JP2008282663A - 光源装置および擬似太陽光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スペクトル変換フィルタから出射される光のスペクトル分布が場所的に一様な光を出射することのできる光源装置、スペクトル変換フィルタから出射される光の照度が場所的に一様な光を出射することのできる光源装置を提供することにあり、また、太陽電池に照射後反射された光が再び太陽電池に照射されることを防止した擬似太陽光照射装置を提供すること。
【解決手段】長尺フラッシュランプ１と、長尺フラッシュランプ１の中心軸と同心円筒状に形成されたスペクトル変換フィルタ３とからなり、長尺フラッシュランプ１からスペクトル変換フィルタ３に入射する光の入射角を略０度にしたことを特徴とする光源装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置および擬似太陽光照射装置に係り、特に、長尺フラッシュランプから放射される光の照射スペクトルの均一化等を図った光源装置および擬似太陽光照射装置に関する。

図５は、従来技術に係る擬似太陽光照射装置に使用される光源装置の構成を示す断面図である。
同図において、１０１はソーラシミュレータに用いられる長尺ランプとして代表的な長尺キセノンフラッシュランプ、１０２は長尺キセノンフラッシュランプ１０１を冷却するために設けられた冷却用ガラス管、１０３は長尺キセノンフラッシュランプ１０１から放射された光を反射してスペクトル変換フィルタ１０４に向けて放射する反射鏡、１０４は長尺キセノンフラッシュランプ１０１または反射鏡１０３から放射された光を入射して不図示の太陽電池モジュールに所望のスペクトル分布を有する光を出射するスペクトル変換フィルタである。ここで、長尺キセノンフラッシュランプ１０１の中心軸は紙面に垂直な方向に配置され、長尺キセノンフラッシュランプ１０１の中心軸と平行にスペクトル変換フィルタ１０４が配置されている。

図６は、図５と同様の従来技術に係る擬似太陽光照射装置に使用される光源装置の構成を示す断面図である。
同図において、１０５は長尺キセノンフラッシュランプ１０１から放射された光および反射鏡１０３から反射された光を反射してスペクトル変換フィルタ１０４に向けて放射する凹面状反射鏡、１０６は長尺キセノンフラッシュランプ１０１または凹面状反射鏡１０５から放射された光を入射して不図示の太陽電池モジュールに所望のスペクトル分布を有する光を出射するスペクトル変換フィルタである。なお、その他の構成は図５に示した同符号の構成に対応する。
特開２００２−４８７０４公報 特開２００２−２９６３１９号公報 特開２００３−２８７８５号公報

図５に示すような従来の光源装置では、スペクトル変換フィルタ１０４に入射する光の経路はａｉ０〜ａｉ７０に示すごとく、種々の異なる入射角で入射される。スペクトル変換フィルタ１０４に入射される光の入射角が異なると、スペクトル変換フィルタ１０４から出射される光のスペクトル分布が異なってしまう。出射された光のスペクトル分布が異なると不図示の太陽電池モジュール等に照射される際に、照射場所によって異なるスペクトル分布を有する光が照射されてしまう問題がある。

また、図６に示す光源装置の構成においても、スペクトル変換フィルタ１０６にも種々の異なる入射角の光が入射されるので、スペクトル変換フィルタ１０６から出射される光のスペクトル分布が異なってしまう。出射された光のスペクトル分布が異なると不図示の太陽電池モジュール等に照射される際に、照射場所によって異なるスペクトル分布を有する光が照射されてしまう問題がある。

以下に、従来技術に示す光源装置では、照射場所によりスペクトル分布が異なり、場所ムラが発生する理由について説明する。
一般に、光学フィルタは、入射光の入射角が０度（法線方位）であることを前提として設計されているが、仮に入射光に０度以外の入射光成分が存在すると、出射光の波長特性は、０度の入射光だけの場合と異なってくる。実際に、入射角が０度、１０度、２０度、３０度……と変化する場合の波長カットフィルタの入射角の変化による透過率の変化について調べた。ここで使用した波長カットフィルタは、入射角０度の場合、基準波長５１２ｎｍの透過率を長波長側透過率の約半分の４２％とし、４５０ｎｍ以下はカットする仕様を持つ。この波長カットフィルタに対し、入射角度を０度から５０度へと変化させると、透過率曲線が短波長側へ移動し、カット波長も４５０ｎｍから４２５ｎｍへと短波長側へ２５ｎｍだけシフトした。すなわち、入射角度が０度から５０度へと大きくなるにつれ、波長カットフィルタを透過した光が、所期の波長以下においてカットすることができず、設計上の所望の性能が得られなかった。この例に限らず、スペクトル変換フィルタについても、入射角０度の光に、これと異なる入射角成分が加わると、スペクトル変換フィルタが本来有している出射光の分光純度が低下することが知られている。スペクトル変換フィルタの場合も波長カットフィルタと同様に山谷の特性を持つため、特定の波長帯において入射角が変わることにより、透過率が大きく変動する。

