JPH0527921B2 - - 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、そのスペクトル分布を変化させるこ
と無しに、あるいは所望どおりに維持しながら出
力光強度を変化させることのできる擬似太陽光照
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い精度で再現
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。

このような擬似太陽光照射装置の構成の一例を
第３図に示す。

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、前記光軸と交差（なるべくは、45°
の角度で）するように、赤外線反射型コールドフ
イルタ１３が配置される。前記赤外線反射型コー
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、赤外線反射型コールドフイルタ１３の積分
光学系１４側の面に投影され、そこで反射された
近赤外成分の光は、集光鏡１５から出て赤外線反
射型コールドフイルタ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。

赤外線反射型コールドフイルタ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１７上に均等に分散される。吸熱器２
０は、赤外線反射型コールドフイルタ１３によつ
て反射されたキセノン短アークランプ１１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、単一の赤外線反射
型コールドフイルタ１３によつて、キセノン短ア
ークランプ１１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、小形化し、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、赤外線反射型コールドフイルタ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、赤外線反射型コールドフイルタ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。

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１２
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、総合スペクトル分布特性
曲線である。なお、実線曲線Ｌ４は、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。

第４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（曲線Ｌ
１）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（曲線Ｌ２）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
（曲線Ｌ４）に良く近似したスペクトル分布（曲
線Ｌ３）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不規則なピーク
群を減少させ得ることがわかる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来の技術は、次のような問題点を有
していた。

すなわち、被照射サンプル１７の表面における
出力光の強度を調整するためには、各光源（白熱
フイラメントランプ１２、キセノン短アークラン
プ１１）と被照射サンプル１７との間に絞りやメ
ツシユを配置したり、各光源の反射鏡（集光鏡１
５，１６）を光源に対して前進後退させたり、あ
るいはキセノン短アークランプ１１および白熱フ
イラメントランプ１２の励起電圧、電流を変化さ
せるなどの手法が考えられるが、それぞれ次のよ
うな欠点が予想される。

(イ) 絞りやメツシユを配置する場合には、これら
の絞りやメツシユが加熱されて変形し、光量の
制御が正確に行なえなくなり、また、光の平行
度や被照射サンプル１７上での照度分布が変化
する。

(ロ) 光源の背後に設けられた集光鏡を前進後退さ
せる場合には、光の平行度や照度分布が変化
し、また特に、キセノン短アークランプ１１で
は赤熱された陽極からの発光が出力光に混入
し、スペクトル分布が変化する。

(ハ) 励起電圧、電流を変化させる場合には、特
に、白熱フイラメントランプ（タングステンハ
ロゲンランプ）の発光スペクトル分布も同時に
変動するため、総合的な出力光のスペクトル分
布が変化する。 本発明は、前述の問題点を解
決するためになされたものである。

（問題点を解決するための手段および作用） このために、本発明では、キセノン短アークラ
ンプと、白熱フイラメントランプと、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を具備した擬似太陽
光照射装置において、被照射サンプル上における
光強度を、白熱フイラメントランプの場合には、
これを光軸方向に前進後退させることによつて、
またキセノン短アークランプの場合には、そこに
供給される電流を制御することによつて調整する
ようにし、一方の光源の被照射サンプル上におけ
る光強度を変化させたときは、これに応じて他方
の光源の被照射サンプル上における光強度をも変
化させ、両光源の光強度の差または比がその光強
度に応じて予め決められている所望値になるよう
に、両者を連動して制御するように構成してい
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１図は本発明の一実施例の概略構成を示す図
である。なお、同図において、第３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。

定電圧電源２３（直流または交流）は、白熱フ
イラメントランプ１２を付勢、点灯する。駆動装
置２１は、白熱フイラメントランプ１２および集
光鏡１６を一体的に、光軸２２の方向に駆動す
る。これによつて、白熱フイラメントランプ１２
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の、積分光学系１４に入射す
る光量が増減し、したがつて、被照射サンプル１
７に到達する白熱フイラメントランプ１２からの
発光の強度（または光量）が変化する。

電源２５（直流または交流）は、電流制御器２
６を介してキセノン短アークランプ１１に予定の
電流を供給し、キセノン短アークランプ１１に放
電を起させる。

白熱ランプ用光電変換器２７は白熱フイラメン
トランプ１２の発光強度を測定するもので、例え
ば、900〜1000nmの範囲の光を通過させる帯域フ
イルタと組合わせた光電変換器である。

キセノンランプ用光電変換器２８はキセノン短
アークランプ１１の発光強度を測定するもので、
例えば400〜500nmの範囲の光を通過させる帯域
フイルタと組合わされた光電変換器である。

