JP4668348B1 - 擬似太陽光照射装置及び擬似太陽光照射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化することなく設計通りの擬似太陽光を照射する。
【解決手段】第１の光源１及び第２の光源２を有する光源部と、前記第１の光源１から照射される第１の光における所定の境界波長よりも短波長側の光と、前記第２の光源２から照射される第２の光における所定の境界波長よりも長波長側の光とを選択して出力する光選択手段７とを備えた擬似太陽光照射装置３０であって、前記光選択手段７に対して所定の入射角にて入射すべく、前記第１の光の指向性又は前記第２の光の指向性を制御する制御手段５，６を備えてなることを特徴とする。
【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及び擬似太陽光照射方法に関する。

近年、太陽電池パネルの大型化が進み、太陽光に近い人工光（擬似太陽光）を照射できる装置の需要が高まっている。特に、太陽電池技術の急速な発展と普及に伴い、太陽電池の検査、測定、及び実験に利用可能な、高精度の擬似太陽光を大面積に照射できる装置が特に求められている。

擬似太陽光に求められる主要な要素は、その発光スペクトルを基準太陽光（日本工業規格により制定）に近づけることである。こうした工夫を行った技術が、特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１には、少なくとも２種類の光源と、これら各光源からの波長範囲の異なる光を選択的に透過、反射する少なくとも２種類の透過光、反射光を抽出混合させる少なくとも１枚の波長依存性の鏡とを備えることを特徴とする擬似太陽光照射装置（ソーラーシミュレーター）が開示されている。この装置によれば、少なくとも２種類の光源を適切に組み合わせることで、基準太陽光と類似したスペクトルを生成することができる。

また、特許文献２によれば、２種類以上の光源と、この光源を集光する楕円鏡と、重畳用フィルタ及びスペクトル補正フィルタと、ハーフミラーから構成された擬似太陽光照射装置が従来技術として開示されている。この装置によると、所定波長光を重畳することで、基準太陽光と類似したスペクトルを生成することができる。

また、特許文献３によれば、キセノン短アークランプ、反射鏡、エアマスフィルタ、輝線カットフィルタ、積分光学系から構成された擬似太陽光照射装置が開示されている。ここでは、輝線カットフィルタを位置調整することで、輝線スペクトル成分のカット量を調整することができ、基準太陽光に近い擬似太陽光を生成している。なお、輝線カットフィルタは基準太陽光に近づけるために、特定波長の輝線スペクトル成分を除去するための光学フィルタのことである。

特開平８−２３５９０３号公報（公開日：１９９６年９月１３日） 特開平４−１３３０１７号公報（公開日：１９９２年５月７日） 特開平９−３０６２０１号公報（公開日：１９９７年１１月２８日）

しかし、特許文献１の技術では、設計通りの擬似太陽光を実現できない問題がある。この問題が発生する理由について、図９〜図１１を参照して以下に説明する。

図９は、従来技術に係る擬似太陽光照射装置（ソーラーシミュレーター）が備える波長選択ミラー（波長依存性の鏡）における光反射率のスペクトルを表す図である。この図において、１００は、波長選択ミラーにおける光反射率のスペクトルの設計値を示す。設計値のスペクトル１００は、境界波長１０２を有している。

図１０は、一般的な波長選択ミラーの構造を示したものである。波長選択ミラーは、厳密には各層の反射と透過を繰り返す複雑な物理現象を利用しているが、ここでは単純モデルとして、最上位層の反射における光路長Ｌを用いて説明する。最上位層の薄膜の屈折率と膜厚をそれぞれｎ１とｄ１とし、入射角とその拡がり角をそれぞれφとθとすると、光路長Ｌは式１で示される。

式１の分母成分と入射角との関係を図１１に示す。例えば、光選択手段に設計値として入射角４５度で入射する場合について説明する。図１１に示したように、光源からの光は出射面にて拡散するため、拡がり角を持つ。そのため、入射角４５度の光を波長選択ミラーに入射した設計であっても、実際は、入射角４５度±３０度の光が入射することとなる。すなわち、４５度で入射する場合と、７５度で入射する場合とを比較すると、光路長Ｌに対する影響は、式１の分母の値が小さくなる７５度の方が大きくなる。つまり、４５度入射する場合と比較して、７５度入射は、光路長が敏感に反応するため、波長選択ミラーは、設計値通りの特性が出にくい。

