JP2013191468A - Irradiation light amount control device and solar simulator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an irradiation light amount control device and a solar simulator configured to prevent a change in spectrum distribution and surface uniformity of irradiation light, and to reduce manufacturing cost.SOLUTION: An irradiation light amount control device is provided with: a mechanical dimming filter which blocks a part of luminous flux from a light source and dims light; an integrator element which is installed on the light emitting side of the mechanical dimming filter and forms light of optically uniform distribution; and a light diffusing element which is inserted between the mechanical dimming filter and the integrator element, and has a light diffusing function and a high-order diffraction light component shielding function.

Description

本発明は、照射光の減光機能を有する照射光量制御装置及びソーラシミュレータに関する。   The present invention relates to an irradiation light amount control device and a solar simulator having a function of reducing irradiation light.

例えば太陽電池パネル等の太陽光エネルギを利用する照射対象に対して、発生させた疑似太陽光を照射して光電変換特性の測定を行う、又は劣化特性試験を行うためのソーラシミュレータは公知である。   Solar simulators for measuring photoelectric conversion characteristics by irradiating generated pseudo-sunlight, for example, solar cells such as solar battery panels, or performing deterioration characteristics tests are known. .

この種のソーラシミュレータにおいて、照射光量を変化(減光)させる最も一般的な方法は、装置内で使用している光源(多くの場合、放電ランプ)の駆動電力を変える(低減する)方法である。しかしながら、このように駆動電力を変化させると、照射面内の均一性についてはさほど変化しないが、光源自体の発光特性が変わるため、照射光のスペクトル分布が大きく変化してしまう。   In this type of solar simulator, the most common method of changing (decreasing) the amount of irradiation light is to change (reduce) the driving power of the light source (in many cases, the discharge lamp) used in the apparatus. is there. However, when the drive power is changed in this way, the uniformity within the irradiation surface does not change much, but the light emission characteristics of the light source itself change, so the spectral distribution of the irradiation light changes greatly.

駆動電力を変えることなく、照射光の均一性を高めるための素子であるインテグレータ(インテグレータ光学系)の手前に機械的減光フィルタを挿入して減光する方法も存在する。しかしながら、この場合、インテグレータへ入射する光の入射角が乱れるため、照射光の面内の均一性が悪くなるという問題を有していた。特に、機械的減光フィルタの減光率が大きくなる(例えば、透過率50%以下)と、その値に応じてインテグレータに入射する光線に、回折による色収差が発生し、インテグレータを通過した後の照射光のスペクトル分布及び面内均一性が大幅に変化してしまうという不都合があった。   There is also a method of dimming by inserting a mechanical neutral density filter in front of an integrator (integrator optical system) which is an element for improving the uniformity of irradiation light without changing the driving power. However, in this case, since the incident angle of the light incident on the integrator is disturbed, there is a problem that the in-plane uniformity of the irradiated light is deteriorated. In particular, when the attenuation factor of the mechanical attenuating filter increases (for example, the transmittance is 50% or less), chromatic aberration due to diffraction occurs in the light incident on the integrator according to the value, and after passing through the integrator. There was a disadvantage that the spectral distribution and in-plane uniformity of the irradiated light changed significantly.

特許文献1には、光源部又はインテグレータから照射された光を、フィルタ用枠に取り付けられた金属線又は樹脂線からなるメッシュフィルタ、金属等からなる遮光フィルタ、色ガラスフィルタ等によって構成される機械的減光フィルタを通すことにより、光均一性を向上させようとするソーラシミュレータが開示されている。   Patent Document 1 discloses a machine configured by using light emitted from a light source unit or an integrator by a mesh filter made of a metal wire or a resin wire attached to a filter frame, a light shielding filter made of metal, a colored glass filter, or the like. A solar simulator is disclosed that attempts to improve light uniformity by passing through an optical neutral density filter.

特開2007−311085号公報JP 2007-311085 A

しかしながら、特許文献1に記載されているような照射光量の減光方法によっても、照射光のスペクトル分布及び面内均一性にかなりの変化が生じるという問題が発生し、さらに、機械的減光フィルタの構成が特殊であるためにコストが増大する。   However, even with the method of reducing the amount of irradiation light as described in Patent Document 1, there is a problem in that a considerable change occurs in the spectral distribution and in-plane uniformity of the irradiation light. The cost increases due to the special configuration.

従って本発明の目的は、照射光のスペクトル分布及び面内均一性がほとんど変化しない照射光量制御装置及びソーラシミュレータを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an irradiation light amount control device and a solar simulator in which the spectral distribution and in-plane uniformity of irradiation light hardly change.

本発明の他の目的は、製造コストが安価である照射光量制御装置及びソーラシミュレータを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an irradiation light quantity control device and a solar simulator that are inexpensive to manufacture.

本発明によれば、光源からの光束の一部を遮断して減光する機械的減光フィルタと、この機械的減光フィルタの光出射側に設けられており光学的に均一な分布の光を作成するインテグレータ素子と、機械的減光フィルタ及びインテグレータ素子間に挿入されており光拡散機能及び光の高次回折光成分遮断機能を有する光拡散素子とを備えた照射光量制御装置が提供される。   According to the present invention, a mechanical neutral density filter that blocks and attenuates a part of a light beam from a light source, and an optically uniform distribution of light that is provided on the light output side of the mechanical neutral density filter. And a light diffusing element inserted between the mechanical neutralizing filter and the integrator element and having a light diffusing function and a high-order diffracted light component blocking function of light are provided. .

本発明によれば、さらに、光源と、光源の光を反射する反射鏡と、上述の照射光量制御装置と、インテグレータ素子の光出射側に設けられており入射光を平行光に変換するコリメータレンズ素子とを備えたソーラシミュレータが提供される。   According to the present invention, the collimator lens further converts the incident light into parallel light provided on the light emitting side of the light source, the reflecting mirror that reflects the light of the light source, the above-described irradiation light amount control device, and the integrator element. A solar simulator comprising an element is provided.

機械的減光フィルタを用いることによりインテグレータ素子に入射する光量を任意に減少(変化)させることができる。その場合、インテグレータ素子の手前に光拡散機能及び光の高次回折光成分遮断機能を有する光拡散素子を挿入することにより、機械的減光フィルタの通過光を拡散させると共に高次回折光を遮断してインテグレータ素子に入射させているので、色ムラの発生や、貫通孔径のイメージ結像の発生を防止することができる。例えば、機械的減光フィルタが遮光板に複数の貫通孔を設けたパンチング式減光フィルタである場合に、高次回折光を含まない拡散光がインテグレータ素子に入るので、各貫通孔を通過する際の回折により互いに干渉して色ムラが生じたり、貫通孔径のイメージ結像が発生したりすることがなくなる。また、機械的減光フィルタが可変絞りを有する絞り式減光フィルタである場合にも、高次回折光を含まない拡散光がインテグレータ素子に入るので、絞り径が小さくした際の回折により色ムラが生じたりすることがなくなる。さらにまた、機械的減光フィルタが遮光板に単一の貫通孔を設けたリング式減光フィルタである場合に、高次回折光を含まない拡散光がインテグレータ素子に入るので、リング径が小さい際の回折により色ムラが生じたりすることがなくなる。   By using the mechanical neutral density filter, the amount of light incident on the integrator element can be arbitrarily reduced (changed). In that case, by inserting a light diffusing element having a light diffusing function and a light higher-order diffracted light component blocking function in front of the integrator element, the light passing through the mechanical neutralizing filter is diffused and the higher-order diffracted light is blocked. Since the light is incident on the integrator element, it is possible to prevent occurrence of color unevenness and image formation of the through-hole diameter. For example, when the mechanical neutral density filter is a punching type neutral density filter in which a plurality of through holes are provided in the light shielding plate, diffused light that does not contain high-order diffracted light enters the integrator element. This prevents the occurrence of color unevenness due to interference with each other and the formation of an image with a through-hole diameter. Even when the mechanical neutral density filter is an aperture type neutral density filter having a variable aperture, diffused light that does not contain higher-order diffracted light enters the integrator element, so color unevenness is caused by diffraction when the aperture diameter is reduced. It will never occur. Furthermore, when the mechanical neutral density filter is a ring type neutral density filter with a single through hole in the light shielding plate, diffused light that does not contain high-order diffracted light enters the integrator element. This prevents the occurrence of color unevenness due to diffraction.

光拡散素子が、光拡散機能と高次回折光遮断機能とを有する光学素子であることが好ましい。   The light diffusing element is preferably an optical element having a light diffusing function and a high-order diffracted light blocking function.

インテグレータ素子が、複数のレンズにより生成した多数の光源像を位置ずれさせて重畳することにより均一な光分布を作成する複眼レンズ式のインテグレータ素子であることが好ましい。   It is preferable that the integrator element is a compound eye lens type integrator element that creates a uniform light distribution by superimposing a plurality of light source images generated by a plurality of lenses while shifting their positions.

光拡散素子とインテグレータ素子との距離が可変であることも好ましい。この距離を変化させることにより、インテグレータ素子に入射される光量が微小変化し、その結果、減光率の微調が可能となる。   It is also preferable that the distance between the light diffusing element and the integrator element is variable. By changing this distance, the amount of light incident on the integrator element changes minutely, and as a result, the attenuation rate can be finely adjusted.

機械的減光フィルタが、遮光板に複数の貫通孔を設けたパンチング式減光フィルタであるか、可変絞りを有する絞り式減光フィルタであるか、又は遮光板に単一の貫通孔を設けたリング式減光フィルタであることも好ましい。   The mechanical neutral density filter is a punching type neutral density filter with a plurality of through holes in the light shielding plate, a diaphragm type neutral density filter with a variable aperture, or a single through hole in the light shielding plate. A ring-type neutral density filter is also preferable.

