JP5863392B2 - 擬似太陽光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置に関する。

太陽電池は、クリーンなエネルギー源としての重要性が認められ、その需要が高まりつつある。太陽電池の利用分野は、大型機器類のパワーエネルギー源から、精密な電子機器類の小型電源まで、多岐に渡っている。太陽電池が様々な分野で広く利用されるには、該太陽電池の特性、とりわけ出力特性が正確に測定されていないと、太陽電池を使用する側においても様々な不都合が予測される。このため、太陽電池の検査、測定および実験に利用可能な、人工の高精度の擬似太陽光を大面積に照射できる技術が特に求められている。

擬似太陽光に求められる主要な要素は、その擬似太陽光の発光スペクトルが基準太陽光（日本工業規格により制定）と近いことと、擬似太陽光の照度が基準太陽光と同程度であることとである。そこで、このような擬似太陽光を照射するための装置として、擬似太陽光照射装置が開発されている。該擬似太陽光照射装置は、一般的に太陽電池の受光面に均一な照度の人工光（擬似太陽光）を照射して、太陽電池の発電量等を測定するために使用される。

特許文献１には、隣接する個々の室に、ハロゲンランプとキセノンランプとを設置した擬似太陽光照射装置（ソーラーシュミレータ）が開示されている。具体的には、この擬似太陽光照射装置は、各ランプの上方開放部に専用の光学フィルタを備えている。これにより、太陽電池の受光面に対して、下方からランプの点灯による擬似太陽光が照射される。さらに、この擬似太陽光照射装置は、各ランプが設置された室内部に、反射板が設けられている。これにより、ランプの照度ムラを調整する。また、各ランプが設置された各室に通じるように、側壁に吸引ファン等の冷却装置を設けることが記載されている。

特開２００２−０４８７０４号公報（公開日：２００２年２月１５日）

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ランプから発せられる光に含まれる中赤外線や遠赤外線領域などの長波長の光が被測定物である太陽電池に照射されることとなる。このような長波長の光が太陽電池に照射されると、太陽電池の温度が上昇することで太陽電池のＩ−Ｖ特性等の特性値が変化し、測定結果に誤差を生じさせてしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定物の特性値における誤差の発生を抑制することができる擬似太陽光照射装置を実現することにある。

本発明の擬似太陽光照射装置は、第１光源および第２光源と、前記第１光源からの光のうち所定波長よりも長波長側の光と、前記第２光源からの光のうち前記所定波長よりも短波長側の光とを混合する混合部材とを備え、前記混合部材により混合された光を擬似太陽光として照射する擬似太陽光照射装置であって、前記第１光源と前記混合部材との間に、中赤外線以上の波長の赤外線に対する吸収率が９５％以上となる長さである導光部材を備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、第１光源と前記混合部材との間に、中赤外線以上の波長の赤外線に対する吸収率が９５％以上となる長さである導光部材を備える。これにより、第１光源から出射された光のうちの中赤外線以上の波長の赤外線の大部分が導光部材により吸収され、擬似太陽光に含まれる中赤外線以上の波長の赤外線の量を低減させることができる。その結果、中赤外線以上のような長波長の光による被測定物の温度上昇に起因した測定誤差を抑制することができる。

さらに、本発明の擬似太陽光照明装置において、前記導光部材は、ホウケイ酸クラウンガラスであることが好ましい。ホウケイ酸クラウンガラスは、中赤外線付近から長波長になるにつれ光の吸収率が高くなる傾向を有する。ホウケイ酸クラウンガラスでは、１０ｍｍの距離を伝播する際における中赤外線以上の赤外線の大部分に対する吸収率は、９０％以上（透過率１０％未満）である。これにより、比較的短い長さの導光部材であっても、導光部材により中赤外線以上の波長の赤外線を容易に吸収させることができる。なお、前記第１光源は、例えば、ハロゲンランプである。

さらに、本発明の擬似太陽光照明装置において、前記導光部材における、第１光源からの光が入射する入射面と、前記混合部材へと光を出射する出射面との距離は、前記入射面の幅の６倍以上であることが好ましい。

上記の構成によれば、導光部材による中赤外線以上の波長の赤外線の吸収率を高めることができ、擬似太陽光に含まれる中赤外線以上の波長の赤外線の量をより一層低減させることができる。

さらに、本発明の擬似太陽光照明装置において、前記第１光源は、発光管を有しており、前記導光部材の厚さは、前記発光管の直径以上であることが好ましい。さらに、前記導光部材の厚さは、前記発光管の直径の１．５倍以上であることがより好ましい。

上記の構成によれば、第１光源から発せられた光の大部分を導光部材に入射させることができ、導光部材を通らないで被測定物に入射する光（迷光）の量を低減させることができる。このような迷光は被測定物の特性値に影響を及ぼす。そのため、迷光の量を低減させることにより、被測定物の測定誤差を一層低減させることができる。

また、本発明の擬似太陽光照射装置は、光源と、前記光源からの光を用いて擬似太陽光を被測定物に照射する導光板と、前記光源から出射された光を前記導光板の方向に導くための導光部材とを備えた擬似太陽光照射装置であって、前記導光部材は、前記被測定物への中赤外線以上の波長の赤外線の入射量を低減するために、中赤外線以上の波長の赤外線成分の一部を吸収する機能を有することを特徴とする。