したがって、光源からの光は一定の拡がり角を持って入射するため、拡がりの成分、つまり４５度から外れた光反射率のスペクトルは、より長波長側にシフトしてしまい、例えば図９の１０２に示すように、反射率特性が変化する。このとき、設計値の境界波長１０２は、図９に示す境界波長１０６へシフトする（矢印１０８）。また、実際の境界波長よりも長波長側の光の反射率が、設計値のものよりも大きく増加してしまう（矢印１１０）。これらの問題は、入射光の角度が大きいほどより顕著になり、また、入射光の拡がりが大きい場合もより顕著になる。したがって、特許文献１に係る装置では、波長選択ミラーの光反射率が設計値通りにならないため、照射される擬似太陽光の発光スペクトルも設計通りにならないという問題が発生する。

特許文献２は、ハーフミラー（波長選択ミラー）に対して拡がり角のない光（平行光）を入射させているが、実際に特許文献２の従来技術に開示されている擬似太陽光照射装置を実施した場合には、光源が大型化となり、この光を平行にするためには、光源と照射面との距離を長くする必要があるため、装置が大型化してしまう。

特許文献３は、エアマスフィルタ、輝線カットフィルタなど複数の光学フィルタを用いているが、光源としてキセノン光源のみで擬似太陽光を生成しているため、たとえ輝線を調整できたとしても、基準太陽光に近づけるには限界がある。さらに、特許文献２と同様に、大面積の太陽電池に対応するためには、装置が大型化してしまう。

したがって、従来技術に係る装置では、波長選択ミラーの光反射率を設計値通りにするために、平行光を入射させようとすると、装置が大型化してしまう。また、装置を小型化しようとすると、波長選択ミラーに入射する光は、拡がり角を持ってしまうため、波長選択ミラーにおいて、設計値通りの擬似太陽光の発光スペクトルが得られない問題が発生する。これにより、日本工業規格（ＪＩＳ）により定められた基準太陽光のスペクトル合致度は悪化し、擬似太陽光照射装置としての性能は低下する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は装置を大型化することなく、設計通りの擬似太陽光を大面積に照射する擬似太陽光照射装置及び擬似太陽光照射方法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、
所定の分光分布を有する第１の光源から照射される第１の光と該第１の光とは異なる分光分布を有する第２の光源から照射される第２の光とを光選択手段に入射して合成してなる擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置であって、
前記光選択手段への光の入射角を所定の入射角に制御すべく、前記第１の光又は前記第２の光に指向性を持たせたことを特徴としている。

前記構成によれば、擬似太陽光照射装置は、所定の分光分布を有する第１の光源から照射される第１の光、例えば所定の境界波長よりも短波長側の成分を多く含む光と、該第１の光とは異なる分布を有する第２の光源から照射される第２の光、例えば所定の境界波長よりも長波長側の成分を多く含む光とを光選択手段に入射し、選択して出力（合成）する。このとき、第１の光と第２の光は指向性を持っているため、拡がり角のない光（平行光）となっており、所定の入射角で光選択手段へ入射することができる。ここで、所定の入射角とは、例えば４５度である。入射角が４５度であれば、光選択手段の設計が容易となる。

以上のことから、第１の光と第２の光は、所定の入射角で光選択手段へ入射できるので、設計値通りに選択して出力（合成）することができる。したがって、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、設計通りの擬似太陽光を生成できる効果を奏する。

前記所定の境界波長は４５０〜７５０ｎｍであることが好ましい。上記の構成によれば、例えば、４５０〜７５０ｎｍ以降の第１の光の発光スペクトルに、強い輝線成分が含まれる場合、この輝線成分をカットすることができる。これにより、擬似太陽光の発光スペクトルを基準太陽光の発光スペクトルに近づけることができる。

擬似太陽光照射装置は、前記光選択手段から出射した光を照射対象に対して面状照射するための光照射手段を備えることが好ましい。これにより、擬似太陽光の面状照射を容易にすることができる。

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、
第１の光源及び第２の光源を有する光源部と、
前記第１の光源から照射される第１の光における所定の境界波長よりも短波長側の光と、前記第２の光源から照射される第２の光における所定の境界波長よりも長波長側の光とを選択して出力する光選択手段とを備えた擬似太陽光照射装置であって、
前記光選択手段に対して所定の入射角にて入射すべく、前記第１の光の指向性又は前記第２の光の指向性を制御する制御手段を備えてなることを特徴としている。

前記構成によれば、第１の光の指向性又は第２の光の指向性を制御する制御手段を、光源部と光選択手段との間に設けることで、コンパクトな光学系で指向性を制御することができ、光選択手段に対して所定の入射角で入射することができる。