本発明によれば、機械的減光フィルタを用いることによりインテグレータ素子に入射する光量を減少(変化)させることができる。その場合、インテグレータ素子の手前に光拡散素子を挿入することにより、機械的減光フィルタの通過光を拡散させると共に高次回折光を遮断してインテグレータ素子に入射させているので、色ムラの発生や、貫通孔径のイメージ結像の発生を防止することができる。例えば、機械的減光フィルタがパンチング式減光フィルタである場合に、高次回折光を含まない拡散光がインテグレータ素子に入るので、各貫通孔を通過する際の回折により互いに干渉して色ムラが生じたり、貫通孔径のイメージ結像が発生したりすることがなくなる。また、機械的減光フィルタが絞り式減光フィルタである場合に、高次回折光を含まない拡散光がインテグレータ素子に入るので、絞り径が小さくした際の回折により色ムラが生じたりすることがなくなる。さらにまた、機械的減光フィルタがリング式減光フィルタである場合に、高次回折光を含まない拡散光がインテグレータ素子に入るので、リング径が小さい際の回折により色ムラが生じたりすることがなくなる。   According to the present invention, it is possible to reduce (change) the amount of light incident on the integrator element by using the mechanical neutral density filter. In that case, by inserting a light diffusing element in front of the integrator element, the light passing through the mechanical attenuating filter is diffused and the high-order diffracted light is blocked and made incident on the integrator element. The occurrence of image formation with a through-hole diameter can be prevented. For example, when the mechanical attenuating filter is a punching type attenuating filter, diffused light that does not contain high-order diffracted light enters the integrator element. It does not occur or image formation with a through-hole diameter does not occur. In addition, when the mechanical neutral density filter is an aperture type neutral density filter, diffused light that does not contain high-order diffracted light enters the integrator element, and color unevenness may occur due to diffraction when the aperture diameter is reduced. Disappear. Furthermore, when the mechanical neutral density filter is a ring type neutral density filter, diffused light that does not include high-order diffracted light enters the integrator element, and color unevenness may occur due to diffraction when the ring diameter is small. Disappear.

本発明のソーラシミュレータの一実施形態における構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure in one Embodiment of the solar simulator of this invention. 図1のソーラシミュレータの照射光量制御装置部分の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the irradiation light quantity control apparatus part of the solar simulator of FIG. 図2の一部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG. 2. 光拡散素子を移動してインテグレータ素子との距離を変化させた実験の装置構成例を説明する図である。It is a figure explaining the apparatus structural example of the experiment which moved the light-diffusion element and changed the distance with an integrator element. インテグレータ素子の1つのレンズにおける一般的な動作概念を説明する図である。It is a figure explaining the general operation | movement concept in one lens of an integrator element. 図1のソーラシミュレータにおいて機械的減光フィルタを挿入した場合のインテグレータ素子の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of an integrator element at the time of inserting a mechanical dark filter in the solar simulator of FIG. 図1のソーラシミュレータの一例において、照度測定条件を説明する図である。In the example of the solar simulator of FIG. 1, it is a figure explaining the illumination intensity measurement conditions. 機械的減光フィルタ及び光拡散素子を挿入しない非減光時のソーラシミュレータの照射光のスペクトル分布特性の測定結果を表すグラフである。It is a graph showing the measurement result of the spectrum distribution characteristic of the irradiation light of the solar simulator at the time of the non-light reduction which does not insert a mechanical light reduction filter and a light diffusion element. 機械的減光フィルタのみを挿入した減光時のソーラシミュレータの照射光のスペクトル分布特性の測定結果を表すグラフである。It is a graph showing the measurement result of the spectrum distribution characteristic of the irradiation light of the solar simulator at the time of the light reduction which inserted only the mechanical light reduction filter. 機械的減光フィルタ及び光拡散素子を挿入した減光時のソーラシミュレータの照射光のスペクトル分布特性の測定結果を表すグラフである。It is a graph showing the measurement result of the spectral distribution characteristic of the irradiation light of the solar simulator at the time of the light reduction which inserted the mechanical dark filter and the light diffusing element. ソーラシミュレータの照射光のスペクトル分布特性の測定結果を表すグラフである。It is a graph showing the measurement result of the spectrum distribution characteristic of the irradiation light of a solar simulator. 本発明のソーラシミュレータの他の実施形態における照射光量制御装置部分の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the irradiation light quantity control apparatus part in other embodiment of the solar simulator of this invention. 図12の一部の拡大図である。It is a one part enlarged view of FIG. 本発明のソーラシミュレータのさらに他の実施形態における照射光量制御装置部分の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the irradiation light quantity control apparatus part in further another embodiment of the solar simulator of this invention. 図14の一部の拡大図である。It is a one part enlarged view of FIG. ソーラシミュレータの一例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of an example of a solar simulator.

図1は本発明のソーラシミュレータの一実施形態における構成を概略的に示しており、図2はその照射光量制御装置部分の構成を概略的に示しており、図3は図2の一部を拡大して示している。   FIG. 1 schematically shows the configuration of an embodiment of the solar simulator of the present invention, FIG. 2 schematically shows the configuration of the irradiation light quantity control device portion, and FIG. 3 shows a part of FIG. It is shown enlarged.

図1において、10は例えばキセノン放電ランプ等から構成される光源、11は光源10の後方及び周囲に配置された例えば楕円又は放物線状の軸断面を有する光源反射鏡、12は光源10からの直接光及び光源反射鏡11による反射光が入射され、これをほぼ垂直方向に反射する、例えばアルミニウム製の第1の平面反射鏡、13は第1の平面反射鏡12からの反射光が入射される機械的減光フィルタ、14は機械的減光フィルタ13の出射光が入射される光拡散素子、15は光拡散素子14の出射光が入射されるインテグレータ素子、16はインテグレータ素子15の出射光が入射され、これをほぼ垂直方向に反射する、例えばアルミニウム製の第2の平面反射鏡、17は第2の平面反射鏡16からの反射光が入射され、この光を平行光に変換するコリメーションレンズ、18はコリメーションレンズ17の出射光が入射される、例えば太陽電池セル表面である照射面をそれぞれ示している。   In FIG. 1, 10 is a light source composed of, for example, a xenon discharge lamp, 11 is a light source reflector having an axial cross section of, for example, an ellipse or a parabola, disposed behind and around the light source 10, and 12 is directly from the light source 10. Light and reflected light from the light source reflecting mirror 11 are incident and reflected in a substantially vertical direction, for example, a first planar reflecting mirror made of aluminum, for example, 13 is incident reflected light from the first planar reflecting mirror 12. 14 is a mechanical attenuating filter, 14 is a light diffusing element to which the light emitted from the mechanical attenuating filter 13 is incident, 15 is an integrator element to which the light radiating from the light diffusing element 14 is incident, and 16 is a light radiating from the integrator element 15. The incident light is reflected in a substantially vertical direction, for example, a second planar reflecting mirror made of aluminum, for example, 17 is reflected light from the second planar reflecting mirror 16, and this light is collimated. Collimation lens for converting, 18 denotes light emitted collimation lens 17 is incident, for example, the irradiation surface is a solar cell surface, respectively.

図2及び図3に示すように、機械的減光フィルタ13、光拡散素子14及びインテグレータ素子15が、本発明の照射光量制御装置を構成している。   As shown in FIGS. 2 and 3, the mechanical neutral density filter 13, the light diffusing element 14, and the integrator element 15 constitute an irradiation light amount control device of the present invention.

機械的減光フィルタ13は、光量調整用の複数の小さな開口(貫通孔13b)を有する遮光板であり、空間的に光の透過する面積を調整することにより、出射する光の絶対量を変化させるものである。この機械的減光フィルタ13は、本実施形態においては、遮光板13aに複数の貫通孔13bを設けたパンチング式減光フィルタで構成されている。より詳しくは、このパンチング式減光フィルタは、縦横が90mm×70mm、厚さが1〜2mm程度のステンレス鋼板又はアルミニウム板に複数の丸孔が千鳥状に開口したものを使用する。特に、光を遮断する部分(非開口部)ができるだけ散乱しているものを使用する。本実施形態においては、具体的には、株式会社パンチングセンターの60°千鳥における所望の減光率を有するパンチングメタルを用いている。この60°千鳥のパンチングメタルは、隣接する3つの丸い貫通孔の中心間を結ぶ3つの線のなす角が60°となるように千鳥状に配列されたものである。   The mechanical neutral density filter 13 is a light shielding plate having a plurality of small openings (through holes 13b) for adjusting the amount of light, and changes the absolute amount of emitted light by spatially adjusting the light transmitting area. It is something to be made. In this embodiment, the mechanical neutral density filter 13 is a punching type neutral density filter in which a plurality of through holes 13b are provided in the light shielding plate 13a. More specifically, this punching type neutral density filter uses a stainless steel plate or aluminum plate having a length and width of 90 mm × 70 mm and a thickness of about 1 to 2 mm, and a plurality of round holes opened in a staggered manner. In particular, a light blocking part (non-opening part) is used as much as possible. In this embodiment, specifically, a punching metal having a desired light attenuation rate at 60 ° staggered at Punching Center Co., Ltd. is used. This 60 ° staggered punching metal is arranged in a staggered manner so that the angle formed by three lines connecting the centers of three adjacent round through holes is 60 °.

インテグレータ素子15は、複眼レンズ(フライアイレンズ)式のインテグレータ光学系であり、この技術分野では周知の光学素子である。このインテグレータ光学系は、複数のレンズにより生成した多数の光源像を位置ずれさせて重畳することにより均一な光分布を作成するように構成されている。   The integrator element 15 is a compound eye lens (fly eye lens) type integrator optical system, and is an optical element known in this technical field. This integrator optical system is configured to create a uniform light distribution by superimposing a plurality of light source images generated by a plurality of lenses while shifting their positions.

光拡散素子14は、本来の光拡散機能(光減衰機能でもある)と、高次回折光遮断機能とを有する素子である。即ち、この光拡散素子14が備えた光学的周波数帯域遮断特性により、機械的減光フィルタ13からの入射光が有する空間周波数分布のうち高次回折光成分を遮断し、低周波成分のみを透過させることができる。また、光の単なる拡散ではなく、屈折を応用した円形の拡散特性を有しており、大きなダイナミックレンジで光の減衰を調整できかつ約96%と高い透過率を有するように構成されている。   The light diffusing element 14 is an element having an original light diffusing function (also a light attenuating function) and a high-order diffracted light blocking function. That is, due to the optical frequency band cut-off characteristic provided in the light diffusing element 14, the high-order diffracted light component is cut off from the spatial frequency distribution of the incident light from the mechanical dark filter 13 and only the low-frequency component is transmitted. be able to. In addition, it has a circular diffusion characteristic that applies refraction instead of simple diffusion of light, and is configured to be capable of adjusting light attenuation with a large dynamic range and having a high transmittance of about 96%.

