JPH03252604A

JPH03252604A - 光学フィルタおよびこれを用いた光照射装置

Info

Publication number: JPH03252604A
Application number: JP5137390A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kusuhara; 昌樹楠原; Nozomi Nakazawa; 仲澤　望; Yoshinao Maeda; 真栄田　義尚
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1991-11-11
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: JP3225513B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は光学フィルタおよびこれを用いた光照射装置、
特に擬似太陽光照射装置に関するものである。

さらに具体的に言えば、本発明は、そのフィルタ特性（
波長域および透過率に関する）を調整することのできる
光学フィルタ、およびこのような可調整透過特性のフィ
ルタを用いて、所望のスペクトル分布を有する人工光を
得るようにした光照射装置、特に自然太陽光になるべく
近似したスペクトル分６１の光を得ることのできる擬似
太陽光照射装置に関する。

（従来の技術）擬似太陽光照射装置は、良く知られているように、自然
太陽光のスペクトル分布を高い精度で再現するための大
王光源装置である。

このような擬似太陽光照射装置は、太陽電池などの各種
太陽エネルギ利用機器の特性測定、繊維・塗料・プラス
チックなどの耐光・耐候性δＩｌｌ定、加速劣化試験、
あるいは植物の成長試験などのために、最近では無くて
はならないものとなっている。

擬似太陽光照射装置の光源としてはキセノン短アークラ
ンプを用いることが多く、この発光は適当なフィルタ（
硼硅酸ガラスや水の層などの光吸収形スペクトルフィル
タ、または多層干渉膜フィルタなど）に通すことにより
、そのスペクトル分布が自然太陽光のそれに近似するよ
うに調整されることが知られている（実開昭６４−３３
１５４号公報など）。

また、キセノン短アークランプおよびハロゲン放電灯や
白熱灯の光をそれぞれ適当なフィルタでスペクトル分布
を調整した後、これらの光を混合することにより、自然
太陽光のスペクトル分布により一層近似したスペクトル
分布を有する擬似太陽光を生成することも提案されてい
る（特開昭６１−１３１３０１号公報、特開昭６１２６
９８０１号公報など）。

（発明が解決しようとする課題）上記した従来の技術は次のような課題を有していた。

フィルタ単体の製造に際しては、その透過波長域や透過
率の絶対値の精度や再現性が十分でなく、設計通りの波
長帯域透過特性を持ったものか得られにくい。このため
に、その製造には熟練と長時間を要し、コスト高になり
易いという問題かある。

これに伴なって、このようなフィルタを用いる擬似太陽
光照射装置などの人工光源装置でも、設旧どおりのスペ
クトル分布が得られなかったり、組立て調整に熟練と長
時間を要し、コスト高になったりするなどの問題があっ
た。

また、寸法（面積）が大きく、全面にわたって均一なフ
ィルタ特性をもったフィルタは、製造が困難であり、高
価になるので、面積の小さいフィルタを、集束されて断
面積の小さくなった光路上に配置することか多かった。

このために、吸収熱による温度上昇が著しく、光源と集
光ミラーとの相対位置調整の際に、誤ってフィルタの変
質や劣化を生じさせることがあり、信頼性や長期の安定
性に欠けるという問題もあった。

本発明の目的は、前記した従来技術の「製造時における
、フィルタ単体の透過波長域や透過率の絶対値の精度や
再現性が十分でなく、大面積のものが得られない」とい
う課題を解決し、その特性を所望どおりに再現性良く製
造でき、しかも大面積のものも容易に実現できる光学フ
ィルタを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記のフィルタを備え、組
立て工程で、そのスペクトル分布特性を正確に所望どお
りに調整できる人工光源装置、特に、自然太陽光に極め
て近似したスペクトル分布を有する擬似太陽光を発生す
る擬似太陽光照射装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記の課題を解決するために、本発明では、フィルタを
複数の区分（モザイク小片）に分割し、それぞれのモザ
イク小片に所望の、少なくとも２種のフィルタ特性を持
たせると共に、１つのフィルタに含まれる各モザイク小
片のフィルタ特性および個数を、全体として所望のフィ
ルタ特性が得られるように選定、変更できるようにして
いる。

