JP4902790B1

JP4902790B1 - 擬似太陽光照射装置

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Publication number: JP4902790B1
Application number: JP2011001715A
Authority: JP
Inventors: 功治南
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-03-21
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Abstract

【課題】導光部材のガラス割れの防止し、かつ耐熱ガラス等を用いることのない低コストの擬似太陽光照射装置を提供する。
【解決手段】所定の分光分布を有する第１の光を照射する第１の光源と、上記第１の光源から入射した光を入射面から取り込んで指向性が制御された光を出射面から出射する第１の導光部材と、上記第１の導光部材から出射された光のスペクトルを調整する第１の光学フィルタと、赤外光波長域の積算放射照度が、赤外光より短い波長の光の波長域の積算放射照度よりも大きい第２の光を照射する第２の光源と、上記第２の光源から入射した光を入射面から取り込んで指向性が制御された光を出射面から出射する第２の導光部材と、上記第２の導光部材から出射された光のスペクトルを調整する第２の光学フィルタとを備えた擬似太陽光照射装置であって、上記第２の導光部材の個数は、上記第１の導光部材の個数のｎ倍（ｎは２以上の自然数）であることを特徴とする。
【選択図】図２

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。

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、およ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、その擬似太陽光の発光スペクトルが基準太陽光（日本工業規格により制定）と近いことと、擬似太陽光の照度が基準太陽光と同程度であることである。

特に、２層積層型（タンデム構造）や３層積層型（トリプル構造）の太陽電池パネルでは、分光感度の異なる太陽電池が内部で直列接続された構造をしており、これらの太陽電池パネルの発電特性を評価する場合、それぞれの層において発電を誘起する波長帯が異なることから、太陽光と類似したスペクトルを有する光によって、太陽電池パネルの出力特性を評価する必要がある。
従来においても、太陽光のスペクトル分布を高精度に再現し得る光照射装置が開発されている。特許文献１には、各種の擬似太陽光照射装置に採用可能な導光体と、これを用いた光照射装置が開示されている。

図９は、特許文献１に示された光源装置の概略断面図である。従来の光照射装置１００として、ランプ光源用いた略点光源１０１が内壁を銀反射面で覆った反射箱１０２に内包されており、この反射箱表面にはピンホール状の開口部１０３が開口されている。その開口部には上記導光体１０４が配され、導光体の面積が小である端面から光を入射し、面積が大である端面から光を出射する構成になっている。

ランプ光源１０１の出射光は、反射箱１０２を利用して、光を反射箱内で複数回反射させた後、上記開口部１０３から出射し、導光体１０４の入射端面１０５に到達する。そして導光体１０４内に到達した光は、そこで全反射を繰り返して徐々に出射端面１０６に鉛直な光線へと変化して出射端面１０６から出射される。これにより、光源の出射特性によらず、高い指向性を持つ出射光を高い効率で得ることができる。

この装置によれば、導光部材を複数用いることで、高指向性光をさらに高効率で得ることができる。また、この光源装置を用いれば、光学フィルタに指向性の制御された光を入射することができ、所望の発光スペクトルを有する擬似太陽光を得ることができる。

特開２００３−０９８３５４号公報

しかしながら、特許文献１では、高い指向性を高効率で出射することができる導光体を用いており、導光体から出射される光の指向性は制御できるものの、ランプ光源が導光体に近接して配置されているため、特にランプ光源がハロゲン光のような熱源の場合、その熱によって導光体の温度が上昇する。

この際、導光体がガラス製でサイズが大きい場合、冷却しようとしても最も高温になる中心部付近まで冷却されにくく、この中心部での蓄熱起因の熱応力でガラスが割れる可能性があった。この問題に対応するためには、導光体に耐熱ガラス材を用いればよいが、擬似太陽光照射装置には複数の導光体を適用するため、全ての導光体に材料コストの高い耐熱ガラスを用いることになる。また、赤外光を全て太陽電池パネルに放射すると太陽電池パネルが必要以上に高温になるため、この赤外光を照射前に低減する必要があるが、耐熱ガラスでは赤外吸収が通常ガラス材ほど大きくないため、別途光学素子等を追加して赤外線を除去することが必要になる。