また、本発明の擬似太陽光照射装置は、光源と、前記光源からの光のスペクトルを調整する光学部材と、前記光学部材により調整された光を用いて擬似太陽光を照射する導光板と、前記光源から出射された光を前記光学部材に入射させるための導光部材とを備えた擬似太陽光照射装置であって、前記導光部材は、前記光源から出射された光の中の中赤外線以上の波長の赤外線成分の一部を、前記光学部材に入射する前に吸収することを特徴とする。

上記の構成によっても、光源から出射された光のうちの中赤外線以上の波長の赤外線の一部が導光部材により吸収され、擬似太陽光に含まれる中赤外線以上の波長の赤外線の量を低減させることができる。その結果、中赤外線以上の長波長の光による被測定物の温度上昇に起因した測定誤差を抑制することができる。

本発明の擬似太陽光照射装置によれば、被測定物の特性値における誤差の発生を抑制することができるという効果を奏する。

本発明に係る一実施形態の擬似太陽光照射装置の要部構成を示す模式図である。 上記擬似太陽光照射装置における光導入部の一部を示す模式図である。 波長選択部材に入射角４５度で入射した光に対する透過率を示す図である。 上記擬似太陽光照射装置における光導入部の変形例の一部を示す模式図である。 本発明に係る一実施例の擬似太陽光照射装置の構成を示す斜視図である。 本発明に係る別の実施例のハロゲン光源の概略構成を示す図である。 本発明に係る別の実施例の光照射装置の詳細な構成を示す斜視図である。 別の角度から見た上記光照射装置の詳細な構成を示す斜視図である。 上記擬似太陽光照射装置におけるハロゲン光源周辺の一部の構成を示す斜視図である。

［実施形態１］
（擬似太陽光照射装置１００の構成）
本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、擬似太陽光を被測定物２１に照射する擬似太陽光照射装置（光照射装置）１００について、図１を参照して詳細に説明する。図１は、擬似太陽光照射装置１００の要部構成を示す模式図である。擬似太陽光は、人工光の一種であり、自然光（太陽光）の発光スペクトルに近い発光スペクトルを有している。本実施形態の擬似太陽光照射装置１００は、キセノン光とハロゲン光との合成光を擬似太陽光として、太陽電池等の被測定物（被照射体）２１に照射する。

図１に示すように、擬似太陽光照射装置１００は、光を導入する光導入部２０、導光板８、光取り出し部９、および反射シート１０を備える。擬似太陽光照射装置１００は、導光板８の照射面（上面）から擬似太陽光（図中矢印）を、被測定物２１に向けて出射する。例えば太陽電池である被測定物２１の特性を測定する際には、被測定物２１に測定ユニット３０の測定端子３０ａが接続され、特性の測定が行われる。以下、擬似太陽光照射装置１００について詳細に説明する。

なお、以下の説明では、導光板８の照射面側を上方、照射面とは逆側（裏側）を下方とする。また、上方をｚ方向とし、図１における導光板８の左端部から右端部への向きをｘ方向とし、図１における奥方向をｙ方向とする。

導光板８は、互いに対向して配置された２つの光導入部２０の間に設けられている。導光板８の両側面には、両側に配置された２つの光導入部２０から擬似太陽光が照射される。導光板８は、導光板８の照射面（上面）から擬似太陽光を照射する。導光板８は、透過率を高くするために好ましくは石英ガラス等で構成される。

光取り出し部９は、導光板８の下面（裏面）に形成されている。光取り出し部９は、光導入部２０から出射された擬似太陽光を、導光板８の照射面に取り出す。具体的には、光導入部２０から導光板８に入射した光（擬似太陽光）は、導光板８内部を伝搬する。このとき、光取り出し部９に当たった光は、導光板８の照射面へ出射される。これにより、より広い面積の照射面から、均一な擬似太陽光を照射することが可能となる。なお、光取り出し部９は、例えば散乱体から形成することができ、導光板８内部の擬似太陽光を散乱させて、照射面へ導くことができる。また、散乱体のパターンを変更すれば、擬似太陽光の照度ムラを調整することもできる。例えばドット形状のパターンを、印刷または成形等によって光取り出し部９に形成することができる。

反射シート１０は、導光板８または光取り出し部９から下方に漏れ出た光を、導光板８の照射面側に反射する部材である。

光導入部２０は、導光板８の両側面に配置されている。擬似太陽光照射装置１００では、２つの光導入部２０が、導光板８の両端に擬似太陽光を出射する。このため、より多くの光量（照度）の擬似太陽光を、照射面から出射することが可能となる。ただし、光導入部２０は、導光板８の両端に設ける必要はなく、導光板８のいずれか一方の端部にのみ設けられていてもよい。なお、２つの光導入部２０の光学部品構成は同一である。

（光導入部２０の構成）
光導入部２０の構成について、図１および図２を参照して説明する。図２は、光導入部２０を導光板８の照射面（上面）側から見た図である。

光導入部２０は、ハロゲン光源１（第１光源）、集光部材２、導光部材３、光学フィルタ（光学部材）４、波長選択部材５、光結合部材６、反射部材７、キセノン光源１１（第２光源）、集光部材１２、導光部材１３、光学フィルタ１４、および、反射部材１７を備える。

