JP2010261833A - 擬似太陽光照射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】擬似太陽光照射ボックス6の上面6Bから被照射面10Aに向けて擬似太陽光を直接照射し、かつ、前記擬似太陽光照射ボックス6の下面6Aからの擬似太陽光を反射面8で反射させ前記直接照射した擬似太陽光による照度が他の箇所よりも不足した箇所を補うように前記被照射面10Aを照射するとともに、光拡散効果を有する拡散部材80を、前記擬似太陽光照射ボックス6と前記被照射面10Aの間に設け、前記拡散部材80の中央部Waには、前記反射面8に起因する照射むらを打ち消し可能な光拡散効果を持たせ、前記拡散部材80の周辺部Wbの光拡散効果を前記中央部Waよりも弱めた。
【選択図】図9
Description
この種の擬似太陽光照射装置においては、キセノンランプ等の光源を箱体の中に設置し、箱体の放射面に光学フィルタを設けて擬似太陽光を放射する照射ボックスが用いられており、この照射ボックスの中に光源を挟んだ形態で反射板を設けて装置の小型化及び低コスト化を図ったものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、照射ボックスの中に上下に対向して反射板を設けるため、その分メンテナンス作業に労を要する。そこで、近年では、照射ボックスの放射面に対向して光拡散性を有する反射板を配置し、この反射板の反射光を被照射体に照射する、拡散光照射方式の擬似太陽光照射装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
そこで、光拡散性を有する拡散板を光源と照射面との間に配置し、直接光及び反射光を拡散板で拡散して照射面に照射する構成とすれば、反射板の境界部分によって生じる照度むらを解消することができる。
すなわち、照度むらを打ち消すために光拡散効果の高い拡散板を用いると、照射面での照度が低下する。特に、光源からみて遠方側(照射面の縁部)での照度低下が顕著となり、照射面に全体的な照度むらを生じさせる、という問題がある。
また、光拡散効果が低い拡散板を用いると、反射板の境界部分により生じる照度むらを十分に打ち消すことができない、という問題がある。
また、光拡散効果を有する拡散部材を、擬似太陽光照射ボックスと被照射面の間に設け、拡散部材の中央部には、反射面に起因する照射むらを打ち消し可能な光拡散効果を持たせつつ周辺部の光拡散効果を中央部よりも弱めたため、被照射面での縁部での照度の落ち込みを抑制することができる。これにより、被照射面の照度の均一性を保ちつつ、反射面に起因する照度むらを解消することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る擬似太陽光照射装置1の構成を模式的に示す縦断面図である。
擬似太陽光照射装置1は、複数の角柱状のフレーム2を組んで構成された、長さが略2300mm、幅が略1300mm、高さが略1180mmの寸法の格子状の枠体4を有する。この枠体4の長さ方向において対面する側面間に、擬似太陽光を放射する擬似太陽光照射ボックス6を渡設し、この擬似太陽光照射ボックス6の下面6Aに対向させて反射面8を配置すると共に、擬似太陽光照射ボックス6の上面6Bに対向させて太陽電池パネル等の平坦な被照射面10Aを有する被照射体10を配置して構成されており、枠体4の四方の各側面は遮光板(図示せず)で覆われている。
上記被照射体10は、枠体4の上に取り付けられた試料支持枠12に載置されることで、上記擬似太陽光照射ボックス6から所定の距離Lだけ離間した位置に被照射面10Aが配置されている。
また、擬似太陽光照射ボックス6と被照射面10Aの間には、後述する拡散部材80が擬似太陽光照射ボックス6からみて被照射面10Aの全体を覆うように設けられている。
擬似太陽光照射ボックス6は、左右の両側面20A、20Bを構成する長尺の板状の一対のフレーム24と、各フレーム24に嵌め込まれて略平坦な上面6B及び下面6Aを構成する2枚のIRカットフィルタ26、27と、これらフレーム24及びIRカットフィルタを組み留めるL字金具28を有し、幅が106mm程度、高さが36mm程度の柱状に構成されており、その中に、2本の直管型のランプ(線状光源)22、23が収容されている。これらランプ22、23にはキセノンランプ等が用いられており、擬似太陽光照射時には、パルス点灯されて瞬間的に光を発する。
