JP5900338B2 - 照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、照射する光源によって特性が変化する例えば太陽電池等のデバイスの特性評価等の各種試験に用いて好適な照射装置に関する。

従来、太陽光と略同じスペクトル特性を有した光（以下、「擬似太陽光」と言う）を照射する擬似太陽光装置が知られており、この擬似太陽光装置は、太陽電池の発電効率等の特性評価や各種装置等の耐光試験等に広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、太陽電池の分野では、太陽電池の一種として、例えば色素増感型太陽電池が知られている（例えば、特許文献２参照）。色素増感型太陽電池は、Ｓｉ太陽電池に比べて光電変換効率が低いものの、Ｓｉ太陽電池で必要な半導体製造装置のような大掛かりな設備が要らないため安価に製造でき、また構造が単純で量産し易いことから、消費電力が小さな機器の電力源等に用いられている。

特開２００９−２６４９９１号公報 特開２０１０−０８０２７６号公報

色素増感型太陽電池は耐光性が低く太陽光の照射により劣化し易いため、通常、色素増感太陽電池は、室内で使用される機器に多く用いられる。このような色素増感型太陽電池の発電効率等の特性評価には、従来の擬似太陽光装置が用いられているものの、擬似太陽光を照射すると、色素増感型太陽電池の劣化を早めてしまうこととなり、また、室内での使用状況を考慮した適切な特性評価をすることができない、という問題がある。
そこで、色素増感型太陽電池の特性評価のための光源装置を、Ｓｉ太陽電池に用いる擬似太陽光装置と別途に設置する必要があり、そうすると、コストが増大し、また複数の光源装置を取り扱う必要が生じることから操作やメンテナンスが煩雑になる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、Ｓｉ太陽電池や色素増感型太陽電池等の種々の太陽電池のように、特性評価等の試験に際し照射すべき適切な光源が異なるデバイスを試験する場合であっても、これらの光源を個別に用意することなく試験を可能にする照射装置を提供することを目的とする。

この明細書には、２０１０年７月２６日に出願された日本国特許出願・特願２０１０−１６６７２６の全ての内容がふくまれる。
上記目的を達成するために、本発明は、全波長域に亘って連続スペクトルを有する光を放射する装置光源と、試験対象物を置く試料台と、前記装置光源の光を前記試料台に導き前記試験対象物に照射する導光用光学系と、を筐体に備え、透過光量を連続的に可変する透過開口を有した調光板と、透過率が異なる複数の減光フィルタと、前記装置光源の光のスペクトル特性を他の光源の光のスペクトル特性に変える複数のスペクトル補正フィルタと、が光の進行方向における下流側からこの順に光軸に沿って配置され、前記複数のスペクトル補正フィルタ、及び前記複数の減光フィルタを、交換自在、かつ前記光軸に対して傾斜させて備えた調光装置と、を備え、前記スペクトル補正フィルタ、及び前記減光フィルタの交換、及び前記調光板の透過光量の調整を、操作子の操作に応じてコントローラが行うことにより、前記試験対象物に所望の他の光源の光のスペクトル特性の光を所望の光量で照射可能にしたことを特徴とする照射装置を提供する。

また本発明は、上記照射装置において、前記導光用光学系は、ロッドインテグレータを備え、集光角が０度〜３０度の範囲の光を前記装置光源から前記調光装置、及び前記ロッドインテグレータに順次入射させたことを特徴とする。

また本発明は、上記照射装置において、前記調光装置は、Ｎａ個の前記減光フィルタを担持するとともに、入射光の全量を透過する透過割合１００％の開口を更に有する２枚の減光板を備え、前記調光板の最小透過割合をＴｂとした場合に、１段階目を透過率１００％とし当該透過率１００％に最小透過割合Ｔｂを順次乗じて求められた（Ｎａ＋１）の２乗段階の各調光段階の透過率のうち、２〜（Ｎａ＋１）段階の各透過率を１枚目の減光板の各減光フィルタの透過率とし、［（（Ｎａ＋１）×ｍ）＋１］段階（ただしｍは１以上であり、（Ｎａ＋１）×ｍ＋１＜（Ｎａ＋１）の２乗を満たす整数）の透過率を２枚目の減光板の各減光フィルタの透過率としたことを特徴とする。

