JP4136126B2 - Simulated solar irradiation lamp automatic changer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、擬似太陽光照射ランプ自動交換装置に関し、特に、照射光の光量およびスペクトル分布を長時間にわたって所望どおりに維持することができる擬似太陽光照射ランプ自動交換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
擬似太陽光照射装置は、周知のように自然太陽光のスペクトル分布を高い精度で再現することができる光源装置であり、例えば、太陽電池の光電変換特性等の、各種太陽エネルギ利用機器の性能測定、または加速劣化試験に使用される。
【0003】
従来の擬似太陽光照射装置の一例を図5に示す。同図において、キセノン短アークランプ(以下、単に「キセノンランプ」という)11は集光鏡15を有しており、集光鏡15で集光されるキセノンランプ11の光軸上に積分光学系14が配置される。キセノンランプ11と積分光学系14との間には、前記光軸と交差(なるべくは、45°の角度で)するように、赤外線反射型コールドフィルタ13が配置される。赤外線反射型コールドフィルタ13は赤外線を反射し、可視光および紫外線を透過するものである。
【0004】
白熱フィラメントランプ(以下、単に「白熱ランプ」という)12も集光鏡16を有している。白熱ランプ12による光は、赤外線反射型コールドフィルタ13の積分光学系14側の面に投影され、近赤外成分の光が反射される。一方、集光鏡15から出たキセノンランプ11による光のうち、可視および紫外成分の光は赤外線反射型コールドフィルタ13を透過する。このように赤外線反射型コールドフィルタ13で反射された白熱ランプからの光と、赤外線反射型コールドフィルタ13を透過したキセノンランプ11からの光は、積分光学系14に向って、共軸的に指向される。
【0005】
赤外線反射型コールドフィルタ13および積分光学系14によって重畳、混合された光は、被照射サンプル17上に均等に分散される。吸熱器20は、赤外線反射型コールドフィルタ13によって反射されたキセノンランプ11からの赤外および近赤外成分光を吸収する働きをする。このような擬似太陽光照射装置の一例が、特公平5−27921号公報に記載されている。
【0006】
この従来装置によれば、単一の赤外線反射型コールドフィルタ13によって、キセノンランプ11の光からの赤外、近赤外成分の除去、および白熱ランプ12の光からの近赤外成分の抽出を行なうことができるので、構成を簡略・小形化し、またコストを引き下げることができる。
【0007】
また、この従来装置では、2つの光源の発光を用い、1つのフィルタによって長波長側成分および短波長側成分の抽出および加算を行なっている。したがって、赤外線反射型コールドフィルタ13のフィルタ特性が多少変動しても、最終的に得られる出力光のスペクトル分布はあまり変動しないという利点がある。このため、赤外線反射型コールドフィルタ13のフィルタ特性に対する許容誤差が大となり、製造コストも下げることができる。
【0008】
この従来装置による合成スペクトル分布の一例を図6に示す。同図において、曲線L1は、キセノンランプ11の光のうち、近赤外より長波長側の成分を除去したスペクトル分布特性曲線であり、曲線L2は、白熱ランプ12の光のうちの可視光および紫外成分を除去したスペクトル分布特性曲線である。また、曲線L3は、曲線L1とL2を重畳または混合した場合の、総合スペクトル分布特性曲線である。なお、実線曲線L4は、自然太陽光のスペクトル分布特性を比較のために示したものである。
【0009】
図6から、近赤外成分より長波長側の成分を除去したキセノンランプの光(曲線L1)と、可視光および紫外成分を除去した白熱ランプの光(曲線L2)とを重畳または混合すれば、自然太陽光のスペクトル分布(曲線L4)に良く近似したスペクトル分布(曲線L3)が得られ、近赤外領域での不規則なピーク群を減少させ得ることがわかる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来装置では次のような問題点がある。すなわち、白熱ランプとキセノンランプとでは寿命が異なる。例えば、白熱ランプとしてのハロゲンランプの寿命は、キセノンランプの寿命に対して1/10程度と大変短い。一例として、ハロゲンランプは点灯時間が50時間を超えると交換をしていた。このような短時間でのハロゲンランプの交換作業は、それ自体大変煩わしいものであるが、さらに、ハロゲンランプを交換する毎に、ランプ位置の調整作業や、スペクトルを所望の値に維持するためキセノンランプとの光量の比率を合わせる調整作業が必要となる。
【0011】
また、寿命が尽きるまでにも、ハロゲンランプの光量低下は進んでいるので、ハロゲンランプとキセノンランプとの光量の比率がしだいに所望値からずれてきて、安定したスペクトル分布が維持できないとうい問題点がある。従来はハロゲンランプの光量低下に伴う光量比率の調整はハロゲンランプ交換時にのみ行っていたので、特に、ハロゲンランプの寿命近くでは交換時とは異なったスペクトル分布になるおそれがあった。
【0012】
