JPH09306201A - 擬似太陽光照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 個々のフィルタの透過特性の差異を調整して
キセノン短アークランプの発光スペクトルから所望の波
長域のスペクトル成分を除去する。 【解決手段】 キセノン短アークランプ１の光は反射鏡
９で反射され、ミラー１０や１５で方向変換された後、
テーブル４に載置されるサンプルに照射される。光路に
はエアマス（ＡＭ）・フィルタ１１、輝線カットフィル
タ１２、積分光学系１３等が設けられる。ＡＭ・フィル
タ１１は光軸に対して傾斜できるように調整器具で筐体
２に取り付けられる。輝線カットフィルタ１２は器具１
２ａで光軸に直交する方向に位置調整できる。ＡＭ・フ
ィルタ１１の傾斜によりカット域を低波長側にシフトさ
せることができる。また、輝線カットフィルタ１２の位
置調整によって輝線スペクトル成分のカット量を調整で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、擬似太陽光照射装
置に関し、特に、自然太陽光のスペクトル分布を、少な
い光源で高精度に再現することができる擬似太陽光照射
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自然太陽光のスペクトル分布を高精度に
再現することができる擬似太陽光照射装置は、太陽電池
の光電変換特性に代表される各種の太陽エネルギー利用
機器の性能の測定や、加速劣化試験に広く用いられてい
る。従来、ランプとフィルタとの組合わせによって所望
のスペクトル分布を示す擬似太陽光を得ていたが、スペ
クトル分布の精度を向上するためには、複数枚のフィル
タを組合わせる必要があった。しかし、製造された多数
のフィルタ間で特性を均一にすることが容易ではなく、
所定基準内の特性を有するフィルタを複数枚揃えること
はさらに困難を伴っていた。

【０００３】そこで、フィルタの使用枚数を少なくし
て、しかも高精度のスペクトル分布を得るため、次のよ
うな装置が考えられている。特公平４−２４１号には、
キセノン短アークランプおよび白熱フィラメントランプ
ならびに多層膜干渉フィルタを組合わせて自然太陽光の
スペクトルを高精度に再現することができる擬似太陽光
照射装置が開示されている。

【０００４】この擬似太陽光照射装置では、単一のフィ
ルタによって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一方、白熱フィラメントラン
プの発光スペクトルから近赤外成分を抽出する。そし
て、近赤外成分が除去されたキセノン短アークランプの
光と、白熱フィラメントランプから抽出された近赤外成
分の光を重畳・混合して自然太陽光に近似したスペクト
ルを再現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の擬似太陽光
照射装置では、多数枚のフィルタを用いることなく自然
太陽光に近似したスペクトルを高精度に再現できるた
め、高い基準に設定した特性に合うフィルタを選択する
ことが比較的容易になるほか、装置を小形化できるとい
う効果がある。

【０００６】しかし、この擬似太陽光照射装置では複数
の光源を必要とするため、装置の小形化の要請に対して
は、依然不十分であった。また、製造されるフィルタの
特性のばらつき自体は解消されていないので、製造され
た多数のフィルタのうち、所定基準から外れている特性
のフィルタは使用できないため、歩留まりが改善されて
いなかった。

【０００７】さらに、近年、擬似太陽光照射装置による
性能測定対象である太陽電池に積層セル型が多くなって
きた。この積層セル型の太陽電池では各層毎に高効率が
得られる波長域が異なるため、これらの各波長域におい
て、つまり広い波長域で自然太陽光のスペクトルを再現
できるようにする必要性がより一層高まっている。

【０００８】したがって、このような場合を想定する
と、高基準のフィルタ特性に基づいてフィルタを選択し
なければならないため、フィルタ特性の基準を緩和して
歩留まりの向上を図ることはできないという問題点があ
った。