以上のことから、従来の擬似太陽光装置よりも光源から光選択手段までの距離を短くてすみ、装置を小型化することができる。

前記制御手段は、前記第１の光及び前記第２の光が入射する入射面から、該入射面から入射した光が出射する出射面に向けて、その幅が徐々に広くなるテーパ形状であることが好ましい。

前記構成によると、入射面から出射面に向けて、その幅が徐々に広くなるテーパ形状の光学素子を用いることで、光が光学素子を伝播すると指向性を整えることができる。その他の制御手段として、導光体やレンズを用いることができる。

本発明に係る擬似太陽光照射装置では、さらに、
前記第１の光又は前記第２の光の発光スペクトルを調整する調整手段を備えてなることを特徴としている。

前記構成によれば、各光源からの光の発光スペクトルを調整することができるため、より基準太陽光の発光スペクトルに近づけることができる。

前記調整手段は、少なくとも第１の光から長波長側の光を除去する特性を有する光学フィルタを備えてなることを特徴としている。

前記構成によれば、波長選択手段の前に、第１の光から不必要な長波長側の光を除去しているので、光選択手段の設計が容易になる。

前記第１の光から長波長側の光を除去する特性を有する光学フィルタは、前記調整手段のうち最も前記第１の光源側に配置してなることを特徴としている。

前記構成によれば、光源からの光のうち、赤外線など長波長側の光の成分を最初に除去することができるため、その他の光学フィルタに熱が伝わりにくく、その他の光学フィルタの設計が容易になる。

本発明に係る擬似太陽光照射方法は、上記の課題を解決するために、
第１の光源からの第１の光の指向性を制御して照射すると共に第２の光源からの第２の光の指向性を制御して照射し、該第１の光における所定の境界波長よりも短波長側の光と前記第２の光源から照射される第２の光における所定の境界波長よりも長波長側の光とを選択して出力し照射している。

前記方法によれば、第１の光源及び第２の光源からの指向性を制御して照射することで、第１の光における所定の境界波長よりも短波長側の光と、第２の光における所定の境界波長よりも長波長側の光を選択して照射することができるため、擬似太陽光の発光スペクトルを基準太陽光の発光スペクトルに近づけることができる。したがって、設計通りの擬似太陽光を生成できる効果を奏する。

以上のように、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、装置を大型化することなく設計通りの擬似太陽光を大面積の照射面に照射できる効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の一部を拡大した図である。 本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の要部構成を示す図である。 テーパカプラの構造を示す図である。 （ａ）は、シャープカットフィルタ２２を設置しなかった場合のキセノン光源から得られるスペクトルを示す図であり、（ｂ）は、シャープカットフィルタ２２を設置した場合のキセノン光源から得られるスペクトルを示す図である。 （ａ）は、ハロゲン光の発光スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、キセノン光の発光スペクトルを示す図である。 （ａ）は、第２の光学フィルタの透過率を示す図であり、（ｂ）は、第１の光学フィルタの透過率を示す図である。 本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置が照射する擬似太陽光の発光スペクトルを示す図である。 本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の一部を拡大した図である。 従来技術に係るソーラーシミュレーターが備える波長選択ミラーにおける光透過率を表す図である。 一般的な波長選択ミラーの構造を示した図である。 波長選択ミラーの最上位層における、入射角θと光路長Ｌの分母成分との計算結果の一例を示した図である。

〔実施形態１〕
本発明に係る一実施形態について、図１〜図８を参照して以下に説明する。本実施形態では、擬似太陽光を照射面１２に照射する擬似太陽光照射装置３０について、詳細に説明する。擬似太陽光とは人工光の一種であり、擬似太陽光照射装置は、日本工業規格（ＪＩ他Ｓ）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ことを目標としている。本実施形態の擬似太陽光照射装置３０は、第１の光源と第２の光源との合成光を擬似太陽光として照射する。例えば、第１の光源には、基準太陽光の短波長側の光を生成するキセノン光源を、第２の光源には、第１の光源とは異なる光を照射する光源、例えば基準太陽光の長波長側の光を生成するハロゲン光源が用いられる。また、照射面には例えば太陽電池が配置される。