本発明の目的は、スペクトル変換フィルタから出射される光のスペクトル分布が場所的に一様な光を出射することのできる光源装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、スペクトル変換フィルタから出射される光の照度が場所的に一様な光を出射することのできる光源装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、照射対象物に照射後反射された光が再び照射対象物に照射されることを防止した擬似太陽光照射装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、長尺フラッシュランプと、該長尺フラッシュランプの中心軸と同心円筒状に形成されたスペクトル変換フィルタとからなることを特徴とする光源装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記長尺フラッシュランプと前記スペクトル変換フィルタとの間に、前記長尺フラッシュランプの中心軸と同心のワッシャー形状の隔壁を前記中心軸方向に一定の間隔を置いて複数個配置したことを特徴とする光源装置である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記スペクトル変換フィルタは、前記長尺フラッシュランプの中心軸方向に、複数個に分割されて直列に接続されていることを特徴とする光源装置である。
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記スペクトル変換フィルタの外側に、前記長尺フラッシュランプの中心軸方向に、透過率の異なる複数個に分割されて直列に接続された機械メッシュフイルタが配置されていることを特徴とする光源装置である。
第５の手段は、第１の手段ないし第４の手段のいずれか１つの手段に記載の光源装置と、該光源装置と照射対象物との間に表面に反射防止処理部材が設けられた透明ガラスとを配置し、前記照射対象物に照射後反射された光を前記反射防止処理部材で吸収するようにしたことを特徴とする擬似太陽光照射装置である。

請求項１に記載の発明によれば、スペクトル変換フィルタによるスペクトル変換後の出射光のスペクトル分布の場所的ムラを解消することができる。
請求項２に記載の発明によれば、スペクトル変換フィルタに対する長尺フラッシュランプからの主たる入射光以外の迷光の入射比率を低下させ、より一層スペクトル変換後の出射光のスペクトル分布の場所的ムラを解消することができる。
請求項３に記載の発明によれば、スペクトル変換フィルタの製作費および交換の手間を小さくすることができる。
請求項４に記載の発明によれば、長尺キセノンフラッシュランプの中心軸方向の中央付近と両端付近の照度を均一化することができる等、長尺キセノンフラッシュランプの中心軸方向の照度ムラを解消することができる。
請求項５に記載の発明によれば、照射対象物と透明ガラスとの間での多重反射を解消することができ、照射対象物の測定データへの悪影響を防止することができる。

本発明の第１の実施形態を図１を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る擬似太陽光照射装置に使用される光源装置の構成を示す断面図である。
同図において、１はソーラシミュレータに用いられる長尺ランプとして代表的なランプであって、紙面に垂直な方向に中心軸が配置された長尺キセノンフラッシュランプ、２は長尺キセノンフラッシュランプ１を冷却するために、長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸と同心円筒状に形成された冷却用ガラス管、３は長尺キセノンフラッシュランプ１から放射された光を入射して不図示の太陽電池モジュールに所望のスペクトル分布を有する光を出射するために、冷却用ガラス管２の外側に、長尺キセノンフラッシュランプの中心軸と同心円筒状に形成されたスペクトル変換フィルタ、４はスペクトル変換フィルタ３の周辺に設けられ、スペクトル変換フィルタ３から放射された光を所望の方向に反射するために設けられた反射板である。

同図に示すように、本実施形態の光源装置によれば、スペクトル変換フィルタ３は、長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸と同心円筒状に配置されているので、長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸から３６０度方向に放射され、スペクトル変換フィルタ３に入射する光の経路はａｉ０〜ａｉ０に示すごとく、入射角は略０度で入射される。つまり、スペクトル変換フィルタ３から長尺キセノンフラッシュランプ１の管径の見込み角をαとするとき、入射角θ１は見込み角αの１／２となり、入射角θ１は見込み角α内に制限され、スペクトル変換フィルタ３に対する長尺キセノンフラッシュランプ１からの入射光の入射角θ１を長尺キセノンフラッシュランプ１の法線方位近くに制限することができる。その結果、スペクトル変換フィルタ３から３６０度方向に出射される光のスペクトル分布が同一となり、不図示の太陽電池モジュールに照射される際に、光のスペクトル分布が照射場所によって異ならず、同一のスペクトル分布を有する光を照射することができる。