光導入部２０は、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１からそれぞれ出射された光を波長選択部材５で混合することにより擬似太陽光を生成し、擬似太陽光を導光板８の端面（入射面）に照射する。具体的には、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１は、擬似太陽光照射装置１００に設けられた光源である。ハロゲン光源１およびキセノン光源１１は、擬似太陽光を生成するために必要な分光分布（スペクトル分布）を有する光を照射する。ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から照射される光は、互いに異なるスペクトル分布を有している。ハロゲン光源１は、擬似太陽光に必要な長波長成分の光を多く照射する。一方、キセノン光源１１は、擬似太陽光に必要な短波長成分の光を多く照射する。

ハロゲン光源１は、ｙ方向を軸方向とし、ｘｚ平面による断面が円形状となる円筒形状の発光管１ａと、発光管１ａの両端に設けられた２つの電極１ｂと、発光管１ａの内部で２つの電極１ｂを結ぶタングステンのフィラメント１ｃとを備えるハロゲンランプである。発光管１ａは、耐熱性のある、石英ガラス、アルミノシリケートガラス、または高珪酸ガラス等によって形成される。発光管１ａの内部には、窒素またはアルゴン等の不活性ガスと、微量のハロゲンガス（ヨウ素または臭素等）とが封入されている。両端に口金がある筒状のハロゲン光源１を用いることにより、より広い面積における光強度およびスペクトルを均一化することができる。これにより、擬似太陽光照射装置１００は、より広い面積に精度のよい擬似太陽光を照射することができる。それゆえ、近年における太陽電池の大面積化（例えば、１４００ｍｍ×１０００ｍｍ）の要求に応えることができる擬似太陽光照射装置１００を実現することができる。

また、図１に示すように、ハロゲン光源１は、導光部材３への出射方向以外が、集光部材２に包囲されている。これにより、ハロゲン光源１から出射される光のうち、導光部材３に向かわない光が、集光部材２で反射し、導光部材３に向かって出射する。つまり、集光部材２は、各光源から出射された光を集めて出射させる。集光部材２は、楕円ミラーまたは放物面ミラー等であり、各光源から出射された光の放射指向性を揃える。その結果、ハロゲン光源１から直接出射される光、および、集光部材２により反射された光が、導光部材３に向かって出射される。例えば、ｙ方向を軸方向とする円筒形状の発光管を有するハロゲン光源１の場合、ｘｚ平面内で全方向に照射された光のうち、導光部材３とは異なる方向に照射された光は、集光部材２により導光部材３の方向に反射する。このようにして、集光部材２により指向性が付与された光が導光部材３に入射する。したがって、ハロゲン光源１からの出射光が有効に利用される。

反射部材７は、導光部材３に入射しない光を集光部材２側に再度反射させ、導光部材３に入射させる。

導光部材３は、入射面から内部に入射された光を壁面で全反射させて対向する出射面まで導光し、出射する光学素子である。導光部材３の入射面は、ハロゲン光源１に近接して配置され、反射部材７の開口に位置している。導光部材３は、ｙ方向において対向する１対の側面がテーパ状に傾斜している。すなわち、導光部材３の入射面から出射面に向かって、導光部材３の断面積は徐々に増加する。これにより、ハロゲン光源１から導光部材３に入射された光は、導光部材３の側面で反射を繰り返し放射指向性が揃えられる。導光部材３は、ｘ−ｙ平面において、光の進行方向がｘ方向に対して３０度以内に収まるように光の指向性を高める。この結果、導光部材３の出射面から出射される光は、出射面に垂直な方向（光軸の方向）に高い指向性を有する。

光学フィルタ４は、透過させたハロゲン光源１からの光のスペクトルを基準太陽光のスペクトル分布に近くするようスペクトルを調整するフィルタである。光学フィルタ４は、導光部材３の出射面に対向して配置され、導光部材３の出射面から出射された光を透過する。光学フィルタ４は、ガラス基板上に光学多層膜を形成したものである。光学フィルタ４は、波長に応じて変化する透過率を有し、透過する光のスペクトルを少なくとも部分的に基準太陽光のスペクトルに近づける。光学フィルタ４は、通常エアマスフィルタ（スペクトル調整フィルタ）と称される。

キセノン光源１１は、円筒形状の発光管の中にキセノンが封入されたキセノンランプである。

集光部材１２は、集光部材２と同様の機能および構成を有する。集光部材１２は、キセノン光源１１から出射された光が導光部材１３に入射されるように、キセノン光源１１からの光を集光する。

反射部材１７は、導光部材１３に入射しない光を集光部材１２側に反射し、集光部材１２で再度反射した光を導光部材１３に入射させる。

導光部材１３は、導光部材３と同様の機能および構成を有する。導光部材１３は、キセノン光源１１から入射された光の放射指向性を高め、ｚ方向の指向性が高い光を光学フィルタ１４に対して出射する。

