JP2013251154A - 擬似太陽光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化することなく、高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を大きな照射面へ照射できる安価な擬似太陽光照射装置を提供する。
【解決手段】擬似太陽光照射装置３０は、キセノンランプ１と、光の幅方向の拡がり角を小さくするキセノンテーパ３と、光の高さ方向の拡がり角を大きくする結合テーパ４と、導光板９と、散乱溝８とを備えている。導光板９には、光の入射面とは反対側の面に反射部材１０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置に関する。

太陽電池は、クリーンなエネルギー源としての重要性が認められ、その需要が高まりつつある。近年では、太陽電池技術の急速な発展と普及とに伴い、太陽電池モジュールの大型化が進んでいる。そこで、太陽電池の検査、測定、および実験に利用でき、高精度の擬似太陽光を大面積に照射可能な擬似太陽光照射装置が求められている。この擬似太陽光照射装置の性能を示す指標がＪＩＳ（日本工業規格）で規定されており、より高性能な擬似太陽光照射装置が必要とされている。具体的には、照射する擬似太陽光を基準太陽光（ＪＩＳ Ｃ８９４１）の発光スペクトルに近づき、かつ一様に擬似太陽光を照射できる装置が必要とされている。

一方、近年で太陽電池が急速に普及するにあたり、太陽電池の価格が急激に下落している。このため、特に製造業に導入される擬似太陽光装置は、大きな太陽電池に対応するために大きな照射面を持ちつつも、設置場所を限定しないためにコンパクトであり、なおかつ装置費用が安く、高い性能（例えば、ＪＩＳで規定されているＡ級クラス）を持つ装置が求められている。

このような要求に対する技術が、特許文献１〜３に開示されている。例えば、特許文献１には、拡散光照射方式を用いた擬似太陽光照射装置が開示されている。特許文献１に開示されている擬似太陽光照射装置は、擬似太陽光の照射面積より小さい面積の光放射面に取り付けられた光学フィルタと、内部にランプを設置したランプハウジングと、ランプハウジングの光学フィルタに対向する側に配置した反射板を備えており、ランプを光学フィルタに透過させることによって、擬似太陽光を生成している。

また、特許文献２には、指向性が制御された擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置が開示されている。特許文献２に開示されている擬似太陽光照射装置は、ランプから出射される光をリフレクタにより集光し、ミラーにより光路長を増やし、限られた大きさの光学フィルタに対してできるだけ垂直な光を透過させる仕組みを備えている。

また、特許文献３には、広い照射面積を実現した高性能な擬似太陽光を生成する擬似太陽光照射装置が開示されている。特許文献３に開示されている擬似太陽光照射装置では、管状光源から効率的に導光体へ光を入射させるために、Ｕ字型に形成された反射ミラーを用いている。また、スペクトル変調部材に入射する光の指向性を制御するために、テーパ形状の導光体を用い、さらに導光板の両側から導光体の光を入射させている。

特開２００３−２８７８５号公報（公開日：２００３年１月２９日） 特開平９−３０６２０１号公報（公開日：１９９７年１１月２８日） 特許第４７２３０１５号公報（公開日：２０１１年１月６日）

特許文献１に開示されている擬似太陽光照射装置では、光学系の構造を単純化することによって、初期装置価格（イニシャルコスト）を低くでき、太陽電池の大型化だけでなく、ランプおよび光学フィルタ等の部材数を増やすことにも対応できるコンパクトな装置として利用することができる。しかし、特許文献１に開示されている擬似太陽光照射装置には、以下の２つの課題がある。１つ目は、光学フィルタに入射する光の指向性が制御されていない点である。このため、光学フィルタへ垂直に入射する成分、すなわち光学フィルタの設計値通りに調整されるスペクトル成分が少ないため、本来の光学フィルタの能力が発揮できず、所望の発光スペクトルを得ることができない。つまり、擬似太陽光照射装置としての性能が不十分である。２つ目は、特定の光学フィルタは複数のランプからの光を透過しているため、複数のランプがそれぞれの個体差を持って劣化した場合や、ランプを交換した場合等、特定の光学フィルタに入射する光の指向性が変化してしまう点である。すなわち、ランプ劣化が顕著にある場合や、ランプ交換（メンテナンス）を行った場合等では、光学フィルタを調整する必要があるため、装置維持費用（ランニングコスト）が高くついてしまう。

