积分球涂料哪点事……

积分球是光源和灯具测试非常普遍的一类测试仪器，如大家所知，看起来就是一个大球加了里面的涂层，虽然积分球本身的设计也是非常非常重要，不过今天小编主要来扒一扒非常关键的积分球涂料的那些事。

部分内容可能涉及一些配方哦….. 文末还会给光学"测试狗"们带来一个小惊喜，关于如何评价配光测试的偏离误差….

就是这只“球”！

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积分球涂料配方演变

按说，小编应该先给个积分球公式，推导一下积分球涂料各项指标对测试结果的影响，可是思前想后，我们还是直接开扒吧，先说说历史吧，公式我们放到最后，供学霸参考。

话说，在1934年，有一本光学原理的书，《Principle of Optics》，作者Hardy Perrin 提到了 积分球的原理以及对内壁涂料的配方说明 ：

"对于积分球体内部涂层最重要的是，涂料应该具有完美的漫反射特性，而且是非选择性的漫反射，使得光在球体内部经过反复的反射后，不会改变光的颜色！"

这也就是说，第一重要的，积分球涂料必须漫反射，也就是我们说的哑光吧；第二呢，对不同波长的反射率必须一致。此外，该书给出了此时积分球涂料的配方，该配方含有标准的氧化锌颜料。

配方与工艺

变性酒精、无色赛璐珞、樟脑

按照100:10:15配比

∨

先将樟脑溶解在酒精中，然后添加赛璐珞直到10个小时后赛璐珞溶解为止，并且将酒精蒸发。

↓↓↓

后来，涂料配方改进如下

纤维素漆、酒精、氧化锌

按照4:1:1 配比

∨

搅拌这种混合物直到一个合适的粘度为止，这大概需要一个多小时。 然后再加两份的酒精和一到两份的水，松节油。酒精加到里面主要是为了延缓松节油的干燥。

喷涂工艺

常用的喷涂白涂料的工艺，一般会推荐使用氧化镁工艺，并用氧化镁对喷涂的表面进行雾化处理。这种雾化工艺主要使用金属镁，利用其与氧气燃烧，凝结在球壁上。在处理氧化镁涂层时，要特别小心防止变为黄色的MgN3。

危险，请勿模仿！

我们需要的化学反应

2Mg + O2=2MgO

存在的竞争性化学反应

2Mg+ 3N2 =2MgO3

进一步反应

MgN3 + H2O + O2=MgO +NO2 + 其它氮氧化合物

以上工艺在积分球上已经很少使用了。

呵呵

再后来，硫酸钡取代了氧化镁成为常用积分球涂料的主要颜料。如下图，可见硫酸钡具有更好反射一致性和高反射率。

黑色为硫酸钡，红色为氧化镁

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常用喷涂型积分球涂料

目前市场上的积分球涂料主要有三类：分别是 硫酸钡、牢固性、特氟龙型

这是市场最常见的积分球涂料，这种可以商业使用的经典积分球涂料由柯达公司 （Eastman Kodak）在上世纪70年代由Grum and Luckey 开发的，正式的商品名是" Eastman 6080 White Reflectance Coating"，目前市场上可售的积分球涂料都是以此涂料为基础改进的。

优点：高反射率、喷涂容易、无毒、高朗伯特性（工艺正确）

缺点：水溶性的、不够牢固、容易损害（如掉粉）

Avian-B是该种涂料的经典产品，下图是Avian-B的反射率曲线，同类产品有Spectraflect （6080）等常用积分球涂层

成分揭秘：该种涂料主要由硫酸钡粉末、PVA 粘结剂、水、酒精，以及一些添加剂组成。

由于在实际使用过程中，难免有有污染物进入积分球，例如灰尘、飞虫、油污、纤维、体屑等，硫酸钡涂层无法吹气清除灰尘杂物，也不能清洗，因此一种能够容易清洁的涂层应运而生。

市场上一些采用特殊配方的积分球涂料，具有一定的牢固性，环境适应性好

主要有：

Avian Technologies 公司的 Avian-D （可对外出售，现场喷涂）

Gooch & Housego (原Optronic Laboratory)公司的 Optolon 2 （不出售，可加工）

优点：高反射率、防水（可水洗）、高朗伯特性（工艺有关），其中 Optolon 2 涂料比最好的硫酸钡涂层反射率还要高（98.6% VS 98.4%）

缺点： 不易去除、紫外反射率低

清洁方法： 以Optolon 2为例，可用干燥空气吹扫一般附着物、用中性洗涤液去除深度污染物、砂纸打磨清洁顽固污迹。

有两种，一种使用压制的PTFE粉末，使用硅酮真空胶，将PTFE粉末压制在一起，比重大约 1.0 g cm‐3

优点：有非常高的反射率和朗伯特性；

缺点：缺较脆，易碎，对温度敏感、热稳定性差， 容易污染

还有一种是烧结的PTFE

优点：有非常高的反射率和朗伯特性，非常稳定；

缺点：比重大、价格高，只适合做一些小型积分球

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涂料反射率与测试结果关系

在积分球关于反射率应该高还是低，一直有两派观点，一种是北美派，认为反射率越高越好；一派来自欧洲，认为反射率在80%左右最好。其实各有优缺点。

关于这个问题，可从两个方面考虑

＞ 积分球公式

α 表示积分球的效率，ρ表示反射率。积分球效率越高，说明系统灵敏度越高。由此公式，可做如下解读：

↓↓↓

如果积分球涂料的反射率较低，如80%左右的时候，测试结果对积分球反射率的变化最不敏感，也就是说，在80%反射率的涂料，当反涂层的反射率由于各种原因发生变化时，对测试结果的影响最小。这种涂料的缺点就是lower throughput，但是对于大多数的灯具、灯泡来讲，这个不是问题。但是测试较小光通量的光时，可能灵敏度不足。

＞反射率对积分球均匀性的影响

下图分别表示80%，95%，98%三种涂层下，不同体积积分球的空间均匀性。空间均匀性越好，则对灯具测试的方向性要求越小，越容易得到高精确的测试结果，尤其是测试射灯、LED窄光束的灯具时，特别明显。

技术前沿：如何评价配光偏离误差

在实际灯具研发、测试和分布式光度计维护校正过程中，非常需要一种评价两个配光数据之间在空间三维的光强偏离情况

同一个灯具在不同条件（例如电流、温度、湿度）下的配光特性变化

分布式光度计不同方位上的光强测试误差

来源 | 光傲科技