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、導光部材に耐熱ガラス等を用いることなくガラス割れを防止し、低コストの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の光を照射する第１の光源と、上記第１の光源から入射した光を入射面から取り込んで指向性が制御された光を出射面から出射する第１の導光部材と、上記第１の導光部材から出射された光のスペクトルを調整する第１の光学フィルタと、赤外光波長域の積算放射照度が、赤外光より短い波長の光の波長域の積算放射照度よりも大きい第２の光を照射する第２の光源と、上記第２の光源から入射した光を入射面から取り込んで指向性が制御された光を出射面から出射する第２の導光部材と、上記第２の導光部材から出射された光のスペクトルを調整する第２の光学フィルタとを備えた擬似太陽光照射装置であって、上記第２の導光部材の個数は、上記第１の導光部材の個数のｎ倍（ｎは２以上の自然数）であることを特徴としている。

上記構成によれば、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、第１の導光部材の幅（短軸方向）及び長さ（長軸方向）と比較して、各第２の導光部材の幅及び長さを小さくできることから第２の導光部材は放熱されやすくなるため、第２の光に含まれる熱線成分による第２の導光部材の温度上昇を軽減することができる。また、第２の導光部材が配置される位置が、装置サイズに関わる位置であれば、装置のフットプリントを小型化することも可能である。

また、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、上記構成に加えて、上記第２の導光部材の形状は、上記第１の導光部材の形状と略相似形であり、上記第２の導光部材の表面積は、上記第１の導光部材の表面積の略２ｎ分の１であることが好ましい。

上記の構成によれば、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、第１の導光部材が、入射面が小であり、出射面が大であるテーパ形状となっている場合、第２の導光部材も導光部材を伝搬する光の指向性を高精度に制御することができる。
また、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、上記構成に加えて、上記第２の導光部材の放熱手段として、上記第２の導光部材の表面に対して冷却風を吹きつける空冷式の冷却装置を備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、高温となる第２の導光部材を冷却し、温度上昇を低減できると共に、空冷であることから比較的容易に効率良く冷却することができる。

また、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、上記構成に加えて、上記第２の導光部材が所定の波長の光を吸熱するガラス材料で形成されることが好ましい。

上記の構成によれば、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、第２の光に含まれる熱線成分を低減することで、被照射物（例えば太陽電池パネル）が必要以上に高温となるのを防ぐことができる。

また、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、上記構成に加えて、上記第２の光源から照射される第２の光に含まれる熱線成分を反射により低減する、第３の光学フィルタを備えることが好ましい。

上記の構成によれば、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、擬似太陽光には余分な熱線成分を軽減することができ、擬似太陽光照射装置及び太陽電池パネル等の被照射体が高温になるのを防ぐことができる。

以上のように、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、導光部材の放熱が効率的に進み、温度上昇を低減できるため、導光部材のガラス割れの防止やコストの高い耐熱ガラスを用いる必要性がないという効果を有する。

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斜視図である。図１の擬似太陽光照射装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。（ａ）は、キセノンランプの波長に対する放射照度を示す図、（ｂ）は、ハロゲンランプの波長に対する放射照度を示す図である。テーパカプラの構造を示す図である。（ａ）は、冷却装置の構成を示す図、（ｂ）は、テーパカプラ断面に対して冷却風が吹きつける様子を示す図である。（ａ）は、ハロゲン光に対する第１の導光部材（テーパカプラ４）の温度依存性を示すグラフ、（ｂ）は、ハロゲン光に対する第２の導光部材（テーパカプラ１０）の温度依存性を示すグラフである。目標とする基準太陽光スペクトルを示す図である。第３の光学フィルタをさらに備えている構成図である。特許文献１に記載の光照射装置を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。まず、擬似太陽光を照射面１５に照射する擬似太陽光照射装置１について、図１、２を参照して詳細に説明する。擬似太陽光とは人工光の一種であり、自然光（太陽光）の発光スペクトルに限りなく似た発光スペクトルを有している。本実施形態に係る擬似太陽光照射装置１は、キセノン光とハロゲン光との合成光を擬似太陽光として照射する。照射面１５には、例えば太陽電池が配置される。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。また、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものとする。

