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均勻光源(積分球)——亮度與輻射亮度標準源

Opsytec 亮度與輻射亮度標準源是以積分球為基礎的均勻光源,能在整個發光表面上以均勻且幾近完美的朗伯方式發射光線。它們應用於光度學與輻射度學,特別是用於相機與光學量測裝置的校正與特性描述,以及用於判定材料的反射、透射與吸收特性。可提供直徑從 75 mm 至 2500 mm 的產品,塗層材質包括硫酸鋇、PTFE 或黃金。

相關的物理量說明於 輻射度量。

其運作方式是基於積分球的原理。積分球由一個中空的球形結構組成,其內表面具有高反射性。此表面塗覆一層由硫酸鋇、PTFE 或黃金構成的漫反射塗層,視材料與波長而定,能將高達 99% 的入射光散射開來。此特性使積分球能將光線均勻分佈於各個方向,並消除方向性效應。

對於亮度標準源與輻射亮度標準源而言,光源位於球外並照射進入球內。

每一顆 Opsytec 積分球均依客戶的個別需求製造,以確保在特定應用中具有最佳效能。
Opsytec Dr. Gröbel GmbH 亮度與輻射亮度標準源的另一項特點,是能同時整合多個光源。這些光源可選擇個別或分組運作,並可調光,或裝配手動或電動機械式光圈。當需要調整亮度與輻射亮度水平,但燈具無法調光或無法改變光譜特性時,即可使用遮光裝置。
 

參考範例:亮度與均勻度

兩套已製造完成的標準源展示了積分球作為均勻光源所能達到的亮度與均勻度:

結構光源亮度均勻度
積分球 300 mm,出光口 50 mm,硫酸鋇4 支鹵素燈(最多 8 支)12,000 cd/m²整個面積上高於 99.5%
積分球 2500 mm,出光口 1200 mm,PTFE25 支鹵素燈,每支 1000 W,其中一支配備電動虹膜光圈76,000 cd/m²可用面積上高於 98%

對於 300 mm 積分球,出光口約佔球體內表面積的 0.7%;對於 2500 mm 積分球則約佔 6%。出光面積相對於球體越大,就越難維持均勻度。

個別計算輻射亮度與光度

在瀏覽器中免費使用,無需註冊。

積分球所能達到的亮度與輻射亮度取決於直徑、塗層、開口尺寸與燈具配置。此計算器可顯示出光口處的輻射亮度、亮度與光譜輻射亮度(塗層可選硫酸鋇、PTFE 或黃金),並提供包含 3D 視圖與 PDF 報告的初步設計,之後再由我們與您共同深入討論細節。

以下燈管可作為均勻光源,用於亮度或輻射亮度標準:

鹵素燈普遍被使用,因為它們在可見光範圍內提供連續光譜。它們非常適合需要高色彩逼真度及連續光譜的應用。鹵素燈亦有不同瓦數可供選擇,具有選擇上的靈活性。
 

發光二極體(LED)越來越多地被用於亮度標準及輻射亮度標準。LED 具有多項優點,包括長壽命、能源效率,以及可選擇特定波長的能力。LED 能夠精確控制光強度並具備快速反應時間,這使其在現代應用中特別具吸引力。所達到的亮度高於使用鹵素燈的傳統積分球。

氘燈可產生約 200 至 400 nm 的連續光譜,非常適合需要紫外線輻射的應用。 

紅外線發射器,例如鎢絲發射器,可產生在近紅外至中紅外範圍內具有峰值的連續光譜,常用於紅外線光譜學及熱成像技術。紅外線發射器亦有適用於真空應用的型號。

這些燈管在以下均勻光源應用中被用作亮度及輻射亮度標準:

  • 亮度及輻射亮度量測裝置之校正
  • 產生具有明確亮度值的均勻光源,用於相機系統之特性化
  • 為照明產業之品質管制提供參考值
  • 支援光學及光度學領域之研究與開發
  • 反射、透射及吸收之特性化,其中均勻照明可確保結果之可靠性。