【０００９】本発明は、上記問題点を解消し、少ない数
の光源によって所望のスペクトルが得られるようにする
とともに、フィルタ選択のためのフィルタ特性の基準を
緩和した場合であっても、自然太陽光のスペクトルを高
精度に再現することができる擬似太陽光照射装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決し、目
的を達成するための本発明は、キセノン短アークランプ
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ために設けられたエアマス・フィ
ルタと、前記エアマス・フィルタを傾動させて前記キセ
ノン短アークランプからの光の光軸に対する該エアマス
・フィルタの角度を調整する角度調整手段とを具備した
点に第１の特徴がある。

【００１１】前記角度調整手段によってエアマス・フィ
ルタを傾斜させることにより、該エアマス・フィルタに
よる近赤外成分での除去範囲を変化させることができ
る。特に、前記傾斜角度を大きくすると、除去範囲は短
波長側に変化する。したがって、エアマス・フィルタの
透過特性のばらつきがあっても、このばらつきに対応し
て前記傾斜角度を調整すれば、キセノン短アークランプ
の発光スペクトルから正確に所望の近赤外成分を除去す
ることができる。

【００１２】また、本発明は、前記キセノン短アークラ
ンプの発光スペクトルから輝線スペクトル成分を除去す
るための輝線カットフィルタおよび積分光学系をさらに
具備した点に第２の特徴があり、さらに、前記キセノン
短アークランプの光路に対する前記輝線カットフィルタ
の位置を調整するための位置調整手段を具備した点に第
３の特徴がある。

【００１３】この第２および第３の特徴によれば、前記
エアマス・フィルタによって正確に近赤外成分を除去し
たうえに、さらに輝線スペクトル成分を除去できる。特
に、第３の特徴によれば、キセノン短アークランプから
の光に対する輝線カットフィルタ挿入量を調整できるの
で、該光の一部分は輝線スペクトル成分が除去され、そ
の他の部分は輝線スペクトル成分が除去されないように
できる。積分光学系を通過することにより、輝線スペク
トル成分の除去された部分と除去されていない部分とが
混合されるので、両者の平均的な輝線スペクトルを有す
る光が積分光学系の通過光となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る擬似
太陽光照射装置の要部断面図である。同図において、キ
セノン短アークランプ（以下、単に「キセノンランプ」
という）１および該キセノンランプ１の光を照射面に導
く光学系が筐体２内に収容されている。筐体２は架台３
の上面に固定されている。架台３上には前記キセノンラ
ンプ１で発生した光を照射する対象、例えば太陽電池等
の被試験体を載置するテーブル４が設けられる。なお、
架台３は移動可能なように車輪（図示せず）を有するこ
とができる。

【００１５】筐体２は、枠体５および筐体２内への粉塵
等の侵入を防ぐためのカバー６からなる。前記キセノン
ランプ１の交換等の保守・点検の便宜のため、カバー６
の一部は開閉容易な扉にするのがよい。

【００１６】キセノンランプ１は直立に配置され、支持
棒７によって筐体２に支持される。該支持棒７は筐体２
に固定された位置調整器具８を介して筐体２に支持され
る。支持棒７は該位置調整器具８によって図中上下左右
ならびに紙面表裏方向に位置調整可能であり、結果的
に、該支持棒７に固定されたキセノンランプ１の位置が
該３方向に調整可能となる。上下方向の位置はつまみ８
ａによって、左右方向の位置はつまみ８ｂによって、ま
た紙面表裏方向の位置はつまみ８ｃによってそれぞれ調
整することができる。

【００１７】回転２次曲面形状を有する反射鏡９が、そ
の頂部を下方にして枠体５に固定されており、前記キセ
ノンランプ１は、該頂部の孔を貫通している。前記位置
調整器具８による３方向への位置調整により、キセノン
ランプ１の発光位置を反射鏡９の焦点位置に正確に位置
合わせすることができる。

