色差仪积分球有什么作用？有什么优缺点？

对于积分球色差仪而言，其探测系统中的积分球是仪器的一个重要组成部分，这种部件的主要作用是提升光源的均匀性及稳定性，使得仪器的测量结构更加的精确可靠。本文对色差仪积分球的作用及其优缺点做了介绍。

色差仪积分球的原理：

积分球又称光通球，它是一个中空的金属球，内表面涂有中等灰色的高反射漫射物质，如硫酸钡或聚四氟乙烯。当光线进入积分球后，会在球壁上多次反射，然后从测量孔或光源孔射出积分球。一束光从任意的不通过球心的角度照进积分球，经过球壁的多次反射后，会从各个角度照射到样板，最终通过测量孔或光源射出积分球。测量孔是在与法线夹角成8°的位置，由一组光电管构成的探测器。例如三恩时公司的TS7020、TS7030、TS7036等色差仪就是这种结构的色差仪。

CIE没有明确规定积分球的开孔尺寸，只要求所有开孔面积不超过内表面积的10%，因此不同厂家的产品的开孔位置、尺寸及光源入射角度会有区别。与观测孔关于法线对称的地方有一个光阱，关闭光阱时镜面反射成分包含在内，简写作d/8：i（d表示漫反射照明，8是8度角接收，i指包括镜面反射），也可简写作SPIN。当光阱打开时去除了镜面反射，此条件简写作d/8：e，e指去除镜面反射。这种仪器不仅能测量不透明样品的颜色，还可以测量透明样品的颜色。

色差仪积分球的作用：

色差仪的积分球发出光的作用是将来自被测物体表面的所有可见光都集中在一个小圆球上，然后通过狭缝将这些光传到积分球中心。此时，透过狭缝看到的是积分球内部的光斑。由于积分球内部具有很多颗粒，因此可以将各个波长的光分开。

积分球是一个容器，用来吸收反射光线。当反射光线穿过积分球时，它会被吸收并传递到仪器内部的光学元件上。这些元件将光信号转化为电信号，然后将它们输出到显示器上。通过测量电信号的大小，我们就能得到颜色的数值。

使用积分球的目的是使进入它内部的光，经内壁漫反射层多次反射后，在整个内壁面上得到均匀的照度，并且该照度较入射光通量除以球内壁面积的照度值大得多（可提高性噪比）。在颜色测量仪器中，积分球具有以下两方面功能：

1.光接收器

被测光经积分球上的小孔进入球内，在内壁上设置一个或多个探测器。由光探测器输出的光电流与积分球内壁的光照度成正比，也就是与进入积分球的光通量成正比。这样，就可以根据输出光电流的变化，得知进入积分球的光通量变化。

2.均匀照亮的物面

在积分球内壁上与出光孔对称且均匀地放置几个灯泡（通常有四个或六个）。由灯泡发出的光经内壁多次漫反射而形成一个均匀照亮的发光球面，用它可作为被测光学系统的、亮度均匀的、大视场的物面（光学系统入瞳与出光孔基本重合）。该积分球用于照相物镜的渐晕系数和像面照度均匀性的测量。

色差仪积分球的优缺点：

积分球作为一种光学元件，具有以下优点：

1.可以消除光源本身原因造成的出射光线不均匀或者带有偏振方向，提高测量精度。

2.可以确保待测光源射入分光测色仪的角度相同，提高测量再现性。

3.可以测量各种角度的光线，从而得到更全面的颜色信息。

然而，积分球也存在一些局限性：

1.价格较高，制造和维修成本较大。

2.对于不同形状和尺寸的样品，需要使用不同大小和形状的积分球，通用性较差。

3.在测量某些特定形状和材质的样品时，可能会产生误差。

色差仪积分球对仪器精度的影响：

积分球是一个中空的球腔，球腔上开有入孔和出孔，腔壁一般为具有漫反射性质的涂层。当积分球用于激光功率与能量测量时，被测激光束从入孔射入，经过腔壁复杂的漫反射后，一部分光被腔壁吸收，其余从入孔和出孔射出。通过特殊的设计，可使出射光能量比入射光低几个数量级，将强激光衰减，用弱光探测器测量取样出孔处的光功率、波形和能量，换算后即可得到原入射光束的相应参数。在0/d条件下当量光谱反射比（经过多次反射的综合作用结果）ρs（λ）的计算公式如下：

ρ（λ）为积分球内壁材料的光谱反射比；D为积分球内腔直径；f为积分球开口面积和总面积之比；s为样品被照射面积。

从上面的公式可以分析出，光谱反射比经过积分球后损失较大，这就大大减小了仪器的信噪比。传统的内壁材料一般是BaSO4喷涂，它容易老化和脱落，所以经过一段时间，仪器的精度会有很大变化。