本発明は、上記問題点に鑑み、白熱ランプの交換を容易にするとともに、常時安定したスペクトル分布の照射光が得られるようにした擬似太陽光照射ランプ自動交換装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明では、キセノンランプと、白熱ランプと、前記キセノンランプの発光スペクトルから近赤外成分を除去すると共に、前記白熱ランプの発光スペクトルから近赤外成分を抽出するフィルタ手段とを有する擬似太陽光照射装置において、前記白熱ランプの光を集光する集光鏡と、前記白熱ランプを予定間隔で放射状に複数個配置し、該白熱ランプの1つを、前記集光鏡の光軸上に位置決めするターンテーブルと、一端では前記光軸上に位置決めされた白熱ランプが前記集光鏡の焦点近傍の予定位置に位置するように、他端では前記白熱ランプのすべてが前記集光鏡と干渉せずに前記ターンテーブルの回転方向で回転可能な位置に退避するように設定されたスローク、で前記ターンテーブルを前記光軸に沿って往復動させる駆動手段とを具備した点に第1の特徴がある。
【0014】
また、本発明は、前記ストロークが、その一端では、白熱ランプが前記集光鏡の焦点よりも前方の予定位置に偏倚するように設定されているとともに、予め設定した光量の基準値に対する白熱ランプの光量の偏差が零に近付くように、前記駆動手段を付勢して前記集光鏡の焦点に対する白熱ランプの位置を変化させるようにした点に第2の特徴がある。
【0015】
さらに、本発明は、予め設定した光量の基準値に対するキセノンランプの光量の基準値に対するキセノンランプの光量の偏差が零に近付くように、キセノンランプに供給する電流を変化させるようにした点に第3の特徴がある。
【0016】
第1の特徴によれば、ターンテーブル上の複数の白熱ランプを光軸上に位置させ、該光軸上に位置された白熱ランプを、さらに光軸に沿ってストロークの一端に位置させて使用位置つまり集光鏡の焦点近傍に位置決めすることができる。
【0017】
第2の特徴によれば、初期設定位置では白熱ランプの位置は集光鏡の焦点に対して偏倚しているので、その位置での光量は最大光量よりも小さい。そして、動作時は、基準値との偏差がなくなるように前記偏倚量を小さくして光量を変化させている。したがって、白熱ランプの長期使用に伴う光量低下が自動的に補償される。また、第3の特徴によれば、白熱ランプの光量制御とは独立してキセノンランプに供給される電流を変化させている。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の一実施例に係る擬似太陽光照射装置の構成を示す側面図であり、図5と同符号は同一または同等部分を示す。図1において、ターンテーブル1が軸1aを中心として回転自在に設けられていて、白熱ランプとしての複数のハロゲンランプ12がこのターンテーブル1上に装着される。ターンテーブル1の軸1aを駆動するモータ2は枠体3によって支持され、このモータ2が付勢されるとターンテーブル1aは矢印A方向に回転する。枠体3は後述するガイドレールで矢印B方向(集光されたハロゲンランプ12の光軸方向)に往復動自在に設けられていて、モータ4で駆動される送りねじ(ボールねじ)5で同方向に移動される。前記ガイドレールおよびボールねじ5の軸受6,6は基台7に取付けられる。
【0019】
前記ハロゲンランプ12の光軸と直交するように光軸を合わせたキセノンランプ11が設けられる。キセノンランプ11とハロゲンランプ12はそれぞれ図示しない直流または交流の電源によって付勢され点灯する。キセノンランプ11およびハロゲンランプ12は、回転2次曲面を含む椀状の集光鏡15,16の頂部孔から該集光鏡15,16内に臨むように設けられていて、該それぞれのランプ11,12の光は集光鏡15,15で集光されて赤外線透過型コールドミラー13Aに投影される。この場合、キセノンランプ11に供給される電流、およびハロゲンランプ12の、集光鏡16に対する位置は、後述するように、その発光強度(または光量)が、あらかじめ設定された基準値になるように制御される。
【0020】
なお、本実施形態では、キセノンランプ11とハロゲンランプ12の配置関係が図5の例と逆の関係にあることから、赤外線反射型コールドフィルタ13に代えて、短波長側の光成分を反射させ、超波長側の光成分を反射させる赤外線透過型コールドミラー13Aを配置している。しかし、図5の場合と同様の配置関係をとり、赤外線反射型コールドフィルタ13でスペクトルの調整をしてもよい。赤外線透過型コールドミラー13Aを透過したハロゲンランプ12からの光、および赤外線透過型コールドミラー13Aで反射されたキセノンランプ11からの光が積分光学系14に指向される。
【0021】
積分光学系14の後方(図1では右側)には、積分光学系14によって重畳・混合された光を、被照射サンプル(図示しない)上に照射する光と光量検出のための光とに分離するためのビームスプリッタ8が設けられる。すなわち、積分光学系14から出た光のうち、ビームスプリッタ8を透過した光は被照射サンプル上に照射される一方、ビームスプリッタ8で反射された光は光量検出のため図1の下方に指向される。一例として、積分光学系14を出た光のうち約92%が光照射サンプル方向に導かれ、残りの8%が下方に指向される。
【0022】
前記光量検出のための光の指向方向には波長選択手段としての赤外線透過型コールドミラー9が設けられていて、短波長側の光成分、つまり赤外、近赤外成分を除去したキセノンランプ11の光を反射する一方、長波長側の光成分つまりハロゲンランプ12の光から抽出された近赤外成分の光を透過させる。
【0023】
基台10(前記基台7と一体的であってもよい)には、キセノンランプ用光量センサ18とハロゲンランプ用光量センサ19とが設けられている。光量センサ18は、光フィルタ20およびフォトセル(光電変換器)21を有していて、光量センサ19は、光フィルタ22およびフォトセル(光電変換器)23を有している。光フィルタ20は、例えば400〜500nmの範囲の光を通過させる帯域フィルタであり、光フィルタ22は、例えば900〜1000nmの範囲の光を通過させる帯域フィルタである。これらの帯域フィルタ20,22は波長に対するフォトセル21,23の出力特性に対応して帯域を調節するために設けられている。