特許文献２に開示されている擬似太陽光照射装置では、光学フィルタに入射する光の指向性を制御しているので、発光スペクトルを基準太陽光に近づけることはできる。また、ランプは単一の構成であるため、ランプ劣化やランプ交換等のメンテナンスにも対応しやすく、装置維持費用（ランニングコスト）を抑えられる利点がある。その一方で、特許文献２に開示されている擬似太陽光照射装置は、レンズ系を含む複雑な光学系で構成されているため、１．０ｍ×２．０ｍクラスの大きな太陽電池を測定しようとすると、レンズ系を含めた光学系が大きくなり、光路長を長くする必要が出てきてしまう。そのため、装置そのものが大型化してしまい、コンパクトな装置とならない点が課題である。さらに、レンズ系を含む光学系の費用は増加し、装置価格が上昇するため、特許文献２に開示されている技術は、装置の大型化の対応には適していない。

また、特許文献３に開示されている擬似太陽光照射装置では、導光体、リフレクタ（光源部にある反射ミラー）、光学フィルタ、および光源等といった部材の数を単純に増やすことによって、照射面を拡大することができる。そのため、擬似太陽光照射装置の性能を落とさずに、なおかつ過剰に装置を大型化することなく、大型な太陽電池を測定できる。しかし、特許文献３に開示されている技術は、高価な光学部材や高価な高出力光源を用いることで高性能な擬似太陽光照射装置を実現しているため、１．０ｍ×２．０ｍクラスの大きな太陽電池を測定しようとすると、装置価格が上昇してしまうという課題がある。

そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置を大型化することなく（コンパクトなままで）、高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を大きな照射面へ照射できる安価な擬似太陽光照射装置を提供することにある。

本発明に係る擬似太陽光照射装置は、上記の課題を解決するために、光源と、上記光源からの出射光の幅方向の拡がり角を小さくする第１の導光体と、上記第１の導光体からの出射光の高さ方向の拡がり角を大きくする第２の導光体と、上記第２の導光体からの出射光が入射する第３の導光体と、上記第３の導光体において、上記第２の導光体からの出射光が入射する面とは反対側の面に設けられた反射部材と、上記第３の導光体に設けられ、上記第３の導光体に入射した上記出射光を照射面に取り出す光取り出し部材とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、反射部材を設けることによって、第３の導光体の端部（側面）から外部に出射してロスとなる光は、反射部材によって反射されて第３の導光体内に戻る。結果、第２の導光体から入射した光を第３の導光体内に閉じ込めることができるため、第３の導光体内での光の反射回数を増やすことができるという効果が得られる。また、第１の導光体からの出射光を、高さ方向の拡がり角を大きくする第２の導光体に入射させることによっても、第３の導光体内での反射回数を増やすことができるという効果が得られる。

第３の導光体内での反射回数が増えれば、第３の導光体を伝搬する光が光取り出し部材によって照射面に取り出される確率を増やすことができ、効率的に光を被照射体である太陽電池に向けて照射することができる。よって、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、第３の導光体から被照射体である太陽電池に向かって照射される光の取り出し効率が上がることにより、光源の出力エネルギーを低下させることができるので、装置を安価にできる。

また、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、第１の導光体によって光源からの出射光の幅方向の拡がり角を小さく（すなわち、指向性を制御）しているため、高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を太陽電池に照射することができる。さらに、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、第１の導光体、第２の導光体、第３の導光体、および光源等といった部材の数を単純に増やすことによって、照射面を拡大することができる。そのため、擬似太陽光照射装置の性能を落とさずに、なおかつ過剰に装置を大型化することなく、大型な太陽電池を測定できる。

よって、本発明によれば、装置を大型化することなく（コンパクトなままで）、高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を大きな照射面へ照射できる安価な擬似太陽光照射装置を得ることができる。