また、このようなモザイク小片の組合わせからなるフィ
ルタを、積分光学系の前面に配置して人工光源装置を構
成する。

（作　用）１つのフィルタを複数の区分（モザイク小片）に分割し
たことにより、１つのフィルタに含まれる各モザイク小
片のフィルタ特性（透過波長域や透過率の絶対値）およ
びを個数を、適当に選定することにより、全体として所
望のフィルタ特性をもった、大サイズ（面積）のフィル
タが得られる。

個々のモザイク小片は小面積であるので、製造も容易で
あり、平均的特性を設計値に合致させることも容易にな
る。

このフィルタを積分光学系と共に用いることにより、そ
のスペクトル分布特性を正確に所望どおりに調整できる
人工光源装置、特に、自然太陽光に極めて近似したスペ
クトル分布を有する擬似太陽光を発生する擬似太陽光照
射装置が、容易に、かつ比較的廉価に実現できる。

（実施例）第１図は、本発明の光学フィルタの１実施例を示す平面
図である。フィルタ１ｏは、複数のモザイク小片１０ａ
、１０ｂ、・・・１０１・・・を７トリツクス状に、１
平面上に配列することによって構成される。

各モザイク小片１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｉ・・・は
、互いに相異なる少なくとも２種の透過率絶対値と透過
波長域（透明であることを含む二以下同じ）とを有する
ので、各モザイク小片１０ａ、１０ｂ。

・・・１０ｉ・・・の透過率絶対値および／または透過
波長域ならびに個数を適当に選定することにより、換言
すれば、適切な透過率絶対値および／または透過波長域
特性を持ったモザイク小片を適当数配置することにより
、全体として、所望どおりの総合的な透過率絶対値およ
び／または透過波長域時性を持ったフィルタを構成する
ことができる。

各モザイク小片は、光吸収形のスペクトルフィルタであ
ることかできる。

また、各モザイク小片は多層干渉膜であってもよく、こ
のように構成すれば、透過光以外の光は実質上すべて反
射されることになるから、反射光に所望の透過率絶対値
および／または透過波長域特性を持たぜてこれを有効利
用することもできる。

なお第１図において、各モザイク小片の当接境界線を先
革透明材や光透明材で覆っても良い。

第２図は、第１図のモザイクフィルタを用いた、本発明
の人工光源装置の原理的構成を示す概略図である。

キセノン短アークランプなどの光源１から出た光は、そ
の背後に配置された集光ミラー（例えば、楕円反射鏡）
２で集光され、モザイクフィルタ１０を透過した光は積
分光学系４に入射される。

積分光学系４を出た光は良く知れらているようにして、
コリメータ６によって平行光線とされ、被照射面５上に
均等に投射される。

良く知られているように、積分光学系４は、入射光を小
部分に区画し、このように区画された各小部分の光のそ
れぞれを被照射面５の全面に均等に分散投射する。

それ故に、モザイクフィルタ１０の各モザイク小片１０
ｉの光透過または反射特性が異なることに起因して、積
分光学系４の入射側の各小部分の光の性質（波長域特性
および／または強度）がばらつき、相違していたとして
も、被照射面５の上には、これらを平均化した均質な光
が投射されることになる。

したがって、モザイクフィルタ１ｏの各モザイク位置に
、適切な透過率絶対値および／または透過波長域特性を
持ったモザイク小片を配置することにより、被照射面５
上の投射光の特性（スペクトル強度・分布）を所望設計
値に合致させることができる。