（擬似太陽光照射装置３０の構成）
図２は、本発明の一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は、擬似太陽光照射装置３０の一部を拡大した図である。これらの図に示すように、擬似太陽光照射装置３０は、第１の光を照射する第１の光源としてのキセノン光源１（所定の分光分布を有する光源）、第２の光とは異なる第２の光を照射する第２の光源としてのハロゲン光源２（前記第１の光とは異なる分光分布を有する光源）、前記キセノン光源から照射される第１の光又は前記ハロゲン光源から照射される第２の光の指向性を制御する制御手段としてのテーパカプラ５及びテーパカプラ６、前記第１の光及び前記第２の光を前記テーパカプラ５，６に効率よく（漏れることなく）入射するために光を集光するリフレクタ３及びリフレクタ４、前記第１の光源から照射される第１の光における所定の境界波長よりも短波長側の光と前記第２の光源から照射される第２の光における所定の境界波長よりも長波長側の光とを選択して出力する光選択手段としての波長選択ミラー７、テーパ部材８（光透過手段）、導光板９（光照射手段）、反射ミラー１０、散乱溝１１（光反射手段）、反射ミラー１５、前記第１の光又は前記第２の光の発光スペクトルを調整する調整手段としてのエアマスフィルタ２０、シャープカットフィルタ２２、エアマスフィルタ２４、及び熱線カットフィルタ２６を備えている。

キセノン光源１は、リフレクタ３の内部に設けられ、所定の発光スペクトルを有するキセノン光（第１の光）を照射する。本実施形態ではキセノン光源１は紙面奥行方向に長さを有する棒状（線状）のキセノンランプである。当該光源１の数は１本であってもよいし、複数本であってもよい。リフレクタ３は断面が釣鐘形状をしており、キセノン光源１から照射された光を光出射面に向けて集める。リフレクタ３の光出射面には光反射部１４が接続されている。光反射部１４はプリズムの一種であり、キセノン光源１からの光を略直角方向に反射させて、テーパカプラ５の一端に導く。

大面積に擬似太陽光を照射するためには、高出力の光源が必要となり、かつ工場のライン（工程内）へ装置を導入する場合、光源の交換等メンテナンスの手間を省くことができるため光源は長寿命であることが要求される。一般的に、高出力、長寿命のキセノン光源は棒状となっており、無指向性の拡散光源である。この棒状光源に対して指向性を持たせるためにリフレクタ３を用いるが、特定の拡がり角は残ってしまう。装置を大型化さえすれば、平行光にして、拡がり角をゼロに近づけることは可能であるが、小型化を実現するためには、どうしても特定の拡がり角を持ってしまう。この拡がり角に大きく影響を受けるのが、光学フィルタであるため、光学フィルタへ入射するまでに、最小限の拡がり角に制御する必要がある。本発明では、リフレクタとテーパカプラを用いて、拡がり角を制御している。

一方、ハロゲン光源２はリフレクタ４の内部に設けられ、所定の発光スペクトルを有するハロゲン光（第２の光）を照射する。本実施形態ではハロゲン光源２は紙面奥行方向に長さを有する棒状のハロゲンランプである。当該光源２の数は１本であってもよいし、複数本であってもよい。リフレクタ４は断面が釣鐘形状をしており、ハロゲン光源２から照射された光を光出射面に向けて集める。光出射面にはテーパカプラ６の一端が接続されている。したがって、リフレクタ４はハロゲン光源２からの光をテーパカプラ６の一端にそのまま導く。

また、キセノン光源と同様の理由で、ハロゲン光源も棒状（線状）となっており、無指向性の拡散光源である。この棒状光源に対して指向性を持たせるために、リフレクタ４とテーパカプラ６を用いている。

図１及び図２に示すように、テーパカプラ５は導光体によって構成され、細長く、光の入射面と出射面とを有している。テーパカプラ５は、入射面に入射されたキセノン光を出射面に導く。その際、リフレクタ３と同様に、キセノン光の指向性を制御する役割を有する。

一方、テーパカプラ６は、導光体によって構成され、細長く、光の入射面と出射面とを有している。テーパカプラ６はテーパカプラ５と平行して配置され、入射面に入射されたハロゲン光を出射面に導く。その際、リフレクタ４と同様に、ハロゲン光の指向性を制御する制御手段としての役割を有する。

上記実施形態では、第１の光源には棒状のキセノンランプ、第２の光源には棒状のハロゲンランプとしたが、線状光源やその他形状のキセノンランプやハロゲンランプも用いることもできる。また、第１の光源及び第の光源にＬＥＤ光源を用いても構わない。