図１は、本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置１の要部構成を示す斜視図である。図２は、図１の擬似太陽光照射装置の要部構成を模式的に示す縦断面図である。

これらの図に示すように、擬似太陽光照射装置１は、第１の光を照射するキセノン光源２（第１の光源）、第２の光を照射するハロゲン光源８（第２の光源）、キセノン光源２又はハロゲン光源８を内部に収容する内面が反射面のリフレクタ３及びリフレクタ９、上記キセノン光源２から照射される第１の光又はハロゲン光源８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テーパカプラ４（第１の導光部材）及びテーパカプラ１０（第２の導光部材）、上記キセノン光源２から照射される第１の光をフィルタリングして短波長側の光とするスペクトル調整用のエアマスフィルタ５（第１の光学フィルタ）、上記第２の光源から照射される第２の光をフィルタリングして長波長側の光とするスペクトル調整用のエアマスフィルタ１１（第２の光学フィルタ）、上記エアマスフィルタ５からの短波長のキセノン出射光を反射させると共に、上記エアマスフィルタ１０からの長波長のハロゲン出射光を透過させることにより光混合して太陽光に類似した擬似太陽光を得る反射・透過手段としての波長選択ミラー（または波長混合ミラー）などの光混合部１３、この光混合部１３からの拡散光である擬似太陽光を一方端面から取り込んでその内部を伝搬させて例えば太陽電池パネルなどが配置される照射面１５に対して指向性の高い光を均一に面照射する導光部材１４を備えている。

キセノン光源２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２は棒状（線状）のキセノンランプである。キセノン光源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３は断面が部分的な楕円形状であり、その前方に開口板が設けられており、開口板に所定間隔を置いて開口部が形成されている。キセノン光源２から照射された光はリフレクタ３の内面で反射し集光して指向性のよいキセノン光をこの開口部３から取り出して、テーパ導光部材であるテーパカプラ４の下端面に入射させるように構成している。

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。本発明においては、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８はリフレクタ９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。ハロゲン光源８から照射された光はリフレクタ９の内面で反射し集光して指向性のよいハロゲン光が光出射面から取り出され、テーパ導光部材であるテーパカプラ１０の下端面に入射させるように構成している。

また、ハロゲン光源はフィラメント状になっており、キセノン光源と同様に無指向性の拡散光源であり、このフィラメント状光源に対して指向性を持たせるために、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。

なお、本実施形態ではハロゲン光源８は２フィラメント状であるハロゲンランプであり、２つのハロゲンランプに対応してテーパカプラ１０をそれぞれ用いている。また、ハロゲン光の指向性を制御するテーパカプラ１０は、キセノン光の指向性を制御するテーパカプラ４と略相似形でその表面積が略４分の１となっている。詳しくは後述するが、これは、ハロゲン光が熱源であることからその放射熱、テーパカプラ内部を伝搬する際の吸収熱により、テーパカプラがガラス製で大きい場合、冷却しようとしても最も高温となる中心部付近まで冷却されにくく、この中心部での蓄熱起因の熱応力でガラスが割れる可能性があるためである。

図３（ａ）は、キセノンランプの波長に対する放射照度を示す図、図３（ｂ）は、ハロゲンランプの波長に対する放射照度を示す図である。なお、積算放射照度は、ランプの放射照度のある波長からある波長までの範囲の放射照度を積算したものであり、当該ハロゲンランプでは、赤外光波長域の積算放射照度が、赤外光より短い波長の光の波長域の積算放射照度よりも大きくなっていることがわかる。

キセノンランプからの出射光は、図３（ａ）に示すように、太陽光の可視光から紫外光までに相当する波長帯の光を主に有しており温度上昇に寄与する熱線成分はハロゲン光よりも少ない。一方、ハロゲンランプからの出射光は、図３（ｂ）に示すように、太陽光の赤外光の波長帯の光を主に有しており温度上昇に寄与する熱線成分が多い。従って、ハロゲン光を制御するテーパカプラ１０は、キセノン光を制御するテーパカプラ４と比較して温度が上昇しやすくなる。