【0024】
次に、上記構成の擬似太陽光装置の光量制御装置について説明する。図2は光量制御装置の機能を示すブロック図である。キセノンランプ11およびハロゲンランプ12はそれぞれ別個に制御される。キセノンランプ11の光量制御の機能を説明する。基準値設定器24はキセノンランプ11の光量の基準値(または目標値)Xrefを設定するための、例えば可変抵抗器である(基準値の設定方法は後述する)。第2光量測定手段としてのキセノン用センサ18のフォトセル21の出力信号は減算器25に入力され、基準値設定器24に設定されている基準値Xrefと比較されて、基準値Xrefに対するフォトセル21の出力信号の偏差dXが算出される。減算器25としては、例えば、差動増幅器を使用できる。
【0025】
制御量演算器26は、前記偏差dXに基づいて、例えば、PID(比例・積分・微分演算)等、適当な演算を行ない、制御指令CXを発生する。制御指令CXは電流制御器27に供給され、キセノンランプ11に供給される電流値を、前記偏差dXが零になるように制御する。
【0026】
一方、ハロゲンランプ12の光量制御機能は次のとおりである。基準値設定器28はハロゲンランプ12の光量の基準値(または目標値)Hrefを設定するための、例えば可変抵抗器である(基準値の設定方法は後述する)。第1光量測定手段としてのハロゲン用センサ19のフォトセル23の出力信号は減算器29に入力され、基準値設定器28に設定されている基準値Hrefと比較されて、基準値Hrefに対するフォトセル23の出力信号の偏差dHが算出される。減算器29としては、例えば、差動増幅器を使用できる。
【0027】
制御量演算器30は、前記偏差dHに基づいて、例えば、PID(比例・積分・微分演算)等、適当な演算を行ない、制御指令CHを発生する。制御指令CHはモータドライバ31に供給され、ハロゲンランプ12をその光軸方向(前記B方向)に往復動させるためのモータ4を、前記偏差dHが零になるように制御する。すなわち、集光鏡16の焦点に対するハロゲンランプ12の位置(ハロゲンランプ12のフィラメントの位置)によって、該集光鏡16で集光された光の強度(または光量)は異なる。すなわち、焦点から遠ざかるにつれて光量は低下する。そこで、ハロゲンランプの交換時には、ハロゲンランプ12の位置を焦点から前方(赤外線透過型コールドミラー13A側)または後方にずらした状態でキセノンランプ11との光量の比率が所望の値になるように設定しておく。
【0028】
そして、点灯時間の経過で光量が低下するに従い、ハロゲンランプ12を前方または後方に移動させることにより、その位置を焦点に近付ける。この結果、ハロゲンランプ12の発光のうち、赤外線透過型コールドミラー13Aによって抽出された近赤外成分の光の、積分光学系14に入射する光量が増加し、被照射サンプルに到達するハロゲンランプ12の光量がランプ交換時の値に回復する。
【0029】
このようにして、被照射サンプル上には、例えば第6図に曲線L3で示したような、自然太陽光のそれに極めて近似したスペクトル分布を有する擬似太陽光が安定して照射される。
【0030】
次に、ハロゲンランプ12の交換・位置決め機構について説明する。図3は、ハロゲンランプ位置決め装置の平面図、図4は正面図であり、図1と同符号は同一または同等部分を示す。両図において、ターンテーブル1は、ボルト32によって軸1aに取付けられていて、軸1aから等角度間隔で放射状に伸びる仮想線に光軸を一致させた10個のハロゲンランプ12が絶縁部材(例えばチーク材)33を介して設けられている。ハロゲンランプ12の個数はキセノンランプ11との寿命の比によって決定するのがよい。ここでは、ハロゲンランプ12の寿命がキセノンランプ11の寿命の10分の1であるとの想定のもとに10個とした。したがって、他の種類の白熱ランプを使用した場合、例えば、その寿命がキセノンランプ11の寿命の6分の1であれば、白熱ランプは6個設ける。こうして、全部のハロゲンランプ12の合計寿命と、単一のキセノンランプ11の寿命とをほぼ同じに設定することにより、キセノンランプ11の交換時に、使用した10個のハロゲンランプ12も同時にすべて新しいものと交換すればよいので都合がよい。
【0031】
前記絶縁部材33は、ハロゲンランプ12への給電用の一対の端子34,34を有している。この端子34,34は、ターンテーブル1が所定位置に停止したときに、枠体3の上面に立設された給電部35,35に接触して給電可能になるように構成されている。さらに具体的には、給電部35,35はそれぞれが対向する一対の導電性板35a,35bからなり、この導電性板の間に端子34,34が挟みこまれるようにする。給電部35,35には、図示しない給電ケーブルが接続される。
【0032】
基台7上には、前記矢印B方向に枠体3を案内するガイドレール36が設けられていて、枠体3は、例えばコロ軸受等、低摩擦部材を介してガイドレール36上に載置される。基台7には、枠体3の先端位置限界を規定するリミットスイッチ37と後端位置限界を規定するリミットスイッチ38が設けられている。また、枠体3の上方にはターンテーブル1の回転方向位置を検出するためのリミットスイッチ39が設けられている。このリミットスイッチ39は、軸1aから張り出した円板40の下面に、軸1aを中心に等角度間隔で設けられる凸部(凹部でもよい)でアクチュエータが付勢されて検出信号を出力する。なお、ブロワ41は、ハロゲンランプ12およびその位置を移動させるターンテーブル1等を筐体に収容して使用する場合に、該筐体内、特にモータ4を冷却するために設けられている。
