积分球原理介绍|积分球工作原理
设进入积分球的一束光的总光通量为φ,照射在球内壁面积为s3处。光在内壁表面上多次漫反射。现考察内壁任意一点m处的照度e。由于进入积分球的光直接照在s3处,则由s3上每一点漫反射的光都会有一部分直接身到考察位置m处,所有这些直接射到m处的光的照度总和称为直射照度,用e0表示。除此之外,还有从s3漫反射到积分球内壁各点经多次漫反射到达m处的光,这部分光照度总和称为多次漫反射照度,用e∑表示。于是,考察位置m处的照度e为这两部分照度之和,即:e=e0+e∑ (1-1)
直射照度e0www.lisungroup。。com.cn
在s3范围内任意一点a处取小面元dsa,射到此面元上的总光通量为dφ,则位置a处的照度ea为:ea=dφ/dsa,积分球内壁可看成理想的漫反射体,所以在a处的亮度la为:la=eaρ/π(式中ρ是漫反射系数)。若考察位置m处取一小面元dsm,则由亮度为la的面元dsa发出到达dsm面元上的光通量为:dφa=ladsacosi1dsmcosi1’/ra2
公式中的各物理量如图所示。由图中还可看出:i1=i1’,ra=2rcosi1(r是积分球内壁的半径)。由面元dsa发出的光在考察位置m处形成的照度:de0=dφa/dsm=ladsacosi1cosi1’/ra2=ladsa/4r2www.lisungroup。。com.cn
公式中的各物理量经过供稿和整理后,得出整个s3漫反射光在m处形成的直射照度为:e0=ρ∫s3dφ/4πr2=ρφ/4πr2 (1-2)
式中φ为进入积分球的总光通量。
多次漫反射照度e∑
现先分析内壁上任一位置n得到来自s3的直射光后,再次漫反射并直接到达考察位置m的光,这部分称为一次附加照度e1。www.lisungroup。。com.cn
由于n处同样得到直射照度e0,则亮度l0为l0=ρe0/π。在n处取面元dsn,从dsn发出在位置m处形成的一次附加照度de1表示为:de1=dφ1/dsn=l0dsncosi2dsmcosi2’/ 4r2cosi2cosi2’ dsm =l0dsn/4r2
由整个积分球内壁漫反射,在位置m处形成的总的一次照度e1为:e1=ρe0∫sdsn/4πr2=ρe0s/4πr2=ρe0(1-f)s1/4πr
式中s1为整个球内壁的面积;f为开孔比(f=s2/s1,s2为开孔处的球面面积)。
将s1=4πr2代入上式:e1=ρ(1-f)e0 (1-3)
依照同样的方法,可导出由内壁各处的一次照度在m处形成的二次照度e2,三次照度e3,等等:
e2=ρ(1-f)e1=[ρ(1-f)]2e0
e3=ρ(1-f)e2=[ρ(1-f)]3e0www.lisungroup。。com.cn
这样,多次漫反射总照度e∑为:e∑=e1+e2+e3+……=e0ρ(1-f)/[1-ρ(1-f)] (1-4)
于是,在考察位置m处的总照度e:e=e0+e∑=e0/[1-ρ(1-f)] (1-5)
将(1-2)式供稿上式,则得到:e=ρφ/4πr2[1-ρ(1-f)] (1-6)
由上式可以看出,内壁任意位置处的照度与进入积分球的总光通量成正比。这就是应用积分球测光源的光通量的基本公式。
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