本発明に係る擬似太陽光照射装置は、上記の課題を解決するために、光源と、上記光源からの出射光の幅方向の拡がり角を小さくする第１の導光体であって、断面における上記幅方向の長さが徐々に大きくなるようなテーパ形状を有する第１の導光体と、上記第１の導光体からの出射光のスペクトル調整を行うスペクトル変調部材と、上記スペクトル変調部材からの出射光の高さ方向の拡がり角を大きくする第２の導光体であって、断面における上記高さ方向の長さが徐々に小さくなるようなテーパ形状を有する第２の導光体と、上記第２の導光体からの出射光が入射する第３の導光体と、上記第３の導光体において、上記第２の導光体からの出射光が入射する面とは反対側の面に設けられた反射部材と、上記第３の導光体に設けられ、上記第３の導光体に入射した上記出射光を照射面に取り出す光取り出し部材とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、スペクトル変調部材に光源からの出射光を入射させる前に、その幅方向の拡がり角を小さくする（すなわち、指向性を制御する）第１の導光体を設けることによって、スペクトル変調部材に対して垂直に入射する成分を増やすことができる。そのため、設計値通りの高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を得ることができる。

また、スペクトル変調部材からの光を、高さ方向の拡がり角を大きくする第２の導光体に入射させることによって、第３の導光体内での反射回数を増やすことができるという効果が得られる。さらに、第３の導光体における入射面とは反対側に面に反射部材を設けることによっても、第３の導光体の端部（側面）から外部に出射してロスとなる光は、反射部材によって反射されて第３の導光体内に戻るため、第３の導光体内での光の反射回数を増やすことができる。

以上のことから、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、第３の導光体から被照射体である太陽電池に向かって照射される光の取り出し効率が上がることにより、光源の出力エネルギーを低下させることができるので、装置を安価にできる。また、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、第１の導光体、第２の導光体、第３の導光体、および光源等といった部材の数を単純に増やすことによって、照射面を拡大することができる。そのため、擬似太陽光照射装置の性能を落とさずに、なおかつ過剰に装置を大型化することなく、大型な太陽電池を測定できる。

よって、本発明によれば、装置を大型化することなく（コンパクトなままで）、高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を大きな照射面へ照射できる安価な擬似太陽光照射装置を得ることができる。

さらに、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、１つの第２の導光体に対して、複数の上記第１の導光体が設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、第１の導光体が持つ指向性制御の効果を落とさずに、第１の導光体の長さと体積とを削減でき、装置をコンパクトにすることができる。さらに、部材費を少なくすることができるので、装置を安価にすることができる。

さらに、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、上記光源は管状光源であり、上記第３の導光体において、上記第２の導光体からの出射光が入射する面は１つであり、当該面に対して１つの上記光源が設けられており、釣鐘形状の凸部に円形状の一部分を重ねた形状の断面を有する反射部の内部に、上記光源が設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、光源からの第１の導光体に直接入射しない成分であっても、反射部で反射され、第２の導光体またはスペクトル変調部材に向かって入射する。つまり、反射部は、光源から出射された光を集めて第２の導光体またはスペクトル変調部材に入射させることができる。

ここで、反射部を上記のような形状にすると、釣鐘形状にする場合よりも、効率よく第２の導光体またはスペクトル変調部材に光を入射させることができる。

また、第３の導光体において第２の導光体からの出射光が入射する面に対して、１つの光源を設けることによって、装置をコンパクトにすることができる。さらに、上記の面に対して１つの光源を設けることにより、構成部材を最小限に抑えることができるので、装置を安価にすることができる。

本発明に係る擬似太陽光照射装置によれば、反射部材を設けることによって、第３の導光体内での光の反射回数が増え、効率的に光を被照射体である太陽電池に向けて照射することができる。よって、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、第３の導光体から被照射体である太陽電池に向かって照射される光の取り出し効率が上がることにより、光源からの出射光の出力エネルギーを低下させることができるので、装置を安価にできる。

また、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、第１の導光体によって光源からの出射光の幅方向の拡がり角を小さくしているため、高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を太陽電池に照射することができる。

さらに、本発明に係る擬似太陽光照射装置では、第１の導光体、第２の導光体、第３の導光体、および光源等といった部材の数を単純に増やすことによって、照射面を拡大することができる。そのため、擬似太陽光照射装置の性能を落とさずに、なおかつ過剰に装置を大型化することなく、大型な太陽電池を測定できる。