次にテーパカプラ４及びテーパカプラ１０の構造について説明する。テーパカプラ４の構造を図４（ａ）にテーパカプラ１０の構造を図４（ｂ）に示す。本実施例では、テーパカプラ４は、その幅（短軸方向）が１５０ｍｍ、長さ（長軸方向）が４８０ｍｍ、テーパ角度が７度であり、テーパカプラ１０は、その幅（短軸方向）が７５ｍｍ、長さ（長軸方向）が２４０ｍｍ、テーパ角度が７度となっている。つまり、テーパカプラ１０は、テーパカプラ４と比較して幅、長さがそれぞれ２分の１、表面積が略４分の１であり、テーパカプラ４の形状と略相似形となっている。

この図に示すように、テーパカプラ４は、その一端（光入射面）から他端（光出射面）に向けて、導光部材の幅（短軸方向）が徐々に増加する構造となっている。テーパカプラ４の入射面から入射したキセノン光は、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っている。しかし、テーパカプラ４内を伝搬する際に、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１０も、その一端（光入射面）から他端（光出射面）に向けて、導光部材の幅（短軸方向）が徐々に増加する構造となっている。テーパカプラ１０の入射面から入射したハロゲン光は、リフレクタ９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っている。しかし、テーパカプラ４内を伝搬する際に、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。

本実施形態では、光照射手段としての導光部材１４は、光混合部１３からの拡散光を面状に照射するためのものである。光混合部１３から出射した、指向性が制御された合成光が導光部材１４の内部に導かれる。導光部材１４に入射した光は、外壁で全反射を繰り返しながら、その内部を伝搬していく。また、導光部材１４には、例えばその表面に散乱体が形成されており、導光部材１４に入射した光は、その内部を伝搬していくうちに、散乱体に入射し、そこで屈折または反射されて、伝搬角度がスネルの法則の全反射条件から外れることで、導光部材１４の外部へと出射される。従って、擬似太陽光照射装置１は、異なる光学系を通ってきたキセノン光及びハロゲン光を、いずれも指向性が制御された状態で、照射面１５に照射することができる。このように、導光部材は、入射した光をその内部を伝搬させるとともに、その表面に設けられた散乱体によって光を反射して外部へ出射する役割を担っている。

なお、散乱体は導光部材１４の表面に微細パターンに印刷された散乱体を含む印刷体である他、導光板表面に形成された溝形状のものであってよい。導光部材１４を伝搬する光は、印刷体に入射すると内部の散乱対で散乱されることにより、導光部材１４から出射される。あるいは、印刷体でなくとも、導光部材表面をレーザ等で微細加工した散乱面を設けてもよい。さらには、溝形状のようにそこでの反射、屈折効果のみで導光部材１４の外に光を取り出すものでもよい。つまり、導光部材１４の内部を伝搬する光の進行方向を変え、全反射条件を崩して導光部材１４から光を出射できる方法であれば、いずれの方法でも構わない。

次に、テーパカプラ１０へのハロゲン光からの放射熱及び吸収熱を効率良く放熱するためにハロゲン光源８付近に備えられている空冷式の冷却装置２１について図５を用いて説明する。図５は、擬似太陽光照射装置のハロゲン光源８付近に備えられている冷却装置の構成を示す図である。

本実施例では、図５の様に、ハロゲン光源８付近に送風管２２が備えられており、その内部には冷却風が流れている（矢印２４）。また、この送風管２２には、それぞれのテーパカプラ１０に向けて、冷却風が流れる（矢印２５）ように送風用開口２３が複数配置されている。

この冷却風が、テーパカプラ１０の表面に当たることでテーパカプラ１０は冷却される。なお、テーパカプラ１０に向けて開口されている送風用開口２３は、テーパカプラ１０の間に配置されるのが好ましい。本実施例では送風用開口２３はテーパカプラ１０の間に１つずつしか配置されていないが、複数あってもよく、供給するべき風量に応じて適宜配置すればよい。