また、スペクトル変換フィルタ３は、長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸と同心円筒状に配置されているが、長尺キセノンフラッシュランプ１と同一の長さを有するものに限定されるものではない。所定の長さ、例えば、１００ｍｍから２００ｍｍ、好ましくは１５０ｍｍ程度の長さに分割されたスペクトル変換フィルタを複数個接続して構成してもよい。このように分割されたスペクトル変換フィルタを複数個接続して構成することにより、スペクトル変換フィルタの製作費を軽減でき、交換の手間を少なくすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図２を用いて説明する。
図２は、本実施形態の光源装置に設けられる隔壁１２を拡大して示した長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸を通る断面図である。
同図において、１２は長尺フラッシュランプ１とスペクトル変換フィルタ３との間にある冷却用ガラス管２の内側に、長尺フラッシュランプ１の中心軸と同心でワッシャー形状に形成され、長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸方向に一定の間隔を置いて複数個設置された隔壁である。
同図において、各隔壁１２間の長さｄ、長尺キセノンフラッシュランプ１の管径をＤ、ワッシャー形状の隔壁１２の管径方向の長さをＨ、長さｄと管径Ｄの２辺を持つ長方形の外接円の直径をＡとするとき、直径Ａ＝ＳＱＲＴ（Ｄ^２＋ｄ^２）で与えられ、δ＝ａｔａｎ（Ａ／Ｈ）で与えられる。

上式の意味するところは以下の通りである。スペクトル変換フィルタ３から長尺キセノンフラッシュランプ１の管径Ｄを見込む角αと同様に、長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸方向の長さｄに対しても、これを見込む角βがあり、中心軸方向に対する見込み角βを制限するためには、隔壁１２によって長尺キセノンフラッシュランプ１からスペクトル変換フィルタ３に入射する光を制限する必要がある。このとき、管径方向と中心軸方向双方の見込み角γの効果は、２辺Ｄとｄを持つ長方形の外接円を底円とし、高さＨの円柱が持つ最大の見込み角γとして評価でき、その値はδで与えられる。

本実施形態の発明によれば、長尺キセノンフラッシュランプ１から放射された光は、ワッシャー形状の隔壁１２で制限されるため、スペクトル変換フィルタ３に入射される光の入射角θ２は、上記δ以下に制限される。この結果、スペクトル変換後の出射光のスペクトル分布の場所的均一度を確保することができる。なお、本実施形態では、隔壁１２を冷却用ガラス管２の内側に設置したが、冷却用ガラス管２の外側に設置しても同様の効果が得られる。

次に、本発明の第３の実施形態を図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態の発明に係る擬似太陽光照射装置に使用される光源装置の構成を示す断面図である。
同図において、５は、スペクトル変換フィルタ３の外側にあって、長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸方向に、光の透過率の異なる複数個が接続されて構成された機械メッシュフイルタである。なお、その他の構成は図１に示した同符号の構成に対応する。
同図に示すように、機械メッシュフイルタ５は、スペクトル変換フィルタ３によって波長変換されたスペクトル光を分光の対波長分布を変化させずに減光する目的で設けられるものであり、長尺キセノンフラッシュランプ１を中心にして対称的に配置される。機械メッシュフイルタ５の装着は、長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸方向に沿ってスライド挿入する。機械メッシュフイルタ５を配置することにより、長尺キセノンフラッシュランプ１から放射される光量および中心軸方向の照度ムラを調整することができる。

機械メッシュフイルタ５は１枚の部材で構成されるものに限定されず、例えば、長尺キセノンフラッシュランプ１の中心軸方向の照度分布は、中央部付近は高い照度分布を示し、両端付近では低い照度分布を示すので、長尺キセノンフラッシュランプ１の中央部から端部にかけて適宜の数に分割し、それぞれが予め計算された透過率を有する複数個を直列に接続された機械メッシュフイルタ５を配置する。機械メッシュフイルタ５をこのように構成することにより、小面積の機械メッシュフイルタ５で対応でき、機械メッシュフイルタ５の照度分布の調整が簡単となり、また全体として、機械メッシュフイルタ５のコストを低減化することができる。なお、照度分布の調整は、機械メッシュフイルタ５の他に、冷却用ガラス管２の外周を砂消しすることによっても対応可能である。