本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るキセノンリフレクタの概略構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係るキセノンテーパのｙｚ平面における概略構成を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るキセノンテーパのｘｙ平面における概略構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の一部分のｙｚ平面における要部構成を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の一部分のｘｙ平面における要部構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置に１つのキセノンテーパを設ける場合を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置に２つのキセノンテーパを設けた場合を示す図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る結合テーパのｙｚ平面における概略構成を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る結合テーパのｘｙ平面における概略構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る導光板のｙｚ平面における概略構成を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る導光板のｘｙ平面における概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る導光板の散乱溝の概略構成を示す図である。 本発明に係る一実施形態を最適化した場合の設計値の一例を示す図であり、（ａ）は、ｙｚ平面におけるキセノンテーパ、結合テーパ、および導光板のサイズを示しており、（ｂ）は、ｘｙ平面におけるキセノンテーパ、結合テーパ、および導光板のサイズを示している。 本発明に係る一実施形態を単純設計した場合の設計値の一例を示す図であり、（ａ）は、ｙｚ平面におけるキセノンテーパ、結合テーパ、および導光板のサイズを示しており、（ｂ）は、ｘｙ平面におけるキセノンテーパ、結合テーパ、および導光板のサイズを示している。 本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置における擬似太陽光の発光スペクトルを示した図である。

本発明を以下の実施の形態により詳細に説明する。なお、以下の説明においては、同一の機能および作用を示す部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。

本発明に係る擬似太陽光照射装置の一実施形態について、図１〜１２を参照して以下に説明する。擬似太陽光照射装置は、人工光の一種である擬似太陽光を照射するための装置である。擬似太陽光照射装置では、日本工業規格（ＪＩＳ）により定められた基準太陽光の発光スペクトルに限りなく似た発光スペクトルを有する擬似太陽光を照射することを目標としている。本実施形態に係る擬似太陽光照射装置では、管状のキセノンランプ（光源）から出射された光を、特定帯域の減衰特性を持つ光学フィルタに透過させることによって、擬似太陽光を生成する。そして、擬似太陽光を太陽電池等の被照射体に照射することによって、太陽電池の特性を測定している。

（擬似太陽光照射装置３０の構成）
図１は、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置３０の要部構成を示す図である。図１に示すように、擬似太陽光照射装置３０は、管状のキセノンランプ１、その周囲に配置されたキセノンリフレクタ２（反射部）、キセノンテーパ３（第１の導光体）、光学フィルタ７（スペクトル変調部材）、導光板９（第３の導光体）、および光学フィルタ７から導光板９へと光を伝搬させる結合テーパ４（第２の導光体）を備えている。また、本実施形態では、複数の導光板９を備えており、各導光板９にキセノンリフレクタ２、キセノンテーパ３、光学フィルタ７、および結合テーパ４がそれぞれ設けられている。

（キセノンランプ１の構成）
キセノンランプ１は、所定の発光スペクトルを有するキセノン光を出射する。本実施形態では、キセノンランプ１は紙面奥行方向に伸展する棒状（管状）の光源である。当該キセノンランプ１は、擬似太陽光照射装置３０に１本設けられていることが好ましい。より具体的には、導光板９において結合テーパ４からの出射光が入射する面は１つであることが好ましく、当該面に対して１つのキセノンランプ１が設けられていることが好ましい。これによれば、擬似太陽光照射装置３０の構成部材を最小限に抑えることができるので、装置を安価にすることができる。

（キセノンリフレクタ２の構成）
キセノンランプ１が管状であると、キセノンランプ１のｘｚ平面内で断面が円形状となるため、キセノンランプ１から出射した光はｘｚ平面内で全方向に向かって出射される。そのため、キセノンランプ１から出射した光には、キセノンテーパ３に直接入射する成分と、入射しない成分とがある。そこで、キセノンランプ１から出射された光を効率よく導光板９に入射させるために、キセノンランプ１は、キセノンテーパ３への出射方向以外の領域が、キセノンリフレクタ２に包囲されている。