機械的減光フィルタ13の個々の開口径がインテグレータ素子15の個々のレンズの径に比較して小さくなってくると、機械的減光フィルタ13の開口の縁部付近で回折光現象が発生し、これにより光源からの白色光がスペクトル的に分離して光の分散が生じる。光拡散素子14が設けられていない場合、この回折により分離されたスペクトル成分が、インテグレータ素子15の複眼レンズにスペクトル毎に異なる角度で入射することとなる。複眼レンズ内を導波する光は全反射を繰り返して出射方向に導かれるが、光の波長の相違により複眼レンズに入射する角度が互いに異なると、複眼レンズを出る時の角度が異なることとなり、平行な光を作り出せず色収差が生じてしまう。このように色収差により非平行となった光がインテグレータ素子15から出射され、これがコリメーションレンズ17においても平行光に補正されず、結果として、太陽光に近似したスペクトルを照射することができなくなる。   When the individual aperture diameter of the mechanical neutral density filter 13 becomes smaller than the diameter of the individual lens of the integrator element 15, a diffracted light phenomenon occurs near the edge of the aperture of the mechanical neutral density filter 13. As a result, white light from the light source is spectrally separated to cause light dispersion. When the light diffusing element 14 is not provided, the spectral components separated by this diffraction are incident on the compound eye lens of the integrator element 15 at different angles for each spectrum. The light guided in the compound eye lens is guided in the emission direction by repeating total reflection, but if the angles incident on the compound eye lens are different from each other due to the difference in the wavelength of the light, the angle when exiting the compound eye lens will be different, Chromatic aberration occurs without producing parallel light. Thus, the light that has become non-parallel due to chromatic aberration is emitted from the integrator element 15, and is not corrected to parallel light by the collimation lens 17. As a result, it becomes impossible to irradiate a spectrum that approximates sunlight.

これに対して、本実施形態のごとく、機械的減光フィルタ13とインテグレータ素子15との間に、光を単に拡散するだけではなく高次回折光遮断フィルタとしても機能する光拡散素子14が設けられることにより、機械的減光フィルタ13の開口の縁部付近で発生する高次回折光により生起される色収差を除去することが可能となる。即ち、光拡散素子14に空間周波数フィルタの機能を持たせることにより高次回折光を除去し、スペクトル変化を起こさず、均一度及び平行度を安定に保つことが可能となっている。   On the other hand, as in this embodiment, a light diffusing element 14 that functions not only to diffuse light but also to function as a high-order diffracted light blocking filter is provided between the mechanical neutral density filter 13 and the integrator element 15. This makes it possible to remove chromatic aberration caused by high-order diffracted light generated near the edge of the opening of the mechanical neutral density filter 13. That is, by providing the light diffusing element 14 with the function of a spatial frequency filter, it is possible to remove high-order diffracted light and keep the uniformity and parallelism stable without causing a spectrum change.

なお、本実施形態における光拡散素子14の寸法は、ソーラシミュレータの寸法とインテグレータ素子15の寸法とによって異なるが、例えば、縦横が約60mm×約60mm、厚さが約3mm程度である。なお、この光拡散素子14は、石英板低角度光拡散素子であり、例えば、米国Luminit社のHigh Temperature Quartz Substrate SOLGEL TypeのLight Shaping Diffuserとして入手可能である。   In addition, although the dimension of the light-diffusion element 14 in this embodiment changes with dimensions of the solar simulator and the dimension of the integrator element 15, it is about 60 mm x about 60 mm in length and width, and about 3 mm in thickness, for example. The light diffusing element 14 is a quartz plate low-angle light diffusing element, and is available as, for example, a Light Tempering Diffuser SOLGEEL Type Light Diffusing Diffuser from Luminit USA.

この光拡散素子14は、高次回折光を遮断又は減少させる空間周波数フィルタとしての機能を有し、さらに、光を屈折等により拡散させる機能を有するため、その出射光には回折現象が伴わず、スペクトル分散が発生しない。また、光拡散素子14は、光(コヒーレント光及び非コヒーレント光)を半値幅で約10〜30°の範囲で拡散することができることが望ましく、10〜20°の範囲で拡散することができることがより望ましい。あまり半値幅が狭いと、高次回折光で生じる色収差を均一化できず、最低レベルまで光を減光させたい場合に高次回折光により発生する色収差を解消できない可能性がある。また、この光拡散素子14は、ほぼ理想的なガウシアン分布を有する出射光を形成可能であることが望ましい。さらに、光拡散素子14は、無数の凹凸パターンがランダムに配置された構造体であることが望ましく、ランダムな特性を有することにより、高次の回折光が互いに打ち消し合う効果も有している。また、この光拡散素子14は、熱に強く500℃程度の温度で動作可能であることが望ましい。   This light diffusing element 14 has a function as a spatial frequency filter that blocks or reduces high-order diffracted light, and further has a function of diffusing light by refraction or the like, so that the emitted light is not accompanied by a diffraction phenomenon, Spectral dispersion does not occur. In addition, the light diffusing element 14 is preferably capable of diffusing light (coherent light and non-coherent light) in a range of about 10 to 30 ° with a half width, and can be diffused in a range of 10 to 20 °. More desirable. If the half-value width is too narrow, the chromatic aberration generated by the high-order diffracted light cannot be made uniform, and the chromatic aberration generated by the high-order diffracted light may not be eliminated when it is desired to reduce the light to the lowest level. Further, it is desirable that the light diffusing element 14 can form outgoing light having a substantially ideal Gaussian distribution. Furthermore, the light diffusing element 14 is desirably a structure in which an infinite number of concave and convex patterns are randomly arranged, and has the effect of canceling high-order diffracted light with each other by having random characteristics. The light diffusing element 14 is preferably resistant to heat and operable at a temperature of about 500 ° C.

光拡散素子14は、図示しない軸方向移動機構によって光軸方向に移動可能となっており、これにより、光拡散素子14とインテグレータ素子15との間の距離dを可変制御することができる。この場合、機械的減光フィルタ13及びインテグレータ素子15の位置は固定されている。距離dを変化させることにより(これは機械的減光フィルタ13と光拡散素子14との距離dを変化させることにもなる)、インテグレータ素子15に入射される光量が微小変化し、その結果、減光率の微調整が可能となる。 The light diffusing element 14 can be moved in the optical axis direction by an unillustrated axial direction moving mechanism, whereby the distance d 1 between the light diffusing element 14 and the integrator element 15 can be variably controlled. In this case, the positions of the mechanical neutral density filter 13 and the integrator element 15 are fixed. By changing the distance d 1 (this also changes the distance d 2 between the mechanical neutral density filter 13 and the light diffusing element 14), the amount of light incident on the integrator element 15 changes slightly. As a result, the light attenuation rate can be finely adjusted.

実際に、光拡散素子14及びインテグレータ素子15間の距離dを変化させ、照射面18の照度を測定した。図4はその実験に用いた装置構成例を説明している。同図に示すように、光拡散素子14の光源側には機械的減光フィルタは配置しておらず、波長変換フィルタ21が設けられている。この実験は、距離dに対する減光率の関係を確認するものであるため、機械的減光フィルタは省略している。また、インテグレータ素子15と光拡散素子14との間にシャッタ22が配置されている。 Actually, the distance d 1 between the light diffusing element 14 and the integrator element 15 was changed, and the illuminance of the irradiation surface 18 was measured. FIG. 4 illustrates an apparatus configuration example used in the experiment. As shown in the drawing, a mechanical neutral density filter is not disposed on the light source side of the light diffusing element 14, and a wavelength conversion filter 21 is provided. Since this experiment is to confirm the relationship of the dimming rate with respect to the distance d 1 , the mechanical dimming filter is omitted. A shutter 22 is disposed between the integrator element 15 and the light diffusing element 14.

まず、インテグレータ素子15に対する光拡散素子14の距離dをd=29mmとして、減光率を測定すると、35%であった。光拡散素子14を移動してインテグレータ素子15に対する光拡散素子14′の距離dをd=40mmとして、減光率を測定すると、40%であった。 First, when the distance d 1 of the light diffusing element 14 with respect to the integrator element 15 was set to d 1 = 29 mm, and the light attenuation rate was measured, it was 35%. When the light diffusing element 14 is moved and the distance d 1 of the light diffusing element 14 ′ with respect to the integrator element 15 is set to d 1 = 40 mm, the dimming rate is 40%.

このことから、光拡散素子14をインテグレータ素子15に近づければ減光率は小さくなり、インテグレータ素子15から遠ざければ減光率は大きくなることが分かる。即ち、減光率は、距離dが約10mm変化すると、5%変化することとなる。 From this, it can be seen that the light attenuation rate decreases as the light diffusing element 14 approaches the integrator element 15, and the light attenuation rate increases as the distance from the integrator element 15 increases. That is, the dimming ratio, the distance d 1 is the change about 10 mm, so that the change 5%.

コリメーションレンズ17は、入射光をコリメートするためのこの技術分野では周知の光学素子である。   The collimation lens 17 is an optical element well known in the art for collimating incident light.

次に、本実施形態におけるソーラシミュレータの動作を説明する。   Next, the operation of the solar simulator in this embodiment will be described.

光源10から放射された光は、直接的に又は光源反射鏡11によって反射され、さらに第1の平面反射鏡12で反射されて、照射光量制御装置における機械的減光フィルタ13に入射される。機械的減光フィルタ13に入射された光は、複数の小さな貫通孔13bを透過することによりその一部が遮断されて減光され、光拡散素子14に入射される。機械的減光フィルタ13の出射光は、この光拡散素子14により拡散されてその全スペクトル域に渡って均一に減光が行われる。さらに、機械的減光フィルタ13の貫通孔13bの縁部付近で回折光現象が発生しても、この光拡散素子14において高次回折光の遮断が行われるので、その出射光には色収差が生じない。光拡散素子14の出射光は、インテグレータ素子15に入射され、その複眼レンズにより多数の光源像が位置ずれして重畳されることにより、均一な光分布が形成される。このようにして形成された面内均一かつ均一なスペクトル分布の光は、第2の平面反射鏡16によって反射された後、コリメーションレンズ17において完全な平行光に変換された後、太陽電池セル表面である照射面18に照射される。   The light emitted from the light source 10 is reflected directly or by the light source reflecting mirror 11, is further reflected by the first planar reflecting mirror 12, and is incident on the mechanical neutral density filter 13 in the irradiation light quantity control device. The light that has entered the mechanical neutralization filter 13 passes through a plurality of small through-holes 13 b and is partially blocked to be attenuated, and is incident on the light diffusing element 14. The light emitted from the mechanical neutral density filter 13 is diffused by the light diffusing element 14 and is uniformly attenuated over the entire spectral range. Further, even if a diffracted light phenomenon occurs in the vicinity of the edge of the through hole 13b of the mechanical neutral density filter 13, since the high-order diffracted light is blocked by the light diffusing element 14, chromatic aberration occurs in the emitted light. Absent. The light emitted from the light diffusing element 14 is incident on the integrator element 15, and a large number of light source images are superimposed and shifted by the compound eye lens, thereby forming a uniform light distribution. The light having a uniform and uniform spectral distribution formed in this way is reflected by the second plane reflecting mirror 16 and then converted into completely parallel light by the collimation lens 17, and then the surface of the solar battery cell. The irradiation surface 18 is irradiated.

