Интегрирующая сфера или шаровой фотометр— это оптический прибор, позволяющий определять световой поток по одному измерению (в отличии от гониофотометра, которому требуется провести измерения фотометрического тела под разными углами во множестве плоскостей).
Интегрирующая сфера представляет собой полый шар, на внутренней поверхности которого нанесено неселективное матовое покрытие с высоким коэффициентом отражения, создающее диффузное отражение. Освещённость любой точки шара, экранированной от прямых лучей исследуемого источника, пропорциональна световому потоку этого источника (в общем случае - потоку излучения).
Одним из главных параметров сферы являемся её диаметр, который должен значительно превышать размеры фотометрируемых источников света, вследствие чего для измерения световых потоков строят сферы диаметром до 5 м. Иногда исследуемое излучение вводится в шар через небольшое по сравнению с его диаметром отверстие.
Какими нормами руководствоваться при выборе размера фотометрического шара, вы можете узнать в этой статье.
Применение
Впервые разработанный Р. Ульбрихтом в 1894 году фотометрический шар применялся как инструмент для измерения мощности излучения вновь созданных электрических лампочек. Сегодня интегрирующие сферы широко используются при световых и цветовых измерениях, в частности для измерения световых потоков, цветовой температуры, координат цвета, цветопередачи (CRI) ламп и светильников, коэффициентов отражения и пропускания материалов. Они также нашли применение как источники однородного излучения с исключительно равномерным распределением яркости на всей плоскости выходного порта, что идеально подходит для тестирования и калибровки систем визуализации, фотометров и ПЗС-камер, детекторных массивов и инструментов дистанционного зондирования.
Все интегрирующие сферы конструктивно представляют собой металлическую оболочку со светоотражающим покрытием. Тем не менее, каждый производитель предоставляет множество конфигураций и дополнительных функций. В зависимости от размера сферы могут иметь 0-2 внутренних держателей для ламп и/или 1-2 оптических ввода на поверхности, а также интерфейс для подключения питания и измерительных приборов для образца, размещенного внутри шара.
Историческая справка
- 1892 — W.E. Sumpner (UK) даёт теоретическое обоснование шарового фотометра.
- 1894 — R. Ulbricht (Germany) создает первую рабочую интегрирующую сферу.
- 1920 — A.H. Taylor (NBS) разрабатывает методы измерения отражения с использованием интегрирующих сфер.
- 1933 — A.C. Hardy (MIT) создает первую интегрирующую сферу для коммерческого спектрометра.
- 1968 — F. Grum and G.W. Luckey (Kodak) создают краску из сульфата бария.
- 1979 — D.J. Lovell (Labsphere) систематизирует принципы разработки интегрирующих сфер.