また本発明は、上記照射装置において、前記調光板を前記導光用光学系の前段に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、装置光源と導光用光学系の間に、装置光源の光のスペクトル特性を他の光源の光のスペクトル特性に変えるスペクトル補正フィルタを着脱自在に設け、このスペクトル補正フィルタを交換することにより、試験対象物に所望の他の光源の光のスペクトル特性の光を照射可能にしたため、特性評価等の試験に際し照射すべき適切な光源が異なるデバイスを試験する場合であっても、これらの光源を個別に用意することなく試験を行うことができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る照射装置の概略構成を示す図である。 図２は、フィルタ群から導光用光学系への入射を示す拡大図である。 図３は、照射装置が照射する光のスペクトル特性を示す図であり、（Ａ）はスペクトル補正フィルタが無い場合、（Ｂ）はスペクトル補正フィルタを擬似太陽光を生成するフィルタに交換した場合、（Ｃ）はスペクトル補正フィルタを蛍光灯の照明光を生成するフィルタに交換した場合、（Ｄ）はスペクトル補正フィルタを白色ＬＥＤの照明光を生成するフィルタに交換した場合、（Ｅ）はスペクトル補正フィルタをクールハロゲンの照明光を生成するフィルタに交換した場合をそれぞれ示す。 図４は、本発明の第２実施形態に係る照射装置の概略構成を示す図である。 図５は、調光装置の正面側斜視図である。 図６は、調光装置の構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は背面図、（Ｃ）は上面図、（Ｄ）は側面図である。 図７は、金属調光板の構成を示す図である。 図８は、フィルタホルダの構成を示す図である。 図９は、ＮＤフィルタホルダへ各ＮＤフィルタへの透過率の割り振りを説明するための図である。 図１０は、金属調光板の透過割合範囲、及びＮＤフィルタホルダへの透過率の割り振り結果を示す図である。 図１１は、本発明の変形例に係る照射装置の概略構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る照射装置１の概略構成を示す図である。
この照射装置１は、Ｓｉ太陽電池、及び色素増感型太陽電池の特性評価の光源に用いられる装置であり、評価対象がＳｉ太陽電池の場合には擬似太陽光を照射し、また評価対象が色素増感型太陽電池の場合には照明光を照射する。この照明光は、室内照明灯具の光源の光を模した光である。本実施形態では、室内照明灯具の光源の照射光として、蛍光灯の光、白色ＬＥＤの光、及びハロゲンランプの光がそれぞれ選択的に照射可能に構成されている。なお、室内照明灯具の光源、或いは屋内照明光源として、上記以外の光源としても良く、また街路灯等の屋外照明灯具の光源の光を模した光を照明光としても良いことは勿論である。

照射装置１は、図１に示すように、箱形の筐体２を備える。この筐体２には、装置光源４と、試験対象たる試料（本実施形態ではＳｉ太陽電池、あるいは色素増感型太陽電池）試料台６と、装置光源４の光を試料台６に導き試験対象物に照射する導光用光学系８とが内設されており、さらに、装置光源４と導光用光学系８との間にフィルタ群９が配置されている。
装置光源４は、ランプ１０と、ランプ１０の放射光を集光する反射鏡１２とを備え、上方（鉛直上向き方向）に向けて光を出力するように構成されている。ランプ１０は、全波長域でブロードなスペクトル特性を有し、例えばキセノンランプやハロゲンランプが用いられ得るが、ハロゲンランプは短波長側（約４００〜５００ｎｍ以下の波長）でのスペクトル成分が他の波長域よりも小さいため、本実施形態ではキセノンランプを用いることとしている。
ここで、本実施形態において、上記の全波長域が指す波長帯域は、照射装置１で行われる各種の試験のそれぞれで必要な各帯域を含む帯域である。例えば、太陽電池の特性評価にあっては、Ｓｉ結晶系の太陽電池を試験対象とした場合、擬似太陽光として４００ｎｍ〜１１００ｎｍの帯域の光が要求され、また、Ｓｉアモルファス系の太陽電池を試験対象とした場合には、擬似太陽光として３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの帯域の光が要求され、さらに、色素増感型太陽電池の場合は照射光として４００ｎｍ〜９００ｎｍの帯域の光が要求される。したがって、これらの試験を照射装置１で行う場合には、３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長帯域が全波長域に相当し、かかる全波長域にブロードなスペクトル特性の光を装置光源４が放出する。

試料台６は、試料１４を載置する平らな載置面を有する。この試料台６の真上には、試料台６から最大約６５０ｍｍ離れて位置に光の出射開口１６が設けられており、この出射開口１６から順次拡がる光が試料台６に照射される。この試料台６は、図示せぬ昇降機構或いは台座を介在させる等して出射開口１６に向けて高さ位置を下限位置Ｐ０〜上限位置Ｐ１の範囲で調整可能に構成されており、これにより試料台６での光照射の照射範囲を調整できるようになっている。本実施形態では、試料台６が下限位置Ｐ０に位置するときには、約５００ｍｍ四方の範囲に均一に光が照射され、また、上限位置Ｐ１に位置するときには、約１５０ｍｍ四方の範囲に均一に光りが照射される。このとき、試料台６の位置を下限位置Ｐ０から上限位置Ｐ１に近づけるにつれて照射範囲が縮小することから、単位面積当たりの光量が増加することとなり、試料台６の位置を可変することによっても光量を調整することができる。
なお、次に述べる導光用光学系８と試料台６の間に、光線を平行光化する光学系を介在させて、試料台６の位置にかかわらずに常に一定の照射範囲とする構成としても良い。

導光用光学系８は、装置光源４の光の照度分布及び色分布を均一にして、照射面での照度ムラ及び色ムラの発生を抑制するものであり、インテグレータ光学素子の一つであるガラスロッド（ロッドインテグレータ）１８と、レンズユニット２０とを備え、これらが同一の光軸Ｋ２上に配置されている。装置光源４の光軸Ｋ１上には、装置光源４の光の進行方向を水平方向に変えるミラー２２が配置されており、当該ミラー２２での反射光がガラスロッド１８の入射端面１８Ａに入射され照度ムラの無い光が出射端面１８Ｂから出力されてレンズユニット２０に入射される。レンズユニット２０は、入射光線のビーム径を拡大して出力するものであり、投影レンズ位置調整機構４３に担持されている。投影レンズ位置調整機構４３はレンズユニット２０を光軸Ｋ２方向に可動して位置を調整する。当該レンズユニット２０の出射端２０Ａの光軸Ｋ２上には、レンズユニット２０の光の進行方向を直下方向に変えるミラー２４が配置されている。このミラー２４の反射光の光軸Ｋ３上には上記試料台６が位置し、これにより、ミラー２４の直下に設置された試料台６に光が導かれて照射される。
フィルタ群９については後述する。