光学フィルタ１４は、透過させたキセノン光源１１からの光のスペクトルを基準太陽光のスペクトル分布に近くするようスペクトルを調整するフィルタである。光学フィルタ１４は、導光部材１３の出射面に対向して配置され、導光部材１３の出射面から出射された光を透過する。光学フィルタ１４は、ガラス基板上に光学多層膜を形成したものである。光学フィルタ１４は、波長に応じて変化する透過率を有し、透過する光のスペクトルを少なくとも部分的に基準太陽光のスペクトルに近づける。

このようにして、ハロゲン光源１からの光とキセノン光源１１からの光とが、それぞれ波長選択部材５に入射する。なお、ハロゲン光源１からの光の光軸とキセノン光源１１からの光の光軸とは垂直である。

波長選択部材５は、所定の境界波長より短波長側の光を反射し、境界波長より長波長側の光を透過させる部材である。板状の波長選択部材５は、光学フィルタ４を通過した光の光軸に対して入射面が４５度傾けられて配置されている。また、波長選択部材５は、光学フィルタ１４を通過した光の光軸に対しても入射面が４５度傾けられて配置されている。

図３は、波長選択部材５に入射角４５度で入射した光に対する透過率を示す図である。図３に示すように、波長選択部材５は、波長選択の機能を有する。つまり、波長選択部材５は、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から出射される光から擬似太陽光に必要な光を選択（抽出）すると共に、選択された光を混合して擬似太陽光を合成する混合部材として機能する。具体的には、波長選択部材５は、所定波長未満（所定波長（図３では６５０ｎｍ）よりも短波長側）の光を反射する一方、所定波長以上（所定波長よりも長波長側）の光を透過する。言い換えれば、波長選択部材５は、擬似太陽光に必要な長波長側の光を透過する一方、短波長側の光を反射する機能を有する。そして、長波長側の光と短波長側の光とを混合して擬似太陽光を合成する。

より詳細には、ハロゲン光源１からの出射光は、擬似太陽光に必要な長波長側の成分を多く含む。一方、キセノン光源１１からの出射光は、擬似太陽光に必要な短波長側の成分を多く含む。波長選択部材５は、６００〜８００ｎｍの範囲に境界波長を有し、この境界波長未満の光を反射する一方、境界波長以上の光を透過する。つまり、ハロゲン光源１からの出射光のうち、境界波長以上の光（長波長側の成分の光）のみが、波長選択部材５を透過して光結合部材６に入射する。一方、キセノン光源１１からの出射光のうち、境界波長未満の光（短波長側の成分の光）のみが、波長選択部材５により反射され、光結合部材６に入射する。

例えば、７００ｎｍ以上の波長の光をハロゲン光源１の光で使用し、キセノン光源１１の光を波長７００ｎｍ未満で使用するとする。この場合、波長選択部材５の反射と透過との境界波長は波長７００ｎｍである。つまり、波長選択部材５は、波長７００ｎｍより短波長の光を反射させ、７００ｎｍ以上の長波長の光を透過する特性を持っている。これにより、擬似太陽光に必要な波長の光のみが、波長選択部材５により選択される。そして、選択された光が合成され、擬似太陽光として出射される。なお、波長選択部材５が反射または透過させる光の境界波長は、任意に設定すればよい。ただし、キセノン光源１１の発光スペクトルの輝線成分を低減するために、６００〜７００ｎｍの範囲で選択することが好ましい。さらに、波長選択部材５としては、波長依存性のある鏡またはフィルタを用いることができる。例えば、波長選択部材５として、コールドミラー、ホットミラー等を用いることができる。

このように、波長選択部材５は、ハロゲン光源１の出射光に含まれる擬似太陽光の合成に必要な長波長成分の光と、キセノン光源１１の出射光に含まれる擬似太陽光の合成に必要な短波長成分の光とを抽出して、擬似太陽光を生成する。この際、スペクトル制御されていないハロゲン光源１の短波長成分の光が除かれ、同様に、スペクトル制御されていないキセノン光源１１の長波長成分の光が除かれることになる。したがって、擬似太陽光の発光スペクトルを基準太陽光の発光スペクトルに、より近似させることが可能となる。

光結合部材６は、入射面から内部に入射された光を壁面で全反射させて対向する出射面まで導光し、出射する光学素子である。光結合部材６の入射面は、波長選択部材５に近接して配置されている。光結合部材６は、ｚ方向において対向する１対の面がテーパ状に傾斜している。すなわち、光結合部材６の入射面から出射面に向かって、光結合部材６の断面積は徐々に減少する。これにより、波長選択部材５から光結合部材６に入射されたｚ方向に広がった光は、入射面よりｚ方向の幅が狭い出射面から出射される。光結合部材６の出射面から出射された光は、導光板８の端面に入射する。

導光板８の端面が光結合部材６の出射面に対向するように、導光板８は、光結合部材６に近接して配置される。光結合部材６によって入射する光のｚ方向の幅を狭くすることができるので、導光板８のｚ方向の厚さを薄くすることができる。導光板８は、透過率を高くするために好ましくは石英ガラス等で構成される。石英ガラスはコストも高いが、光結合部材６を用いると、光の利用効率を高めながら導光板８の厚さを薄くすることができるので、コストを下げることができる。