【0033】
動作時は、モータ4を駆動して枠体3を前記リミットスイッチ38で規定されている後端位置限界まで後退させ、前方のハロゲンランプ12が集光鏡16の後端つまり頂部から引き離される。そうして、ターンテーブル1に新品のハロゲンランプ12を10個装着する。このときにキセノンランプ11も同時に新品をセットするのがよい。また、ハロゲンランプ12のターンテーブル1への脱着は、前記ボルト32を緩めてターンテーブル1を軸1aから外し、操作性のよい作業場所で行うのがよい。
【0034】
ハロゲンランプ12を装着したならば、モータ2によりターンテーブル1を回転させ、リミットスイッチ39が前記凸部(または凹部)の検出信号を出力した位置でモータ2を停止させる。このとき、10個のハロゲンランプ12のうちの1つが集光鏡16の中心線つまり光軸に一致するように前記円板40の凸部(または凹部)位置とリミットスイッチ39との位置関係を設定しておく。
【0035】
続いて、モータ4を回転させて枠体3を前方へ移動させ、リミットスイッチ37が検出信号を出力した位置でモータ4を停止させる。このとき、ハロゲンランプ12の位置は集光鏡16の焦点よりも前方に位置しているように枠体3の前面(赤外線透過型コールドミラー13A側の面)とリミットスイッチ37との位置関係を設定しておく。
【0036】
ハロゲンランプ12を新規に装着した後のターンテーブル1の回転や枠体3の移動等の初期設定は、自動的に行ってもよいし、ボタン装置等によるオペレータの指示に従って行ってもよい。但し、初期設定が終了した後のハロゲンランプ12の光量制御は図2に関して説明したように自動的に行われるのが望ましい。
【0037】
次に、前記基準値設定器24,28の設定手順について説明する。上記ハロゲンランプ12の初期設定やキセノンランプ11の取付けが終了したならば、被照射サンプル台(図示せず)上に第3光量測定手段としての光量測定装置TP(図1参照)をセットする。例えば、光を吸収して発生した熱を電力に変換するサーモパイルが好適である。エアマス(AM)1.5Gにおいて1サン(SUN)の自然太陽光に近似する擬似太陽光が100mW/cm2 の光量に相当するから、キセノンランプ11およびハロゲンランプ12の光量の比が1:1であるとした場合、それぞれ50mW/cm2 の光量が得られるように基準値を設定する。
【0038】
まず、キセノンランプ11およびハロゲンランプ12をそれぞれ別個に点灯させて、そのときの前記サーモパイルの出力を監視しながら、その出力が50mW/cm2 になるように基準値設定器24および基準値設定器28をそれぞれ調整する。こうして、基準値設定器24および基準値設定器28には50mW/cm2 の光量基準値がそれぞれ設定される。
【0039】
ハロゲンランプ12が、その位置の調節によっても基準値に相当する光量を照射できなくなったときにハロゲンランプ12は寿命が尽きたと判断される。ハロゲンランプ12の位置を後退させて光量を基準値に合わせる制御を行っている場合は、ハロゲンランプ12の寿命が尽きて光量が基準値に回復しないと、ハロゲンランプ12の後退動作が継続される。そして、枠体3の後端がリミットスイッチ38で検出されたときに、ハロゲンランプ12の後退動作は停止し、消灯する。この位置でハロゲンランプ12は集光鏡16から完全に引き出され、隣接する次のハロゲンランプ12に交換するためにターンテーブル1は回転可能になる。ターンテーブル1を回転させて次のハロゲンランプ12を集光鏡16の光軸に一致させたならば、再び、枠体3を駆動して集光鏡16内にハロゲンランプ12を移動させる。このハロゲンランプ12の交換動作は、初期設定時と同様、自動的に行わせてもよいし、オペレータによる逐次のボタン操作によってもよい。
【0040】
以上説明したように、本実施形態によれば、キセノンランプ11より寿命の短いハロゲンランプ12を、予めキセノンランプ11の寿命を考慮して複数個取付けておき、順番にターンテーブル1の回転と、枠体3の往復動作とによって容易に交換できるようにした。こうして、複数のハロゲンランプ12を一時期に総入れ替えすることにより、短時間毎のハロゲンランプ12の取外し、取付けを伴う交換作業を回避することができる。
【0041】
また、寿命内において生ずる光量の低下は、最初に設定した光量の基準値に従い、キセノンランプ11およびハロゲンランプ12のそれぞれについて別個に補正できるようにした。また、ハロゲンランプ12の交換時に必要となる個々のハロゲンランプ12の個体差も同様に補正される。さらに、ハロゲンランプ12の光量調節機構はハロゲンランプ12の交換のための移動機構と併用できるので構成が複雑化しない。
【0042】
なお、当業者には容易に理解されるように、電流制御器27、フォトセル21,23、減算器25,29、基準値設定器24,28、制御量演算器26,30などはフィードバック制御ループを構成している。したがって、前記制御ループとしては、図示のものに限らず、任意適宜のものを採用できることは明らかである。また、キセノンランプ用光量センサ18とハロゲンランプ用光量センサ19の設置位置は、上述の位置に限らず、帯域フィルタ20,23で帯域を制限してあれば光照射範囲のいずれに配置してあってもよい。
【0043】
さらに、本実施形態では、ハロゲンランプ12の光量制御をするため、光量の基準値に従ってハロゲンランプ12の位置を集光鏡の焦点近傍で変化させるようにした。しかし、寿命に近くなって光量が極端に低下するまで1つのハロゲンランプを使用することなく早めにハロゲンランプ12の交換をすることが許容される条件下では、ハロゲンランプ12用の光量制御機能は省略してもよい。このようにした場合でも、ハロゲンランプ12の交換作業の頻度は低くなるし作業が簡略化されるという効果は達成される。