次いで、筐体２の構造について説明すると、筐体２の内部は、大別して、装置光源４を点灯する電気回路などの各種の電気回路を収めた電気部品室３０と、装置光源４を収めた光源室３２と、導光用光学系８を収めた光学系室３４と、試料台６を収めた試料設置室３６とに仕切られている。
電気部品室３０及び光源室３２は上下に積層配置され、それらと横並びに隣接して試料設置室３６が配置され、また、光源室３２及び試料設置室３６の上には、これら光源室３２から試料設置室３６に亘って光学系室３４が設けられている。かかる構成においては、装置光源４、導光用光学系８、及び試料台６が門型（下方開放のコ字状）に配置されるため、照射装置１の幅寸法を抑えた小型な装置となる。
電気部品室３０、光源室３２及び光学系室３４のそれぞれには、メンテナンス用の開閉扉４０Ａ〜４０Ｃが設置されている。また、電気部品室３０には内部冷却用のプロペラファン５０が設けられ、光学系室３４には装置光源４の直上にランプ冷却用ファン５２と、フィルタ群９の直上にフィルタ冷却用ファン５３が設けられ、試料設置室３６にはフード内排気ファン５４が設けられている。

光源室３２には、装置光源４を光軸Ｋ１に沿って昇降し、また光軸Ｋ１に対して垂直方向に移動して位置決め自在にするＸＹＺ可動調整ステージ４２が設けられている。また、光源室３２の直上には、照度計等を内蔵した、ランプ位置出し用のモニター機構５６が配置されている。ランプ１０の交換時などには、ＸＹＺ可動調整ステージ４２により装置光源４の位置を調整することで、装置光源４の光軸Ｋ１が所定の位置に合わせられる。

さて、フィルタ群９は、導光用光学系８の入射側に配置されており、装置光源４の光のスペクトル特性を変換して所望の照明光とするとともに、照度を調整するものであり、スペクトル特性を変えるスペクトル補正フィルタ６０と、照度を調整するための２枚のＮＤ（減光）フィルタ６２とを備え、これらが導光用光学系８の光軸Ｋ２に沿って積層配置されている。スペクトル補正フィルタ６０は、例えば誘電体多層膜から成り、装置光源４の光のスペクトル特性を、所望の他の光源のスペクトルのプロポーショナルに近づける光透過特性を有した光学フィルタ（濾光板）である。これら、スペクトル補正フィルタ６０、及びＮＤフィルタ（減光フィルタ）６２は図示せぬ光学マウントに着脱自在に設けられている。上述の通り、フィルタ群９は、導光用光学系８と装置光源４との間に配置され、また装置光源４から導光用光学系８に至る光路はミラー２２によりＬ字状に折り曲げられていることから、このミラー２２の近傍に上記光学系室３４の開閉扉４０Ｃを設けることで、この開閉扉４０Ｃからフィルタ群９及び装置光源４のランプ１０のそれぞれにアクセスして交換等の作業を行うことができる。なお、ランプ１０の点灯中でもフィルタ群９を手動で安全に手動交換できるように、フィルタ群９を交換するための専用の交換機構を内蔵しても良い。

本実施形態では、スペクトル補正フィルタ６０として、ランプ１０のスペクトル特性を太陽光のスペクトル特性に変換して擬似太陽光を生成するフィルタと、上述の照明光を生成するフィルタとが予め用意されている。さらに、照明光を生成するスペクトル補正フィルタ６０には、蛍光灯の光を生成するフィルタ、白色ＬＥＤの光を生成するフィルタ、及びハロゲンランプの光を生成するフィルタがそれぞれ予め用意されている。そして、これらのスペクトル補正フィルタ６０の中から所望の光に対応するものを選択してフィルタ群９に設置することで、試料１４に照射する光を所望の光源の光とすることができる。

スペクトル補正フィルタ６０の交換時には、スペクトル補正フィルタ６０の透過特性の違いにより、試料台６に照射される光量が変わることから、光量を等しくしつつ照明光だけを変えた試験ができない。そこで、フィルタ群９には、光量調整用のＮＤフィルタ６２が着脱自在に設けられ、所望の光量を得るに適切な減光率のＮＤフィルタ６２に交換することで、スペクトル補正フィルタ６０の交換後の光量を一定にできるように構成されている。これにより、所望の照明光ごとに光源を用意せずとも、各照明光での試験を同一の光量で行うことができる。特に、蛍光灯は光量が比較的小さいため、大きな光量での試験が困難であるが、本実施形態によれば、蛍光灯の照明光を擬似太陽光と同程度の大光量で照射して試験を行うことができる。また蛍光灯は、経年劣化による光量変化が大きく光量を一定にしての試験が困難であるが、本実施形態によれば、蛍光灯よりも安定したランプ１０から蛍光灯の照明光を生成するため、蛍光灯の照明光の光量を一定にして再現性の良い試験を行うことができる。