また、テーパカプラ１０を効率良く放熱するためには、光が強くなることから吸収熱により温度が上昇しやすいテーパカプラ１０の中央部に、できるだけ冷却風を様々な方向から吹きつけることが好ましい。本実施例では、送風用開口２３がテーパカプラ１０の間にそれぞれ配置されており、図５（ｂ）に示すようにテーパカプラ１０に３方向（上面及び左右面）から冷却風を吹きつけているため、ほぼ等方的に冷却することが可能である。さらに、冷却風はテーパカプラ１０の光入射面付近に当たるのが好ましい。ハロゲン光の吸収熱は、テーパカプラ１０の幅（短軸方向）が徐々に増加する光入射面から光出射面に向けて大きくなるが、光入射面側の方が光出射面側よりも熱源であるハロゲン光源８に近接していることから、ハロゲン光源８の放射熱の影響を大きく受け、温度が上昇しやすいためである。このように、冷却風をテーパカプラ１０の表面に吹きつけることで、テーパカプラ１０の幅方向、長さ方向における温度分布を均一化することができるため、ガラス内部の熱応力による破壊の危険を回避することができる。

なお、テーパカプラ１０のサイズは小さいほど効率的な放熱が可能となる。また、冷却風はテーパカプラ１０以外ではリフレクタ３部分に吹きつけるのが好ましい。ハロゲン光源に近接していることから温度が上昇しやすいためである。

ここで、冷却装置の冷却風による冷却効果とハロゲン光による放射熱及び吸収熱による加熱効果がテーパカプラに与える影響について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、ハロゲン光に対するテーパカプラ４の温度依存性を示すグラフ、図６（ｂ）は、ハロゲン光に対するテーパカプラ１０の温度依存性を示すグラフである。

図６（ａ）は、テーパカプラ４の中心部からの距離Ｌ１（ｍｍ）の位置におけるハロゲン光源８の点灯回数に対するテーパカプラ４の温度をＴ１（℃）とした温度分布Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を示している。距離Ｌ１＝０の部分がテーパカプラ中心部に対応する。温度分布Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれ点灯回数が２５回、５０回、１５０回での試験結果である。

図６（ａ）中の温度分布Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に示すように、距離Ｌ１が増大する（中心部から離れていく）につれてテーパカプラ４の温度は緩やかに低下している。また、点灯回数を重ねるにつれてテーパカプラ４の温度は上昇し、かつ中心部と表面部との温度差が大きくなっている。

これは、点灯のインターバルが短いと、ハロゲン光による加熱効果が大きいため、テーパカプラ４を冷却してもその中心部まで冷却が進まず、中心部の温度が単調に上昇していくのに対して、表面部は冷却風による冷却効果が高く、温度があまり上昇しないためである。

その結果、図６（ａ）のように、点灯回数を重ねるにつれてガラス内部で温度差が大きくなるという現象がおき、テーパカプラ４の中心部の温度は平衡状態とならない。このように、ガラス内部の温度バランスが悪い状態が続くと、ガラス内部の熱応力による破壊の危険が高まる。

一方、図６（ｂ）は、テーパカプラ４よりもサイズが小さいテーパカプラ１０の中心部からの距離Ｌ２（ｍｍ）の位置におけるハロゲン光源８の点灯回数に対するテーパカプラ１０の温度をＴ２（℃）とした温度分布Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を示している。距離Ｌ２＝０の部分がテーパカプラ中心部に対応する。温度分布Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は、それぞれ点灯回数が５回、１０回、３０回での試験結果である。

図６（ｂ）中の温度分布Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に示すように、距離Ｌ２＝０からＬが増大するにつれてテーパカプラの温度は緩やかに低下している。また、図６（ａ）と同様に点灯回数を重ねるごとにテーパカプラ１０の温度は上昇し、かつ中心部と表面部との温度差が大きくなっている。

テーパカプラ１０は、テーパカプラ４と比較して幅、長さが２分の１、表面積が略４分の１であり小型であるため、点灯回数に対する温度上昇は早くなっている。しかし、各温度分布Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を比較すると、点灯回数が５回から１０回への中心部の温度上昇に対して、点灯回数が１０回から３０回への中心部の温度上昇が大幅に鈍化していることが分かる。これは、テーパカプラ１０のサイズが比較的小さいため、ハロゲン光の加熱効果により温度上昇は早いが、一方で冷却風による冷却効果も高いことから中心部のみの温度が単調に上昇していくことにはならず、ある一定の温度近辺で、点灯回数を重ねることによるハロゲン光の加熱効果と、冷却風による冷却効果がほぼ平衡状態に達するためである。

