JPH0447426B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （利用分野） 本発明は、擬似太陽光照射装置に関するもので
あり、特に、フイルタの所要枚数を最低限にして
構成の簡略化をはかると共に、そのスペクトル分
布を自然太陽光により近づけた擬似太陽光照射装
置に関するものである。

（従来技術） 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精度に再現す
るための光源装置である。このような擬似太陽光
照射装置は、太陽電池の光電変換特性などの、各
種の太陽エネルギー利用機器の性能測定及び加速
劣化試験のためには無くてはならないものであ
る。

そして、従来の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が広く用いられて
いる。もつとも、キセノン短アークランプの発光
は、第１図のスペクトル分布図に示したように、
近赤外部（800〜1000nｍ）に、尖鋭でかつ複雑
なピーク群を有しているので、これを平均的に補
正して自然太陽光のスペクトル分布に近づけるた
めの多層膜干渉フイルタが併用されることが多
い。

前述のようにして補正されたキセノン短アーク
ランプによる擬似太陽光照射装置の発光スペクト
ル分布の一例を第２図の実線だ示す。なお、同図
中の鎖線は自然太陽光のスペクトル分布（エアマ
スゼロの場合）である。

この図から分るように、従来の擬似太陽光照射
装置においても、そのスペクトル分布は、平均的
には、自然太陽光のそれに可成り近づいており、
実用にも供することができる。

しかし、第３図に示すように、紫外領域から近
赤外領域までの広域に亘る分光感度特性を備えた
各種太陽電池の、自然太陽光に対する光電変換特
性を、より高精度に計測するには、キセノンラン
プ単独と多層膜干渉フイルター、すなわちダイク
ロフイルターとの組合せによる、従来の擬似太陽
光照射装置では、なお、不十分である。

その理由は、第２図のスペクトル分布から明ら
かなように、750nｍ〜1000nｍの範囲の近赤外部
に、なの相当のピーク群が残つており、これが測
定誤差の原因となるからである。

前述のようなピーク群を減少させて、スペクト
ル分布を自然太陽光のそれにより一層近づけ、ス
ペクトル精度を向上させるための手段として、紫
外領域および可視領域で比較的連続的なスペクト
ル分布を有するキセノン短アークランプの発光
と、近赤外領域で連続的なスペクトル分布を有す
る白熱フイラメント（タングステンやハロゲンな
ど）ランプの発光とを組合せて、重畳または混合
する事が提案されている。

この場合の合成スペクトル分布の一例を第４図
に示す。同図において、曲線Ｌ１は、キセノン短
アークランプ１１の発光のうち、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、白熱フイラメントランプの発
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、前記曲線Ｌ１とＬ２を重畳
または混合した場合の、綜合スペクトル分布特性
曲線である。なお、実線、曲線Ｌ４は、第２図と
同様の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。

この図から、近赤外成分より長波長側の成分を
除去したキセノン短アークランプの発光と、可視
光および紫外成分を除去した白熱フイラメントラ
ンプの発光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に良く近似したスペクトル分
布が得られ、従来の装置において測定誤差の原因
となつていた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。

このようなスペクトル分布を有する擬似太陽光
照射装置の具体的構成として、普通に考えられる
のは、近赤外より長波長側の光を除去するるフイ
ルタをキセノン短アークランプに組合せた第一の
光源装置と、可視および紫外領域の光を除去する
フイルタを白熱フイラメントランプに組合せた第
二の光源装置とを準備し、これら２つの光源装置
から放射させる光をそれぞれ単一の積分光学系に
指向させて重畳、混合することである。

しかし、このような構成では、つぎのような欠
点が予想される。

(1) キセノン短アークランプおよび白熱フイラメ
ントランプの灯数と同数のフイルタ（例えば、
ダイクロイツクフイルタ）を必要とするので、
装置が大型化し、保守も面倒となるばかりでな
く、さらにコスト高となる。

(2) 複数の個々のフイルタの間で、それぞれのフ
イルタ特性の等しいものを製造することは極め
て困難であり、綜合スペクトル分布特性の均一
性や再現性が不十分である。

(3) 集光効率を高めるためには、大型の集光鏡ま
たは集光レンズを必要とし、かつ大寸法のフイ
ルタを必要とするが、大型の多層膜干渉フイル
タでは、その中央部と周辺部とのフイルタ特性
を等しくすることは極めて難かしく、所望する
通りの綜合スペクトル分布を得ることが困難で
ある。

前述の欠点を除去するために、第５図のような
装置が提案されている。

キセノン短アークランプ１１は集光鏡１５を有
しており、キセノン短アークランプ１１の光軸上
に積分光学系１４が配置される。

キセノン短アークランプ１１と積分光学系１４
との間には、前記光軸と交さ（なるべくは、45゜
の角度で）するように、コールドフイルタ１３が
配置される。前記コールドフイルタ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。