図5は複眼レンズであるインテグレータ素子15の1つのレンズにおける一般的な動作概念を説明している。   FIG. 5 illustrates a general operation concept in one lens of the integrator element 15 which is a compound eye lens.

均一照射光学系において最大の目的は光源10の光束を最大限に取り出すと共に光源10の像(例えばランプ電極の像)を取り除くために、楕円又は放物線状の軸断面を有する光源反射鏡11及びインテグレータ素子15を通常は使用する。インテグレータ素子15を使用することなく光源反射鏡11のみで集光した光束をコリメーションレンズ17にて平行光束として照射した場合、照射面にはランプ電極の像が現れてしまう。従って、このような像を取り除くためには、インテグレータ素子15の使用が必要となる。このようなインテグレータ素子15を有効に使用するためには、光源反射鏡11からの入射角θINに対して出射角θOUTを同角にすることで、インテグレータ素子15内部における光量損失を押さえるのみならず、ランプ電極の像をインテグレータ素子15の内部に結像させることで出射側には像が結像しないようにインテグレータ素子15の設計が行われる。 In the uniform irradiation optical system, the greatest purpose is to extract the light beam of the light source 10 to the maximum and remove the image of the light source 10 (for example, the image of the lamp electrode), and the light source reflector 11 and integrator having an elliptical or parabolic axial section. Element 15 is usually used. When the light beam collected by only the light source reflecting mirror 11 without using the integrator element 15 is irradiated as a parallel light beam by the collimation lens 17, an image of the lamp electrode appears on the irradiation surface. Therefore, in order to remove such an image, it is necessary to use the integrator element 15. In order to use such an integrator element 15 effectively, only the light quantity loss in the integrator element 15 is suppressed by making the emission angle θ OUT the same angle as the incident angle θ IN from the light source reflecting mirror 11. Instead, the integrator element 15 is designed so that no image is formed on the exit side by forming an image of the lamp electrode inside the integrator element 15.

図5において、Oをインテグレータ素子15の1つのレンズにおける入射側球面15aの球心、Oを出射側球面15bの球心とすると、入射側の焦点距離fは、f=O×2、出射側の焦点距離fは、O×2となる。レンズの公式である、1/a+1/b=1/fより、出射側の物距離がa<fである(焦点距離より短い)場合、出射側の像距離はb(−)となるため、出射光は出射面15bにて集光せず、広がって出射され、決して集光しないこととなる。 In FIG. 5, when O 1 is the sphere center of the incident-side spherical surface 15a of one lens of the integrator element 15 and O 2 is the sphere center of the exit-side spherical surface 15b, the incident-side focal length f 1 is f 1 = O 1. × 2, The focal length f 2 on the emission side is O 2 × 2. From the lens formula 1 / a + 1 / b = 1 / f, when the object distance on the exit side is a <f (shorter than the focal length), the image distance on the exit side is b (−). The outgoing light is not condensed on the outgoing surface 15b, is emitted in a spread, and is never condensed.

図6は本実施形態におけるソーラシミュレータにおいて機械的減光フィルタ13を手前(光源側)に挿入した場合のインテグレータ素子15の作用を説明している。   FIG. 6 illustrates the operation of the integrator element 15 when the mechanical dark filter 13 is inserted in front (light source side) in the solar simulator of this embodiment.

上述した条件下で設計されたインテグレータ素子15の光源10側に減光を目的として、パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13を配置した場合、インテグレータ素子15の手前に、機械的減光フィルタ13の貫通孔13bの像が2次光源として発生する。   For the purpose of dimming on the light source 10 side of the integrator element 15 designed under the above-described conditions, when the mechanical dark filter 13 by the punching type dark filter is disposed, the mechanical light attenuation is placed in front of the integrator element 15. An image of the through hole 13b of the filter 13 is generated as a secondary light source.

その場合、図6に示すように、屈折の法則から、P点における入射角θINはθIN=θ+αとなり、P点より空気から屈折率Nの媒体内に入射するのでその屈折角はθ−γとなる。一方、出射面15bにおける入射角はθ+γで表され、出射面15bからの屈折角度はθ+βで表される。この場合、機械的減光フィルタ13の貫通孔13bの像からインテグレータ素子15に入射する角度が多種多様となるが、入射角が大きい場合は、Pポイントに入射した光は屈折率Nの媒体により屈折する(空気から石英)が光軸上に結像せず、出射面15b上に結像して再度屈折(石英から空気)し、出射面15b外で結像することとなる。この現象は、光学式1/a+1/b=1/fより、出射面15bにおいて物距離は∞又は0と考えた場合に1/b=1/fが成り立ち、従って出射面側の像距離は(+)となり、出射面15bの右側に結像することとなる。 In this case, as shown in FIG. 6, from the law of refraction, the incident angle θ IN at the point P becomes θ IN = θ 1 + α, and is incident from the air into the medium having the refractive index N 1 from the point P. Becomes θ 1 −γ. On the other hand, the incident angle on the exit surface 15b is represented by θ 2 + γ, and the refraction angle from the exit surface 15b is represented by θ 2 + β. In this case, the angle incident on the integrator element 15 from the image of the through hole 13b of the mechanical neutral density filter 13 varies, but when the incident angle is large, the light incident on the P point is a medium having a refractive index N 1 . Refracted (air to quartz) does not form an image on the optical axis, but forms an image on the exit surface 15b and refracts again (from quartz to air), and forms an image outside the exit surface 15b. This phenomenon is based on the optical type 1 / a + 1 / b = 1 / f, and 1 / b = 1 / f holds when the object distance on the exit surface 15b is assumed to be ∞ or 0. Therefore, the image distance on the exit surface side is (+), And an image is formed on the right side of the emission surface 15b.

この現象を確認すべく、以下の実験を行った。   The following experiment was conducted to confirm this phenomenon.

(実験装置及び測定器)
ソーラシミュレータ :山下電装株式会社製のソーラシミュレータ(YSS−
1800AA)、仕様AAA
基準ソーラセル :400nm〜1100nm用のシリコンセル、
校正値=142.6mA
デジタルマルチメータ:アジレントテクノロジー株式会社製(34401A)、
基準ソーラセルの短絡電流の測定に使用
照度ムラ測定用照度計:山下電装株式会社製サーモパイル(φ6mm)式照度
計(MIR-101Q)、JIS規格の入射角±15°
以内
照度変動測定用照度計:ウシオ電機株式会社製照度計(UIT-101)
中心周波数436nm
(Experimental equipment and measuring instrument)
Solar simulator: Solar simulator manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd. (YSS-
1800AA), specification AAA
Reference solar cell: silicon cell for 400 nm to 1100 nm,
Calibration value = 142.6 mA
Digital multimeter: Agilent Technologies Inc. (34401A),
Used to measure the short-circuit current of the reference solar cell. Illuminance meter for measuring uneven illuminance: Thermopile (φ6mm) illuminance manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.
Meter (MIR-101Q), JIS standard incident angle ± 15 °
Illuminance meter for measuring illuminance fluctuation: Illuminometer manufactured by USHIO INC. (UIT-101)
Center frequency 436nm

(減光率)
基準ソーラセルにて規格1000W/m(=1SUNとする)(142.6mA)の照度にセットした。パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13をセットした際の減光された照度は、106W/m(約0.1SUN)であり、パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13の後ろに石英光拡散素子による光拡散素子14を配置した際の減光された照度は、70.2W/m(約0.07SUN)であった。
(Dimming rate)
The illuminance was set to a standard 1000 W / m 2 (= 1 SUN) (142.6 mA) with a reference solar cell. The illuminance reduced when the mechanical neutral filter 13 by the punching type neutral density filter 13 is set is 106 W / m 2 (about 0.1 SUN), and the mechanical neutral density filter 13 by the punching type neutral density filter 13 The reduced illuminance when the light diffusing element 14 by the quartz light diffusing element was disposed behind was 70.2 W / m 2 (about 0.07 SUN).

(実験方法)
ソーラシミュレータにおけるレンズフードより400mm下方の照射面18に、図7に示すごとき、180mm×180mm(A□)の有効領域18aを設定する。この有効領域18aのJIS規格の17点の測定位置19(位置1〜17)について、入射角±15°内の光を遮らない上述の照度ムラ測定用照度計により照度測定(照度ムラ測定)を順次行った。同時に、上述の照度変動測定用照度計20により、有効領域18aの1点の照度を測定し、照度ムラ測定中の光の変動を測定した。
(experimental method)
As shown in FIG. 7, an effective area 18a of 180 mm × 180 mm (A □) is set on the irradiation surface 18 400 mm below the lens hood in the solar simulator. With respect to the 17 measurement positions 19 (positions 1 to 17) of the effective area 18a according to the JIS standard, illuminance measurement (illuminance unevenness measurement) is performed by the above-described illuminance meter for measuring unevenness in illumination that does not block the light within the incident angle ± 15 °. We went sequentially. At the same time, the illuminance meter 20 for measuring illuminance fluctuation was used to measure the illuminance at one point in the effective area 18a, and the fluctuation of light during illuminance unevenness measurement was measured.

(測定結果)
機械的減光フィルタ13及び光拡散素子14を挿入しない非減光時の測定結果が表1に示されている。測定位置1〜17についての照度ムラ測定用照度計による測定結果が測定照度値E(i=1〜17)として示されており、その各測定時の照度変動測定用照度計20による測定結果が変動照度値e(i=1〜17)として示されている。測定位置1における基準の変動照度値eに関して補償した測定照度値Eが相対照度値E′(i=1〜17)として示されている。即ち、相対照度値E′は、E′=(e/e)×Eで算出される。
(Measurement result)
Table 1 shows the measurement results at the time of non-dimming in which the mechanical neutral density filter 13 and the light diffusing element 14 are not inserted. The measurement results by the illuminance meter for measuring illuminance unevenness at the measurement positions 1 to 17 are shown as measured illuminance values E i (i = 1 to 17), and the measurement results by the illuminance meter 20 for measuring illuminance fluctuation at each measurement. Is shown as a variable illuminance value e i (i = 1 to 17). The measured illuminance value E i compensated for the reference varying illuminance value e 1 at the measurement position 1 is shown as a relative illuminance value E i ′ (i = 1 to 17). That is, the relative illuminance value E i ′ is calculated by E i ′ = (e 1 / e i ) × E i .