また、照射装置１にあっては、フィルタ群９と導光用光学系８の間に、透過光量を連続的に可変する調光板６４が設けられている。調光板６４は円盤の円周に沿って、開口幅が漸次変化するスリットを設けた金属スリット板である。調光板６４は、ユーザ操作に応じて図示せぬ駆動モータによって回転駆動され、回転駆動量に応じて試料台６への照射光量を連続的に可変する。このように調光板６４で光量調整可能とすることで、ＮＤフィルタ６２を交換して光量を調整するよりも大きなレンジで調整することができる。
また、ＮＤフィルタ６２のみでは、連続的な調光を行うことができないものの、かかる調光板６４により連続的な調光が可能になる。さらに、調光板６４による調光だけでは、低光量に絞った時に照射ムラが発生するが、ＮＤフィルタ６２を併用することで、かかる照射ムラの発生を抑えることができる。
なお、本実施形態では、調光板６４として、円盤型の金属スリット板を用いる構成を例示したが、これに限らない。すなわち、調光板６４としては、駆動量と透過光量とが比例する構造であれば任意の構造を採用することができ、例えば円盤型に代えて、スライド移動することで透過光量を漸次増加／減少させる開口を有した、スライド式の直動型としても良い。またＮＤフィルタ６２（減光フィルタ）も、照射面における照度分布や分光スペクトル変化に影響を与えないものであれば、例えば、透明板を重ねたものや、拡散板、メッシュ状構造の板等、もしくはこれらを組み合わせたものでも良い。

これらフィルタ群９及び調光板６４は、導光用光学系８の入射側、及び出射側のいずれにも配置できるが、入射側（装置光源４と導光用光学系８の間）に配置することで、フィルタ群９を光が透過することによって生じる色ムラや照度ムラをガラスロッド１８で打ち消すことができる。
また、フィルタ群９においては、装置光源４から導光用光学系８にかけてスペクトル補正フィルタ６０とＮＤフィルタ６２の配列順で、これらが配置される。これにより、ＮＤフィルタ６２で反射された光がランプ１０へ戻り、例えばランプ電極付近に戻り光が集光して電極の早期磨耗が進行してしまうのを軽減することができる。

また、照射装置１では、スペクトル補正フィルタ６０とＮＤフィルタ６２の配列順によって反射鏡１２への戻り光を軽減する構成に加えて、フィルタ群９を光軸Ｋ１に対して所定角度（例えば５°）だけ傾けて配置することでも、フィルタ群９からの戻り光がランプ１０に集光しないようにしている。
またフィルタ群９のスペクトル補正フィルタ６０及びＮＤフィルタ６２を手動で交換する構成に限らず、例えば、使用され得るスペクトル補正フィルタ６０及びＮＤフィルタ６２を全て光軸Ｋ２の近くに予め設けておき、ユーザ等によって選択された適宜のスペクトル補正フィルタ６０及びＮＤフィルタ６２を光軸Ｋ２上に自動に配置する機構を設ける構成としても良い。

また、装置光源４の光は、上述の通り、反射鏡１２で集光しながらフィルタ群９に入射することから、フィルタ群９に入射する光線の外周部では、図２に拡大して示すように、フィルタ群９への入射角が０度（直入射）から角度θ（＝集光角の１／２）だけずれることとなる。この角度θが大きくなると（すなわち集光角が大きいと）、フィルタ群９のスペクトル補正フィルタ６０及びＮＤフィルタ６２のそれぞれのフィルタ特性にズレが生じ、照明光として所望の特性が得られなくなる。一方、角度θが小さすぎると（すなわち集光角が小さいと）、ガラスロッド１８に入射して多重反射する光の成分が減少することから、ガラスロッド１８の透過時に照度ムラを十分に打ち消す程の多重反射を得るためには、ガラスロッド１８を延長しなければならない。
そこで、本実施形態では、角度θが０度〜１５度となるように、すなわち集光角が０度〜３０度となるように反射鏡１２で光を集光し、フィルタ群９に入射することで、フィルタ群９のフィルタ特性のズレを抑えつつ、またガラスロッド１８を延長することなく照度ムラを十分に打ち消すことができる。

また、本実施形態では、フィルタ群９とガラスロッド１８との間に、集光レンズ６５が設けられている。すなわち、図２に示すように、フィルタ群９の光を集光レンズ６５を通すことで光軸Ｋ１に対する角度γが大きくなり、ガラスロッド１８に、角度θよりも大きな角度γを付けて入射（斜入射）させることができる。これにより、上記集光角を小さくしてフィルタ群９に入射する角度θを小さくしたとしても、集光レンズ６５の通過により角度γが大きくなることから、ガラスロッド１８を延長することなく、均一化に十分な反射回数が得られ、またフィルタ群９でのフィルタ特性のズレを抑えることができる。

図３は、照射装置１が試料台６に照射する照射光のスペクトル特性を示す図であり、図３（Ａ）はスペクトル補正フィルタ６０が無い場合、図３（Ｂ）はスペクトル補正フィルタ６０に擬似太陽光を生成するフィルタを用いた場合、図３（Ｃ）はスペクトル補正フィルタ６０に蛍光灯の照明光を生成するフィルタを用いた場合、図３（Ｄ）はスペクトル補正フィルタ６０に白色ＬＥＤの照明光を生成するフィルタを用いた場合、図３（Ｅ）はスペクトル補正フィルタ６０にダイクロクールハロゲンランプの照明光を生成するフィルタを用いた場合をそれぞれ示す。なお、これらの図において、目標スペクトルは、試料に照射すべき実際の光源（実際の擬似太陽光、蛍光灯、白色ＬＥＤ、ダイクロクールハロゲンランプ）のスペクトル特性を示している。
これらの図に示すように、照射装置１によれば、スペクトル補正フィルタ６０を交換することで、実際の擬似太陽光、蛍光灯、白色ＬＥＤ、及びダイクロクールハロゲンランプのそれぞれの光が生成されている。