【００１８】筐体２の上部には、前記反射鏡９で集光さ
れたキセノンランプ１の光を水平方向に方向転換するた
めの第１ミラー１０が配設される。第１ミラー１０で反
射された光の照射方向にはエアマス・フィルタ１１およ
び輝線カットフィルタ１２ならびに積分光学系（インテ
グレータ）１３が配設される。エアマス・フィルタ１１
はキセノンランプ１の光から近赤外成分を除去するた
め、また、輝線カットフィルタ１２はキセノンランプ１
の光から例えば波長８３０ｎｍの輝線スペクトル成分を
除去するためにそれぞれ設けられる。エア・マスフィル
タ１１および輝線カットフィルタ１２はいずれも干渉膜
フィルタが好ましい。これら各フィルタの特性の一例を
図４，５に示す。

【００１９】前記エアマス・フィルタ１１は、キセノン
ランプ１から出た光の光軸に対する角度を連続的に変更
できるように、図２，図３に関して後述する角度調整器
具を介して筐体２に固定される。一方、輝線カットフィ
ルタ１２は光軸と直交する方向に位置を調整できるよう
に位置調整器具１２ａによって筐体２に取り付けられて
いる。位置調整器具１２ａは、例えば送りねじ方式の周
知の調整手段を用いて実現することができる。符号１２
ｂは調整用送りねじのつまみを示す。

【００２０】エアマス・フィルタ１１および輝線カット
フィルタ１２を透過して近赤外および８３０ｎｍの波長
成分が除去された光はインテグレータ１３によって混合
され、均等に分散された光になる。インテグレータ１３
の次段には第２ミラー１５が配設されていて、前記イン
テグレータ１３で均等に分散された光は、該第２ミラー
１５で反射されて下方向に方向変換される。筐体２の水
平張出部分の下面にはコリメータ・レンズ１６が配設さ
れていて、前記第２ミラー１５で反射された光は、該コ
リメータ・レンズ１６で平行光線となってテーブル４上
に照射される。

【００２１】なお、キセノンランプ１の光を必要なとき
にのみテーブル４上に照射するため、前記インテグレー
タ１３と第２ミラー１５との間にシャッター１４を設け
ることができる。

【００２２】次に、前記エアマス・フィルタ１１の角度
調整器具の一例を説明する。図２は角度調整器具の側面
図、図３は同正面図である。図２，図３において、エア
マス・フィルタ１１はＵ字形状のフィルタ受け１１０に
上部から挿入されている。該フィルタ受け１１０は軸１
２０により、ブラケット１３０に対して回動自在に支持
されている。ブラケット１３０には前記軸１２０を中心
とする弧状の貫通長孔１４０が形成されている。ブラケ
ット１３０の側面にはスタッドボルト１５０が立設され
ていて、該スタッドボルト１５０は前記長孔１４０に係
合している。スタッドボルト１５０にはナット１６０が
螺装されている。さらに、ブラケット１３０は図示しな
いボルト・ナットにより枠体５に固定されている。

【００２３】この構成において、ナット１６０を緩め、
スタッドボルト１５０を長孔１４０に沿って操作するこ
とにより、エアマス・フィルタ１１を軸１２０を中心と
して矢印Ｒのように傾動させることができる。エアマス
・フィルタ１１を傾動させて光軸に対する角度を変化さ
せることにより、近赤外成分の除去範囲つまりフィルタ
特性が変化する。したがって、エアマス・フィルタ１１
を傾動して調整し、前記除去範囲を所望の範囲にした
後、前記ナット１６０を締付けて角度を固定することに
よって任意のフィルタ特性を得ることができる。

【００２４】前記エアマス・フィルタ１１の透過特性を
図４に示す。同図において、横軸は波長、縦軸は透過率
であり、曲線Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれエアマス・フィルタ
１１を傾斜させないとき、２０度傾斜させたとき、２５
度傾斜させたときの透過特性を示す。この図から理解さ
れるように、エアマス・フィルタ１１を傾斜させるに従
い、また傾斜角度を大きくするに従い、近赤外成分の除
去範囲が短波長側に変化する。