（擬似太陽光照射の原理）
ハロゲン光源１およびキセノン光源１１は無指向性の光源であるため、各光源の出射光は、拡がりを持った拡散光となる。このため、各光源の出射光が、所定の角度で波長選択部材５に入射するように、各光源の出射光の指向性を制御することが好ましい。ここで、図２に示したように、導光部材３，１３は、テーパ形状になっており、対向する１対の面が、台形形状になっている。すなわち、導光部材３，１３の入射面から出射面に向かって、導光部材３，１３の幅（断面積）が徐々に増加する。このような構造によって、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から出射された光は、導光部材３，１３の側面で複数回反射するうちに、指向性（放射角）が改善される。これにより、指向性が揃った（放射角が制御された）光が、導光部材３，１３の出射面から出射される。なお、導光部材３，１３から出射される光の放射角は、導光部材３，１３の側面の傾斜角と、導光部材３，１３における光の進行方向の長さとによって制御される。

したがって、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から出射された光は、集光部材２，１２によって、放射指向性が揃えられる。さらに、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から出射された光は、導光部材３，１３によっても放射指向性が揃えられる。指向性が揃えられた光は、光スペクトルを調整する光学フィルタ４，１４を透過した後、波長選択部材５に入射する。

導光部材３，１３によって、光の指向性を揃える利点は、光学フィルタ４，１４の構造と関係する。具体的には、光学フィルタ４，１４は、複数の薄膜が積層された構造になっている。このため、光学フィルタ４，１４への入射角が光学フィルタ４，１４への垂直入射に対してずれが大きいほど、透過率特性も変化してしまう。つまり、光学フィルタ４，１４に指向性の低い光が入射すると、基準太陽光のスペクトル分布と乖離したスペクトル分布を有する擬似太陽光を生成してしまう。

しかし、導光部材３，１３によって、光の指向性を揃えれば、基準太陽光のスペクトル分布に近い擬似太陽光を生成することが可能となる。具体的には、導光部材３，１３から出射された光は、光学フィルタ４，１４の垂直軸に対して、入射角範囲が±３０°以下になる。この光学フィルタ４，１４は入射角０°、つまり光学フィルタ４，１４に対して垂直で入射する場合に所定の透過特性が得られるように設計されているため、入射光の光学フィルタ４，１４への垂直方向の位相ずれ（１−ｃｏｓ３０°で近似）は最大で１４％であり、入射角が０°から３０°まで広がった場合でも、位相ずれは０％から１４％までの平均的な値となる。したがって、入射角が０°で入射した場合に対する、光学フィルタ４，１４の透過率の変化が小さくなる。

このように、光学フィルタ４，１４に対して、指向性の高い光が入射するので、スペクトルの制御性が高まり、より基準太陽光に近い擬似太陽光を形成することができる。その結果、光学フィルタ４，１４を通過することで得られる光は、実際の太陽光により近くなり、結果として擬似太陽光を、基準太陽光からのずれ（スペクトル合致度）が±５％以内の日本工業規格（ＪＩＳ）ＭＳ級の光にすることができる。

また、擬似太陽光照射装置１００は、導光部材３，１３を備えるため、ハロゲン光およびキセノン光が所定の角度で光学フィルタ４，１４および波長選択部材５に入射するように、光の指向性が制御される。このため、キセノン光およびハロゲン光の光量が、波長選択部材５に到達するまでの損失が抑制される。

なお、導光部材３，１３の一方のみでも、ハロゲン光またはキセノン光の指向性を制御し、所定の角度で波長選択部材５に入射できる。また、擬似太陽光照射装置１００では、擬似太陽光を得るための光源として、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１を用いた。しかし、ハロゲン光源１の代わりにハロゲンガスを含む高圧放電ランプを用いてもよいし、キセノン光源１１の代わりに他の光源を用いてもよい。また、光源の種類としては、棒状光源以外にも点光源等を用いてもよい。

（導光部材）
ハロゲン光源１およびキセノン光源１１は無指向性の光源であるため、全ての光が導光部材３，１３に入射するとは限らない。導光部材３，１３に入射せず、かつ、反射部材７，１７から漏れた漏れ光（迷光）が生じる場合、当該迷光が被測定物２１に入り込む可能性がある。このような迷光は、測定にとって不必要な光であり、測定結果に影響を及ぼす。特に、光学フィルタ４，１４によりスペクトル調整されていない迷光が導光板８から出射した光に混入すると、被測定物２１に照射される光のスペクトルが理想の擬似太陽光のスペクトルからずれてしまう。その結果、被測定物２１の特性の測定結果にずれが生じる。

そのため、導光部材３の厚さｔは、ハロゲン光源１の発光管１ａにおける断面円形の直径以上であることが好ましい。さらに、導光部材３の厚さｔは、発光管１ａの直径の１．５倍以上であることが好ましい。例えば、発光管１ａの直径が２０ｍｍである場合、導光部材３の厚みは３０ｍｍとなる。これにより、ハロゲン光源１からの光の大部分を導光部材３に入射させることができ、迷光の発生を低減させることができる。