（テーパカプラ５及びテーパカプラ６の構造）
テーパカプラ５及びテーパカプラ６の構造を、図３に示す。図３は、テーパカプラ５及びテーパカプラ６の構造を示す図である。この図に示すように、テーパカプラ５は、その一端（光の入射面）から他端（光の出射面）に向けて、導光体の幅（短軸方向の断面積）が徐々に増加する構造を取る。テーパカプラ５の入射面から入射した直後のキセノン光は、リフレクタ３によって集光されているものの、その拡がり角は大きな幅を持つ。しかし、図３に示す構造のテーパカプラ５内を通過する際に、その拡がり角が一定幅内に揃うように変化し、最小限の拡がり角へ制御される。

テーパカプラ６も、その一端（光の入射面）から他端（光の出射面）に向けて、導光体の幅（短軸方向の断面積）の幅が徐々に増加する構造を取る。テーパカプラ６に入射されたハロゲン光は、リフレクタ４によって集光されているものの、その拡がり角は大きな幅を持つ。しかし、テーパカプラ６内を通過する際に、その拡がり角が一定幅内に揃うように変化し、最小限の拡がり角へ制御される。

（キセノン光の反射）
テーパカプラ５の端（出射面）には、２枚の光学フィルタが配置されている。そのうちの１つはエアマスフィルタ２０であり、もう１つは、特定波長以上の成分をカットするシャープカットフィルタ２２（少なくとも第１の光から長波長側の光を除去する特性を有する光学フィルタ）である。両者は互いに並行に並んで配置されている。なお、配置する光学フィルタの数は２枚に限らず、複数であればよい。そのとき、シャープカットフィルタ２２が、複数の光学フィルタの中で最もキセノン光源１に近い位置（近い側）に配置されていることが好ましい。これにより、キセノン光源１の熱によるエアマスフィルタ２０の劣化を防止できる。

詳しくは後述するが、波長選択ミラー７は、発光スペクトルが調整されたキセノン光における所定の境界波長よりも短波長側と、発光スペクトルが調整されたハロゲン光における境界波長よりも長波長側とを選択して出力（合成）する。波長選択ミラー７として、コールドミラーを使用することもできる。シャープカットフィルタ２２は、入射したキセノン光における所定の境界波長よりも長波長側をカットする性質を有する。波長選択ミラー７における境界波長と、シャープカットフィルタ２２における境界波長とは互いに同一であることが望ましい。したがって、シャープカットフィルタ２２から出射されるキセノン光からは、境界波長よりも長波長側のエネルギーがカットされている。

シャープカットフィルタ２２に入射されるキセノン光の入射角は略０度である。したがって、シャープカットフィルタ２２の特性は入射光の角度依存性の影響を受けないので、設計値に一致する境界波長よりも長波長側の成分を確実にカットする。

シャープカットフィルタ２２から出射したキセノン光は、エアマスフィルタ２０に入射される。エアマスフィルタ２０は、キセノン光の発光スペクトルに最適化された透過特性を有している。これにより、入射したキセノン光の発光スペクトルを調整する。

エアマスフィルタ２０を透過したキセノン光は、エアマスフィルタ２０と４５度の角度を置いて配置されている波長選択ミラー７に向かう。波長選択ミラー７は、キセノン光の短波長側を反射させて、テーパ部材８の一端（入射面）に導く。

（ハロゲン光の反射）
テーパカプラ６の端（出射面）には、反射ミラー１０が配置されている。反射ミラー１０はプリズムの一種であり、内部反射を利用して、入射した光の全てを波長選択ミラー７に向けて反射する。内部反射を利用するので、反射ミラー１０から出射したハロゲン光の指向性は、入射前のまま維持される。

反射ミラー１０の出射面側には、複数の光学フィルタが配置されている。そのうちの１つは熱線カットフィルタ２６であり、もう１つはエアマスフィルタ２４である。熱線カットフィルタ２６は、入射されたハロゲン光の発光スペクトルにおける長波長側の光である熱線成分をカットする。エアマスフィルタ２４は、ハロゲン光の発光スペクトルに最適化された透過特性を有している。これにより、熱線カットフィルタ２６から出射したハロゲン光の発光スペクトルを調整する。

エアマスフィルタ２４を透過したハロゲン光は、波長選択ミラー７に入射される。波長選択ミラー７は、エアマスフィルタ２４から出射されたハロゲン光の長波長側を透過させて、テーパ部材８に導く。

以上のように、波長選択ミラー７の選択作用によって、キセノン光とハロゲン光とが合成されて、テーパ部材８に入射される。具体的には、キセノン光の短波長側と、ハロゲン光の長波長側とが波長選択ミラー７によって選択され、両方が合成されて合成光となり、テーパ部材８の入射面に導かれる。