【0044】
また、積分光学系14は照射光のむらをなくし、照射面に均一な光を照射する目的で設けられるものであるから、ある程度の照射むらが許容される用途には、この積分光学系14を省略してもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1〜請求項7の発明によれば、寿命の短い白熱ランプの交換作業を頻繁に行うことがなくなり、能率化が図られる。特に、請求項2の発明によれば、白熱ランプの寿命内での光量低下を自動的に補償することができる。請求項4の発明では白熱ランプとキセノンランプの光量を予め設定した比率を維持することができるので精度の高いスペクトル分布の光を安定して照射することができる。請求項6の発明では白熱ランプが寿命に達した場合に、白熱ランプは自動的に集光鏡から退避するので、次の白熱ランプの交換動作へ円滑に移行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 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。
【図2】 光量制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図3】 ハロゲンランプの位置決め装置の平面図である。
【図4】 ハロゲンランプの位置決め装置の正面図である。
【図5】 従来の擬似太陽光照射装置の一例を示す概略構成図である。
【図6】 キセノン短アークランプと白熱ランプとを重量して得られる合成光および自然太陽光のスペクトル分布特性を示す図である。
【符号の説明】
1…ターンテーブル、 2,4…モータ、 3…枠体、 5…ボールねじ、 8…ビームスプリッタ、 9…赤外線透過型コールドミラー、 11…キセノンランプ、 12…白熱ランプ、 13…赤外線反射型コールドフィルタ、 13A…赤外線透過型コールドミラー、 14…積分光学系、 15,16…集光鏡、17…被照射サンプル、 18…キセノン用光量センサ、 19…ハロゲンランプ用光量センサ、 21,23…フォトセル、 24,28…基準値設定器、
25,29…減算器、 27…電流制御器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a simulated sunlight irradiation lamp automatic replacement device, and more particularly to a simulated sunlight irradiation lamp automatic replacement device capable of maintaining the light quantity and spectral distribution of irradiation light as desired over a long period of time.
[0002]
[Prior art]
As is well known, the pseudo-sunlight irradiation device is a light source device that can reproduce the spectral distribution of natural sunlight with high accuracy. For example, the performance measurement of various solar energy utilization devices such as photoelectric conversion characteristics of solar cells. Or used for accelerated aging tests.
[0003]
An example of a conventional simulated sunlight irradiation device is shown in FIG. In the figure, a xenon short arc lamp (hereinafter simply referred to as “xenon lamp”) 11 has a
[0004]
An incandescent filament lamp (hereinafter simply referred to as “incandescent lamp”) 12 also has a
[0005]
The light superimposed and mixed by the infrared reflective
[0006]
According to this conventional apparatus, the single infrared reflective
[0007]
In this conventional apparatus, light from two light sources is used, and a long wavelength side component and a short wavelength side component are extracted and added by a single filter. Therefore, even if the filter characteristics of the infrared reflection type
[0008]