図3は被照射面10Aにおける直接光による照度分布を示す図であり、図4は図3のI−I線上に沿った照度分布を示す図である。なお、図3に示す点Oは、直線状に配列したランプ22、23の中央の位置(ランプ22、23の間の間隙42の位置)を示す。
一般的には、ランプ22、23の近傍が最も照度が高くなるものの、擬似太陽光照射ボックス6の各放射面においては上記のように裏面反射が生じているため、下面6AのIRカットフィルタ27にて裏面反射した光が上面6Bの放射面から幅方向に拡散放射される。この結果、図3及び図4に示すように、被照射面10Aの直射光による照度分布は、ランプ22、23からみた両側にピークPk1、Pk2を有し、そして各ピークPk1、Pk2から幅方向に離れるにつれてなだらかに照度が低下した分布となる。このため、被照射面10Aでは直接光の照射だけの場合、ランプ22、23に直交する方向において、ピークPk1、Pk2に対して照度が不足する3つの領域Ra〜Rcが発生することになる。
これらの図に示すように、上記反射板30は、上記擬似太陽光照射ボックス6に沿って略平行に延在する表面が金属の板材であり、この反射板30と、反射板30を保持する保持具31とにより上記反射装置32が構成されている。そして、枠体4の底床4A上に、複数(本実施形態では18個)の反射装置32が並設されることで、複数の反射板30が敷き詰められて設けられ、これらの反射板30により上記反射面8が形成されている。
この図に示すように、左半分の各反射板30の反射光は、被照射面10Aの概ね左半分に向けて照射されており、また、図示を省略した右半分の各反射板30の反射光の軌跡についても左半分の軌跡と擬似太陽光照射ボックス6を中心に対称になされており、被照射面10Aの略全面に擬似太陽光の反射光が照射される。
このとき、照度が不足する領域Ra〜Rc(図7ではRa、Rbのみ示す)ごとに、複数の反射板30からの反射光を照射する構成としている。これにより、各領域Ra〜Rcに照射する反射光の照度を多段階に調整することが可能となり、各領域Ra〜Rcにおける照度不足に応じて精度よく反射光を振り分け、被照射面10Aでの均斉度が高められる。
このように、ランプ22及びランプ23の間に間隙42が存在すると、擬似太陽光照射ボックス6では長手方向の輝度分布において間隙42が暗くなるため、被照射面10Aの直接光による照度分布においても間隙42に対向した箇所での照度が低下する。
これにより、前掲図3に示すように、被照射面10Aの照度分布においては、ランプ22、23の長軸方向に沿った照度むらを防止することが可能となる。このため、ランプ22、23の長軸方向に沿った照度を反射光により補う必要がないため、被照射面10Aでの反射光による照度の補正が容易となる。
そこで、本実施形態では、前掲図1に示すように、擬似太陽光照射ボックス6と被照射面10Aの間に、擬似太陽光照射ボックス6からみて被照射面10Aの全体を覆うように拡散部材80を設けている。
ただし、本実施形態の拡散部材80は、全面に亘り単一の光拡散効果を有するものではなく、擬似太陽光照射ボックス6の上方に位置する中央部と、この周囲の周辺部とで光拡散効果の強弱を異ならせている。
拡散部材80は、擬似太陽光に対して光学的に透明なアクリル板をベース板81として備え、該ベース板81の表面に、光拡散効果を有する2種の第1拡散板82及び第2拡散板83を敷き詰めて構成されている。第1拡散板82及び第2拡散板83は、それぞれ例えば片面型付きの所定寸法(本実施形態では300mm×300mm)の矩形の板材であり、型の荒さにより光拡散効果の強弱が異なっている。
このように、ベース板81に第1拡散板82及び第2拡散板83を敷き詰めて構成したため、第1拡散板82及び第2拡散板83の製造ばらつき等により所望の光拡散効果が得られていない場合に、所望の箇所の第1拡散板82及び第2拡散板83だけを簡単に交換することができる。
この図のラインG−82で示されるように、第1拡散板82は、光拡散効果が高く、反射面8に起因する照度むらを打ち消すのに十分な効果を有している。一方、第2拡散板83は、ラインG−83で示されるように、第1拡散板82よりも光拡散効果が弱く、この第2拡散板83を単体で用いた場合には、反射面8に起因する照度むらが打ち消しきれていない。
