對于積分球色差儀而言，其探測系統(tǒng)中的積分球是儀器的一個重要組成部分，這種部件的主要作用是提升光源的均勻性及穩(wěn)定性，使得儀器的測量結構更加的精確可靠。本文對色差儀積分球的作用及其優(yōu)缺點做了介紹。

色差儀積分球的原理：

積分球又稱光通球，它是一個中空的金屬球，內表面涂有中等灰色的高反射漫射物質，如硫酸鋇或聚四氟乙烯。當光線進入積分球后，會在球壁上多次反射，然后從測量孔或光源孔射出積分球。一束光從任意的不通過球心的角度照進積分球，經過球壁的多次反射后，會從各個角度照射到樣板，最終通過測量孔或光源射出積分球。測量孔是在與法線夾角成8°的位置，由一組光電管構成的探測器。例如三恩時公司的TS7020、TS7030、TS7036等色差儀就是這種結構的色差儀。

CIE沒有明確規(guī)定積分球的開孔尺寸，只要求所有開孔面積不超過內表面積的10%，因此不同廠家的產品的開孔位置、尺寸及光源入射角度會有區(qū)別。與觀測孔關于法線對稱的地方有一個光阱，關閉光阱時鏡面反射成分包含在內，簡寫作d/8：i（d表示漫反射照明，8是8度角接收，i指包括鏡面反射），也可簡寫作SPIN。當光阱打開時去除了鏡面反射，此條件簡寫作d/8：e，e指去除鏡面反射。這種儀器不僅能測量不透明樣品的顏色，還可以測量透明樣品的顏色。

色差儀積分球的作用：

色差儀的積分球發(fā)出光的作用是將來自被測物體表面的所有可見光都集中在一個小圓球上，然后通過狹縫將這些光傳到積分球中心。此時，透過狹縫看到的是積分球內部的光斑。由于積分球內部具有很多顆粒，因此可以將各個波長的光分開。

積分球是一個容器，用來吸收反射光線。當反射光線穿過積分球時，它會被吸收并傳遞到儀器內部的光學元件上。這些元件將光信號轉化為電信號，然后將它們輸出到顯示器上。通過測量電信號的大小，我們就能得到顏色的數值。

使用積分球的目的是使進入它內部的光，經內壁漫反射層多次反射后，在整個內壁面上得到均勻的照度，并且該照度較入射光通量除以球內壁面積的照度值大得多（可提高性噪比）。在顏色測量儀器中，積分球具有以下兩方面功能：

1.光接收器

被測光經積分球上的小孔進入球內，在內壁上設置一個或多個探測器。由光探測器輸出的光電流與積分球內壁的光照度成正比，也就是與進入積分球的光通量成正比。這樣，就可以根據輸出光電流的變化，得知進入積分球的光通量變化。

2.均勻照亮的物面

在積分球內壁上與出光孔對稱且均勻地放置幾個燈泡（通常有四個或六個）。由燈泡發(fā)出的光經內壁多次漫反射而形成一個均勻照亮的發(fā)光球面，用它可作為被測光學系統(tǒng)的、亮度均勻的、大視場的物面（光學系統(tǒng)入瞳與出光孔基本重合）。該積分球用于照相物鏡的漸暈系數和像面照度均勻性的測量。

色差儀積分球的優(yōu)缺點：

積分球作為一種光學元件，具有以下優(yōu)點：

1.可以消除光源本身原因造成的出射光線不均勻或者帶有偏振方向，提高測量精度。

2.可以確保待測光源射入分光測色儀的角度相同，提高測量再現性。

3.可以測量各種角度的光線，從而得到更全面的顏色信息。

然而，積分球也存在一些局限性：

1.價格較高，制造和維修成本較大。

2.對于不同形狀和尺寸的樣品，需要使用不同大小和形狀的積分球，通用性較差。

3.在測量某些特定形狀和材質的樣品時，可能會產生誤差。

色差儀積分球對儀器精度的影響：

積分球是一個中空的球腔，球腔上開有入孔和出孔，腔壁一般為具有漫反射性質的涂層。當積分球用于激光功率與能量測量時，被測激光束從入孔射入，經過腔壁復雜的漫反射后，一部分光被腔壁吸收，其余從入孔和出孔射出。通過特殊的設計，可使出射光能量比入射光低幾個數量級，將強激光衰減，用弱光探測器測量取樣出孔處的光功率、波形和能量，換算后即可得到原入射光束的相應參數。在0/d條件下當量光譜反射比（經過多次反射的綜合作用結果）ρs（λ）的計算公式如下：

ρ（λ）為積分球內壁材料的光譜反射比；D為積分球內腔直徑；f為積分球開口面積和總面積之比；s為樣品被照射面積。

從上面的公式可以分析出，光譜反射比經過積分球后損失較大，這就大大減小了儀器的信噪比。傳統(tǒng)的內壁材料一般是BaSO4噴涂，它容易老化和脫落，所以經過一段時間，儀器的精度會有很大變化。