JP2013098348A - Pseudo sunlight irradiation device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a pseudo-sunlight irradiation device that emits pseudo-sunlight.
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。 The importance of solar cells as a clean energy source is recognized, and the demand for solar cells is increasing. Solar cells are used in a wide range of fields, from power energy sources for large equipment to small power sources for precision electronic equipment. In order for solar cells to be widely used in various fields, various inconveniences are expected on the side of using solar cells unless the characteristics of the solar cells, particularly the output characteristics, are measured accurately. For this reason, the technique which can irradiate a large area with artificial high precision artificial sunlight which can be utilized for the test | inspection of a solar cell, a measurement, and an experiment is calculated | required.
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。 The main elements required for simulated sunlight are that the emission spectrum of simulated sunlight is close to that of standard sunlight (established by Japanese Industrial Standards), and that the illuminance of simulated sunlight is comparable to that of standard sunlight. It is. Therefore, a simulated sunlight irradiation device has been developed as a device for irradiating such simulated sunlight. The pseudo-sunlight irradiation device is generally used to measure the amount of power generated by a solar cell by irradiating artificial light with a uniform illuminance (pseudo-sunlight) on the light receiving surface of the solar cell.
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。 Patent Document 1 discloses a simulated solar irradiation device (solar simulator) in which halogen lamps and xenon lamps are installed in adjacent individual chambers. Specifically, this simulated solar light irradiation device includes a dedicated optical filter in the upper open portion of each lamp. Thereby, the artificial sunlight by lighting of a lamp | ramp is irradiated from the downward direction with respect to the light-receiving surface of a solar cell. Furthermore, this pseudo-sunlight irradiation apparatus is provided with a reflecting plate in the room where each lamp is installed. Thereby, the illuminance unevenness of the lamp is adjusted. It also describes that a cooling device such as a suction fan is provided on the side wall so as to communicate with each chamber in which each lamp is installed.
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。 However, in the technique described in Patent Document 1, light having a long wavelength such as a mid-infrared ray or a far-infrared region contained in light emitted from a lamp is irradiated to a solar cell that is a measurement object. When such a long wavelength light is irradiated on the solar cell, the temperature value of the solar cell rises and the characteristic value such as the IV characteristic of the solar cell changes, resulting in an error in the measurement result. There's a problem.
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。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to realize a simulated solar light irradiation apparatus that can suppress the occurrence of an error in the characteristic value of an object to be measured.
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。 The simulated solar light irradiation apparatus of the present invention includes a first light source and a second light source, light having a longer wavelength than a predetermined wavelength among light from the first light source, and the predetermined light among light from the second light source. A pseudo-sunlight irradiating device that irradiates the light mixed by the mixing member as pseudo-sunlight, comprising a mixing member that mixes light having a wavelength shorter than the wavelength, wherein the first light source and the mixing member The light guide member having a length such that the absorptance with respect to infrared rays having wavelengths longer than or equal to the middle infrared ray is 95% or more is provided.
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。 According to said structure, the light guide member which is the length from which the absorptivity with respect to the infrared rays of a wavelength more than a mid-infrared becomes 95% or more is provided between a 1st light source and the said mixing member. As a result, most of the infrared light having a wavelength equal to or greater than the mid-infrared wavelength of the light emitted from the first light source is absorbed by the light guide member, thereby reducing the amount of infrared light having a wavelength equal to or greater than the mid-infrared included in the pseudo-sunlight. be able to. As a result, it is possible to suppress measurement errors caused by temperature rise of the object to be measured due to light having a long wavelength such as mid-infrared or higher.
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。 Furthermore, in the simulated solar lighting device of the present invention, the light guide member is preferably borosilicate crown glass. Borosilicate crown glass has a tendency that the light absorption rate increases as the wavelength increases from near mid-infrared. In the borosilicate crown glass, the absorptance with respect to most of the infrared rays over the mid-infrared when propagating a distance of 10 mm is 90% or more (transmittance less than 10%). Thereby, even if it is a light guide member of comparatively short length, the infrared rays of a wavelength more than a mid-infrared can be easily absorbed with a light guide member. The first light source is, for example, a halogen lamp.