図２は、本実施形態に係るキセノンリフレクタ２の概略構成を示す図である。図２に示すように、キセノンリフレクタ２は、釣鐘形状の凸部に円形状の一部分を重ねた形状の断面を有しており、円形状の一部分の断面を有する円部２１と、釣鐘形状の一部分の断面を有する釣鐘部２２とから構成されている。その表面には、アルミや銀等の反射部材がコートされており、さらにその上から保護膜等が成膜されていてもよい。

キセノンランプ１から出射された光のうち、キセノンリフレクタ２に直接入射しない光は、キセノンリフレクタ２の円部２１および釣鐘部２２に反射され、キセノンテーパ３に向かって入射する。つまり、キセノンリフレクタ２は、キセノンランプ１から出射された光を集めてキセノンテーパ３に入射させることができる。

ここで、キセノンリフレクタ２を円部２１と釣鐘部２２とを組み合わせた形状にすると、釣鐘形状にする場合よりも、効率よくキセノンテーパ３に光を入射させることができる。なお、このキセノンリフレクタ２は、キセノンランプ１からの光をキセノンテーパ３に入射させるための手段であるので、少なくともキセノンテーパ３の入射面の幅（ｘ軸方向の長さ）と同等の長さの幅（ｘ軸方向の長さ）を持つ出射口を有しており、かつ、キセノンリフレクタ２の出射口とキセノンテーパ３の入射面とが対（組）になっている必要がある。

（キセノンテーパ３の構成）
図３は、本実施形態に係るキセノンテーパ３の概略構成を示す図である。図１に示したように、キセノンテーパ３は、キセノンランプ１と光学フィルタ７との間に設けられた光学素子である。キセノンテーパ３の一方の端部は、キセノンランプ１と近接して配置され、他方の端部は光学フィルタ７に近接して配置されている。キセノンテーパ３は、図３（ａ）に示すように、ｙｚ平面からみた場合には略矩形の形状を有しており、ｙｚ平面におけるキセノンテーパ３の幅（ｚ軸方向の長さ）は略一定であるが、図３（ｂ）に示すように、ｘｙ平面からみた場合には対向する一対の面がテーパ形状になっている。すなわち、キセノンテーパ３の入射面から出射面に向かって、キセノンテーパ３の断面積が徐々に増加し、かつ断面における幅方向（ｘ軸方向）の長さが徐々に大きくなるようなテーパ形状を有する。このような構造によって、キセノンランプ１から出射された光は、図３（ｂ）に示したように、キセノンテーパ３の側面で反射を繰り返し指向性（すなわち、幅方向（ｘ軸方向）の拡がり角）が制御される（図中の矢印）。これにより、キセノンテーパ３の出射面に略垂直な方向（ｙ軸方向）に指向性が揃った光が、キセノンテーパ３の出射面から出射される。

図４は、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置３０の一部分の要部構成を示す図である。本図では、１つの結合テーパ４と１つの導光板９とに対して、２つのキセノンテーパ３が設けられている。ここではキセノンテーパ３を２つ設けているが、１つの結合テーパ４と１つの導光板９とに対して、１つのキセノンテーパ３を設けてもよいし、３つ以上のキセノンテーパ３を設けてもよい。１つの結合テーパ４と１つの導光板９とに対して、設けるキセノンテーパ３の数について、図５を参照して説明する。図５は、１つの結合テーパ４と１つの導光板９とに対して、１つのキセノンテーパ３を設ける場合と、２つのキセノンテーパ３を設ける場合とを比較するための図面である。

例えば、キセノンテーパ３の数が単一（１つ）の場合の長さをＬとした場合、キセノンテーパ３の数をＮ個使用すると、単一の場合と同じ指向性制御の効果が得られるキセノンテーパ３の長さはＬ／Ｎとなる。また、キセノンテーパ３の数が単一（１つ）の場合の体積をＳとした場合、単一の場合と同じ指向性制御の効果が得られるキセノンテーパ３の合計の体積はＳ／Ｎとなる。具体的には、図５に示すように、キセノンテーパ３の数を２倍にすれば、同じ指向性制御の効果が得られるキセノンテーパ３の長さは１／２となる。さらに、キセノンテーパ３の体積は、キセノンテーパ３を２つ設けることによって、単一の場合の１／２になり、部材費を１／２にすることができる。図５では、キセノンテーパ３が単一（１つ）の場合を点線で示し、キセノンテーパ３が２つの場合を実線で示している。