白熱フイラメントランプ１２も集光鏡１６を有
している。白熱フイラメントランプ１２よりの発
光は、コールドフイルタ１３の積分光学系１４側
の面に投射され、そこで反射された近赤外成分の
光は、集光鏡１５から出てコールドフイルタ１３
を透過した、キセノン短アークランプ１１からの
可視、紫外成分の光と共に、積分光学系１４に向
つて、共軸的に指向される。

コールドフイルタ１３および積分光学系１４に
よつて重畳、混合された光は、被照射サンプル１
７上に均等に分散される。吸熱器２０は、コール
ドフイルタ１３によつて反射されたキセノン短ア
ークランプからの赤外および近赤外成分光を吸収
する働きをする。

なお、この従来例によれば、単一のコールドフ
イルタ１３によつて、キセノン短アークランプ１
１の発光からの赤外、近赤外成分の除去、および
白熱フイラメントランプ１２の発光からの近赤外
成分の抽出を行なうことができるので、構成を簡
略、小型化し、またコストを引き下げることがで
きることは明らかである。

また、この従来例では、２つの光源の発光を用
いて、１つのフイルタによつ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つている
ので、コールドフイルタ１３のフイルタ特性が多
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、コールドフイルタ１３のフイルタ特
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。

第６図は他の従来例の概略構成を示す側面図で
ある。この図において、第５図と同一の符号は、
同一または同等部分をあらわしている。

第５図との対比から容易に理解されるように、
第２の従来例は、第５図に示した第１の従来例の
構成において、キセノン短アークランプ１１と白
熱フイラメントランプ１２の配置を入れ換え、か
つコールドフイルタ１３を赤外透過型コールドミ
ラー１９で置換したものに相当する。赤外透過型
コールドミラー１９は、赤外線を透過し、可視光
および紫外線を反射するものである。

第６図の構成によつて、第５図の従来例と全く
同様の動作および効果が達成されることは明らか
であろう。

なお、前述のいずれの場合においても集光鏡１
６として、赤外線を一部透過し、これによつて赤
外領域のスペクトル分布を修正するための多層膜
干渉フイルタなどを用い、また集光鏡１５の分光
反射特性を適当に選定すれば、被照射サンプル１
７上で得られる出力光の綜合スペクトル分布特性
を、より一層自然太陽光のそれに近づけることが
できる。

しかし、この場合においても、第７図の曲線Ｌ
６に示すように、950nｍ付近の波長域において、
自然太陽光のそれ（第７図の曲線Ｌ４）に比べて
可成り高いスペクトル強度を示すことが分つた。

前記950nｍ付近の光に対しては、第３図から
分るように、SiやCdSは高い感度を有するので、
これらのテストを行なう場合には、自然太陽光へ
の近似が十分でないという欠点がある。

（目的） 本発明は、前述の欠点を除去するためになされ
たものであり、その目的は、スペクトル分布の自
然太陽光への近似が十分に改善された擬似太陽光
照射装置を提供することにある。

（概要） 前記の目的を達成するために、本発明は、少な
くとも白熱フイラメントランプからの発光光路に
水フイルタを配置した点に特徴がある。

（実施例） 以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明
する。

第８図は本発明の一実施例の概略構成を示す側
面図である。

第５図との対比から明らかなように、この実施
例は、白熱フイラメントランプ１２と赤外線反射
型コールドフイルタ１３との間に、キセノン短ア
ークランプ１１からの発光を遮断することのない
ように、水フイルタ２５を配置したものに相当す
る。

水フイルタ２５は、前記950nｍ付近の光を選
択的に吸収する特性を有しているので、第９図の
曲線Ｌ７に示すように、本発明による擬似太陽光
のスペクトル分布は、自然太陽光のそれ（第９図
Ｌ４）に比べて、十分に近似させることができ
る。

第１０図は、本発明に用いるのに好適な水フイ
ルタの具体的構成例を示す断面図である。筒状本
体２７は、なるべくはその一直径上に位置する水
入口２８および水出口２９を備えている。前記筒
状本体２７の両端面には透明板（ガラスまたは石
英ガラスなど）３０，３１が液密に取付けられ、
内部空所には水３２が充填される。

なお、第１０図中の３３はＯリング、３４，３
５は前記透明板３０，３１を筒状本体２７に液密
に固着するための締めナツトであり、矢印Ａ，Ａ
は光路をあらわしている。

また、容易に分るように、前記光路Ａ−Ａ方向
の水の層の厚みを変えることによつて、前記
950nｍ付近の吸光量を調節することができる。
前記水の層は所望に応じて設定することができる
が、本発明者の実験では、５mm〜25mmの範囲で、
好結果を得ることができた。