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。 Furthermore, in the simulated solar lighting device of the present invention, a distance between an incident surface on the light guide member on which light from the first light source is incident and an exit surface on which light is emitted to the mixing member is the incident surface. It is preferable that the width is 6 times or more.
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。 According to said structure, the absorption factor of the infrared rays of the wavelength more than the middle infrared by a light guide member can be raised, and the quantity of the infrared rays of the wavelength more than the middle infrared contained in pseudo-sunlight can be reduced further. .
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。 Furthermore, in the simulated solar lighting device of the present invention, it is preferable that the first light source has an arc tube, and the thickness of the light guide member is not less than the diameter of the arc tube. Furthermore, the thickness of the light guide member is more preferably 1.5 times or more the diameter of the arc tube.
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。 According to the above configuration, most of the light emitted from the first light source can be incident on the light guide member, and the amount of light (stray light) incident on the object to be measured without passing through the light guide member can be reduced. Can be made. Such stray light affects the characteristic value of the object to be measured. Therefore, the measurement error of the object to be measured can be further reduced by reducing the amount of stray light.
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。 In addition, the simulated sunlight irradiation device of the present invention includes a light source, a light guide plate that irradiates the object to be measured with simulated sunlight using light from the light source, and a direction of the light guide plate that emits light emitted from the light source. A pseudo-sunlight irradiating device including a light guide member for guiding the light to the measurement object, wherein the light guide member has a mid-infrared ray in order to reduce the amount of incident infrared rays having a wavelength equal to or greater than the mid-infrared ray to the object to be measured. It has a function of absorbing part of the infrared component having the above wavelength.
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。 Moreover, the simulated sunlight irradiation device of the present invention includes a light source, an optical member that adjusts a spectrum of light from the light source, a light guide plate that irradiates simulated sunlight using light adjusted by the optical member, A pseudo-sunlight irradiating device comprising a light guide member for causing the light emitted from the light source to enter the optical member, wherein the light guide member is a mid-infrared ray in the light emitted from the light source A part of the infrared component having the above wavelength is absorbed before entering the optical member.
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。 Even with the above configuration, a part of infrared light having a wavelength equal to or greater than the mid-infrared wavelength of the light emitted from the light source is absorbed by the light guide member, thereby reducing the amount of infrared light having a wavelength equal to or greater than the mid-infrared included in the pseudo-sunlight. Can be made. As a result, it is possible to suppress a measurement error caused by a temperature rise of the object to be measured due to light having a long wavelength longer than the mid-infrared.
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。 According to the simulated sunlight irradiation device of the present invention, there is an effect that it is possible to suppress the occurrence of an error in the characteristic value of the object to be measured.
[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。
[Embodiment 1]
(Configuration of pseudo-sunlight irradiation device 100)
An embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, a simulated sunlight irradiation apparatus (light irradiation apparatus) 100 that irradiates the
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。
As shown in FIG. 1, the simulated solar
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。
In the following description, the irradiation surface side of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
(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。
(Configuration of light introducing unit 20)
The configuration of the
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。
The
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。
The
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。
The halogen light source 1 includes a cylindrical arc tube 1a having an axial direction in the y direction and a circular cross section in the xz plane, two
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。
As shown in FIG. 1, the halogen light source 1 is surrounded by the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The condensing
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。
The
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。
The
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。
The
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。
In this way, the light from the halogen light source 1 and the light from the
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。
The
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。
FIG. 3 is a diagram showing the transmittance for light incident on the
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。
More specifically, the light emitted from the halogen light source 1 includes many components on the long wavelength side necessary for the pseudo-sunlight. On the other hand, the emitted light from the
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。
For example, assume that light having a wavelength of 700 nm or more is used as the light from the halogen light source 1 and light from the
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。
As described above, the
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。
The
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。
The
(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。
(Principle of simulated sunlight irradiation)
Since the halogen light source 1 and the
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。
Accordingly, the light emitted from the halogen light source 1 and the
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。
The advantage of aligning the directivity of light by the
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。
However, if the
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。
Thus, since highly directional light is incident on the
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。
In addition, since the simulated solar
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。
Only one of the
(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。
(Light guide member)
Since the halogen light source 1 and the
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。
Therefore, the thickness t of the
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。
In order to form a thick
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。
In addition, the
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。
Infrared rays equal to or higher than the mid-infrared contained in the light emitted from the
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。
However, in the present embodiment, the
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。
Specifically, it is preferable to use, as the
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。 Further, when the amount of irradiation light is very large, it may be advantageous not to transmit the infrared region as much as possible.