前者の場合と後者の場合とでは、入射口と出射口とのサイズが同一であり、テーパ形状の傾きが同一なので、指向性制御の性能は略同一となる。このように、１つの結合テーパ４に対して、複数（例えば、Ｍ個（Ｍ≧２））のキセノンテーパ３を設けることによって、キセノンテーパ３が持つ指向性制御の効果を落とさずに、キセノンテーパ３の長さを削減（例えば、Ｍ分の１の長さ）できるので、装置をコンパクトにすることができる。さらに、部材費を下げることができるので、装置を安価にすることができる。

（光学フィルタ７の構成）
ここで、擬似太陽光照射装置３０は、擬似太陽光のスペクトル分布を基準太陽光のスペクトル分布に近似させるために、光学フィルタ７を備えている。光学フィルタ７は、キセノンテーパ３から出射された光の特定波長帯域を減衰させて当該光のスペクトル分布を調整（透過率を制御）する光学素子である。光学フィルタ７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。光学フィルタ７は、キセノンランプ１に対応するキセノンテーパ３の出射面に近接して設けられている。この光学フィルタ７は、複数から構成されていてもよい。通常、光学フィルタ７は１枚で１つの特定波長帯域の特性に対応しているため、より基準太陽光のスペクトル分布に近い擬似太陽光を生成しようとする場合、広帯域の減衰を行うために複数枚から構成されていることが好ましい。

光学フィルタ７は、キセノンテーパ３から出射されるキセノン光のスペクトル分布を調整することによって、キセノンテーパ３から出射されたキセノン光のうち、擬似太陽光を生成する上で不必要な波長成分を取り除くことができる。光学フィルタ７によってスペクトル調整された光は、結合テーパ４に入射する。

（結合テーパ４の構成）
図６は、本実施形態に係る結合テーパ４の概略構成を示す図である。図１に示したように、結合テーパ４は、光学フィルタ７と導光板９との間に設けられた光学素子である。結合テーパ４の一方の端部は、光学フィルタ７と近接して配置され、他方の端部は導光板９に近接して配置されている。結合テーパ４は、図６（ａ）に示すように、ｙｚ平面からみた場合には対向する一対の面がテーパ形状になっているが、図６（ｂ）に示すように、ｘｙ平面からみた場合には略矩形の形状を有しており、ｘｙ平面における結合テーパ４の幅（ｘ軸方向の長さ）は略一定である。すなわち、結合テーパ４の入射面から出射面に向かって、結合テーパ４の断面積が徐々に減少し、かつ断面における高さ方向（ｚ軸方向）の長さが徐々に小さくなるようなテーパ形状を有する。このような構造によって、光学フィルタ７から出射された光は、図６（ａ）に示すように、結合テーパ４の側面で反射を繰り返し拡がり角が制御される（図中の矢印）。これにより、結合テーパ４の高さ方向（ｚ軸方向）に拡がり角を持った光が、結合テーパ４の出射面から出射される。

（導光板９の構成）
図７は、本実施形態に係る導光板９の概略構成を示す図である。また、図８は、本実施形態に係る導光板９に設け得る散乱溝８を示す図である。図７（ａ）に示すように、導光板９は、被照射体として太陽電池４０が設置された照射面１２に向けて、光を照射できるような構造を持つ。これは、例えば図８に示すような特定のピッチや幅をもつ散乱溝８等の光取り出し部材を導光板９の特定の面に設けることで実現することができる。なお、必ずしも散乱溝８である必要はなく、例えば散乱体を特定面に塗布することで光を取り出してもよい。また、散乱溝８のピッチや幅は必ずしも一様にする必要はなく、太陽電池４０へ照射される光が一様になるように最適化されることが好ましい。