An example of the combined spectrum distribution by this conventional apparatus is shown in FIG. In the figure, a curve L1 is a spectral distribution characteristic curve obtained by removing components on the longer wavelength side from the near infrared in the light of the xenon lamp 11, and a curve L2 is visible light in the
[0009]
From FIG. 6, if the xenon lamp light (curve L1) from which the longer wavelength component is removed from the near-infrared component and the incandescent lamp light (curve L2) from which the visible light and ultraviolet components are removed are superimposed or mixed. It can be seen that a spectrum distribution (curve L3) that closely approximates the spectrum distribution of natural sunlight (curve L4) is obtained, and that irregular peak groups in the near-infrared region can be reduced.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional apparatus has the following problems. That is, incandescent lamps and xenon lamps have different lifetimes. For example, the life of a halogen lamp as an incandescent lamp is as short as about 1/10 of the life of a xenon lamp. As an example, the halogen lamp was replaced when the lighting time exceeded 50 hours. Such a halogen lamp replacement operation in such a short time is very troublesome per se. Further, every time the halogen lamp is replaced, the operation of adjusting the lamp position and the xenon in order to maintain the spectrum at a desired value. Adjustment work is required to adjust the ratio of the amount of light to the lamp.
[0011]
In addition, since the light intensity of the halogen lamp has been reduced until the end of its life, the ratio of the light intensity of the halogen lamp and the xenon lamp gradually deviates from the desired value, and it is difficult to maintain a stable spectral distribution. There is a point. Conventionally, the adjustment of the light quantity ratio accompanying the reduction in the light quantity of the halogen lamp has been performed only at the time of replacing the halogen lamp. Therefore, there is a possibility that the spectral distribution may be different from that at the time of replacement, particularly near the life of the halogen lamp.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a pseudo-sunlight irradiation lamp automatic replacement device that facilitates replacement of an incandescent lamp and that can always obtain irradiation light having a stable spectral distribution. .