このため、第1拡散板82を単体で用いた場合には、反射面8に起因する照度むらは打ち消されるものの、被照射面10Aの両端部で照度が低下し、該被照射面10Aの全体の照度の均一性が維持されなくなる。
すなわち、この周辺部Wbに第2拡散板83を配置することで、第1拡散板82に比べて被照射面10Aの端部に向かう光の光量が増加するため、該第1拡散板82を配置したときよりも被照射面10Aの両端部での照度が高められ、該被照射面10Aの全体の照度の均一性が維持される。
本実施形態では、図9に示すように、ランプ22、23の真上に該ランプ22、23からみて左右に幅500mm(全幅1000mm)の被照射面10Aを配置し、被照射面10Aから離間距離hが約300mmの位置に拡散部材80を配置している。また本実施形態ではランプ22、23から拡散部材80までの距離を220mm、ランプ22、23から反射面8までの距離を300mmとし、該反射面8は左右対称に、その幅が630mmとされている。
上記中央部Wa及び周辺部Wbは、左右対称に設定し、その幅を、被照射面10Aから拡散部材80までの離間距離hに相当する300mmに設定している。
かかる構成により、前掲図8のラインFで示したように、被照射面10Aにおいて全体の照度の均一性を維持しつつ反射面8の照度むらが抑えられている。
すなわち、図11に示すように、上記中央部Waを400mm、周辺部Wbを200mmとし(ラインJ1)、また、上記中央部Waを500mm、周辺部Wbを100mmとして(ラインJ2)測定すると、中央部Waの幅が広がるほど、中央部Wa、周辺部Wb共に300mmの場合(ラインI)に比べ、点線Rで囲んだ端部での照度の低下が大きくなる。
これとは逆に、図12に示すように、上記中央部Waを200mm、周辺部Wbを400mmとし(ラインK1)、また、上記中央部Waを100mm、周辺部Wbを500mmとして(ラインK2)測定すると、周辺部Wbの幅が広がるほど、中央部Wa、周辺部Wb共に300mmの場合(ラインI)に比べ、反射面8に起因する照度むらが目立つようになる。
また、光拡散効果を有する拡散部材80を、擬似太陽光照射ボックス6と被照射面10Aの間に設け、拡散部材80の中央部Waには、反射面8に起因する照射むらを打ち消し可能な光拡散効果を持たせつつ周辺部Wbの光拡散効果を中央部Waよりも弱めたため、被照射面10Aでの端部での照度の落ち込みを抑制することができる。これにより、被照射面10Aの照度の均一性を保ちつつ、反射面に起因する照度むらを解消することができる。
2 フレーム
6 擬似太陽光照射ボックス
10 被照射体
10A 被照射面
12 試料支持枠
22、23 ランプ
26、27 IRカットフィルタ
80 拡散部材
81 ベース板
82 第1拡散板
83 第2拡散板
Wa 中央部
Wb 周辺部
h 離間距離
Claims (3)
- 線状光源を収容し、上面及び下面に放射面が形成され各放射面に光学フィルタが設けられた擬似太陽光照射ボックスを有し、
前記擬似太陽光照射ボックスの上面に対向させて被照射体の被照射面を配置すると共に、前記擬似太陽光照射ボックスの下面に対向させて反射面を設け、
前記擬似太陽光照射ボックスの上面から前記被照射面に向けて擬似太陽光を直接照射し、かつ、前記擬似太陽光照射ボックスの下面からの擬似太陽光を前記反射面で反射させ前記直接照射した擬似太陽光による照度が他の箇所よりも不足した箇所を補うように前記被照射面を照射するとともに、
光拡散効果を有する拡散部材を、前記擬似太陽光照射ボックスと前記被照射面の間に設け、前記拡散部材の中央部には、前記反射面に起因する照射むらを打ち消し可能な光拡散効果を持たせ、前記拡散部材の周辺部の光拡散効果を前記中央部よりも弱めた
ことを特徴とする擬似太陽光照射装置。 - 前記周辺部の幅を、前記拡散部材と前記被照射面の距離と等しくした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。
- 前記擬似太陽光に対して光学的透明なベース板に、光拡散効果を有する所定寸法の拡散板を敷き詰めて前記拡散部材を構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の擬似太陽光照射装置。
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