在光源測(cè)試過(guò)程中,積分球的主要功能是作為光收集器使用,是光度測(cè)量系統(tǒng)的重要組成設(shè)備。積分球是一個(gè)中空的球體,外殼一般采用金屬板材分片焊接或整體旋壓制成,內(nèi)壁噴涂反射涂料。
由于積分球內(nèi)壁涂層材料的能帶間隙很高,對(duì)光能量幾乎不會(huì)產(chǎn)生吸收,因此沒(méi)有光損失。當(dāng)被測(cè)光源安裝在積分球中心位置時(shí),光線在球內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射及漫反射后,將均勻地分布在球的內(nèi)壁上。通過(guò)測(cè)量積分球內(nèi)壁某一小塊面積的光能量,就可以計(jì)算出光源所散發(fā)的全部光能量。
根據(jù)搭配的光度測(cè)量設(shè)備的不同,積分球測(cè)量系統(tǒng)分為積分球光度計(jì)測(cè)量系統(tǒng)和積分球光譜分析系統(tǒng)兩類。前者使用光度探頭作為檢測(cè)器,配合光度計(jì)來(lái)測(cè)量光參數(shù);后者使用光纖采集球壁的光線,并配合光譜儀來(lái)測(cè)量光度、色度及輻射度等參數(shù).
以積分球搭配光度探頭為例,光通量的測(cè)量原理如下圖所示。在積分球內(nèi),光源S在球壁上任意一點(diǎn)B上產(chǎn)生的光照度是由直射光和多次反射光產(chǎn)生的光照度迭加而成的。由積分學(xué)原理可得,球面上的光照度是均勻的,在任意一點(diǎn)B上的光照度E為:
E0 – 光源S直接照射在B點(diǎn)上的光照度
r– 積分球半徑
ρ – 積分球內(nèi)壁反射率
E0的大小不僅與B點(diǎn)的位置有關(guān),也與光源在球內(nèi)的位置有關(guān)。為了去除直射光的不確定性影響,可以在光源S和B點(diǎn)之間放置一個(gè)擋光板,遮擋掉直接射向B點(diǎn)的光線,此時(shí)E0=0,則在B點(diǎn)的光照度為:
由于積分球半徑r和涂層反射率ρ均為常數(shù),因此在球壁上任意位置的光照度E與光源的光通量Φ之間就成正比關(guān)系。
其中K值稱為測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)常數(shù)。這樣,依據(jù)積分光度法的測(cè)量原理,通過(guò)測(cè)量球壁上任意位置的光照度,就可以通過(guò)以下公式求出光源的光通量Φ:
(光通量 = 照度 x 面積)