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, a xenon lamp, an incandescent lamp, and filter means for removing a near infrared component from the emission spectrum of the xenon lamp and extracting a near infrared component from the emission spectrum of the incandescent lamp. In the simulated sunlight irradiation apparatus, a plurality of condensing mirrors for condensing the light of the incandescent lamp and a plurality of the incandescent lamps are arranged radially at a predetermined interval, and one of the incandescent lamps is used as light of the condensing mirror The turntable positioned on the axis and the incandescent lamp positioned on the optical axis at one end are positioned at a predetermined position near the focal point of the condenser mirror, and all the incandescent lamps are collected at the other end. A drive that reciprocates the turntable along the optical axis with a sloke that is set to retract to a position that can rotate in the rotation direction of the turntable without interfering with a mirror. There is a first feature in that comprising a stage.
[0014]
Further, according to the present invention, the stroke is set so that, at one end, the incandescent lamp is biased to a predetermined position ahead of the focal point of the condenser mirror, and the incandescent lamp with respect to a preset reference value of the light quantity A second feature is that the position of the incandescent lamp with respect to the focal point of the condenser mirror is changed by energizing the driving means so that the deviation of the light amount approaches zero.
[0015]
Further, the present invention is characterized in that the current supplied to the xenon lamp is changed so that the deviation of the light quantity of the xenon lamp from the reference value of the light quantity of the xenon lamp with respect to a preset reference value of the light quantity approaches zero. There are three features.
[0016]
According to the first feature, the plurality of incandescent lamps on the turntable are positioned on the optical axis, and the incandescent lamp positioned on the optical axis is further positioned at one end of the stroke along the optical axis. It can be positioned in the vicinity of the focal point of the condenser mirror.
[0017]
According to the second feature, since the position of the incandescent lamp is deviated from the focal point of the condenser mirror at the initial setting position, the light quantity at that position is smaller than the maximum light quantity. During operation, the amount of deviation is reduced to change the amount of light so that there is no deviation from the reference value. Therefore, the light quantity reduction accompanying the long-term use of the incandescent lamp is automatically compensated. According to the third feature, the current supplied to the xenon lamp is changed independently of the light amount control of the incandescent lamp.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing a configuration of a simulated solar light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same or equivalent parts. In FIG. 1, a
[0019]
A xenon lamp 11 having an optical axis aligned with the optical axis of the
[0020]
In this embodiment, since the arrangement relationship between the xenon lamp 11 and the
[0021]
Behind the integrating optical system 14 (right side in FIG. 1), the light superimposed and mixed by the integrating optical system 14 is separated into light for irradiating a sample to be irradiated (not shown) and light for detecting the light amount. A
[0022]
An infrared transmissive
[0023]
A xenon lamp
[0024]
Next, the light quantity control device of the simulated solar device having the above configuration will be described. FIG. 2 is a block diagram showing functions of the light quantity control device. The xenon lamp 11 and the
[0025]
Based on the deviation dX, the
[0026]
On the other hand, the light quantity control function of the
[0027]
Based on the deviation dH, the
[0028]
Then, as the amount of light decreases as the lighting time elapses, the
[0029]
In this way, the irradiated sample is stably irradiated with simulated sunlight having a spectral distribution very close to that of natural sunlight, as indicated by a curve L3 in FIG. 6, for example.
[0030]
Next, the replacement / positioning mechanism of the
[0031]
The insulating
[0032]
A
[0033]
In operation, the
[0034]
If the
[0035]
Subsequently, the
[0036]
Initial settings such as rotation of the
[0037]
Next, the setting procedure of the
[0038]
First, the xenon lamp 11 and the
[0039]
When the
[0040]
As described above, according to the present embodiment, a plurality of
[0041]
Further, the decrease in the light amount occurring during the lifetime can be corrected separately for each of the xenon lamp 11 and the
[0042]
As will be readily understood by those skilled in the art, the
[0043]
Furthermore, in this embodiment, in order to control the light amount of the
[0044]
Further, the integrating optical system 14 is provided for the purpose of eliminating the unevenness of the irradiation light and irradiating the irradiation surface with uniform light. Therefore, the integrating optical system 14 is omitted for applications where a certain amount of uneven irradiation is allowed. May be.
[0045]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the first to seventh aspects of the invention, the replacement work of the incandescent lamp having a short life is not frequently performed, and the efficiency is improved. In particular, according to the second aspect of the present invention, it is possible to automatically compensate for a decrease in light amount within the life of the incandescent lamp. According to the fourth aspect of the present invention, since the ratio of the incandescent lamp and the xenon lamp can be maintained at a preset ratio, it is possible to stably irradiate light having a high spectral distribution. In the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a simulated solar light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of a light amount control device.
FIG. 3 is a plan view of a halogen lamp positioning device;
FIG. 4 is a front view of a halogen lamp positioning device.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional simulated sunlight irradiation device.