結合テーパ４で高さ方向（ｚ軸方向）に拡がり角がついた光は、導光板９に入射する。導光板９に入射する光には高さ方向に拡がり角がついているため、導光板９内での反射回数を増やすことができる。導光板９内での反射回数が増えれば、導光板９を伝搬する光が上記の散乱溝や散乱体に衝突する確率を増やすことができ、効率よく光を導光板９の照射面１２から太陽電池４０に向けて照射することができる。また、図７（ａ）および（ｂ）に示したように、結合テーパ４から出射される光の入射面とは反対側の面には、反射部材１０が設けられている。この反射部材１０を設けることによって、導光板９の端部（側面）から外部に出射してロスとなる光は、反射部材１０によって反射されて導光板９内に戻る。結果、結合テーパ４から入射した光を導光板９内に閉じ込めることができるため、導光板９内での光の反射回数を増やすことができるという効果が得られる。

以上のことから、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置３０では、導光板９から被照射体である太陽電池４０に向かって照射される光の取り出し効率が上がることにより、キセノンランプ１からの出射光の出力エネルギーを低下させることができるので、装置を安価にできる。よって、本実施形態によれば、装置を大型化することなく（コンパクトなままで）、高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を大きな照射面へ照射できる安価な擬似太陽光照射装置３０を得ることができる。なお、図７では２つの導光板９に対して、１つの反射部材１０を設けているが、２つの導光板９に対して複数の反射部材１０を設けてもよい。

また、図７では２つの導光板９を用いているが、必ずしも２つの導光板９を用いる必要はなく、測定対象となる太陽電池４０の大きさに応じた数の導光板９を用いればよい。このように、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置３０では、キセノンテーパ３、結合テーパ４、および導光板９等といった部材の数を単純に増やすことによって、照射面を拡大することができる。そのため、擬似太陽光照射装置３０の性能を落とさずに、なおかつ過剰に装置を大型化することなく、大型な太陽電池４０を測定できる。

また、擬似太陽光照射装置３０では、光学フィルタ７にキセノンランプ１からの出射光を入射させる前に、指向性を制御する（すなわち、ｘ軸方向の拡がり角を小さくする）キセノンテーパ３を設けることによって、光学フィルタ７に対して垂直に入射する成分を増やすことができる。そのため、設計値通りの高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を得ることができる。

導光板９は石英等の透過率の高い材料で構成されるが、コストが高いためできるだけ薄い石英ガラス等を利用することが好ましい。そこで、結合テーパ４において、キセノンテーパ３を通過した光の幅を、薄型の導光板９の厚さにまで薄くする構成が好適である。

（導光体の具体的な寸法の最適化）
本実施形態では、３種類の導光体（キセノンテーパ３、結合テーパ４、および導光板９）を用いているが、それぞれが互いに従属関係にあり、それぞれを独立してその形状を最適化することはできない。そこで、１枚の導光板９につき、結合テーパ４を１つ、キセノンテーパ３を２つ用いた場合を条件Ａとし（図９）、１枚の導光板９につき、結合テーパ４を１つ、キセノンテーパ３を１つ用いた場合を条件Ｂとし、両条件を比較する（図１０）。それぞれの条件における具体的な設計値は、以下の通りである。図９および図１０では、１枚の導光板９の幅をｗ、厚さをｄとしている。

（条件Ａ：最適化設計の一例）
キセノンテーパ３の入射面の幅（ｘ軸）をｗ／３、出射面の幅（ｘ軸）をｗ／２．１８、長さ（ｙ軸）をｗ／１．０４、厚み（ｚ軸）を（１５／８）ｄとし、結合テーパ４の入射面の厚み（ｚ軸）を（１５／８）ｄ、出射面の厚み（ｚ軸）をｄ、長さ（ｙ軸）をｗ／１．５９、幅（ｘ軸）をｗとする。

（条件Ｂ：単純設計の一例）
キセノンテーパ３の入射面の幅（ｘ軸）をｗ／１．５、出射面の幅（ｘ軸）をｗ／２．１８、長さ（ｙ軸）をｗ／０．５２、厚み（ｚ軸）を（１５／８）ｄとし、結合テーパ４の入射面の厚み（ｚ軸）を（１５／８）ｄ、出射面の厚み（ｚ軸）をｄ、長さ（ｙ軸）をｗ／１．５９、幅（ｘ軸）をｗとする。