なお、厚みが３０ｍｍ以上の厚い導光部材３を形成するためには、ホウケイ酸クラウンガラス（ＢＫ７）、石英ガラス等が好ましい。この内、石英ガラスは高価であるため、ホウケイ酸クラウンガラスがコスト面で有利である。

また、導光部材３は、中赤外線（２．５μｍ〜４．０μｍの波長の光）以上の波長の赤外線に対する吸収率が９５％以上となる長さを有する硝材（ガラスの材料）で構成されている。これにより、ハロゲン光源１から出射された光のうち、中赤外線以上の波長の赤外線が、光学フィルタ４に入射する前に、導光部材３によりほぼ完全に吸収され、導光板８から出射される光への中赤外線以上の赤外線の混入をほぼ完全に防止できる。すなわち、導光部材３は、被測定物２１への中赤外線以上の赤外線への放射をほぼ完全に防止できる。

導光板８から出射される光の中に含まれる中赤外線以上の赤外線は、被測定物２１に照射されると、被測定物２１の温度を上昇させる作用を有する。被測定物２１において不必要に温度上昇があると、特性が変化し、測定結果の精度が低下することとなる。すなわち、測定誤差が大きくなる。特に、波長選択部材５により所定の境界波長より長波長側の光が選択されるハロゲン光源１に含まれる中赤外線以上の赤外線が、測定誤差の原因となり得る。

しかしながら、本実施形態では、中赤外線以上の波長の赤外線を吸収し易い硝材（ガラスの材料）で導光部材３を構成しているため、ハロゲン光源１から出射される光の中の中赤外線以上の赤外線の一部が導光部材３で吸収されることとなる。その結果、導光板８から出射される光（測定光）の中に含まれる中赤外線以上の赤外線の量を低減させることができる。これにより、中赤外線以上の赤外線による被測定物２１の温度上昇に起因した測定誤差を抑制することができる。

具体的には、１０ｍｍの距離を伝播する際の中赤外線以上の波長の赤外線の大部分に対する吸収率が９０％以上である硝材を導光部材３として用いることが好ましい。このような硝材としては、ホウケイ酸クラウンガラス（ＢＫ７）がある。ホウケイ酸クラウンガラスは、中赤外線付近から長波長になるにつれ徐々に透過率が低くなる。なお、ホウケイ酸クラウンガラスでは、中赤外線以上の赤外線の吸収率が高い。波長が最も短い中赤外線（波長２５００ｎｍ）であっても、１０ｍｍの距離を伝播する際の吸収率は４１％であるので、１８０ｍｍの長さがあれば、９９．２％以上の光が吸収される。

また、照射光量が非常に大きい場合、赤外領域を極力透過させないのが有利な場合もある。

そして、導光部材３におけるハロゲン光源１側（光の入射側）の端面である入射面３ａと光学フィルタ４側（光の出射側）の端面である出射面３ｂとの距離Ｌを適宜調整することにより、導光部材３における所定波長の赤外線の吸収率を調整することができる。すなわち、１０ｍｍの距離を伝播する際のある波長の赤外線の吸収率をａ％とすると、Ｌｍｍの距離を伝播する導光部材３では、当該波長の赤外線の吸収率は、ａ％の（Ｌ／１０）乗の割合で上昇する。具体的には、
１−（（１００−ａ）／１００）^Ｌ／１０
となる。

たとえば、ホウケイ酸クラウンガラスを導光部材３として用いる場合、波長１３５０ｎｍでは、１０ｍｍでの吸収率が約３％であるから、Ｌ＝１００ｍｍで吸収率約２６％、Ｌ＝２００ｍｍで吸収率４６％、Ｌ＝２４０ｍｍで吸収率５０％以上となる。

このように、導光部材３の長さＬの設定により、導光部材３における中赤外線以上の赤外線を含む広い範囲の赤外線の吸収率を適宜設定可能となる。なお、熱吸収の面から、導光部材の長さＬとしては、中赤外線以上の波長の赤外線に対する吸収率が９５％以上となる長さが好ましい。より好ましくは、中赤外線以上の波長の赤外線に対する吸収率が９９％以上となる長さである。また、導光部材３におけるハロゲン光源１側側（光の入射側）の端面である入射面３ａの幅をｗとするとき、Ｌ≧６ｗであることが好ましい。これにより、導光部材３における中赤外線以上の赤外線の吸収率を高めることができ、被測定物２１へ入射する中赤外線以上の赤外線の量を一層低減させることができる。

（その他）
上記の説明では、導光部材３に入射されない迷光を抑制するために反射部材７を設けるようにしたが、反射部材７の形状は図１，２に示すものに限定されない。例えば、図４に示されるように、ハロゲン光源１からの光を導光部材３に出射するための開口を有するランプカバー２７を迷光を抑制する部材として設けてもよい。ランプカバー２７は、ハロゲン光源１および集光部材２を包囲している。ここでは、ランプカバー２７は、リード線（図示せず）を接続するためのハロゲン光源１の電極１ｂまでを覆っている。

以下に、実施形態１の擬似太陽光照射装置１００の実施例について説明する。

図５は、本実施例の擬似太陽光照射装置１００の構成を示す斜視図である。構成部材の関係を分かりやすくするために、図５においては、一部の部材を半透明にして表し、また、外部の筐体、支持体等は省略している。