Figure 2013191468
Figure 2013191468

このようにして求めた17点の相対照度値E′から面内均一性Euniを、Euni=(E′max−E′min)/(E′max+E′min)×100から算出した。ただし、E′maxは相対照度値E′の最大値、E′minは相対照度値E′の最小値である。得られた面内均一性Euniは、Euni=1.46(%)であった。 The in-plane uniformity E uni is calculated from the 17 relative illuminance values E i ′ obtained in this way, E uni = (E i ′ max−E i ′ min) / (E i ′ max + E i ′ min) × 100 Calculated from Here, E i 'max is the maximum value of the relative illuminance value E i ', and E i 'min is the minimum value of the relative illuminance value E i '. The obtained in-plane uniformity E uni was E uni = 1.46 (%).

次いで、パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13を挿入した減光時に同様の測定を行った。測定結果が表2に示されている。   Next, the same measurement was performed at the time of dimming with the mechanical neutral density filter 13 inserted by a punching type neutral density filter. The measurement results are shown in Table 2.

Figure 2013191468
Figure 2013191468

このようにして求めた17点の相対照度値E′から、面内均一性Euniを前述の場合と同様に算出した。得られた面内均一性Euniは、Euni=4.93(%)であった。 The in-plane uniformity E uni was calculated from the 17 relative illuminance values E i ′ thus obtained in the same manner as described above. The obtained in-plane uniformity E uni was E uni = 4.93 (%).

次いで、このパンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13の後ろに石英光拡散素子による光拡散素子14を挿入した減光時に同様の測定を行った。測定結果が表3に示されている。   Next, the same measurement was performed at the time of dimming by inserting the light diffusing element 14 by the quartz light diffusing element behind the mechanical attenuating filter 13 by the punching type neutral density filter. The measurement results are shown in Table 3.

Figure 2013191468
Figure 2013191468

このようにして求めた17点の相対照度値E′から、面内均一性Euniを前述の場合と同様に算出した。得られた面内均一性Euniは、Euni=1.86(%)であった。 The in-plane uniformity E uni was calculated from the 17 relative illuminance values E i ′ thus obtained in the same manner as described above. The obtained in-plane uniformity E uni was E uni = 1.86 (%).

以上の実験結果より、パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13をインテグレータ素子15の手前(光源側)に挿入することにより、面内均一性Euniが1.46(%)から4.93(%)に悪化するが、これはインテグレータ素子15の前方のパンチング式減光フィルタの像(2次光源像)が発生し、前述した理論通りに、インテグレータ素子15の出射側に像が結像していることを証明している。機械的減光フィルタ13の後ろに石英光拡散素子による光拡散素子14を挿入することにより、面内均一性Euniが4.93(%)から1.86(%)に向上しているが、これはインテグレータ素子15の出射側の像が取り除かれたことを実証している。 From the above experimental results, the in-plane uniformity E uni is reduced from 1.46 (%) to 4.4 by inserting the mechanical attenuating filter 13 by the punching type attenuating filter in front of the integrator element 15 (light source side). However, this is because an image (secondary light source image) of the punching-type neutral density filter in front of the integrator element 15 is generated, and an image is formed on the output side of the integrator element 15 as described above. Prove that you are imaged. The in-plane uniformity E uni is improved from 4.93 (%) to 1.86 (%) by inserting the light diffusing element 14 by the quartz light diffusing element behind the mechanical neutral density filter 13. This demonstrates that the image on the exit side of the integrator element 15 has been removed.

前述したように、本実施形態によれば均一なスペクトル分布の光が照射面18に照射されるが、この点を確認すべく、以下の実験を行った。   As described above, according to the present embodiment, light having a uniform spectral distribution is irradiated onto the irradiation surface 18. In order to confirm this point, the following experiment was performed.

(実験装置及び測定器)
ソーラシミュレータ :山下電装株式会社製のソーラシミュレータ(YSS−
1800AA)、仕様AAA
基準ソーラセル :400nm〜1100nm用のシリコンセル、
校正値=142.6mA
デジタルマルチメータ:アジレントテクノロジー株式会社製(34401A)、
基準ソーラセルの短絡電流の測定に使用
多目的分光放射計 :株式会社オプトリサーチ製(MSR-7000)
照度変動測定用照度計:ウシオ電機株式会社製照度計(UIT-101)
中心周波数436nm
(Experimental equipment and measuring instrument)
Solar simulator: Solar simulator manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd. (YSS-
1800AA), specification AAA
Reference solar cell: silicon cell for 400 nm to 1100 nm,
Calibration value = 142.6 mA
Digital multimeter: Agilent Technologies Inc. (34401A),
Used to measure the short-circuit current of the reference solar cell Multipurpose spectroradiometer: Opt-Research Corporation (MSR-7000)
Illuminance meter for measuring illuminance fluctuation: Illuminometer manufactured by USHIO INC. (UIT-101)
Center frequency 436nm

(実験方法)
ソーラシミュレータにおけるレンズフードより400mm下方の照射面18に、図7に示すごとき、180mm×180mm(A□)の有効領域18aを設定する。基準ソーラセルにて規格1000W/m(=1SUNとする)(142.6mA)の照度にセットし、有効領域18aについて上述の多目的分光放射計によりスペクトル分布を測定した。実際には、有効領域18aのJIS規格の17点の測定位置19(位置1〜17)のうちの一部の位置(位置1、5及び16)についてそれぞれスペクトル分布を測定し、その強度特性とスペクトル合致度とを求めた。なお、減光分については、照度計で測定した減光倍率を測定値に乗算して補正した。
(experimental method)
As shown in FIG. 7, an effective area 18a of 180 mm × 180 mm (A □) is set on the irradiation surface 18 400 mm below the lens hood in the solar simulator. The standard solar cell was used to set the illuminance of standard 1000 W / m 2 (= 1 SUN) (142.6 mA), and the spectral distribution was measured for the effective region 18a using the multipurpose spectroradiometer described above. Actually, the spectral distribution is measured at some positions (positions 1, 5 and 16) of the 17 measurement positions 19 (positions 1 to 17) of the JIS standard of the effective region 18a, and the intensity characteristics and Spectral agreement was determined. The dimming amount was corrected by multiplying the measured value by the dimming magnification measured with the illuminometer.

(測定結果)
機械的減光フィルタ13及び光拡散素子14を挿入しない非減光時の測定結果が図8に示されている。非減光時(1SUN)においては、位置1、5及び16のいずれにおいても、ほぼ同じスペクトル強度分布が得られている。一方、パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13を挿入した減光時の測定結果が図9に示されている。この減光時においては、非減光(1SUN)の位置1のスペクトル強度分布に対して、位置5及び16では、かなり変化したスペクトル強度分布となっている。これに対して、パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13及び石英光拡散素子による光拡散素子14を挿入した減光時の測定結果が図10に示されている。減光時であっても、光拡散素子14を挿入することにより、位置5及び16のスペクトル強度分布は、非減光(1SUN)の位置1のスペクトル強度分布に近似した特性となっており、機械的減光フィルタ13の後ろに石英光拡散素子による光拡散素子14を挿入することにより、スペクトル強度分布が大幅に改善され、各位置で互いにほとんど変化しなくなっている。
(Measurement result)
The measurement result at the time of non-dimming without inserting the mechanical neutral density filter 13 and the light diffusing element 14 is shown in FIG. At the time of non-dimming (1 SUN), almost the same spectral intensity distribution is obtained at any of the positions 1, 5, and 16. On the other hand, FIG. 9 shows the measurement result at the time of dimming with the mechanical neutralizing filter 13 inserted by the punching type neutral density filter. At the time of this dimming, the spectral intensity distribution at positions 5 and 16 is considerably different from the spectral intensity distribution at position 1 of non-dimming (1 SUN). On the other hand, FIG. 10 shows a measurement result at the time of dimming by inserting the mechanical neutral density filter 13 by the punching type neutral density filter and the light diffusing element 14 by the quartz light diffusing element. Even at the time of dimming, by inserting the light diffusing element 14, the spectral intensity distribution at the positions 5 and 16 has a characteristic that approximates the spectral intensity distribution at the position 1 of non-dimming (1 SUN), By inserting the light diffusing element 14 made of a quartz light diffusing element behind the mechanical neutral density filter 13, the spectral intensity distribution is greatly improved and hardly changes each other at each position.

また、スペクトル合致度についても、図11に示すように、同様の結果が得られている。なお、図11において、横軸は波長(nm)、縦軸はスペクトル合致度を表している。JIS規格によれば、スペクトル合致度の上限値は1.25、下限値は0.75とすることが定められている。機械的減光フィルタ13及び光拡散素子14を挿入しない非減光時(1SUN)においては、位置1、5及び16のいずれにおいてもスペクトル合致度は良好である。パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13を挿入した減光時は、位置5及び16において、スペクトル合致度が悪化しており、スペクトル分布が変化していることが分かる。パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13及び石英光拡散素子による光拡散素子14を挿入した場合は、スペクトル合致度が大幅に向上し、位置1のスペクトル強度分布(1SUN)のスペクトル特性に近似していることが分かる。   Further, similar results are obtained with respect to the degree of spectral coincidence as shown in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis represents the wavelength (nm) and the vertical axis represents the degree of spectrum matching. According to the JIS standard, it is determined that the upper limit value of the spectrum matching degree is 1.25 and the lower limit value is 0.75. At the time of non-dimming (1 SUN) in which the mechanical neutral density filter 13 and the light diffusing element 14 are not inserted, the spectral coincidence is good at any of the positions 1, 5 and 16. It can be seen that at the positions 5 and 16, the spectral coincidence degree deteriorates and the spectral distribution changes at the time of dimming with the mechanical neutralizing filter 13 by the punching type neutral density filter inserted. When the mechanical attenuating filter 13 by the punching type attenuating filter and the light diffusing element 14 by the quartz light diffusing element are inserted, the spectral coincidence is greatly improved, and the spectral characteristic of the spectral intensity distribution (1SUN) at the position 1 is improved. It can be seen that they are approximate.

このように、面内の均一度に関する減光による面内分布の悪化は、石英光拡散素子による光拡散素子14を使用することで改善されることが実験により実証できた。一方、スペクトル強度分布についても、石英光拡散素子による光拡散素子14を使用することにより、スペクトル合致度が大幅に向上している。即ち、本実施形態のごとく光拡散素子14を使用することによって、面内分布の改善及び部分的色ムラの改善がなされることが、実験により実証された。   Thus, it has been proved by experiments that the deterioration of the in-plane distribution due to the light attenuation related to the in-plane uniformity can be improved by using the light diffusing element 14 of the quartz light diffusing element. On the other hand, regarding the spectral intensity distribution, the use of the light diffusing element 14 made of a quartz light diffusing element greatly improves the degree of spectral matching. That is, it was proved by experiments that the in-plane distribution and the partial color unevenness can be improved by using the light diffusing element 14 as in the present embodiment.