【００２５】続いて、前記輝線カットフィルタ１２の透
過特性を図５に示す。同図において、横軸は波長、縦軸
は透過率である。この輝線カットフィルタ１２は８００
ｎｍ〜８３０ｎｍの範囲において透過率が低下する特性
を示す。上述のように輝線カットフィルタ１２は光軸に
直交する方向に抜き差しして位置を調整できるようにし
てある。したがって、この輝線カットフィルタ１２の抜
き差しの加減で、前記エアマス・フィルタ１１を透過し
た光のうち輝線カットフィルタ１２を経てインテグレー
タ１３に至るものと、輝線カットフィルタ１２を経ない
でインテグレータ１３に至るものとの比率を調整するこ
とができる。結果的に８００ｎｍ〜８３０ｎｍの範囲の
成分の透過率を変化させることができる。

【００２６】次に、前記エアマス・フィルタ１１や輝線
カットフィルタ１２を有する本実施形態に係る擬似太陽
光照射装置の照射光のスペクトル分布を説明する。ま
ず、図６では、エアマス（ＡＭ）・フィルタ１１を光軸
に対して傾斜させない状態で、かつ輝線カットフィルタ
１２は光路に挿入していない状態でのスペクトル分布を
示す。同図において、曲線ＳはＪＩＳ Ｃ８９１１の基
準太陽光のスペクトル分布であり、曲線Ｌは本実施形態
に係る擬似太陽光装置の照射光のスペクトル分布であ
る。この図のように、基準太陽光に対する光強度が波長
８００〜９００ｎｍの範囲では大きく相違し、強度の積
算値が、基準太陽光のプラス６１パーセントである（同
図（ｂ）参照）。

【００２７】次に、図７は、エアマス・フィルタ１１を
光軸に対して２５度傾斜させた状態で、かつ輝線カット
フィルタ１２は光路に挿入していない場合のスペクトル
分布を示す。同図に示すように、エアマス・フィルタ１
１を傾斜させたために除去範囲が短波長側に変化し、波
長８００〜９００ｎｍの範囲ではＪＩＳ Ｃ８９１１の
基準太陽光に対する強度の差異が減少し、強度積算値は
基準太陽光のプラス１８パーセントになっている（同図
（ｂ）参照）。

【００２８】さらに、図８は、エアマス・フィルタ１１
を光軸に対して２５度傾斜させた状態で、かつ輝線カッ
トフィルタ１２を光路に挿入した場合のスペクトル分布
を示す。このスペクトル分布から理解されるように、８
３０ｎｍの輝線の強度は低下し、波長８００〜９００ｎ
ｍの範囲ではＪＩＳ Ｃ８９１１の基準太陽光に対する
強度の積算値の差異が基準太陽光のプラス１パーセント
にまで低減している（同図（ｂ）参照）。

【００２９】上記エアマス・フィルタ１１の傾斜角度の
調整は、次のように行う。例えば、照射面つまりテーブ
ル４上でのスペクトル分布を分光測定器で測定し、その
測定結果を前記ＪＩＳで定められた基準太陽光と比較
し、強度の積算値の差異が最小になる角度を選択する。
エアマス・フィルタ１１の角度調整とともに、輝線カッ
トフィルタ１２の位置を調整して、さらに基準太陽光と
の強度の積算値との差異を小さくする。

【００３０】以上のように、本実施形態では、光軸に対
するエアマス・フィルタ１１の角度と輝線カットフィル
タ１２の光路に対する位置調整によって、キセノンラン
プ１による照射光のスペクトル分布を精密に調整するこ
とができる。