そして、太陽電池の試験を行う場合には、試料台６に太陽電池を載置し、太陽電池の種類に応じてフィルタ群９のスペクトル補正フィルタ６０を交換する。すなわち、太陽電池がＳｉ太陽電池の場合には、擬似太陽光生成用のスペクトル補正フィルタ６０に交換し、また色素増感型太陽電池の場合には、蛍光灯、白色ＬＥＤ、或いはダイクロクールハロゲンランプの光を生成するスペクトル補正フィルタ６０に交換して試験を行う。このとき、試料台６の高さ位置を可変することで照度を可変し、またＮＤフィルタ６２を交換することで光量を調整する。
これにより、Ｓｉ太陽電池、及び色素増感型太陽電池の両方の試験を１つの照射装置１で行うことができる。また、色素増感型太陽電池にあっては、色素の種類によって特性が異なるものの、照射装置１によれば、スペクトル補正フィルタ６０を適宜に交換することで、各光源ごとに発電効率が良好な色素の種類を見つけ出すこともできる。
また、装置光源４のランプ１０にキセノンランプを用いることで、蛍光灯や白色ＬＥＤを光源としたときよりも、蛍光灯や白色ＬＥＤの照明光として大きな光量を得ることができることから、加速試験を行うことも可能となる。

このように、本実施形態によれば、装置光源４と導光用光学系８の間に、装置光源４の光のスペクトル特性を他の光源の光（擬似太陽光、蛍光灯の光、白色ＬＥＤの光、ダイクロクールハロゲンランプの光）のスペクトル特性に変えるスペクトル補正フィルタ６０を着脱自在に設け、このスペクトル補正フィルタ６０を交換することにより、試料１４に所望の他の光源の照明光を照射可能にした。
これにより、特性評価等の試験に際し照射すべき適切な光源が異なるＳｉ太陽電池と色素増感型太陽電池のそれぞれを試験する場合であっても、これらの光源を個別に用意することなく照射装置１を用いて試験を行うことができる。

また本実施形態によれば、導光用光学系８は、スペクトル補正フィルタ６０を透過した光が入射するロッドインテグレータたるガラスロッド１８を備え、集光角が０度〜３０度となるように反射鏡１２で集光して装置光源４からスペクトル補正フィルタ６０及びガラスロッド１８に順次入射する構成とした。
この構成により、フィルタ群９のフィルタ特性のズレを抑えつつ、またガラスロッド１８を延長することなく照度ムラを十分に打ち消すことができる。
また、フィルタ群９の後段にガラスロッド１８が配置されることから、フィルタ群９によって生じた色ムラや照度ムラをガラスロッド１８で打ち消し、これら色ムラや照度ムラの無い光を試料１４に照射することができる。

また本実施形態によれば、スペクトル補正フィルタ６０と導光用光学系８の間に、２枚のＮＤフィルタ６２を着脱自在に設けたため、スペクトル補正フィルタ６０を適宜に交換した場合でも、ＮＤフィルタ６２の減光率を適宜に調整することで光量を一定に維持することができる。
また、装置光源４とＮＤフィルタ６２の間にスペクトル補正フィルタ６０が介在することとなるから、ＮＤフィルタ６２で反射された光による装置光源４への戻り光が抑えられ、当該戻り光によるランプ１０の損傷を防止することができる。

また本実施形態によれば、駆動量に応じて透過光量を可変する調光板６４を導光用光学系８の前段（本実施形態では、ガラスロッド１８の前）に設ける構成としたため、調光板６４で光量調整可能とすることで、ＮＤフィルタ６２を交換して光量を調整するよりも大きなレンジで調整することができる。
また、ＮＤフィルタ６２のみでは、連続的な調光を行うことができないものの、かかる調光板６４により連続的な調光が可能になる。さらに、調光板６４による調光だけでは、低光量に絞った時に照射ムラが発生するが、ＮＤフィルタ６２を併用することで、かかる照射ムラの発生を抑えることができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、調光機能を備えた調光装置７０により調光する構成の照射装置１００を説明する。
図４は本実施形態に係る照射装置１００の構成を示す図である。なお、同図において、図１と同一の部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、照射装置１００では、第１実施形態における調光板６４と、スペクトル補正フィルタ６０及びＮＤフィルタ６２（すなわち、フィルタ群９）との配置位置に、調光装置７０を配置し、当該調光装置７０による調光を制御する調光コントローラ７１を備える点において第１実施形態で説明した照射装置１と構成を異にしている。

図５は調光装置７０の正面側斜視図である。また図６は調光装置７０の構成を示す図であり、図６（Ａ）は正面図、図６（Ｂ）は背面図、図６（Ｃ）は上面図、図６（Ｄ）は側面図である。
調光装置７０は、光軸Ｋ２に配置され、入射する光を調光するものであり、本実施形態では、更に、スペクトル特性を変更する機能も備えている。すなわち、調光装置７０は、図５及び図６に示すように、１枚の金属調光板１６４と、複数枚（図示例では３枚）のフィルタホルダ１６２と、これらが上記光軸Ｋ２に沿って積層配置されている。