以上説明したように、本実施形態によれば、パンチング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ13を用いることにより、インテグレータ素子15に入射する光量を減少させることができる。その場合、インテグレータ素子15の手前に光拡散素子14を挿入することにより、機械的減光フィルタ13の通過光を拡散させると共に高次回折光を遮断してインテグレータ素子15に入射させているので、色ムラの発生や、機械的減光フィルタ13の貫通孔径のイメージ結像の発生を防止することができる。このように、高次回折光を含まない拡散光がインテグレータ素子15に入るので、各貫通孔を通過する際の回折により互いに干渉して色ムラが生じたり、貫通孔径のイメージ結像が発生したりすることがなくなる。その結果、面内均一かつ色収差のない平行な光が例えば太陽電池セル表面である照射面18に照射されることとなる。   As described above, according to the present embodiment, the amount of light incident on the integrator element 15 can be reduced by using the mechanical neutral density filter 13 that is a punching type neutral density filter. In that case, by inserting the light diffusing element 14 in front of the integrator element 15, the light passing through the mechanical attenuating filter 13 is diffused and the high-order diffracted light is blocked and made incident on the integrator element 15. Generation of unevenness and image formation of the through hole diameter of the mechanical neutral density filter 13 can be prevented. In this way, diffused light that does not contain high-order diffracted light enters the integrator element 15, so that interference occurs due to diffraction when passing through each through-hole, resulting in color unevenness, or image formation with a through-hole diameter. There is no longer to do. As a result, parallel light with uniform in-plane and no chromatic aberration is irradiated onto the irradiation surface 18 which is, for example, the surface of the solar battery cell.

図12は本発明のソーラシミュレータの他の実施形態における照射光量制御装置部分の構成を概略的に示しており、図13は図12の一部を拡大して示している。   FIG. 12 schematically shows the configuration of the irradiation light quantity control device part in another embodiment of the solar simulator of the present invention, and FIG. 13 shows an enlarged part of FIG.

本実施形態ソーラシミュレータにおける照射光量制御装置の機械的減光フィルタを除く構成は、図1に示した実施形態の場合と全く同様である。従って、図12及び図13において、図1の実施形態の場合と同じ構成要素については、同じ参照番号を使用し、その説明を省略する。   The configuration of the solar simulator of the present embodiment excluding the mechanical light reduction filter of the irradiation light amount control device is exactly the same as that of the embodiment shown in FIG. Therefore, in FIG. 12 and FIG. 13, the same reference numerals are used for the same components as in the embodiment of FIG. 1, and the description thereof is omitted.

図12及び図13に示すように、第1の平面反射鏡12からの反射光が機械的減光フィルタ23に入射され、機械的減光フィルタ23の出射光は光拡散素子14に入射される。光拡散素子14の出射光はインテグレータ素子15に入射され、インテグレータ素子15の出射光は第2の平面反射鏡16に入射されて反射される。機械的減光フィルタ23、光拡散素子14及びインテグレータ素子15が、本発明の照射光量制御装置を構成している。   As shown in FIGS. 12 and 13, the reflected light from the first planar reflecting mirror 12 is incident on the mechanical dark filter 23, and the outgoing light from the mechanical dark filter 23 is incident on the light diffusing element 14. . The light emitted from the light diffusing element 14 is incident on the integrator element 15, and the light emitted from the integrator element 15 is incident on the second planar reflecting mirror 16 and reflected. The mechanical neutral density filter 23, the light diffusing element 14, and the integrator element 15 constitute the irradiation light amount control device of the present invention.

機械的減光フィルタ23は、光量調整用の単一の可変絞り23cを有する遮光板であり、空間的に光の透過する面積をこの絞りによって調整することにより、出射する光の絶対量を変化させるものである。この機械的減光フィルタ23は、本実施形態においては、可動の遮光板23a及び23bによってその開口径(絞りの径)が調整される可変絞り23cを設けた絞り式減光フィルタで構成されている。より詳しくは、この絞り式減光フィルタは、縦横が90mm×70mm、厚さが1〜2mm程度のステンレス鋼板又はアルミニウム板を2分割し、各々にV字状の切り欠きを設けた遮光板23a及び23bの切り欠きの離間距離を調整することにより、可変絞り23cの開口径を調整するように構成されている。切り欠きの形状はV字状に限定されず、半円形状又はその他の形状であっても良い。   The mechanical neutral density filter 23 is a light-shielding plate having a single variable diaphragm 23c for adjusting the amount of light, and the absolute amount of emitted light is changed by spatially adjusting the area through which light is transmitted. It is something to be made. In this embodiment, the mechanical neutral density filter 23 is constituted by a diaphragm type neutral density filter provided with a variable diaphragm 23c whose opening diameter (diaphragm diameter) is adjusted by movable light shielding plates 23a and 23b. Yes. More specifically, this diaphragm-type neutral density filter has a light shielding plate 23a in which a stainless steel plate or an aluminum plate having a length and width of 90 mm × 70 mm and a thickness of about 1 to 2 mm is divided into two parts, and each is provided with a V-shaped cutout. And the opening diameter of the variable aperture 23c is adjusted by adjusting the separation distance of the notches of 23b. The shape of the notch is not limited to a V shape, and may be a semicircular shape or other shapes.

機械的減光フィルタ23の可変絞り23cの開口径がインテグレータ素子15の個々のレンズの径に比較して小さくなってくると、機械的減光フィルタ23の可変絞り23cの縁部付近で回折光現象が発生し、これにより光源からの白色光がスペクトル的に分離して光の分散が生じる。光拡散素子14が設けられていない場合、この回折により分離されたスペクトル成分が、インテグレータ素子15の複眼レンズにスペクトル毎に異なる角度で入射することとなる。複眼レンズ内を導波する光は全反射を繰り返して出射方向に導かれるが、光の波長の相違により複眼レンズに入射する角度が互いに異なると、複眼レンズを出る時の角度が異なることとなり、平行な光を作り出せず色収差が生じてしまう。このように色収差により非平行となった光がインテグレータ素子15から出射され、これがコリメーションレンズ17においても平行光に補正されず、結果として、太陽光に近似したスペクトルを照射することができなくなる。   When the aperture diameter of the variable diaphragm 23c of the mechanical neutral density filter 23 becomes smaller than the diameter of each lens of the integrator element 15, the diffracted light near the edge of the variable diaphragm 23c of the mechanical neutral density filter 23. A phenomenon occurs, whereby white light from the light source is spectrally separated and light dispersion occurs. When the light diffusing element 14 is not provided, the spectral components separated by this diffraction are incident on the compound eye lens of the integrator element 15 at different angles for each spectrum. The light guided in the compound eye lens is guided in the emission direction by repeating total reflection, but if the angles incident on the compound eye lens are different from each other due to the difference in the wavelength of the light, the angle when exiting the compound eye lens will be different, Chromatic aberration occurs without producing parallel light. Thus, the light that has become non-parallel due to chromatic aberration is emitted from the integrator element 15, and is not corrected to parallel light by the collimation lens 17. As a result, it becomes impossible to irradiate a spectrum that approximates sunlight.

これに対して、本実施形態のごとく、機械的減光フィルタ23とインテグレータ素子15との間に、光を単に拡散するだけではなく高次回折光遮断フィルタとしても機能する光拡散素子14が設けられることにより、機械的減光フィルタ23の単一の可変絞り23cの縁部付近で発生する高次回折光により生起される色収差を除去することが可能となる。即ち、光拡散素子14に空間周波数フィルタの機能を持たせることにより高次回折光を除去し、スペクトル変化を起こさず、均一度及び平行度を安定に保つことが可能となっている。   On the other hand, as in this embodiment, a light diffusing element 14 that functions not only to diffuse light but also as a high-order diffracted light blocking filter is provided between the mechanical neutral density filter 23 and the integrator element 15. This makes it possible to remove chromatic aberration caused by high-order diffracted light generated near the edge of the single variable stop 23c of the mechanical neutral density filter 23. That is, by providing the light diffusing element 14 with the function of a spatial frequency filter, it is possible to remove high-order diffracted light and keep the uniformity and parallelism stable without causing a spectrum change.

次に、本実施形態におけるソーラシミュレータの動作を説明する。   Next, the operation of the solar simulator in this embodiment will be described.

光源10から放射された光は、直接的に又は光源反射鏡11によって反射され、さらに第1の平面反射鏡12で反射されて、照射光量制御装置における機械的減光フィルタ23に入射される。機械的減光フィルタ23に入射された光は、単一の可変絞り23cを透過することによりその一部が遮断されて減光され、光拡散素子14に入射される。機械的減光フィルタ23の出射光は、この光拡散素子14により拡散されてその全スペクトル域に渡って均一に減光が行われる。さらに、機械的減光フィルタ23の可変絞り23cの縁部付近で回折光現象が発生しても、この光拡散素子14において高次回折光の遮断が行われるので、その出射光には色収差が生じない。光拡散素子14の出射光は、インテグレータ素子15に入射され、その複眼レンズにより多数の光源像が位置ずれして重畳されることにより、均一な光分布が形成される。このようにして形成された面内均一かつ均一なスペクトル分布の光は、第2の平面反射鏡16によって反射された後、コリメーションレンズ17において完全な平行光に変換された後、太陽電池セル表面である照射面18に照射される。   The light emitted from the light source 10 is reflected directly or by the light source reflecting mirror 11, further reflected by the first planar reflecting mirror 12, and is incident on the mechanical neutral density filter 23 in the irradiation light quantity control device. The light that has entered the mechanical neutralizing filter 23 is transmitted through the single variable aperture 23 c, so that part of the light is blocked and attenuated, and is incident on the light diffusing element 14. The light emitted from the mechanical neutralizing filter 23 is diffused by the light diffusing element 14 and is uniformly attenuated over the entire spectral range. Further, even if a diffracted light phenomenon occurs in the vicinity of the edge of the variable stop 23c of the mechanical neutral density filter 23, high-order diffracted light is blocked by the light diffusing element 14, so that chromatic aberration occurs in the emitted light. Absent. The light emitted from the light diffusing element 14 is incident on the integrator element 15, and a large number of light source images are superimposed and shifted by the compound eye lens, thereby forming a uniform light distribution. The light having a uniform and uniform spectral distribution formed in this way is reflected by the second plane reflecting mirror 16 and then converted into completely parallel light by the collimation lens 17, and then the surface of the solar battery cell. The irradiation surface 18 is irradiated.