次に、本発明の第４の実施形態を図４を用いて説明する。
図４は、本実施形態の発明に係る擬似太陽光照射装置の構成を示す断面図である。
同図において、６は本発明の第１の実施形態ないし第３の実施形態のいずれかに記載された光源装置、７は、光源装置６から放射された光を反射して上方向に反射させる反射鏡、８は反射鏡７から反射された光を入射して拡散光Ｄｚを出射する光形成拡散板、９は光形成拡散板８から放射された拡散光Ｄｚを入射させる透明ガラス、１０は透明ガラス９表面上に化学処理によって形成された無反射コート、無反射シールまたは光形成拡散部材が貼り付けられた反射防止処理部材、１１は太陽電池や太陽電池モジュール等の照射対象物である。

同図において、光源装置６の長尺キセノンフラッシュランプから放射された入射角略０度の光はスペクトル変換フィルタを通過後、機械メッシュフイルタを使用している場合は、機械メッシュフイルタにより適切な照度に設定された光として出射され、出射光は反射鏡７に反射されて光形成拡散板８に入射される。光形成拡散板８に入射された光は光の方向性と均一性が高められた拡散光Ｄｚとして放射され、透明ガラス９に入射される。透明ガラス９に入射された光は透明ガラス９表面上に形成された反射防止処理部材１０を通って照射対象物１１に、場所的にムラのない均一なスペクトル分布を有した入射光Ｔｉとして入射される。照射対象物１１に入射された光のうち照射対象物１１表面で反射された光Ｔｒは反射防止処理部材１０に吸収され、反射防止処理部材１０から反射された光が再び太陽電池モジュール１１に入射されることを防止する。

同図において、透明ガラス９上に反射防止処理部材１０が設けられていない場合は、照射対象物１１と透明ガラス９間で、点線で示すような多重反射光Ｎｒが発生する。多重反射光Ｎｒは、照射対象物１１の面積に比例し、測定データに影響を与える。反射防止処理部材１０によって前記影響を取り除くことができる。また、透明ガラス９としては、例えば、３５０ｎｍから２０００ｎｍの波長帯において、８０％以上の透過率を有し、またこの波長帯において透過率の変動の少ない透明ガラスクラリティアを用いることができる。

第１の実施形態の発明に係る擬似太陽光照射装置に用いられる光源装置の構成を示す断面図である。 第２の実施形態の発明に係る擬似太陽光照射装置に用いられる光源装置の一部の構成を示す断面図である。 第３の実施形態の発明に係る擬似太陽光照射装置に用いられる光源装置の構成を示す断面図である。 第４の実施形態の発明に係る擬似太陽光照射装置の構成を示す断面図である。 従来技術に係る擬似太陽光照射装置の光源装置の構成を示す断面図である。 他の従来技術に係る擬似太陽光照射装置の光源装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 長尺キセノンフラッシュランプ
２ 冷却用ガラス管
３ スペクトル変換フィルタ
４ 反射板
５ 機械メッシュフイルタ
６ 光源装置
７ 反射鏡
８ 光形成拡散板
９ 透明ガラス
１０ 反射防止処理部材
１１ 照射対象物
１２ 隔壁

Claims (5)

1. 長尺フラッシュランプと、該長尺フラッシュランプの中心軸と同心円筒状に形成されたスペクトル変換フィルタとからなることを特徴とする光源装置。
2. 前記長尺フラッシュランプと前記スペクトル変換フィルタとの間に、前記長尺フラッシュランプの中心軸と同心のワッシャー形状の隔壁を前記中心軸方向に一定の間隔を置いて複数個配置したことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記スペクトル変換フィルタは、前記長尺フラッシュランプの中心軸方向に、複数個に分割されて直列に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記スペクトル変換フィルタの外側に、前記長尺フラッシュランプの中心軸方向に、透過率の異なる複数個に分割されて直列に接続された機械メッシュフイルタが配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項に記載の光源装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１つの請求項に記載の光源装置と、該光源装置と照射対象物との間に表面に反射防止処理部材が設けられた透明ガラスとを配置し、前記照射対象物に照射後反射された光を前記反射防止処理部材で吸収するようにしたことを特徴とする擬似太陽光照射装置。

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