传输等方面,具有重要意义。Spectra-PT亮度可调Helios标准光源
积分球的反射性能直接影响到光学测量的结果。OLED辐射定标自动驾驶
积分球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。OLED辐射定标自动驾驶