その結果、図６（ｂ）のように、点灯回数を重ねるごとにガラス内部で温度差が大きくなるという現象が、一定温度で平衡状態となるため、ガラス内部の熱応力による破壊の危険を回避することができる。

このように、テーパカプラ１０が比較的小型であり、冷却風による冷却効果が高い場合には、ガラスの破壊の危険を回避できるため、テーパカプラ１０に波長１２００ｎｍ以上の赤外光を吸収するガラス材料（フロートガラスや、通常の光学ガラスBK7等）を適用することで、ハロゲン光に含まれる主な熱線成分を低減した擬似太陽光を出射することで、被照射物である太陽電池パネルの温度上昇を防ぐこともできる。

ここで、本実施例における擬似太陽光照射装置は、キセノン光をフィルタリングした短波長側の光と、ハロゲン光をフィルタリングした長波長の光とを光混合して太陽光に類似した擬似太陽光を得ることができる。図７は、擬似太陽光が目標とする基準太陽光のスペクトルを示している。

図７から、長波長側の１２００ｎｍ以上の赤外光は、基準太陽光の放射照度が小さく、擬似太陽光のスペクトル合致度（基準太陽光との合致具合いの比率）の向上にはほとんど寄与しないことがわかる。この赤外光は、主に熱線成分であり、被照射物である太陽電池パネルに放射されると、太陽電池パネルが必要以上に高温となるため問題となる。そこで、テーパカプラ１０の材料にこの赤外光の熱線成分を吸熱するガラス材料を用いて、ハロゲン光がテーパカプラ１０を伝搬する際に波長１２００ｎｍ以上の赤外光をできるだけ吸収することで、太陽電池パネルが必要以上に高温となるのを防ぐことができる。また、この時、擬似太陽光のスペクトル合致度を低下させることもない。

さらに、擬似太陽光照射装置１は、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ための熱線カットフィルタ１８（第３の光学フィルタ）を適用してもよい。上述のように波長１２００ｎｍ以上の赤外光をカットすることで、被照射物である太陽電池パネルの温度上昇を防ぐことができる。図８からわかるように、熱線カットフィルタ１８は、エアマスフィルタ１１と互いに平行に並んで配置されている。この時、熱線カットフィルタ１８は、エアマスフィルタ１１よりもハロゲン光源８に近い位置に配置されていることが好ましい。熱線カットフィルタ１８によりハロゲン光の熱線成分を反射し低減することで、ハロゲン光源８からの熱によるエアマスフィルタ１１の劣化も防止することができるためである。

ただし、熱線カットフィルタ１８のみで熱線成分をカットすることは困難であるため、上述したテーパカプラ１０への吸収材の適用に合わせて補助的に併用することが好ましい。この場合、熱線カットフィルタ１８は、反射により熱線成分を低減させているため、フィルタに光が吸収されにくい。従って、フィルタ内部に熱が蓄熱され、内部の温度勾配が大きくなることによる部材破壊を防ぐことができる。また、近赤外光のうち、反射すべき波長範囲（カット波長帯）が、限定的であることから、光学多層膜等でも構成でき、設計が容易になるという特徴を有する。

ここで、図１に示すように、擬似太陽光照射装置１は、テーパカプラ４に対するテーパカプラ１０の個数（以下、本明細書においては分割数と記載する）が２つである場合を説明してきたが、このような構成に限らず、その分割数は３つ以上であってもよい。この時、上記分割数に対応して、ハロゲンランプ、リフレクタ、エアマスフィルタの個数も変えればよい。また、ハロゲン光の指向性を制御するため、テーパカプラ１０の形状は、テーパカプラ４の形状と略相似形であり、テーパカプラ１０の表面積は、分割数をｎ（ｎは自然数）とすると、テーパカプラ４の表面積の略２ｎ分の１である事が好ましい。例えば、分割数が３つである場合は、テーパカプラ１０のサイズは、幅（短軸方向）が５０ｍｍ、長さ（長軸方向）が１６０ｍｍ、テーパ角度が７度となり、表面積は、テーパカプラ４の略６分の１となる。