用於發光度/輻射度標準之技術資料、配件及支架

直徑 75 mm ~ 2500 mm
  客製化尺寸,可依需求提供
塗層 硫酸鋇 (BaSO4)
  PTFE
  黃金
波長 BaSO4 300~2400 nm
  PTFE 200~2500 nm
  黃金 0.7~20 µm
埠孔 1(標準)
燈埠孔 1~25
配件 UControl 控制單元
  RMD 感測器
  光譜儀
  埠孔光圈

訂購號碼、交貨範圍、配件及版本

塗層波長範圍
硫酸鋇(BaSO₄)300~2400 nm
PTFE200~2500 nm
金0.7~20 µm

塗層決定了可使用的波長範圍。若您不確定哪一種才是正確的選擇,本公司樂於為貴公司提供諮詢服務。

內徑備註
75 mm
100 mm
150 mm
300 mm
500 mm
600 mm
800 mm
1000 mm
客製規格請於詢價時告知

積分球的訂購編號列於「integrating spheres」頁面;標準配置為積分球、燈管與控制器三者一併提供,並依 貴公司的量測需求進行組裝。

數量備註
1 至 25依所需輻照度而定

可選配件:UControl 控制單元、RMD 感測器、光譜儀及接口擋板。

本公司積分球作為亮度與輻射亮度標準之範例

此範例展示一款具有 50 mm 出光口及 300 mm 直徑的輝度標準器。使用了四支鹵素燈(最多 8 支)。輝度為 12,000 cd/m²。整個表面的均勻度超過 99.5%。材質:硫酸鋇

此範例展示一個出光口徑為 1200 mm、直徑為 2500 mm 的輻射亮度標準器。使用了 25 個鹵素燈(每個 1000 W),其中一個配有電動光圈。此大型積分球的亮度為 76,000 cd/m²。在待實現的表面上,均勻度超過 98%。材質:PTFE

亮度與輻射亮度標準用配件  

  • Ucontrol - 控制燈具與光圈,並可記錄感測器的量測資料。
  • RMD 感測器
  • 光譜儀
  • 埠口光圈
  • 手動或電動光圈燈具

Opsytec Dr. Gröbel GmbH 的專業團隊將協助客戶為其特定應用選擇最佳的積分球設計,確保每個積分球都能完全符合個別的量測需求。

均勻光源常見問題

只要出光口相對於球體夠小,均勻度就非常高。直徑 300 mm、出光口 50 mm 的 Opsytec 亮度標準源在整個面積上的均勻度高於 99.5%;直徑 2500 mm、出光口 1200 mm 的輻射亮度標準源在可用面積上的均勻度高於 98%。出光口相對於球體越大,就越難維持此均勻度。

亮度標準源以 cd/m² 表示亮度,也就是以人眼的光譜光視效率 V(λ) 加權的輻射;用於在可見光範圍內校正相機與亮度計。輻射亮度標準源以 W/(m²·sr) 表示輻射亮度,或以 W/(m²·sr·nm) 表示光譜輻射亮度,且不受 V(λ) 限制——搭配氘燈或紅外線輻射器,亦可用於紫外線與紅外線應用。兩者皆以相同的積分球為基礎;光譜範圍由光源與塗層決定。

積分球直徑取決於出光口,因為均勻度取決於開口面積與球體內表面積的比值。在 300 mm 積分球中使用 50 mm 出光口時,此比值約為 0.7%,均勻度高於 99.5%;在 2500 mm 積分球中使用 1200 mm 出光口時,此比值約為 6%,均勻度高於 98%。Opsytec 製造的亮度與輻射亮度標準源尺寸從 75 mm 至 2.5 m;本頁的積分球計算器可計算某一設計所能達到的亮度與輻射亮度。

使用 Opsytec 積分球之相關文獻

針對此特定設備,本公司並未維護獨立的參考文獻清單,因為文獻通常僅提及產品系列,而非具體型號。此處列出使用 Opsytec 積分球的 3 篇最新文獻。