図５において、太陽電池である被測定物２１を配置する位置を点線で示している。配置可能な被測定物２１の被照射面積は、最大で１４００ｍｍ×１０００ｍｍ程度である。被測定物２１は、導光板８の上方に配置される。

導光板８の両側には、それぞれ光導入部２０が設置されている。１つの光導入部２０には、ｙ方向に沿ってそれぞれ１６個のハロゲン光源１が並んでいる。複数の集光部材２は、各ハロゲン光源１に対応して、フィラメント１ｃの部分を囲うように設置されている。複数の導光部材３は、各ハロゲン光源１に対応して、入射面がハロゲン光源１に対向するように設置されている。

ハロゲン光源１は、その特性上、太陽電池の一辺のように長いものは製造が難しいため、フィラメント長が４０ｍｍ程度のハロゲン光源１が複数並べて使用される。

波長選択部材５の下方には、キセノン光源１１が配置されている。集光部材１２は、キセノン光源１１を囲むように設置されている。キセノン光源１１の上方には複数の開口を有する反射部材１７が設置されている。８個の導光部材１３が、反射部材１７の複数の開口部に対応して設置されている。

ハロゲン光源１からの光およびキセノン光源１１からの光は、それぞれ導光部材３，１３から出射された後、それぞれに対応する光学フィルタ（図示せず）を通過してスペクトルが調整される。その後、ハロゲン光源１からの光およびキセノン光源１１からの光は、波長選択部材５による透過または反射によって選択された波長範囲の光が合成され、擬似太陽光として光結合部材６に入射する。光結合部材６から出射された擬似太陽光は、導光板８に入射する。導光板８に入射した擬似太陽光は、光取り出し部９または反射シート１０によって導光板８の上方に出射され、被測定物２１に照射される。

ここで、導光部材３には、中赤外線以上の波長の赤外線に対する吸収性を有する硝材であるホウケイ酸クラウンガラスが用いられている。これにより、ハロゲン光源１から出射された光のうち中赤外線以上の赤外線の一部は導光部材３に吸収され、被測定物２１に照射される中赤外線以上の赤外線の量を低減することができる。

以下に、擬似太陽光照射装置の他の実施例について説明する。

図６は、本実施例のハロゲン光源５１の概略構成を示す図である。ハロゲン光源５１は、細長い円筒形の発光管５１ａ、発光管５１ａの両端に設けられたリード線を接続するためのリード線接続部５１ｂ、および、両端のリード線接続部５１ｂの間に設けられた２つのフィラメント５１ｃを備える。発光管５１ａの内部には、不活性ガスおよび微量のハロゲンガスが封入されている。２つのフィラメント５１ｃは、２つのリード線接続部５１ｂが有する電極の間で直列に接続されている。それぞれのフィラメント５１ｃが、発光部として機能するので、ハロゲン光源５１は、２つの発光部を有していることになる。各リード線接続部５１ｂに接続されたリード線５１ｄは、電源を含む制御回路部に接続される。ハロゲン光源５１の長さ（両端の距離）は２１５ｍｍであり、各フィラメント５１ｃの長さは４０ｍｍである。発光管５１ａの直径は２０ｍｍである。

ハロゲン光源５１の各フィラメント５１ｃは、導光部材３の入射面に対応する位置に配置される。ハロゲン光源５１は、２つのフィラメント５１ｃを備えるので、設置する数が少なくて済む。すなわち、ハロゲン光源５１の擬似太陽光照射装置への設置、各リード線５１ｄの設置（取り出しおよび引き回し）、およびリード線５１ｄの制御回路部（図示せず）への接続等が容易になる。

大面積の太陽電池に太陽光レベルの照度の光を供給するためには、各ハロゲン光源５１にも大出力が求められる。そのため、発光管５１ａの直径が１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度のものが必要になる（なお、図７では直径２０ｍｍである）。

発光管５１ａ（ひいてはフィラメント）のサイズが大きくなれば、集光部材で集光したとしても、導光部材３の入射面の必要なｚ方向の高さは大きくなる。よって、本実施例において導光部材３として必要な硝材の厚さは、通常の硝材の厚さより格段に大きくなる。厚い硝材として供給可能な材質として、石英ガラスおよびＢＫ７等が挙げられる。

図７は、本実施例の光照射装置５０の詳細な構成を示す斜視図である。図８は、別の角度から見た本実施例の光照射装置５０の詳細な構成を示す斜視図である。図７は、光照射装置５０を導光部材３が位置する側から見た図であり、図８は、ランプカバー５７側から見た図である。

光照射装置５０は、図６で説明したハロゲン光源５１に加えて、集光部材５２、集光部材カバー５２ａ、およびランプカバー５７を含む。さらに、光照射装置５０は、側面反射鏡５２ｃ、および枠体５８を含む。集光部材５２は楕円反射鏡であり、集光部材５２の両側面にはハロゲン光源５１からの光を導光部材３に入射させるための側面反射鏡５２ｃが配置されている。集光部材カバー５２ａは、集光部材５２の背面を覆っている。ハロゲン光源５１のフィラメント５１ｃに対応する位置は、集光部材５２および集光部材カバー５２ａによって覆われている。

