[发明专利]基于3D打印技术的积分球及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术的积分球及其制作方法，涉及光学与激光光谱学领域，将3D打印技术应用于小型化、可调节的积分球设计与打印加工中，使得积分球体积更小、结构紧凑且高度和角度均可调节，避免了现有技术对积分球机械加工的复杂方式，不用对球体进行分为两半加工，解决了积分球制作周期长、成本高等技术问题；同时可以利用X、Y、Z三维方向均可调节的积分球支架支撑3D打印技术的积分球，实现积分球接收光源的灵活性和便捷性。

技术领域

本发明涉及光学与激光光谱学领域，尤其涉及一种采用3D打印技术设计与实现的可小型化与一体化、高度与角度可调节的积分球。

背景技术

积分球是一个空心的三维结构球型腔体，其内表面呈几何球形面，内部材料或覆盖有漫反射的白色中性均匀反射涂层，在不同的应用中也被称之为光度球或通量球等。球壁上，为了应用需求开有几个通光孔。这些确定孔径的通光孔用作入光孔，以及接收光放置需要的光接收通孔。这些通光孔的孔径尺寸由其在光学与激光光谱学领域中使用的具体需求来确定。积分球的内壁应为良好高反射率的漫散射表面。也可以为了特殊用途制备成所需的形状和尺寸。进入积分球的光被内壁多次反射，尤其是漫反射，所需的大波段范围内不同波长的入射光线具有几乎相同的漫反射比，按照漫射朗伯定则，从而在内壁上以及积分球的内部立体空间里面任何地方，形成均匀强度的特定波长与特性的光或者激光的照明。为了获得更高的内部光强，积分球的内壁反射率需要尽可能大、孔径应尽可能小。另外，积分球的孔径比，一般被定义为，积分球开口面积与球总内壁面积之比，这样的孔径比可用来计算在积分球内的功率以及小孔输入以及输出的光功率的比例关系。特别在内壁高反射率条件下，利用了积分球内部漫反射的特性，积分球是用来对光的散射或发射的光进行高效收集的一种光学装置，此外，也用于光学与激光光谱学领域的特定需求，包括在量子计量领域，应用于实现积分球冷却原子钟。

传统的积分球加工，包括金属加工两个半球后，在具有一定粗糙度的均匀内壁，镀铝、银等介质膜，然后集成在一起。或者用特殊专用漫散射材料加工而成。然而，积分球的内壁表面要求的光滑度、积分球的整体结构的对称性与一致性，和其组件的中性要求使得其在制造过程中面临很大的挑战。由于积分球内部要求粗糙度小、形位公差要求高，传统的机加工方式无法加工一体化空心球体，因此需要将球体分为A、B两个半球，分别进行加工，然后再通过螺钉等方式固定在一起，两个半球的贴合缝隙精度要求很高，其漏光也影响反射效果，这样就带来加工成本高、周期长。因此，使用现有的传统方法进行积分球设计与制作时，需要将整体的球体分开加工，精度不易控制，结构调整不便利，积分球结构改进升级加工制造周期长、成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于3D打印技术的积分球及其制作方法，将3D打印技术应用于小型化、可调节的积分球设计与打印加工中，避免了现有技术对积分球机械加工的复杂方式，不用对球体进行分为两半加工，解决了积分球制作周期长、成本高等技术问题。

与现有的积分球相比，本发明的基于3D打印技术的积分球具有的新颖性和创造性为：

本发明提供的基于3D打印技术制作的积分球可在无屏蔽环境中正常工作，在入射光源不均匀分布或光束偏移所造成的误差，使用积分球作为光学扩散器使得误差变小。本积分球不仅可用于测试光源的光通量、色温、光效等参数，也可用于光学、激光光谱学领域的特定需求，比如量子计量领域，应用与实现积分球原子钟。本发明基于3D打印技术制作的积分球体积小，结构更加紧凑，球体的高度、角度等均可调节，体积可变化。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种积分球，为采用3D打印技术制作的积分球。

进一步地，该积分球的材质包括但不限于增强尼龙、聚四氟乙烯或聚乳酸。

一种积分球的制作方法，采用3D打印技术制作积分球，制作步骤包括：