もつとも、前記の各波長範囲は任意に選択可能
であり、要は他方の光源からの発光変化の影響を
受けないような範囲の波長を選べば良いことは明
らかである。

比演算器２９は、前記白熱ランプ用光電変換器
２７およびキセノンランプ用光電変換器２８の出
力を供給され、両出力の比Ｒを演算する。

減算器３０は前記比を、基準値設定器３１に予
め設定されている基準値（または目標値）と比較
し、前記比の前記基準値に対する偏差ｄを算出す
る。

PID演算器３２は、前記偏差ｄに基づいて、適
当な演算（例えば、PID−比例・積分・微分演
算）を行ない、制御指令Ｃを発生する。

前記制御指令Ｃは電流制御器２６に供給され、
キセノン短アークランプ１１に供給される電流値
を、前記偏差ｄが零になるように制御する。

当業者には容易に理解されるように、電流制御
器２６、白熱ランプ用光電変換器２７、キセノン
ランプ用光電変換器２８、比較演算器２９、減算
器３０、基準値設定器３１、PID演算器３２など
はフイードバツク制御ループを構成している。し
たがつて、前記制御ループとしては、図示のもの
に限らず、任意適宜のものを採用できることは明
らかである。

動作時には、白熱フイラメントランプ１２が定
電圧電源２３によつて点灯され、一方キセノン短
アークランプ１１が電源２５および電流制御器２
６によつて点灯される。この場合、キセノン短ア
ークランプ１１に供給される電流は、後述すると
ころから明らかなように、その発光強度（または
光量）が、あらかじめ設定された値になるよう
に、例えばある一定値に制御される。

このようにして、被照射サンプル１７上には、
例えば第４図に曲線Ｌ３で示したような、自然太
陽光のそれに極めて近似したスペクトル分布を有
する擬似太陽光が照射される。

被照射サンプル１７上における光強度（照度）
を変化させるためには、まず駆動装置２１によつ
て、白熱フイラメントランプ１２および集光鏡１
６を一体として、その光軸２２上で前進後退（第
１図では左右動）させる。

いま、例えば、白熱フイラメントランプ１２お
よび集光鏡１６を前進（第１図では右方向移動）
させたと仮定すると、白熱フイラメントランプ１
２からの発光のうち、前記フイルタ手段によつて
抽出され、積分光学系１４に入射する近赤外成分
の光の量が増加するので、被照射サンプル１７上
における白熱フイラメントランプ１２からの光強
度は、例えば、第２図に曲線Ｌ２Ａで示すように
大となる。

そして、明らかなように、被照射サンプル１７
上に自然太陽光に近似したスペクトル分布を有す
る光を照射するためには、前記のハロゲン光の増
強割合に応じて、キセノン短アークランプ１１か
らの発光をも増加する必要がある。

このため、本実施例においては、白熱フイラメ
ントランプおよびキセノンランプ用光電変換器２
７，２８を、それぞれ白熱フイラメントランプ１
２およびキセノン短アークランプ１１の光路中
（特に積分光学系１４と被照射サンプル１７との
間）に設けて、キセノン短アークランプ１１およ
び白熱フイラメントランプ１２から被照射サンプ
ル１７に到達する光強度（光量）を、個別かつ独
立的に計測するようにしている。

それぞれの光強度信号は比演算器２９に供給さ
れ、そこで比Ｒが演算される。前記比Ｒは、減算
器３０において、基準値設定器３１に設定された
比の基準値と対比され、偏差ｄが算出される。

そして、公知のフイードバツク制御により、電
流制御器２６に、前記偏差ｄを零とするような適
切な信号が与えられ、キセノン短アークランプ１
１に供給される付勢電流が制御される。

以上のようにして、キセノン短アークランプ１
１および白熱フイラメントランプ１２から被照射
サンプル１７に到達する光強度（光量）の比が一
定の目標値に保持される。

それ故に、第２図または第４図から分るよう
に、被照射サンプル１７上における照射光の総合
的なスペクトル分布は実質上目標値に保持され
る。

第１図の実施例では、被照射サンプル１７上に
到達する白熱フイラメントランプ１２の光量を先
ず変化させ、これに応答して所望のスペクトル分
布が得られるように、キセノン短アークランプ１
１からの光量を制御したが、これとは反対に、被
照射サンプル１７上に到達するキセノン短アーク
ランプ１１の光量を先ず変化させ、これに対応し
て白熱フイラメントランプ１２からの光量を制御
するようにしてもよいことは明らかである。

第５図は、このような制御を行なうための本発
明の、第２実施例の概略構成を示す図である。同
図において、第１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１図との対比から明らかなように、この実施
例は、第１図の実施例において、PID演算器３２
の制御出力で駆動装置２１を制御し、白熱フイラ
メントランプ１２および集光鏡１６の光軸２２上
における位置を制御することによつて、被照射サ
ンプル１７上におけるスペクトル分布を所望のよ
うに制御するものである。