以上説明したように、本実施形態によれば、絞り式減光フィルタによる機械的減光フィルタ23を用いることにより、インテグレータ素子15に入射する光量を減少させることができる。その場合、インテグレータ素子15の手前に光拡散素子14を挿入することにより、機械的減光フィルタ23の通過光を拡散させると共に高次回折光を遮断してインテグレータ素子15に入射させているので、色ムラの発生や、機械的減光フィルタ23の絞りの開口径のイメージ結像の発生を防止することができる。このように、高次回折光を含まない拡散光がインテグレータ素子15に入るので、可変絞り23cを通過する際の回折により互いに干渉して色ムラが生じたり、可変絞り23cのイメージ結像が発生したりすることがなくなる。その結果、面内均一かつ色収差のない平行な光が例えば太陽電池セル表面である照射面18に照射されることとなる。   As described above, according to the present embodiment, the amount of light incident on the integrator element 15 can be reduced by using the mechanical dark filter 23 by the diaphragm type dark filter. In that case, by inserting the light diffusing element 14 in front of the integrator element 15, the light passing through the mechanical neutralizing filter 23 is diffused and the high-order diffracted light is blocked and made incident on the integrator element 15. Generation of unevenness and image formation of the aperture diameter of the diaphragm of the mechanical neutralizing filter 23 can be prevented. In this way, diffused light that does not include higher-order diffracted light enters the integrator element 15, so that interference occurs with each other due to diffraction when passing through the variable aperture 23 c, and color imaging occurs on the variable aperture 23 c. It will not be. As a result, parallel light with uniform in-plane and no chromatic aberration is irradiated onto the irradiation surface 18 which is, for example, the surface of the solar battery cell.

図14は本発明のソーラシミュレータのさらに他の実施形態における照射光量制御装置部分の構成を概略的に示しており、図15は図14の一部を拡大して示している。   FIG. 14 schematically shows a configuration of an irradiation light amount control device portion in still another embodiment of the solar simulator of the present invention, and FIG. 15 shows a part of FIG. 14 in an enlarged manner.

本実施形態ソーラシミュレータにおける照射光量制御装置の機械的減光フィルタを除く構成は、図1に示した実施形態の場合と全く同様である。従って、図14及び図15において、図1の実施形態の場合と同じ構成要素については、同じ参照番号を使用し、その説明を省略する。   The configuration of the solar simulator of the present embodiment excluding the mechanical light reduction filter of the irradiation light amount control device is exactly the same as that of the embodiment shown in FIG. Therefore, in FIGS. 14 and 15, the same reference numerals are used for the same components as those in the embodiment of FIG. 1, and the description thereof is omitted.

図14及び図15に示すように、第1の平面反射鏡12からの反射光が機械的減光フィルタ33に入射され、機械的減光フィルタ33の出射光は光拡散素子14に入射される。光拡散素子14の出射光はインテグレータ素子15に入射され、インテグレータ素子15の出射光は第2の平面反射鏡16に入射されて反射される。機械的減光フィルタ33、光拡散素子14及びインテグレータ素子15が、本発明の照射光量制御装置を構成している。   As shown in FIGS. 14 and 15, the reflected light from the first planar reflecting mirror 12 is incident on the mechanical neutral density filter 33, and the outgoing light of the mechanical neutral density filter 33 is incident on the light diffusing element 14. . The light emitted from the light diffusing element 14 is incident on the integrator element 15, and the light emitted from the integrator element 15 is incident on the second planar reflecting mirror 16 and reflected. The mechanical neutral density filter 33, the light diffusing element 14, and the integrator element 15 constitute an irradiation light amount control device of the present invention.

機械的減光フィルタ33は、光量調整用の単一の貫通孔33bを有する遮光板33aであり、空間的に光の透過する面積をこの貫通孔33bの開口径によって設定することにより、出射する光の絶対量を設定するものである。この機械的減光フィルタ33は、本実施形態においては、固定の貫通孔33bを設けたリング式減光フィルタで構成されている。より詳しくは、このリング式減光フィルタは、縦横が90mm×70mm、厚さが1〜2mm程度のステンレス鋼板又はアルミニウム板による遮光板33aの中央部に単一の貫通孔33bを設けて構成されている。貫通孔33bの形状は円状に限定されず、その他の形状であっても良い。   The mechanical neutral density filter 33 is a light shielding plate 33a having a single through hole 33b for adjusting the amount of light, and emits light by spatially setting an area through which light is transmitted by the opening diameter of the through hole 33b. It sets the absolute amount of light. In the present embodiment, the mechanical neutral density filter 33 is a ring type neutral density filter provided with a fixed through hole 33b. More specifically, this ring-type neutral density filter is configured by providing a single through hole 33b in the central portion of a light shielding plate 33a made of a stainless steel plate or aluminum plate having a length and width of 90 mm × 70 mm and a thickness of about 1 to 2 mm. ing. The shape of the through hole 33b is not limited to a circular shape, and may be other shapes.

機械的減光フィルタ33の貫通孔33bの開口径がインテグレータ素子15の個々のレンズの径に比較して小さく設定されていると、機械的減光フィルタ33の貫通孔33bの縁部付近で回折光現象が発生し、これにより光源からの白色光がスペクトル的に分離して光の分散が生じる。この光拡散素子14が設けられていない場合、この回折により分離されたスペクトル成分が、インテグレータ素子15の複眼レンズにスペクトル毎に異なる角度で入射することとなる。複眼レンズ内を導波する光は全反射を繰り返して出射方向に導かれるが、光の波長の相違により複眼レンズに入射する角度が互いに異なると、複眼レンズを出る時の角度が異なることとなり、平行な光を作り出せず色収差が生じてしまう。このように色収差により非平行となった光がインテグレータ素子15から出射され、これがコリメーションレンズ17においても平行光に補正されず、結果として、太陽光に近似したスペクトルを照射することができなくなる。   When the aperture diameter of the through hole 33b of the mechanical neutral density filter 33 is set smaller than the diameter of each lens of the integrator element 15, diffraction occurs near the edge of the through hole 33b of the mechanical neutral density filter 33. A light phenomenon occurs, whereby white light from the light source is spectrally separated to cause light dispersion. When the light diffusing element 14 is not provided, the spectral components separated by the diffraction are incident on the compound eye lens of the integrator element 15 at different angles for each spectrum. The light guided in the compound eye lens is guided in the emission direction by repeating total reflection, but if the angles incident on the compound eye lens are different from each other due to the difference in the wavelength of the light, the angle when exiting the compound eye lens will be different, Chromatic aberration occurs without producing parallel light. Thus, the light that has become non-parallel due to chromatic aberration is emitted from the integrator element 15, and is not corrected to parallel light by the collimation lens 17. As a result, it becomes impossible to irradiate a spectrum that approximates sunlight.

これに対して、本実施形態のごとく、機械的減光フィルタ33とインテグレータ素子15との間に、光を単に拡散するだけではなく高次回折光遮断フィルタとしても機能する光拡散素子14が設けられることにより、機械的減光フィルタ33の単一の貫通孔33bの縁部付近で発生する高次回折光により生起される色収差を除去することが可能となる。即ち、光拡散素子14に空間周波数フィルタの機能を持たせることにより高次回折光を除去し、スペクトル変化を起こさず、均一度及び平行度を安定に保つことが可能となっている。   On the other hand, as in this embodiment, a light diffusing element 14 that functions not only to diffuse light but also to function as a high-order diffracted light blocking filter is provided between the mechanical neutral density filter 33 and the integrator element 15. As a result, it is possible to remove chromatic aberration caused by high-order diffracted light generated in the vicinity of the edge of the single through hole 33b of the mechanical neutral density filter 33. That is, by providing the light diffusing element 14 with the function of a spatial frequency filter, it is possible to remove high-order diffracted light and keep the uniformity and parallelism stable without causing a spectrum change.

本実施形態における機械的減光フィルタ33及び光拡散素子14の作用は図12の実施形態の場合と同様であるため、説明は省略する。   The operations of the mechanical neutral density filter 33 and the light diffusing element 14 in this embodiment are the same as those in the embodiment of FIG.

次に、本実施形態におけるソーラシミュレータの動作を説明する。   Next, the operation of the solar simulator in this embodiment will be described.

光源10から放射された光は、直接的に又は光源反射鏡11によって反射され、さらに第1の平面反射鏡12で反射されて、照射光量制御装置における機械的減光フィルタ33に入射される。機械的減光フィルタ33に入射された光は、単一の貫通孔33bを透過することによりその一部が遮断されて減光され、光拡散素子14に入射される。機械的減光フィルタ33の出射光は、この光拡散素子14により拡散されてその全スペクトル域に渡って均一に減光が行われる。さらに、機械的減光フィルタ33の貫通孔33bの縁部付近で回折光現象が発生しても、この光拡散素子14において高次回折光の遮断が行われるので、その出射光には色収差が生じない。光拡散素子14の出射光は、インテグレータ素子15に入射され、その複眼レンズにより多数の光源像が位置ずれして重畳されることにより、均一な光分布が形成される。このようにして形成された面内均一かつ均一なスペクトル分布の光は、第2の平面反射鏡16によって反射された後、コリメーションレンズ17において完全な平行光に変換された後、太陽電池セル表面である照射面18に照射される。   The light emitted from the light source 10 is reflected directly or by the light source reflecting mirror 11, is further reflected by the first planar reflecting mirror 12, and is incident on the mechanical neutral density filter 33 in the irradiation light quantity control device. The light that has entered the mechanical neutral filter 33 is transmitted through the single through-hole 33 b, so that part of the light is blocked and attenuated, and is incident on the light diffusing element 14. The light emitted from the mechanical neutralizing filter 33 is diffused by the light diffusing element 14 and is uniformly attenuated over the entire spectral range. Further, even if a diffracted light phenomenon occurs in the vicinity of the edge of the through hole 33b of the mechanical neutral density filter 33, the light diffusion element 14 blocks high-order diffracted light, so that chromatic aberration occurs in the emitted light. Absent. The light emitted from the light diffusing element 14 is incident on the integrator element 15, and a large number of light source images are superimposed and shifted by the compound eye lens, thereby forming a uniform light distribution. The light having a uniform and uniform spectral distribution formed in this way is reflected by the second plane reflecting mirror 16 and then converted into completely parallel light by the collimation lens 17, and then the surface of the solar battery cell. The irradiation surface 18 is irradiated.