FIG. 6 is a diagram showing spectral distribution characteristics of synthetic light and natural sunlight obtained by weighting a xenon short arc lamp and an incandescent lamp.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
25, 29 ... subtractor, 27 ... current controller
Claims (7)
前記白熱フィラメントランプの光を集光する集光鏡と、
前記白熱フィラメントランプを予定間隔で放射状に複数個配置し、該白熱フィラメントランプの1つを、前記集光鏡の光軸上に位置決めするターンテーブルと、
一端では前記光軸上に位置決めされた白熱フィラメントランプが前記集光鏡の焦点近傍に位置するように、他端では前記白熱フィラメントランプのすべてが前記集光鏡と干渉せずに前記ターンテーブルの回転方向で回転可能な位置に退避するように設定されたストロークで、前記ターンテーブルを前記光軸に沿って往復動させる駆動手段とを具備したことを特徴とする擬似太陽光照射ランプ自動交換装置。A pseudo having a xenon short arc lamp, an incandescent filament lamp, and filter means for removing a near infrared component from the emission spectrum of the xenon short arc lamp and extracting the near infrared component from the emission spectrum of the incandescent filament lamp. In the solar irradiation lamp automatic changer,
A condensing mirror for condensing the light of the incandescent filament lamp;
A plurality of the incandescent filament lamps arranged radially at a predetermined interval, and a turntable for positioning one of the incandescent filament lamps on the optical axis of the condenser mirror;
At one end, the incandescent filament lamp positioned on the optical axis is positioned in the vicinity of the focal point of the condenser mirror, and at the other end, all of the incandescent filament lamp does not interfere with the condenser mirror and A pseudo-sunlight irradiation lamp automatic changer comprising a driving means for reciprocating the turntable along the optical axis with a stroke set so as to retreat to a position rotatable in a rotation direction. .
前記白熱フィラメントランプの光量の基準値を設定する第1光量基準値設定手段と、前記白熱フィラメントランプの光量を測定する第1光量測定手段と、
前記白熱フィラメントランプの光量の基準値に対する前記第1光量測定手段で測定された光量の偏差が零に近付くように、前記駆動手段を付勢して前記集光鏡の焦点に対する白熱フィラメントランプの位置を変化させる第1光量制御手段とを具備したことを特徴とする請求項1記載の擬似太陽光照射ランプ自動交換装置。The stroke is set at one end so that the incandescent filament lamp is biased to a predetermined position ahead of the focal point of the condenser mirror,
First light quantity reference value setting means for setting a reference value of the light quantity of the incandescent filament lamp; first light quantity measuring means for measuring the light quantity of the incandescent filament lamp;
The position of the incandescent filament lamp with respect to the focal point of the condenser mirror by energizing the driving means so that the deviation of the light quantity measured by the first light quantity measuring means with respect to the reference value of the light quantity of the incandescent filament lamp approaches zero. The automatic solar irradiation lamp automatic replacement device according to claim 1, further comprising a first light amount control unit that changes the light intensity.
前記キセノン短アークランプの光量を測定する第2光量測定手段と、
前記キセノン短アークランプの光量の基準値に対する前記第2光量測定手段で測定された光量の偏差が零に近付くように、前記キセノン短アークランプに供給する電流を変化させる第2光量制御手段とを具備したことを特徴とする請求項2記載の擬似太陽光照射ランプ自動交換装置。Second light quantity reference value setting means for setting a reference value of the light quantity of the xenon short arc lamp;
Second light quantity measuring means for measuring the light quantity of the xenon short arc lamp;
Second light quantity control means for changing a current supplied to the xenon short arc lamp so that a deviation of the light quantity measured by the second light quantity measuring means with respect to a reference value of the light quantity of the xenon short arc lamp approaches zero. The automatic solar irradiation lamp automatic replacement device according to claim 2, further comprising:
前記白熱フィラメントランプの光量の基準値および前記キセノン短アークランプの光量の基準値は、前記第3光量測定手段で測定した該白熱フィラメントランプおよび該キセノン短アークランプのそれぞれからの光の光量が予定の比率になるように初期設定されていることを特徴とする請求項3記載の擬似太陽光照射ランプ自動交換装置。Comprising a third light quantity measuring means for measuring the quantity of light from each of the incandescent filament lamp and the xenon short arc lamp on the irradiated sample;
The reference value of the light quantity of the incandescent filament lamp and the reference value of the light quantity of the xenon short arc lamp are the light quantities of the light from the incandescent filament lamp and the xenon short arc lamp measured by the third light quantity measuring means. 4. The automatic solar irradiation lamp automatic replacement device according to claim 3, wherein the initial setting is such that the ratio is as follows.
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