図７は、金属調光板１６４の構成を示す図である。
金属調光板１６４は、同図に示すように、横長矩形状のベース板１８０に支持片１８１を一体に備えて略Ｔ字状を成し、ベース板１８０には、横長の透過開口として、縦方向の開口幅Ｗが横方向に向かうに従って次第に小さくなる、いわゆる涙滴型の涙滴型スリット１８２が設けられている。支持片１８１は、後述するスライド移動機構１９２に支持されて、当該スライド移動機構１９２によって横方向にスライド移動される。
涙滴型スリット１８２の開口幅Ｗは、最大となる位置Ｑａで光束断面よりも大きく（すなわち、開口率が１００％）、涙滴型スリット１８２に遮蔽されずに透過する光量の割合（以下、「透過割合」と言う）が１００％となり、横方向に行くにしたがって開口幅Ｗ（開口率）が連続的に狭まり透過割合が減少する。すなわち、涙滴型スリット１８２を横方向にスライド移動して涙滴型スリット１８２と光軸Ｋ２の交差位置を変えることで透過割合が連続的に可変される。ただし、開口幅Ｗがある程度小さくなると、照度ムラが顕著に生じることから、本実施形態では、照度ムラが顕著にならない開口幅Ｗまでを使用限度としている。本実施形態では、透過割合が７０％となる開口幅Ｗが使用限度とされており、この位置Ｑｂから透過割合が１００％となる上記Ｑａまでがスライド移動範囲となっている。

図８は、フィルタホルダ１６２の構成を示す図である。
フィルタホルダ１６２は、ＮＤフィルタ６２或いはスペクトル補正フィルタ６０を担持するホルダ部材であって、図８に示すように、金属調光板１６４と同様に、横長矩形状のベース板１８３に支持片１８４を一体に備えて略Ｔ字状を成し、ベース板１８３には、複数のフィルタ装着開口１８５が横一列に設けられている。各フィルタ装着開口１８５には、互いに透過率が異なるＮＤフィルタ６２、或いはスペクトル特性が互いに異なるスペクトル補正フィルタ６０が装着される。フィルタ装着開口１８５の径は、少なくとも入射光束よりも大きく、フィルタ装着開口１８５にＮＤフィルタ６２及びスペクトル補正フィルタ６０のいずれも装着しなければ、当該フィルタ装着開口１８５を透過率１００％の開口として使用できる。具体的には、フィルタホルダ１６２を用いず金属調光板１６４のみでの調光を実行可能にするために、図１０に示すように、左端部のフィルタ装着開口１８５にはＮＤフィルタ６２が装着されておらず、入射光量の全量が透過し透過割合が１００％とされている。支持片１８４は、後述するスライド移動機構１９２に支持されて、当該スライド移動機構１９２によって横方向にスライド移動されることで、光軸Ｋ２が通るＮＤフィルタ６２、或いはスペクトル補正フィルタ６０が可変される。これにより、透過率が段階的に可変され、或いはスペクトルが変更される。

なお、以下の説明では、ＮＤフィルタ６２を担持したフィルタホルダ１６２を、ＮＤフィルタホルダ（減光板）と称して符号１６２Ａを付し、またスペクトル補正フィルタ６０を担持したフィルタホルダ１６２を補正フィルタホルダとして符号１６２Ｂを付すことで、それぞれを区別する。

調光装置７０は、前掲図５及び図６に示すように、略矩形の装置基板１８７を備え、装置基板１８７の正面側には、１枚の金属調光板１６４、２枚のＮＤフィルタホルダ１６２Ａ、及び１枚の補正フィルタホルダ１６２Ｂが光軸Ｋ２に沿って重なるように、それぞれ可動支持片１８８に支持されている。この装置基板１８７の正面側には、横方向に延びるレール１８６が上下方向に並列に配置されており、各レール１８６に可動支持片１８８がスライド移動自在に取り付けられている。
このとき、図６（Ｄ）に示すように、２枚のＮＤフィルタホルダ１６２Ａ、及び１枚の補正フィルタホルダ１６２Ｂは、フィルタ面での反射光を光軸Ｋ２から反れた方向に反射して装置光源４への戻りを防止すべく、光軸Ｋ２に対して角度γが９０°±α（例えばα＝約５°）となるように光軸Ｋ２に対して傾斜して支持されている。

一方、装置基板１８７の背面側には、可動支持片１８８ごとに、駆動モータ１８９、プーリー１９１、及び駆動モータ１８９とプーリー１９１に掛け渡されるタイミングベルト１９０が設けられている。タイミングベルト１９０には可動支持片１８８の背面側に突出した背面側突出片１８８Ａ（図６（Ｂ））が連結されており、駆動モータ１８９によるタイミングベルト１９０の駆動によって可動支持片１８８がスライド移動される。すなわち、これら可動支持片１８８、レール１８６、駆動モータ１８９、プーリー１９１及びタイミングベルト１９０を備えて上記スライド移動機構１９２が構成されている。

調光コントローラ７１は、光量の増減を指示する操作子、並びにスペクトル特性の変更を指示する操作子（共に図示略）を備え、光量の増減指示に基づいて、調光装置７０の駆動モータ１８９を駆動し、金属調光板１６４の透過割合とＮＤフィルタホルダ１６２ＡのＮＤフィルタ６２との組み合わせを自動で可変することで光の透過率を変えて調光制御するとともに、スペクトル特性の変更指示に基づいて、駆動モータ１８９を駆動し、補正フィルタホルダ１６２Ｂのスペクトル補正フィルタ６０を自動で変えてスペクトル特性を変更する。