以上説明したように、本実施形態によれば、リング式減光フィルタによる機械的減光フィルタ33を用いることにより、インテグレータ素子15に入射する光量を減少させることができる(最大で減光率20%程度)。その場合、インテグレータ素子15の手前に光拡散素子14を挿入することにより、機械的減光フィルタ33の通過光を拡散させると共に高次回折光を遮断してインテグレータ素子15に入射させているので、色ムラの発生や、機械的減光フィルタ33の貫通孔33bの開口径のイメージ結像の発生を防止することができる。このように、高次回折光を含まない拡散光がインテグレータ素子15に入るので、貫通孔33bを通過する際の回折により互いに干渉して色ムラが生じたり、貫通孔33bのイメージ結像が発生したりすることがなくなる。その結果、面内均一かつ色収差のない平行な光が例えば太陽電池セル表面である照射面18に照射されることとなる。   As described above, according to the present embodiment, the amount of light incident on the integrator element 15 can be reduced by using the mechanical neutral density filter 33 using a ring type neutral density filter (the maximum attenuation ratio is 20). %degree). In that case, by inserting the light diffusing element 14 in front of the integrator element 15, the light passing through the mechanical neutralizing filter 33 is diffused and the high-order diffracted light is blocked and made incident on the integrator element 15. Generation of unevenness and image formation of the opening diameter of the through hole 33b of the mechanical neutral density filter 33 can be prevented. In this way, diffused light that does not contain higher-order diffracted light enters the integrator element 15, so that interference occurs with each other due to diffraction when passing through the through-hole 33 b, and color image formation occurs in the through-hole 33 b. It will not be. As a result, parallel light with uniform in-plane and no chromatic aberration is irradiated onto the irradiation surface 18 which is, for example, the surface of the solar battery cell.

図16はソーラシミュレータの一例の構成を概略的に示す図である。   FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of an example of a solar simulator.

同図において、10は例えばキセノン放電ランプ等から構成される光源、11は光源10の後方及び周囲に配置された例えば楕円又は放物線状の軸断面を有する光源反射鏡、12は光源10からの直接光及び光源反射鏡11による反射光が入射され、これをほぼ垂直方向に反射する、例えばアルミニウム製の第1の平面反射鏡、15は第1の平面反射鏡12からの反射光が入射されるインテグレータ素子、16はインテグレータ素子15の出射光が入射され、これをほぼ垂直方向に反射する、例えばアルミニウム製の第2の平面反射鏡、44は第2の平面反射鏡16からの反射光が入射される低角度光拡散素子、17は低角度光拡散素子44の出射光を平行光に変換するコリメーションレンズ、18はコリメーションレンズ17の出射光が入射される、例えば太陽電池セル表面である照射面をそれぞれ示している。   In the figure, 10 is a light source composed of, for example, a xenon discharge lamp, 11 is a light source reflecting mirror having an axial cross section of, for example, an ellipse or a parabola, and 12 is directly from the light source 10. Light and reflected light from the light source reflecting mirror 11 are incident and reflected in a substantially vertical direction, for example, a first planar reflecting mirror made of aluminum, and 15 is reflected light from the first planar reflecting mirror 12. The integrator element 16 receives the light emitted from the integrator element 15 and reflects it in a substantially vertical direction. For example, a second planar reflecting mirror made of aluminum, 44 receives the reflected light from the second planar reflecting mirror 16. The low-angle light diffusing element 17 is a collimation lens that converts the light emitted from the low-angle light diffusing element 44 into parallel light, and 18 is the light emitted from the collimation lens 17. It is the, for example, shows the irradiation surface is a solar cell surface, respectively.

照射面18に最終的に照射される光の平行度を考慮せずに良い場合、同図に示すように、インテグレータ素子15とコリメーションレンズ17との間に低角度光拡散素子44を配置し、配置距離を変えることで減光率を変えることができ、さらに、低角度光拡散素子44の拡散率を設定することによって減光率を調整することができる。   When it is not necessary to consider the parallelism of the light finally irradiated to the irradiation surface 18, a low-angle light diffusing element 44 is disposed between the integrator element 15 and the collimation lens 17, as shown in FIG. The light attenuation rate can be changed by changing the arrangement distance, and the light attenuation rate can be adjusted by setting the diffusion rate of the low-angle light diffusing element 44.

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。   All the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in other various modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

10 光源
11 光源反射鏡
12 第1の平面反射鏡
13、23、33 機械的減光フィルタ
13a、23a、23b、33a 遮光板
13b、33b 貫通孔
14 光拡散素子
15 インテグレータ素子
16 第2の平面反射鏡
17 コリメーションレンズ
18 照射面
18a 有効領域
19 測定位置
20 照度変動測定用照度計
21 波長変換フィルタ
22 シャッタ
23c 可変絞り
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source 11 Light source reflective mirror 12 1st plane reflective mirror 13, 23, 33 Mechanical neutral density filter 13a, 23a, 23b, 33a Light-shielding plate 13b, 33b Through-hole 14 Light diffusing element 15 Integrator element 16 2nd plane reflection Mirror 17 Collimation lens 18 Irradiation surface 18a Effective area 19 Measurement position 20 Illuminance meter for measuring illuminance fluctuation 21 Wavelength conversion filter 22 Shutter 23c Variable aperture

Claims (7)

光源からの光束の一部を遮断して減光する機械的減光フィルタと、該機械的減光フィルタの光出射側に設けられており光学的に均一な分布の光を作成するインテグレータ素子と、前記機械的減光フィルタ及び前記インテグレータ素子間に挿入されており光拡散機能及び光の高次回折光成分遮断機能を有する光拡散素子とを備えたことを特徴とする照射光量制御装置。   A mechanical attenuating filter that cuts off a part of the light flux from the light source and dimming, and an integrator element that is provided on the light emitting side of the mechanical attenuating filter and creates light with an optically uniform distribution; And a light diffusing element inserted between the mechanical neutral density filter and the integrator element and having a light diffusing function and a light higher-order diffracted light component blocking function. 前記インテグレータ素子が、複数のレンズにより生成した多数の光源像を位置ずれさせて重畳することにより均一な光分布を作成する複眼レンズ式のインテグレータ素子であることを特徴とする請求項1に記載の照射光量制御装置。   The integrator element according to claim 1, wherein the integrator element is a compound eye lens type integrator element that creates a uniform light distribution by superimposing a plurality of light source images generated by a plurality of lenses while shifting their positions. Irradiation light quantity control device. 前記機械的減光フィルタが、遮光板に複数の貫通孔を設けたパンチング式減光フィルタであることを特徴とする請求項1又は2に記載の照射光量制御装置。   3. The irradiation light amount control device according to claim 1, wherein the mechanical neutral density filter is a punching type neutral density filter in which a plurality of through holes are provided in a light shielding plate. 前記機械的減光フィルタが、可変絞りを有する絞り式減光フィルタであることを特徴とする請求項1又は2に記載の照射光量制御装置。   The irradiation light quantity control device according to claim 1, wherein the mechanical neutral density filter is an aperture type neutral density filter having a variable aperture. 前記機械的減光フィルタが、遮光板に単一の貫通孔を設けたリング式減光フィルタであることを特徴とする請求項1又は2に記載の照射光量制御装置。   The irradiation light quantity control device according to claim 1, wherein the mechanical neutral density filter is a ring type neutral density filter in which a single through hole is provided in a light shielding plate. 前記光拡散素子と前記インテグレータ素子との距離が可変であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の照射光量制御装置。   6. The irradiation light amount control device according to claim 1, wherein a distance between the light diffusing element and the integrator element is variable. 光源と、該光源の光を反射する反射鏡と、請求項1から6のいずれか1項に記載の照射光量制御装置と、該照射光量制御装置における前記インテグレータ素子の光出射側に設けられており入射光を平行光に変換するコリメータレンズ素子とを備えたことを特徴とするソーラシミュレータ。   A light source, a reflecting mirror that reflects light from the light source, an irradiation light amount control device according to any one of claims 1 to 6, and a light emission side of the integrator element in the irradiation light amount control device. A solar simulator comprising a collimator lens element that converts incident light into parallel light.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014093466A (en) * 2012-11-06 2014-05-19 Iwasaki Electric Co Ltd Optical system
CN104617878A (en) * 2014-11-28 2015-05-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Tripartite gallium arsenide battery testing three-spectrum solar simulator device
CN106704898A (en) * 2015-08-10 2017-05-24 南京理工大学 Light path structure of space structure type sun simulator

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105042518A (en) * 2015-07-13 2015-11-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 Optical system of solar simulator
CN105242570A (en) * 2015-10-12 2016-01-13 哈尔滨工业大学 Aircraft-to-sun relationship ground simulation device
CN105737029B (en) * 2016-03-25 2018-12-07 中国科学院工程热物理研究所 A kind of solar simulator
JP2017224461A (en) 2016-06-15 2017-12-21 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Light irradiation device and optical fiber path used for the light irradiation device
CN111536461B (en) * 2020-05-12 2022-02-11 长春理工大学 Design method of irradiation attenuator of xenon lamp light source solar simulator
CN111540264A (en) * 2020-05-23 2020-08-14 王威 Simulation sun illumination flow equipment based on teaching demonstration is used
CN113175638B (en) * 2021-05-13 2022-07-22 长春理工大学 Shading device continuously adjustable for irradiation of solar simulator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006064593A1 (en) * 2004-12-13 2006-06-22 Harison Toshiba Lighting Corp. Lighting equipment and lighting system
JP2010182646A (en) * 2009-02-09 2010-08-19 Wacom Electric Co Ltd Lamp unit and pseudo-sunlight irradiation device
JP2010251387A (en) * 2009-04-13 2010-11-04 Ji Engineering:Kk Solar simulator
JP2011180044A (en) * 2010-03-02 2011-09-15 Iwasaki Electric Co Ltd Device for measurement of beam parallelism

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3988066A (en) * 1974-01-12 1976-10-26 Canon Kabushiki Kaisha Light exposure apparatus for printing
JP2009145226A (en) * 2007-12-14 2009-07-02 Fujifilm Corp Light source device for image sensor inspection, and image sensor inspection device equipped therewith

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006064593A1 (en) * 2004-12-13 2006-06-22 Harison Toshiba Lighting Corp. Lighting equipment and lighting system
JP2010182646A (en) * 2009-02-09 2010-08-19 Wacom Electric Co Ltd Lamp unit and pseudo-sunlight irradiation device
JP2010251387A (en) * 2009-04-13 2010-11-04 Ji Engineering:Kk Solar simulator
JP2011180044A (en) * 2010-03-02 2011-09-15 Iwasaki Electric Co Ltd Device for measurement of beam parallelism

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014093466A (en) * 2012-11-06 2014-05-19 Iwasaki Electric Co Ltd Optical system
CN104617878A (en) * 2014-11-28 2015-05-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Tripartite gallium arsenide battery testing three-spectrum solar simulator device
CN106704898A (en) * 2015-08-10 2017-05-24 南京理工大学 Light path structure of space structure type sun simulator

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