第５図の動作のこれ以上の説明は、当業者には
容易に理解されるところであるので、不要であろ
う。

（変形例） 本発明は、さらにつぎのように変形して実施す
ることができる。

(1) 比演算器２９を減算器で置き換え、両変換器
出力の比Ｒの代りに、それらに出力の差を用い
ても、被照射サンプル１７上に実質上所望どお
りのスペクトル分布が得られる。

(2) 白熱ランプ用光電変換器２７、キセノンラン
プ用光電変換器２８の少なくとも一方を対応す
る光源と赤外線反射型コールドフイルタ１３と
の間に配置する。

(3) 第６図に示すように、第１図の赤外線反射型
コールドフイルタ１３の代りに赤外線透過型コ
ールドミラー１９を用い、キセノン短アークラ
ンプ１１、白熱フイラメントランプ１２を図示
のように配置する。その他の構成は第１図と同
じにする。

(4) 基準値設定器３１の設定値を、第１図におい
ては白熱ランプ用光電変換器２７の出力に応じ
て、また第５図においてはキセノンランプ用光
電変換器２８の出力に応じて、それぞれ予め定
めた関係で変化させるようにしておけば、雲
量、エアマス等に応じた種々のスペクトル分布
と強度の光を、被照射サンプル１７上に再現す
ることができる。

(5) 白熱ランプ用光電変換器２７、キセノンラン
プ用光電変換器２８は他の適当な光強度測定手
段に置換できる。

(6) フイードバツク制御の代りに、オープンルー
プ制御とする。

すなわち、例えば、キセノン短アークランプ１
１および白熱フイラメントランプ１２のいずれか
一方の光量を測定し、この測定値に応じて他方の
光源の光量を制御する電流制御器２６および駆動
装置２１の一方を予定値に制御する。

（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、つぎのような効果が達成される。

すなわち擬似太陽光照射装置の発光強度を、出
力光のスペクトル分布、平行度、照度むらなどを
生ずること無しに、任意に、かつ広範囲に変化さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の概略構成を示
す図である。第２図は本発明の動作を説明するた
めのスペクル図である。第３図は従来の擬似太陽
光照射装置の一例を示す概略構成図である。第４
図はキセノン短アークランプと白熱フイラメント
ランプとを重量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である。第５
図は本発明の第２の実施例の概略構成を示す図で
ある。第６図は本発明を適用される他の従来例を
示す概略構成図である。 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、１５，１
６……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、２１……駆動装置、２２……光軸、２３……
定電圧電源、２５……電源、２６……電流制御
器、２７……白熱ランプ用光電変換器、２８……
キセノンランプ用光電変換器、２９……比演算
器、３０……減算器、３１……基準値設定器、３
２……PID演算器。

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
   学系とを具備した擬似太陽光照射装置であつて、
   さらに、 白熱フイラメントランプをその光軸にそつて前
   進後退させる駆動手段および、キセノン短アーク
   ランプに供給される電流を制御する手段のいずれ
   か一方と、 白熱フイラメントランプを付勢する定電圧電源
   と、 キセノン短アークランプおよび白熱フイラメン
   トランプの発光強度をそれぞれ測定する手段と、 前記のように測定された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発光強度を比
   較する手段と、 前記比較手段による比較結果の、基準値からの
   偏差を演算する手段と、 前記偏差に基づいて、この偏差が零となるよう
   に、前記白熱フイラメントランプ駆動手段および
   にキセノン短アークランプの電流制御手段の一方
   を制御する手段とを具備したことを特徴とする擬
   似太陽光照射装置。 ２ 白熱フイラメントランプの発光強度を測定す
   る手段は、750nmより長波長領域に通過帯域幅を
   有する帯域フイルタである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 キセノン短アークランプの発光強度を測定す
   る手段は、750nmより短波長領域に通過帯域幅を
   有する帯域フイルタである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 キセノン短アークランプ１１および白熱フイ
   ラメントランプ１２の発光強度を測定する手段
   は、前記フイルタ手段に関して、各光源とは反対
   側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 前記基準値が、白熱フイラメントランプの発
   光強度の関数として設定され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４項のいずれ
   かに記載の擬似太陽光照射装置。 ６ 前記発光強度の比較は、両者の比の演算であ
   ることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項な
   いし第５項のいずれかに記載の擬似太陽光照射装
   置。 ７ 前記発光強度の比較は、両者の差の演算であ
   ることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項な
   いし第５項のいずれかに記載の擬似太陽光照射装
   置。