集光部材５２は集光部材カバー５２ａに取り付けられている。集光部材カバー５２ａは、枠体５８に取り付けられている。さらに、ハロゲン光源５１は、集光部材カバー５２ａの穴５２ｂに挿入されて枠体５８に固定される。ランプカバー５７は、ハロゲン光源５１のフィラメント５１ｃに対応していない箇所、および、リード線接続部５１ｂに近い端部を覆うように、ハロゲン光源５１の背面側（導光部材の位置とは逆側）から集光部材カバー５２ａに対して取り付けられている。このように、ランプカバー５７は、ハロゲン光源５１の集光部材カバー５２ａが覆っていない箇所を覆う。

ハロゲン光源５１、集光部材５２およびランプカバー５７等が取り付けられた枠体５８（すなわち光照射装置５０）を、擬似太陽光照射装置に取り付けることで、ハロゲン光源５１を擬似太陽光照射装置に組み込むことができる。

図９は、本実施例の上記擬似太陽光照射装置におけるハロゲン光源５１周辺の一部の構成を示す斜視図である。各フィラメント５１ｃに対応する位置に、導光部材３が配置されている。

本実施例では、導光部材３の厚みｔは、ハロゲン光源５１の発光管５１ａの径以上であり、具体的には１．５倍の３０ｍｍである。これにより、ハロゲン光源５１から出射された光の大部分を導光部材３に入射させることができ、迷光の量を抑制することができる。

また、導光部材３における光の入射面の幅ｗは、ハロゲン光源１のフィラメント５１ｃの長さ４０ｍｍと等しくしている。そして、導光部材３における光の入射面と出射面との距離Ｌは、入射面の幅ｗ（＝４０ｍｍ）と比較して、２４０ｍｍ（ｗの６倍）と長く構成している。また、導光部材３の材質を、中赤外線以上の波長の赤外線に対する吸収性の有する硝材であるホウケイ酸クラウンガラスとしている。上述したようにホウケイ酸クラウンガラスでは、１０ｍｍの距離を伝播する場合、中赤外線以上の赤外線の吸収率は９０％以上（透過率１０％未満）である。従って、Ｌ＝２４０ｍｍの導光部材３におけ中赤外線以上の赤外線の吸収率は、ほぼ１００％となる。

これにより、被測定物２１に照射される中赤外線以上の赤外線の量をより一層低減させることができる。その結果、被測定物２１の温度上昇を抑制し、測定精度を向上させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、擬似太陽光照射装置に利用することができる。

１，５１ ハロゲン光源（第１光源）
１ａ，５１ａ 発光管
３ 導光部材
３ａ 入射面
３ｂ 出射面
４ 光学フィルタ（光学部材）
５ 波長選択部材（混合部材）
６ 光結合部材（混合部材）
８ 導光板
１１ キセノン光源（第２光源）
２０ 光導入部
２１ 被測定物
１００ 擬似太陽光照射装置

Claims (8)

1. 第１光源および第２光源と、
   前記第１光源からの光のうち所定波長よりも長波長側の光と、前記第２光源からの光のうち前記所定波長よりも短波長側の光とを混合する混合部材とを備え、
   前記混合部材により混合された光を擬似太陽光として照射する擬似太陽光照射装置であって、
   前記第１光源と前記混合部材との間に、中赤外線以上の波長の赤外線に対する吸収率が９５％以上となる長さである導光部材を備えることを特徴とする擬似太陽光照射装置。
2. 前記導光部材は、ホウケイ酸クラウンガラスであることを特徴とする請求項１に記載の擬似太陽光照射装置。
3. 前記第１光源は、ハロゲンランプであることを特徴とする請求項１または２に記載の擬似太陽光照射装置。
4. 前記導光部材における、前記第１光源からの光が入射する入射面と、前記混合部材へと光を出射する出射面との距離が、前記入射面の幅の６倍以上であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の擬似太陽光照射装置。
5. 前記第１光源は、発光管を有しており、
   前記導光部材の厚さは、前記発光管の直径以上であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の擬似太陽光照射装置。
6. 前記第１光源は、発光管を有しており、
   前記導光部材の厚さは、前記発光管の直径の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の擬似太陽光照射装置。
7. 光源と、
   前記光源からの光を用いて擬似太陽光を被測定物に照射する導光板と、
   前記光源から出射された光を前記導光板の方向に導くための導光部材とを備えた擬似太陽光照射装置であって、
   前記導光部材は、前記被測定物への中赤外線以上の波長の赤外線の入射量を低減するために、中赤外線以上の波長の赤外線成分の一部を吸収する機能を有することを特徴とする擬似太陽光照射装置。
8. 光源と、
   前記光源からの光のスペクトルを調整する光学部材と、
   前記光学部材により調整された光を用いて擬似太陽光を照射する導光板と、
   前記光源から出射された光を前記光学部材に入射させるための導光部材とを備えた擬似太陽光照射装置であって、
   前記導光部材は、前記光源から出射された光の中の中赤外線以上の波長の赤外線成分の一部を、前記光学部材に入射する前に吸収することを特徴とする擬似太陽光照射装置。
   

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