かかる調光装置７０を備えることで、ＮＤフィルタ６２やスペクトル補正フィルタ６０を手動で交換する必要がなく、光量やスペクトルの調整作業が容易となる。

ここで、本実施形態では、金属調光板１６４の最小透過割合をＴｂ（本実施形態では７５％）、ＮＤフィルタホルダ１６２Ａが担持するＮＤフィルタ６２の数をＮａ（本実施形態では、Ｎａ＝３）とした場合に、当該金属調光板１６４の透過割合と、２枚のＮＤフィルタホルダ１６２ＡのＮＤフィルタ６２の透過率との組み合わせにより、１００％からＴｂの［（Ｎａ＋１）×（Ｎａ＋１）］乗％（本実施形態では、約１．０％）までの間で連続的な調光を可能にしている。

詳述すると、Ｎａ個（本実施形態では３個）のＮＤフィルタ６２を担持する２枚のＮＤフィルタホルダ１６２Ａによれば、各ＮＤフィルタホルダ１６２Ａが更に１００％透過率の開口として機能するフィルタ装着開口１８５を１つずつ備えることを考慮すると、（Ｎａ＋１）×（Ｎａ＋１）段階（本実施形態では（３＋１）×（３＋１）＝１６段階）の調光段階が実現可能である。
そして、図９（Ａ）に示すように、調光の１段階目を透過率１００％とし、この透過率１００％に最小透過割合Ｔｂを順次乗じて（Ｎａ＋１）×（Ｎａ＋１）段階（図示例は、１６段階）の各調光段階の透過率を求め、これらの調光段階のうち、２〜（Ｎａ＋１）段階（図示例では２〜４段階）の各透過率を１枚目のＮＤフィルタ６２の透過率とし、［（（Ｎａ＋１）×ｍ）＋１］段階（ただしｍは１以上の整数であって、＜（Ｎａ＋１）の２乗を満たす整数）（図示例では、５、９、１３）の透過率を２枚目のＮＤフィルタ６２のそれぞれの透過率とする。
図１０に、金属調光板１６４の透過割合範囲、及びＮＤフィルタホルダ１６２Ａへの透過率の割り振り結果を模式的に示す。このように割り振った結果、図９（Ｂ）に示すように、２枚のＮＤフィルタホルダ１６２Ａの各ＮＤフィルタ６２の透過率が、２枚のＮＤフィルタホルダ１６２ＡのＮＤフィルタ６２の組み合わせで、（Ｎａ＋１）×（Ｎａ＋１）段階で透過率を段階的に可変できるようになる。
各調光段階の間は、金属調光板１６４の最小透過割合Ｔｂを乗じて得られる範囲であるから、各調光段階の間、金属調光板１６４の透過割合を可変することで連続的に調光でき、又最小段階使用時にもさらに金属調光板１６４が使えるので、結果として、１００％からＴｂの［（Ｎａ＋１）×（Ｎａ＋１）］乗％までの間を連続的に調光できることとなる。

具体的には、調光コントローラ７１は、光量を増減させる場合、透過率が各段階の間は、金属調光板１６４をスライド移動して調光し、段階が変わる場合には、金属調光板１６４の透過割合を１００％にした上で２枚のＮＤフィルタホルダ１６２ＡのＮＤフィルタ６２の組み合わせを変えることで調光の段階を変えるように、各駆動モータ１８９を駆動する。
また、実際にはＮＤフィルタ６２は、目的の透過率に製作することが難しく、設計値から透過率が数％のズレが生じることが多い。その為、実際には図９の各調光段階の透過率も設計値からズレたり、各調光段階の間が１００〜７５％以上の差が生じてしまう場合がある。
そこで、金属調光板１６４については、照度ムラに影響なく実際に使える透過割合の範囲を上記の最小透過割合Ｔｂよりも更に低い割合（例えば６５％程度）まで対応可能に予め余裕を持たせて設計し、また調光コントローラ７１で金属調光板１６４を動かせる範囲も１００％〜最小透過割合Ｔｂ以下の余裕を持たせた範囲（例えば６５％）までとすることで、上記のようなズレが生じても全範囲が連続調光できる。

このように、本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、金属調光板１６４と、互いに透過率が異なる複数のＮＤフィルタ６２を有するＮＤフィルタホルダ１６２Ａとで調光することで、照度ムラの発生を抑えつつ、広い範囲を連続的に調光できる。

特に、金属調光板１６４の最小透過割合をＴｂとした場合に、１段階目を透過率１００％とし当該透過率１００％に最小透過割合Ｔｂを順次乗じて求められた（Ｎａ＋１）の２乗段階の各調光段階の透過率のうち、２〜（Ｎａ＋１）段階の各透過率を１枚目のＮＤフィルタホルダ１６２Ａの各ＮＤフィルタ６２の透過率とし、また［（（Ｎａ＋１）×ｍ）＋１］段階（ただしｍは１以上であり、（Ｎａ＋１）×ｍ＋１＜（Ｎａ＋１）の２乗を満たす整数）の透過率を２枚目のＮＤフィルタホルダ１６２Ａの各ＮＤフィルタ６２の透過率とすることで、１〜（Ｎａ＋１）×（Ｎａ＋１）段階に亘る、１００％からＴｂの［（Ｎａ＋１）×（Ｎａ＋１）］乗％までの間を、照度ムラや分光スペクトルが大きく変化することなく連続的に調光できる。