本実施形態では、波長選択ミラー７における境界波長は７５０ｎｍである。したがって波長選択ミラー７は、キセノン光の短波長側として、７５０ｎｍ以下の成分を選択する。一方、ハロゲン光の長波長側として、７５０ｎｍ以上の成分を選択する。７５０ｎｍ以下の成分を選択することによって、キセノン光源１から照射される光の発光スペクトルに含まれる強い輝線成分を除去することができる。これにより、第１の光学フィルタ、特にエアマスフィルタエアマスフィルタの設計を容易にするという効果が得られる。ただし、境界波長は光源の種類によって異なり、例えばキセノン光の種類によっては、図５（ｂ）に示したように、５５０〜７００ｎｍに輝線を持つ場合があることから、この場合は５５０ｎｍとすることが好ましい。さらに、スペクトル合致度を高めるために、４９０ｎｍ付近にある輝線を取り除こうとする場合は、境界波長は４５０ｎｍとすることが好ましい。よって、キセノン光の輝線に応じて４５０〜７５０ｎｍで設計することが好ましい。

（テーパ部材８の詳細）
テーパ部材８は導光体によって構成されており、その一端（光の入射面）から他端（光の出射面）に向けて、導光体の幅（テーパ部材８の短軸）が徐々に減少する構造を取る。言い換えると、テーパ部材８の入射面から出射面に向かって、テーパ部材８の短軸方向の断面積は徐々に減少する。

図２等では導光体の幅は直線的に減少しているが、これに限らない。曲線的な減少、及び階段状の減少であってもよい。いずれにせよ、テーパ部材８の入射面の幅（面積）は、出射面の幅（面積）よりも大きくなる。

テーパ部材８に入射された光は、テーパ部材８の内部において繰り返し反射しながら進行する。繰り返し反射の作用によって、テーパ部材８を通過した光の指向性の分布が変化する。テーパ部材８にはキセノン光とハロゲン光との合成光が入射されるので、両者ともに指向性が変化する。この結果、キセノン光の指向性と、ハロゲン光の指向性とが互いに略一致するようになる。

本実施形態では、テーパ部材８の出射面に光照射手段としての導光板９の一端が接続されている。光照射手段としての導光板は、テーパ部材からの光を面状に照射するためのものである。したがって、テーパ部材８から出射した、指向性が揃った合成光が導光板９の内部に導かれる。この結果、擬似太陽光照射装置３０は、異なる光学系を通ってきた光（キセノン光及びハロゲン光）を、いずれも指向性が揃った形で、照射面１２に照射できる。したがって、照射面１２に照度される光の照度分布の均一性をより高めることができる。さらに、散乱溝１１の最適化のみによって照射の均一性を高める工夫に比べて、より良い効果を得ることができる。また、溝１１のピッチ及び形状の最適化を、本発明におけるテーパ部材８の利用と組み合わせることによって、照射分布の均一性をより一層高めることもできる。なお、本実施形態では、導光板９に散乱溝１１を形成することで、キセノン光とハロゲン光の合成光を照射面１２に照射したが、散乱溝１１の代わりに散乱するものを用いても構わない。例えば、散乱体を導光板９の表面に、ライン状もしくは任意のパターンに印刷する（塗る）ことで、散乱溝１１の代わりとしても構わない。

（本実施形態の作用効果）
シャープカットフィルタ２２を透過したキセノン光からは、その長波長成分がカットされている。これにより、長波長成分がカットされたキセノン光が波長選択ミラー７に入射される。このとき、波長選択ミラー７に入射されるキセノン光からは、境界波長よりも長波長成分における不要なスペクトルが事前にカットされている。よって、波長選択ミラー７から出力される光に不要なスペクトルが含まれることが無い。また、実際の境界波長よりも長波長側の光の反射率が、設計値よりも高くなってしまったとしても、そもそも反射対象の成分が無いので影響は受けない。

図４（ａ）に、シャープカットフィルタ２２を設置しなかった場合のスペクトルを、図４（ｂ）に、シャープカットフィルタ２２を設置した場合のスペクトルを示す。図４を比較すると、この効果は明確である。また、本実施形態では、ハロゲン光にはシャープカットフィルタを使用していないが、短波長側をカットするシャープカットフィルタを使用すれば、不要なノイズ成分を確実に除去できるという図４と同じ効果がある。

以上のことから、波長選択ミラー７は、入射されたキセノン光における、設計値通りの境界波長よりも短波長側を選択して出力（合成）することができる。したがって、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置は、設計通りの擬似太陽光を照射面に照射できる。