（変形例） 前述の水フイルタ２５は、第８図に示した位置
の外、白熱フイラメントランプ１２の光とキセノ
ン短アークランプ１１の光が混合された後の光
路、換言すれば赤外線反射型コールドフイルタ１
３と被照射サンプル１７の面との間に配置して
も、同様の効果が達成できる。

また、本発明は第６図の装置にも適用できるこ
とは明らかである。

さらに、前述の各実施例において、多層膜干渉
フイルタの代りに、それぞれ別個のフイルタを用
いてもよいことは明らかである。

また、水フイルタの面を、実施例のように鉛直
ではなくて、水平になるように配置し、水層の厚
みを水量調節によつて制御可能にしてもよい。も
つとも、この場合は、水層の表面に透明蓋を浮か
しておくのがよい。

（効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、つぎのような効果が達成される。

(1) 必要なフイルタの個数を半減することができ
るので、装置を小型にし、コストを低減するこ
とができる。

(2) 単一の共用フイルタによつて、キセノン短ア
ークランプの発光からの近赤外成分の除去と、
白熱フイラメントランプ１２の発光からの近赤
外成分の抽出とを同時に行なうので、綜合スペ
クトル分布特性の均一性や再現性が改善され
る。

(3) 綜合スペクトル分布をより一層自然太陽光に
近づけることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はキセノン短アークランプの発光のスペ
クトル分布を示す図、第２図は修正したキセノン
短アークランプのスペクトル分布を自然太陽光の
それと比較して示す図、第３図は各種太陽電池の
スペクトル感度特性を示す図、第４図はキセノン
短アークランプと白熱フイラメントランプとを重
畳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、第５図および第６図は、
それぞれ従来の擬似太陽光照射装置の概略側面
図、第７図は第５，６図の装置によるスペクトル
分布を示す図、第８図は本発明の実施例を示す概
略側面図、第９図は本発明によつて得られるスペ
クトル分布を示す図、第１０図は水フイルタの概
略断面図である。 １１……キセノン短アークランプ、１２……白
熱フイラメントランプ、１３……赤外線反射型コ
ールドフイルタ、１４……積分光学系、１５……
集光鏡、１７……被照射サンプル、１９……赤外
線透過型コールドミラー、２０……吸熱器、２５
……水フイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ キセノン短アークランプと、白熱フイラメン
   トランプと、前記キセノン短アークランプの発光
   スペクトルから近赤外成分を除去すると共に、一
   方では、前記白熱フイラメントランプの発光スペ
   クトルから近赤外成分を抽出するフイルタ手段
   と、近赤外成分を除去されたキセノン短アークラ
   ンプからの発光、および白熱フイラメントランプ
   からの発光のうち前記フイルタ手段によつて抽出
   された近赤外成分の光を入射される単一の積分光
   学系と、前記白熱フイラメントランプからの発光
   光路中に配置された水フイルタとを具備したこと
   を特徴とする擬似太陽光照射装置。 ２ 前記フイルタ手段は、積分光学系の光軸に対
   して傾斜配置され、かつ近赤外成分の光を反射す
   るコールドフイルターであり、前記積分光学系の
   光軸上で、コールドフイルターの背後にキセノン
   短アークランプが配置され、コールドフイルター
   の前面に白熱フイラメントランプが配置されたこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の
   擬似太陽光照射装置。 ３ 前記フイルタ手段は、積分光学系の光軸に対
   して傾斜配置され、かつ近赤外成分を透過させる
   赤外線透過型コールドミラーであり、前記積分光
   学系の光軸上で、赤外線透過型コールドミラーの
   背後に白熱フイラメントランプが配置され、前記
   コールドミラーの前面にキセノン短アークランプ
   が配置されたことを特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項記載の擬似太陽光照射装置。 ４ 白熱フイラメントランプから前記フイルタ手
   段に至る光路の途中に、白熱フイラメントランプ
   の発光スペクトルのうち、赤外部分を弱めてその
   色温度を上昇させる赤外部スペクトル補正手段を
   設けたことを特徴とする前記特許請求の範囲第１
   項ないし第３項のいずれかに記載の擬似太陽光照
   射装置。 ５ 赤外部スペクトル補正手段は、赤外線の一部
   を部分透過する多層膜反射面であることを特徴と
   する前記特許請求の範囲第４項記載の擬似太陽光
   照射装置。 ６ 前記フイルタ手段は多層膜干渉フイルタであ
   る特許請求の範囲第１〜第５項のいずれかに記載
   の擬似太陽光照射装置。 ７ 前記水フイルタは、その部分における光軸が
   ほゞ鉛直になるように配置されたことを特徴とす
   る前記特許請求の範囲第１〜第６項のいずれかに
   記載の擬似太陽光照射装置。