第３図は、第２図のモザイクフィルタ１ｏとして多層膜
干渉フィルタＩＯＲを用いた、本発明の人工光源装置の
原理的構成を示す概略図である。

同図において、第２図と同一の符号は同一または同等の
部分を表している。

前述のように、多層干渉膜フィルタＩＯＲは透過波長域
以外の波長域の光は実質上すべて反射するから、その反
射光の特性が所望設計値に合致するように、各モザイク
小片のフィルタ特性を設定すれば、第２図の装置と全く
同様な特徴を持った人工光源装置を実現できることは明
らかである。

前述のようなフィルタの透過率絶対値や透過波長域特性
としては、ある波長を境にして一方の波長側の光は透過
させ、他方の波長側の光は遮断する急峻な特性が要求さ
れることがある。

１個の単体フィルタに、このように急峻な遮断／透過特
性を設計とおりの特定波長のところで持たせることは、
現在の製造技術では極めて困難であり、境界の波長があ
る程度ばらつくことは避けることかできない。

単体フィルタに設計どおりの境界波長特性を持たせよう
とすれば、その製造には長時間と熟練を必要とし、大幅
なコスト高となる。このために、これを組込んだ人工光
源装置の製造までが長期間を要し、コスト高になる要因
となっていた。

本発明のモザイクフィルタは、多数のモザイク小片１０
ｉの組合わせであるから、そのフィルタ特性はこれら多
数のモザイク小片１０ｉの各フィルタ特性の平均値とな
る。

容易に推測できるように、前記の製造上の境界波長特性
のばらつきは正規分布をなすと期待できるから、本発明
のように多数のモザイク小片フィルタの平均値を利用す
れば、実用上十分に急峻な遮断／透過特性を設計値どお
りの特定波長のところで持たせるが容易である。その結
果として、フィルタ特性の改善と製造の容品化、および
価格の低廉化が達成される。

また、本発明のモザイクフィルタは、所望の透過率絶対
値や透過波長域特性を維持しながら、大面積に作ること
が容易であるから、光源からの光が未だ集光されず、光
束の断面積が広い位置、例えば第２，３図において、集
光ミラー２に比較的近接した光路上に設置することが可
能となる。

１２このために、吸収熱による温度上昇が少なくなり、熱に
よる劣化や変質が防止され、信頼性の向上と長寿命化が
達成される。

第４図は本発明の光学フィルタの他の実施例を示す平面
図である。フィルタは、適当な手段によって互いに平行
に滑動可能なように、隣接して支持された縦長ストリッ
プ状のフィルタ・バー２０Ａ、２０Ｂ・・・２０Ｅによ
って構成される。

それぞれのフィルタ・バーは、光の透過率絶対値および
／または透過波長域特性（透明であることを含む）を異
にする、少なくとも２種類の多数のモザイク小片ＡＩ、
Ａ２．Ｂｌ、Ｂ２．・・・Ｅｌ。

Ｅ２などからなっている。

図中の各モザイク小片に記入した符号はフィルタ特性を
示すものであり、同じ符号はフィルタ特性が同じである
ことを表わし、また異なる符号はフィルタ特性が異なる
ことを表わしている。なお無符号部分は透明（１００％
透過）であることを表わしている。

各フィルタ・バー２０Ａ、２０Ｂ・・・２０Ｅには、連
結棒２２Ａ、２２Ｂ・・・２２Ｅを介して駆動装置２４
Ａ、２４Ｂ・・・２４Ｅが設けられており、これによっ
て各フィルタ・バー２０Ａ、２０Ｂ・・・２０Ｅはその
縦軸（長軸）方向に移動されることができる。移動され
た状態の１例を第５図に示している。

なお、駆動装置を省略し、手動で各フィルタ・バー２０
Ａ、２０Ｂ・・・２０Ｅを移動させるように、適当な操
作棒を設けてもよい。

第４，５図のフィルタは、第２，３図に示したフィルタ
１０．ＩＯＨの代わりに用いることができる。なお、フ
ィルタＩＯＨの代わりに用いるときは、第３図に関する
説明から明らかなように、各モザイク小片は多層干渉膜
フィルタであることが必要であり、透明部分は反射鏡で
なければならない。