【００３１】特に、エアマス・フィルタ１１の特性のば
らつきがある場合でも、フィルタ特性を変化させて除去
範囲を変えることができるので、特性に多少のばらつき
があっても所望のフィルタリングを行える。同様に、輝
線カットフィルタ１２においても、特性のばらつきが補
償されて所望のフィルタリングが行える。特に、輝線の
ピークのわずかなばらつきにより、強度の積算値は大き
く変化するが、このような場合でも、輝線カットフィル
タ１２の位置調整をして輝線のピークを精密に調整する
ことにより、精度の高い調整を行うことができる。

【００３２】なお、本実施形態では、エアマス・フィル
タ１１と輝線フィルタ１２とを併用したが、図７のスペ
クトル分布に示すように、エアマス・フィルタ１１のみ
の使用であっても、適正な傾斜角度を選択すればある程
度の効果は得られるので、要求される用途に応じて輝線
フィルタ１２を省略してもよい。また、輝線フィルタ１
２は必ずしも抜き差し可能にしなくても、位置を固定し
たままにしてあってもよい。

【００３３】さらに、第１ミラー１０や第２ミラー１
５、ならびにインテグレータ１３の配置は図示のものに
限らず、照射面であるテーブル４の位置等に応じて適宜
変更できるのはもちろんである。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、キセノンランプの近赤外成分を所望
の波長帯で正確に除去できる。したがって、従来は透過
特性が所定の基準から外れているとして使用できなかっ
たエアマス・フィルタについても、該エアマス・フィル
タを光軸に対して角度調整して配置することにより、問
題なく使用できるようになる。

【００３５】また、請求項２ないし請求項４の発明によ
れば、輝線スペクトル成分の除去を行えるとともに、特
に請求項３の発明では、該輝線スペクトル成分の除去量
を調整できるので、より高精度で所望のスペクトル分布
を再現することができる。

【００３６】結果的に、単一の光源によって高精度に自
然太陽光のスペクトル分布を再現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る擬似太陽光照射装置
の要部断面図である。

【図２】 エアマス・フィルタの角度調整器具の側面図
である。

【図３】 エアマス・フィルタの角度調整器具の正面図
である。

【図４】 エアマス・フィルタの透過特性を示す図であ
る。

【図５】 輝線カットフィルタの透過特性を示す図であ
る。

【図６】 本発明の実施形態に係る擬似太陽光照射装置
（エアマス・フィルタの傾斜がない設定）で得られるス
ペクトル分布を示す図である。

【図７】 本発明の実施形態に係る擬似太陽光照射装置
（エアマス・フィルタの傾斜がある設定）で得られるス
ペクトル分布を示す図である。

【図８】 本発明の実施形態に係る擬似太陽光照射装置
（エアマス・フィルタの傾斜および輝線フィルタがある
設定）で得られるスペクトル分布を示す図である。

【符号の説明】

１…キセノン短アークランプ、 ２…筐体、 ４…テー
ブル、 ５…枠体、 ８…位置調整器具、 ９…反射
鏡、 １０…第１ミラー、 １１…エアマス・フィル
タ、 １２…輝線カットフィルタ、 １３…積分光学
系、 １５…第２ミラー、 １６…コリメータ・レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キセノン短アークランプと、 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
   外成分を除去するために設けられたエアマス・フィルタ
   と、 前記エアマス・フィルタを傾動させて前記キセノン短ア
   ークランプからの光の光軸に対する該エアマス・フィル
   タの角度を調整する角度調整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. 【請求項２】 前記キセノン短アークランプの発光スペ
   クトルから輝線スペクトル成分を除去するための輝線カ
   ットフィルタを具備したことを特徴とする請求項１記載
   の擬似太陽光照射装置。
3. 【請求項３】 前記エアマス・フィルタおよび輝線カッ
   トフィルタの後段に設けられた積分光学系を具備したこ
   とを特徴とする請求項２記載の擬似太陽光照射装置。
4. 【請求項４】 前記キセノン短アークランプの光路に対
   する前記輝線カットフィルタの位置を調整するための位
   置調整手段を具備したことを特徴とする請求項２または
   ３記載の擬似太陽光照射装置。