この場合、条件Ａは条件Ｂと比較して、条件Ａでは２倍以上の照度が得られる。また、条件Ａでは、図１１に示すような設計値通りの発光スペクトル（ＪＩＳのＣ８９１０に規定されているスペクトル合致度でＡ級に相当）を持つ擬似太陽光が得られる。つまり、条件Ａのように、１つの結合テーパ４に対して、複数のキセノンテーパ３を設けることによって、高効率に照射することができる擬似太陽光照射装置３０を実現することができる。

（本実施形態の作用効果）
円部２１と釣鐘部２２とを組み合わせた形状を持つキセノンリフレクタ２によりキセノン光をキセノンテーパ３に効率よく集光し、キセノンテーパ３の形状により伝搬する光の指向性を制御するとことにより、高精度な発光スペクトルを持つ擬似太陽光を太陽電池に照射することができる。また、結合テーパ４の形状により伝搬する光の高さ方向の拡がり角を大きくすると共に、導光板９の入射面とは反対側の面に反射部材１０を設けることにより導光板９で伝搬する光の反射回数を増やすことができる。そのため、効率よく擬似太陽光を太陽電池４０へ照射することができる。また、効率をよくしたことにより、キセノンランプ１からのキセノン光の出力エネルギーを低下させることができるので、装置を安価にできる。

さらに、擬似太陽光照射装置３０に設けるキセノンテーパ３を、１つの導光板９と１つの結合テーパ４とに対して複数（例えば、２倍の数）設けることで指向性制御の精度を落とさずに、キセノンテーパ３の長さと体積とを削減（例えば、２分の一の長さ）にでき、装置をコンパクトにすることができる。加えて、部材費を少なくすることができるので、装置を安価にすることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る擬似太陽光照射装置は、太陽電池の検査、測定、および実験に利用できる。また、化粧品、塗料、接着剤、各種材料の退色および耐光試験にも利用できる。さらに、光触媒の検査および実験、ならびに自然光を必要とするその他の各種実験にも利用できる。

１ キセノンランプ
２ キセノンリフレクタ
３ キセノンテーパ
４ 結合テーパ
７ 光学フィルタ
８ 散乱溝
９ 導光板
１０ 反射部材
１２ 照射面
２１ 円部
２２ 釣鐘部
３０ 擬似太陽光照射装置
４０ 太陽電池

Claims (4)

1. 光源と、
   上記光源からの出射光の幅方向の拡がり角を小さくする第１の導光体と、
   上記第１の導光体からの出射光の高さ方向の拡がり角を大きくする第２の導光体と、
   上記第２の導光体からの出射光が入射する第３の導光体と、
   上記第３の導光体において、上記第２の導光体からの出射光が入射する面とは反対側の面に設けられた反射部材と、
   上記第３の導光体に設けられ、上記第３の導光体に入射した上記出射光を照射面に取り出す光取り出し部材とを備えていることを特徴とする擬似太陽光照射装置。
2. 光源と、
   上記光源からの出射光の幅方向の拡がり角を小さくする第１の導光体であって、断面における上記幅方向の長さが徐々に大きくなるようなテーパ形状を有する第１の導光体と、
   上記第１の導光体からの出射光のスペクトル調整を行うスペクトル変調部材と、
   上記スペクトル変調部材からの出射光の高さ方向の拡がり角を大きくする第２の導光体であって、断面における上記高さ方向の長さが徐々に小さくなるようなテーパ形状を有する第２の導光体と、
   上記第２の導光体からの出射光が入射する第３の導光体と、
   上記第３の導光体において、上記第２の導光体からの出射光が入射する面とは反対側の面に設けられた反射部材と、
   上記第３の導光体に設けられ、上記第３の導光体に入射した上記出射光を照射面に取り出す光取り出し部材とを備えていることを特徴とする擬似太陽光照射装置。
3. １つの第２の導光体に対して、複数の上記第１の導光体が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の擬似太陽光照射装置。
4. 上記光源は管状光源であり、
   上記第３の導光体において、上記第２の導光体からの出射光が入射する面は１つであり、当該面に対して１つの上記光源が設けられており、
   釣鐘形状の凸部に円形状の一部分を重ねた形状の断面を有する反射部の内部に、上記光源が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の擬似太陽光照射装置。

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