これらのモザイク小片の中、フィルタ機能領域２５に含
まれるもののみが実際にフィルタとして機能する。すな
わち、フィルタ機能領域２５は、その範囲内に光源から
の光が入射されることを示している。

明らかなように、各フィルタ・バー２ＯＡ。

２０Ｂ・・・２０Ｅを、その長軸方向に移動させること
により、実際にフィルタとして機能するモザイク小片の
絹合わせが変化するので、フィルタを透過（または反射
）した光のスペクトル分布特性を調整することかできる
。

さらに、各フィルタ・バー２０Ａ、２０Ｂ・・・２０Ｅ
を、その縦軸を中心として回動傾斜させるようにしても
よい。このようにすれは、各モザイク小片への光入射角
か変化し、その内部での光路長が変化するので、傾斜量
を適当に選定することにより、透過率絶対値を所望値に
調整することができる。

なお、その場合には、隣接する各フィルタ・バーの境界
部から光が洩れたりすることがないように、境界部を不
透明月で遮蔽することが望ましい。

第１図の場合も、各モザイク小片を傾斜可能にできるこ
とは当然である。

また、第２図および第３図の実施例においては、フィル
タ面を全体として光軸に対して傾斜可能に支持し、傾斜
角の調整によって減衰量を制御することもできる。

第６図は、キセノン短アークランプの発光および自然太
陽光のスペクトル分布特性を対比して示すスペクトル分
布図であり、図中、−点鎖線は基章太陽光（エアマス１
）のスペクトル分布特性を、また実線は光源１としてキ
セノン短アークランプを用いた場合のスペクトル分布特
性を、それぞれ示している。

第６図から分かるように、キセノン短アークランプの発
光のスペクトル分布を自然太陽光のスペクトル分布に近
付けるためには、約４５０ｎｍ以下の波長域および約８
００ｎＵ１以上の波長域において、キセノン短アークラ
ンプの発光を減衰させる必要がある。

例えば、波長３５０〜４００ｎｍの範囲では、波長３０
０〜３５０ｎｍの範囲よりも少なく減衰させ、また波長
５００〜７００ｒ＋ｍの範囲と比較すれば、極めて大幅
に減衰させることによって実現できる。

５６すなわち、本発明によれば、フィルタを構成するモザイ
ク小片として、波長３５０〜４００ｎｍの光を吸収する
ものを、長３００〜３５０ｎｍの光を吸収するものより
も少なく配列し、また波長５００〜７００ｎｍの光を吸
収するものは殆と配置しないようにすることにより、全
体として所望の透過率絶対値および透過波長域特性を示
すフィルタを比較的容易に実現することができる。

その場合、近赤外領域では、約８００ｎｍを境にして、
透過率絶対値を急峻に変化させることが必要であるが、
前述のように、多数のモザイク小片を組合わせて１つの
フィルタを実現するから、事実上十分に急峻な遮断特性
が比較的容易に実現できる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、互い
に相異なる少なくとも２種のフィルタ特性（透過率絶対
値と透過波長域：透明であることを含む）を有する各モ
ザイク小片１０ａ、１０ｂ。

・・・１０ｉ・・・を組合わせて、１つのフィルタを構
成するので、各モザイク小片１０ａ、１０ｂ、・・・１
０ｉ・・・のフィルタ特性（透過率絶対値および／また
は透過波長域）、ならびに個数とを適当に選定すること
により、換言すれば、適切なフィルタ特性を持ったモザ
イク小片を適当数配置することにより、全体として、所
望どおりの総合的なフィルタ特性を持ったフィルタを構
成することができる。