図５（ａ）は、ハロゲン光の発光スペクトルを示す図であり、図５（ｂ）は、キセノン光の発光スペクトルを示す図である。図５（ｂ）に示すように、シャープカットフィルタ２０に入射する前におけるキセノン光の発光スペクトルには、その長波長側に強い輝線を有している。

図６（ａ）は、第２の光学フィルタの透過率を示す図であり、図６（ｂ）は、第１の光学フィルタの透過率を示す図である。図６（ｂ）に示すように、シャープカットフィルタ２０を含めた第１の光学フィルタの透過率は、長波長側の輝線は略消えるように設計されている。擬似太陽光照射装置３０は、図５（ａ）に示したハロゲン光の発光スペクトルと、図６（ａ）に示した第２の光学フィルタの透過率を掛け合わせて得られた長波長側と、図５（ｂ）に示したキセノン光の発光スペクトルと、図６（ｂ）に示した第１の光学フィルタの透過率を掛け合わせて得られたる短波長側とを選択して合成し、図７に示す発光スペクトルの擬似太陽光として照射する。図７は、擬似太陽光照射装置３０が照射する擬似太陽光の発光スペクトルを示す図である。この図に示す発光スペクトルは、設計通りに輝線が残っていないスペクトルとなっている。

（シャープカットフィルタ２８）
図８は、本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置３０の一部を拡大した図である。この図に示す例では、反射ミラー１０を出射面側には、３枚の光学フィルタが配置されている。そのうちの１つは熱線カットフィルタ２６であり、もう１つはエアマスフィルタ２４であり、さらにもう１つはシャープカットフィルタ２８である。シャープカットフィルタ２８は、入射したハロゲン光における所定の境界波長よりも短波長側をカットする特性を有する。この境界波長は、波長選択ミラー７における境界波長と同一である（７５０ｎｍ）
シャープカットフィルタ２８に入射されるハロゲン光の入射角は略０度である。したがって、シャープカットフィルタ２８の特性は入射光の角度依存性を示さず、設計値に一致する境界波長よりも短波長側の成分を確実にカットする。

シャープカットフィルタ２８を透過したハロゲン光からは、境界波長よりも短波長成分がカットされている。したがって、波長選択ミラー７から出力される光から、キセノン光の長波長成分に存在する輝線を設計通りにカットできると共に、ハロゲン光の短波長成分に存在するノイズも確実にカットできるので、照射する擬似太陽光の性能をより高めることができる。

（複数の光学系）
なお、図２に示すように、擬似太陽光照射装置３０は、キセノン光の光学系とハロゲン光の光学系とからなる光学系セットを、２つ備えている。一方のセットは擬似太陽光照射装置３０の筐体の一端（図２の左側）に備え、もう一方のセットは筐体の他端（図２の右側）に備えている。それぞれの光学系セットからの光を、一方は導光板９の一端に入射し、もう一方は導光板９の他端に入射することによって、擬似太陽光照射装置３０から照射する擬似太陽光の強度をより高めることができる。

また、一つの光学系セットにおいて、キセノン光の光学系の位置と、ハロゲン光の光学系の位置とが、図２に示す構成の逆であってもよい。この場合、波長選択ミラー７は、エアマスフィルタ２０から出射したハロゲン光の長波長側を反射させてテーパ部材８に導くと共に、エアマスフィルタ２４から出射したキセノン光の短波長側を透過させてテーパ部材８に導く。すなわち波長選択ミラー７は、キセノン光の短波長側と、ハロゲン光の長波長側とを、反射又は透過する特性を有していればよい。

照射面１２は、紙面奥行方向にも一定の広がりを有する。そこで、照射面１２の面積に応じて、紙面奥行方向に光学系セットを複数並べて配置することによって、図２に示す擬似太陽光照射装置３０を構成することもできる。

また、擬似太陽光照射装置は、ハロゲン光を反射ミラーを介して波長選択ミラーに入射すべくハロゲン光源を配置した構成であるが、このような構成に限らず、反射ミラーを用いない構成であっても構わない。すなわち、少なくともハロゲン光源又はキセノン光源のいずれか一方に、光の指向性を制御するテーパカプラを用いることによって、光源から波長選択ミラーまでの距離を短くすることが出来るため、装置の小型化が可能となる。