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。
Then, the distance L between the
1-((100-a) / 100) L / 10
It becomes.
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。
For example, when a borosilicate crown glass is used as the
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。
Thus, by setting the length L of the
(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。
(Other)
In the above description, the
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。
Below, the Example of the simulated
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。
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the simulated solar
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。
In FIG. 5, the position at which the
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。
On both sides of the
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。 Since the halogen light source 1 is difficult to manufacture as long as one side of the solar cell due to its characteristics, a plurality of halogen light sources 1 having a filament length of about 40 mm are used side by side.
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。
A
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。
The light from the halogen light source 1 and the light from the
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。
Here, the
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。 Hereinafter, another embodiment of the simulated solar light irradiation apparatus will be described.
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。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the
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。
Each
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)。
In order to supply light of illuminance at the sunlight level to a large-area solar cell, each
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。
If the size of the
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。
FIG. 7 is a perspective view showing a detailed configuration of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
FIG. 9 is a perspective view showing a partial configuration around the
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。
In this embodiment, the thickness t of the
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。
The width w of the light incident surface of the
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。
Thereby, the amount of infrared rays equal to or higher than the mid-infrared ray irradiated on the device under
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in the embodiments are also included. It is included in the technical scope of the present invention.
本発明は、擬似太陽光照射装置に利用することができる。 The present invention can be used for a simulated solar light irradiation apparatus.
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
1,51 Halogen light source (first light source)
DESCRIPTION OF
5 Wavelength selection member (mixing member)
6 Optical coupling member (mixing member)
8
20
Claims (8)
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。 A first light source and a second light source;
A mixing member that mixes light having a longer wavelength than the predetermined wavelength among the light from the first light source and light having a shorter wavelength than the predetermined wavelength among the light from the second light source;
A pseudo-sunlight irradiation device that irradiates light mixed by the mixing member as pseudo-sunlight,
A pseudo-sunlight irradiating device comprising a light guide member having a length with which an absorptance with respect to an infrared ray having a wavelength equal to or greater than a middle infrared ray is 95% or more between the first light source and the mixing member.
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。 The first light source has an arc tube,
5. The simulated solar light irradiation apparatus according to claim 1, wherein a thickness of the light guide member is equal to or greater than a diameter of the arc tube.
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。 A light source;
A light guide plate that irradiates the object to be measured with simulated sunlight using light from the light source;
A pseudo-sunlight irradiation device comprising a light guide member for guiding light emitted from the light source toward the light guide plate;
The light guide member has a function of absorbing a part of an infrared component having a wavelength equal to or greater than the mid-infrared wavelength in order to reduce an amount of incident infrared rays having a wavelength equal to or greater than the mid-infrared wavelength to the object to be measured. Simulated sunlight irradiation device.
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。 A light source;
An optical member for adjusting a spectrum of light from the light source;
A light guide plate that emits simulated sunlight using light adjusted by the optical member;
A pseudo-sunlight irradiating device comprising a light guide member for causing light emitted from the light source to enter the optical member,
The pseudo-light irradiation device, wherein the light guide member absorbs part of an infrared component having a wavelength equal to or greater than a mid-infrared wavelength in the light emitted from the light source before entering the optical member.
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