また、製造上避けることのできない各モザイク小片１０
ｉのフィルタ特性のばらつきは正規分布をなすと期待で
きるから、本発明のように多数のモザイク小片の集合で
フィルタを構成し、その平均値を利用すれば、実用上十
分に急峻な遮断／透過特性を設計値どおりの特定波長の
ところで持たせることが容易である。

その結果として、フィルタ特性の改善と製造の容易化、
および価格の低廉化が期待できる。

また、本発明のモザイクフィルタは、所望の透過率絶対
値や透過波長域特性を維持しながら、大面積に作ること
が容易であるから、光源からの光か未だ集光されず、光
束の断面積か広い位置、例えば第２，３図において、集
光ミラー２に比較的近接した光路上に設置ｔすることか
可能となる。

このために、吸収熱による温度上昇が少なくなり、熱に
よる劣化や変形か防止され、信頼性の向上と長寿命か達
成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光学フィルタの１実施例を示す平面
図である。第２図は、第１図のモザイクフィルタを用い
た人工光源装置の原理的構成を示す概略図である。第３
図は、モザイクフィルタとして多層膜干渉フィルタを用
いた人工光源装置の原理的構成を示す概略図である。第
４図は本発明の光学フィルタの他の実施例を示す平面図
である。第５図は、第４図において、フィルタ・バーを、その縦
軸方向に移動した状態の１例をを示す平面図である。第
６図は、キセノン短アークランプの発光および自然太陽
光のスペクトル分布特性を対比して示すスペクトル分布
図である。１・・・光源、２・・・集光ミラー、４・・・積分光学
系、５・・・被照射面、６・・・コリメータレンズ、１
０゜１０Ｒ・・・モザイクフィルタ、２０Ａ〜２０Ｅ・
・・フィルタバー　２２Ａ〜２２Ｅ・・・連結棒、２４
Ａ〜２４Ｅ・・・駆動装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フィルタ特性を有する複数のモザイク小片を面状
に配列してなり、各モザイク小片は、互いに異なる少な
くとも２種のフィルタ特性を有することを特徴とする光
学フィルタ。
（２）各モザイク小片は矩形であり、複数のモザイク小
片はマトリックス状に配列されたことを特徴とする前記
請求項１記載の光学フィルタ。
（３）複数のモザイク小片が１直線上に配置されて縦長
のフィルタバーを形成し、複数のフィルタバーが面状に
集合配列されてなり、各フィルタバーは互いに異なる少
なくとも２種のフィルタ特性を有するモザイク小片を含
み、かつそれぞれの長軸方向に滑動可能に支持されたこ
とを特徴とする前記請求項１または２記載の光学フィル
タ。
（４）各フィルタバーはそれぞれの縦軸が平行になるよ
うに配列されたことを特徴とする前記請求項３記載の光
学フィルタ。
（５）縦長の各フィルタバーは、その縦軸の回りに回動
可能に支持されたことを特徴とする前記請求項３または
４記載の光学フィルタ。
（６）各モザイク小片は光吸収形のスペクトルフィルタ
であることを特徴とする前記請求項１ないし５のいずれ
かに記載の光学フィルタ。
（７）各モザイク小片は多層干渉膜フィルタであること
を特徴とする前記請求項１ないし５のいずれかに記載の
光学フィルタ。
（８）光源と、前記光源の光軸上に配置され、前記光源
の光を入射される積分光学系と、前記光源および積分光
学系の間の光路上に配置された前記請求項１ないし７の
いずれかに記載の光学フィルタとからなることを特徴と
する光照射装置。
（９）光学フィルタの面は、光軸に対して傾斜可能に配
置されたことを特徴とする前記請求項８記載の光照射装
置。
（１０）光源はキセノン短アークランプであることを特
徴とする光照射装置。
（１１）光源はキセノン短アークランプおよびハロゲン
放電灯または白熱灯の混合光であることを特徴とする光
照射装置。