（その他の構成）
本発明は、次のようにも表現できる。

擬似太陽光を照射面に照射する擬似太陽光照射装置であって、キセノン光を照射するキセノン光源と、前記キセノン光源から照射された拡散光の指向性を制御する手段と、前記指向性を制御されたキセノン光の発光スペクトルを調整する第１の光学フィルタと、ハロゲン光を照射するハロゲン光源と前記キセノン光源から照射された拡散光の指向性を制御する手段と、前記照射されたハロゲン光の発光スペクトルを調整する第２の光学フィルタと、前記発光スペクトルが調整された前記キセノン光の短波長側と、前記発光スペクトルが調整された前記ハロゲン光の長波長側とを選択して出射する光選択手段とを備えており、前記第１の光学フィルタが２枚以上で構成され、その一方が光選択手段の境界波長よりも長波長側の光を遮断する特性を有することを特徴とする擬似太陽光照射装置。

また、本発明は次のようにも表現できる。

第１の光源１及び第２の光源２を有する光源部と、前記第１の光源１から照射される第１の光における所定の境界波長よりも短波長側の光と、前記第２の光源２から照射される第２の光における所定の境界波長よりも長波長側の光とを選択して出力する光選択手段７とを備えた擬似太陽光照射装置３０であって、前記光選択手段７に対して所定の入射角にて入射すべく、前記第１の光の指向性又は前記第２の光の指向性を制御する制御手段５，６を備えてなることを特徴とする擬似太陽光照射装置。

本発明は、太陽電池の検査、測定、及び実験に利用できる。また、化粧品、塗料、接着剤、各種材料の退色及び耐光試験にも利用できる。さらに、光触媒の検査及び実験、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 キセノン光源（第１の光源）
２ ハロゲン光源（第２の光源）
３ リフレクタ
４ リフレクタ
５ テーパカプラ（制御手段）
６ テーパカプラ（制御手段）
７ 波長選択ミラー（光選択手段）
８ テーパ部材（光伝搬手段）
９ 導光板（光照射手段）
１０ 反射ミラー
１１ 散乱溝（光反射手段）
１２ 照射面
１４ 光反射部
１５ 反射ミラー
１６ キューブ状波長選択ミラー
２０ エアマスフィルタ（調整手段）
２２ シャープカットフィルタ（調整手段）
２４ エアマスフィルタ（調整手段）
２６ 熱線カットフィルタ（調整手段）
２８ シャープカットフィルタ（調整手段）
３０ 擬似太陽光照射装置

Claims (5)

1. 所定の分光分布を有する第１の光源から照射される第１の光と該第１の光とは異なる分光分布を有する第２の光源から照射される第２の光とを、入射光に対して略４５度の角度に配置された光選択手段に入射して合成してなる擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置であって、
   前記光選択手段への光の入射角を所定の入射角に制御すべく、前記第１の光又は前記第２の光に指向性を持たせた制御手段と、
   前記光選択手段と前記制御手段との間に配置され、前記光選択手段によって主に選択されない波長域の光を除去する調整手段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. 第１の光源及び第２の光源を有する光源部と、
   前記第１の光源から照射される第１の光における所定の境界波長よりも短波長側の光と、前記第２の光源から照射される第２の光における所定の境界波長よりも長波長側の光とを選択して出力する、入射光に対して略４５度の角度に配置された光選択手段とを備えた擬似太陽光照射装置であって、
   前記光選択手段に対して所定の入射角にて入射すべく、前記第１の光の指向性又は前記第２の光の指向性を制御する制御手段と、
   前記光選択手段と前記制御手段との間に配置され、前記光選択手段によって主に選択されない波長域の光を除去する調整手段を備えていることを特徴とする擬似太陽光照射装置。
3. 前記調整手段は、少なくとも第１の光から長波長側の光を除去する特性を有する光学フィルタを備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の擬似太陽光照射装置。
4. 前記第１の光から長波長側の光を除去する特性を有する光学フィルタは、前記調整手段のうち最も前記第１の光源側に配置してなることを特徴とする請求項３に記載の擬似太陽光照射装置。
5. 第１の光源からの第１の光の指向性を第１の制御手段によって制御して照射すると共に第２の光源からの第２の光の指向性を第２の制御手段によって制御して照射し、該第１の光における所定の境界波長よりも短波長側の光と前記第２の光源から照射される第２の光における所定の境界波長よりも長波長側の光とを入射光に対して略４５度の角度に配置された光選択手段によって選択して出力し照射すると共に、前記光選択手段と前記第１の制御手段又は第２の制御手段との間に配置される調整手段によって、前記光選択手段によって主に選択されない波長域の光を除去することを特徴とする擬似太陽光照射方法。
   
   

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