なお、上述した各実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
例えば、第１実施形態において、照射装置１が実現する光源は、上述した実施形態での例示に限らず、例えば誘電体多層膜のスペクトル補正フィルタ６０を用いて実現可能であれば任意であり、また、スペクトル補正フィルタ６０の枚数は２枚〜３枚であっても良い（両面コート型、片面コート型のどちらを用いるかで枚数が変わることは勿論である）。
また例えば、ＮＤフィルタ６２の枚数は１枚に限らず、複数枚重ねて目的の透過率として使用しても良い。

また、例えば第１実施形態において、フィルタ群９を導光用光学系８の入射側ではなく出射側に設けても良い。また、導光用光学系８のインテグレータ光学素子としてはガラスロッド１８以外の他の光学素子を用いても良い。

また、各実施形態において、照射装置１の試料として、Ｓｉ太陽電池、及び色素増感型太陽電池を例示したが、これに限らず、ＣＩＳ系太陽電池や有機薄膜太陽電池、その他化合物太陽電池等の任意の太陽電池であっても良い。また、太陽電池以外の試料としても良いことは勿論である。

また、各実施形態において、図１１に示すように、筐体２の中に、光学基準面を構成するベース板２９５を筐体２の内側面と接しないように設置し、このベース板２９５に、ランプ１０及び反射鏡１２を有する装置光源４、及び導光用光学系８を含む各種の光学素子を組み付け固定した照射装置２００を構成しても良い。
この構成により、光学基準面たるベース板２９５が筐体２と接しない二重構造となるため、搬送時等の外力により光学素子が影響を受けにくく、特に光学素子配置が歪むことなく光学系光軸などを維持できる。
また装置光源４の反射鏡１２をはじめとした光学素子はすべて、光学基準面たるベース板２９５に、それぞれ機械加工された保持治具によって取り付ける構成とされており、これにより高精度で各光学素子の位置決めが可能になっている。特に、光学基準面たるベース板２９５を支える脚は、全て同時加工することで長さを等しくした光学基準用支柱２９６で構成されており、これらの光学基準用支柱２９６を筐体２の底面を構成する土台２Ａに垂直に立設してベース板２９５を支持することで、ベース板２９５の光学基準面を水平に維持し、より高精度に各光学素子の位置決めが可能になっている。

１、１００ 照射装置
２ 筐体
４ 装置光源
６ 試料台
８ 導光用光学系
９ フィルタ群
１０ ランプ
１２ 反射鏡
１４ 試料
１８ ガラスロッド（ロッドインテグレータ）
２０ レンズユニット
２２、２４ ミラー
３０ 電気部品室
３２ 光源室
３４ 光学系室
３６ 試料設置室
４０Ａ〜４０Ｃ 開閉扉
４２ ＸＹＺ可動調整ステージ
６０ スペクトル補正フィルタ
６２ ＮＤフィルタ（減光フィルタ）
６４ 調光板
７０ 調光装置
７１ 調光コントローラ
１６２ フィルタホルダ
１６２Ａ ＮＤフィルタホルダ（減光板）
１６４ 金属調光板（調光板）
１８２ 涙滴型スリット（透過開口）
１８５ フィルタ装着開口（開口）
１９２ スライド移動機構
Ｔｂ 最小透過割合
Ｗ 開口幅
Ｎａ 減光フィルタの数

Claims (3)

1. 全波長域に亘って連続スペクトルを有する光を放射する装置光源と、試験対象物を置く試料台と、前記装置光源の光を前記試料台に導き前記試験対象物に照射する導光用光学系と、を筐体に備え、
   透過光量を連続的に可変する透過開口を有した調光板と、透過率が異なる複数の減光フィルタと、前記装置光源の光のスペクトル特性を他の光源の光のスペクトル特性に変える複数のスペクトル補正フィルタと、が光の進行方向における下流側からこの順に光軸に沿って配置され、前記複数のスペクトル補正フィルタ、及び前記複数の減光フィルタを、交換自在、かつ前記光軸に対して傾斜させて備えた調光装置と、を備え、
   前記スペクトル補正フィルタ、及び前記減光フィルタの交換、及び前記調光板の透過光量の調整を、操作子の操作に応じてコントローラが行うことにより、前記試験対象物に所望の他の光源の光のスペクトル特性の光を所望の光量で照射可能にした
   ことを特徴とする照射装置。
2. 前記導光用光学系は、ロッドインテグレータを備え、集光角が０度〜３０度の範囲の光を前記装置光源から前記調光装置、及び前記ロッドインテグレータに順次入射させたことを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
3. 前記調光装置は、
   Ｎａ個の前記減光フィルタを担持するとともに、入射光の全量を透過する透過割合１００％の開口を更に有する２枚の減光板を備え、
   前記調光板の最小透過割合をＴｂとした場合に、１段階目を透過率１００％とし当該透過率１００％に最小透過割合Ｔｂを順次乗じて求められた（Ｎａ＋１）の２乗段階の各調光段階の透過率のうち、
   ２〜（Ｎａ＋１）段階の各透過率を１枚目の減光板の各減光フィルタの透過率とし、
   ［（（Ｎａ＋１）×ｍ）＋１］段階（ただしｍは１以上であり、（Ｎａ＋１）×ｍ＋１＜（Ｎａ＋１）の２乗を満たす整数）の透過率を２枚目の減光板の各減光フィルタの透過率とした
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の照射装置。

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