分割数が増えるにつれて、それぞれのテーパカプラ１０の大きさが小さくなっていくため、冷却風による冷却効果もより高くなり、中心部のみの温度が単調に上昇していくことにはならず、点灯回数を重ねることによるハロゲン光の加熱効果と、冷却風による冷却効果がほぼ平衡状態に達する温度も低くなる。

しかし、一方で分割数が増えすぎると、テーパカプラ１０とハロゲン光源８との距離が近くなるため、ハロゲン光からの放射熱の影響を受けやすくなる。この放射熱により、テーパカプラ１０への加熱効果が増大していくこと、さらにエアマスフィルタ１１にも及び、フィルタ性能に悪影響を与えるため、ランプ光量やテーパカプラのサイズ等に応じて、分割数を定めればよい。

なお、図１、２に示すように、光源、リフレクタ、テーパカプラ、エアマスフィルタを１つの光学系として、本実施例の擬似太陽光照射装置１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。具体的には、一方の光学系セットを擬似太陽光照射装置１の筺体の一端（図２の左側）に備え、もう一方の光学系セットは筺体の他端（図２の右側）に備えている。これに合わせて、光混合部１３も２つ備えている。それぞれの光学系セットからの光を、一方は導光部材１４の一端に入射し、もう一方は導光部材１４の他端に入射することによって、擬似太陽光照射装置１からの照射する擬似太陽光の強度をより高めている。また、それぞれの光学系セットにおいて、出力光量の異なるランプ、光透過率の異なるエアマスフィルタに取替えることによって、導光部材１４に入射する照度光量を個別に調整することができるため、被照射対象に照射される光の照度ムラの制御を、容易に行うことができる。

また、擬似太陽光照射装置１は、紙面奥行方向（ｘ軸方向）にも一定の広がりを有し、紙面奥行方向に光学系セットを８つ並べて配置しているが、照射面１５に配置される被照射物の面積に応じて、光学系セットの配置数を変えることによって、擬似太陽光照射装置１を構成することもできる。

今回開示した上記実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

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擬似太陽光照射装置
２キセノン光源（第１の光源）
３リフレクタ
４テーパカプラ（第１の導光部材）
５エアマスフィルタ（第１の光学フィルタ）
８ハロゲン光源（第２の光源）
９リフレクタ
１０テーパカプラ（第２の導光部材）
１１エアマスフィルタ（第２の光学フィルタ）
１３光混合部（波長選択ミラー）
１４導光部材
１５照射面
１８熱線カットフィルタ（第３の光学フィルタ）
２１冷却装置
２２送風管
２３送風用開口

Claims

所定の分光分布を有する第１の光を照射する第１の光源と、
上記第１の光源から入射した光を入射面から取り込んで指向性が制御された光を出射面から出射する第１の導光部材と、
上記第１の導光部材から出射された光のスペクトルを調整する第１の光学フィルタと、
赤外光波長域の積算放射照度が、赤外光より短い波長の光の波長域の積算放射照度よりも大きい第２の光を照射する第２の光源と、
上記第２の光源から入射した光を入射面から取り込んで指向性が制御された光を出射面から出射する第２の導光部材と、
上記第２の導光部材から出射された光のスペクトルを調整する第２の光学フィルタとを備えた擬似太陽光照射装置であって、
上記第２の導光部材の個数は、上記第１の導光部材の個数のｎ倍（ｎは２以上の自然数）であることを特徴とする擬似太陽光照射装置。
上記第２の導光部材の形状は、上記第１の導光部材の形状と略相似形であり、上記第２の導光部材の表面積は、上記第１の導光部材の表面積の略２ｎ分の１であることを特徴とする請求項１に記載の擬似太陽光照射装置。
上記第２の導光部材の放熱手段として、上記第２の導光部材の表面に対して冷却風を吹きつける空冷式の冷却装置を備えてい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。
上記第２の導光部材は、所定の波長の光を吸熱するガラス材料で形成され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。
上記第２の光源から照射される第２の光に含まれる熱線成分を反射により低減する、第３の光学フィルタを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の擬似太陽光照射装置。