JPS61269801A - 擬似太陽光照射装置 - Google Patents

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】 （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１
４が配置ざれる。

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ィルタ１３が配置さ
れる。前記赤外線反射型コールドフィルタ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。

白熱フィラメントランプ１２も集光鏡１６を有している
。白熱フィラメントランプ１２よりの発光は、赤外線反
射型コールドフィルタ１３の積分光学系１４側の面に投
影ざれ、そこで反射ざれた近赤外成分の光は、集光鏡１
５から出て赤外線反射型コールドフィルタ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に向って、共軸的に指向ざ
れる。

赤外線反射型コールドフィルタ１３および積分光学系１
４によって重畳、混合ざれた光は、被照射サンプル１７
上に均等に分散される。吸熱器２０は、赤外線反射型コ
ールドフィルタ１３によっ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
ドフィルタ１３によって、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、および白熱フィ
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
つのフィルタによっ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っているので、赤外線反則型コ
ールドフィルタ１３のフィ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ィルタ１３のフィル
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１
１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おり、曲線Ｌ２は、白熱フィ
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Ｌ１）と、可視光
および紫外成分を除去した白熱フィ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
誤差の原因となっ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。

（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の表面にあける出力光の
強度を調整するためには、各光源（白熱フィラメン１〜
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ュを配置したり、各光
源の反射鏡（集光鏡１５．１６）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
び白熱フィラメントランプ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）　絞りやメツシュを配置する場合には、これらの
絞りやメツシュが加熱されて変形し、光撫の制御が正確
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、
白熱フィラメントランプ（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自然太陽光が変化する。

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、白熱フィラ
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
外成分を抽出するフィルタ手段と、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
ィラメントランプからの発光のうち前記フィルタ手段に
よっ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、白熱フィラメントラ
ンプの場合には、これを光軸方向に前進後退させること
によって、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って調整するよ
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、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の概略構成を示す図でおる。

なお、同図において、第３図と同一の符号は、同一また
は同等部分を必られしている。

定電圧電源２３（直流または交流）は、白熱フィラメン
トランプ１２を付勢、点灯する。駆動装置２１は、白熱
フィラメントランプ１２および集光ｖ１１６を一体的に
、光軸２２の方向に駆動する。

これによって、白熱フィラメントランプ１２の発光のう
ち、前記フィルタ手段によって抽出された近赤外成分の
光の、積分光学系１４に大割する光量が増減し、したが
って、被照射サンプル１７に到達する白熱フィラメント
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２６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は白熱フィラメントランプ
１２の発光強度を測定するもので、例えば、９００〜１
１０００ｎの範囲の光を通過させる帯域フィルタと組合
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ィルタと組合
わされた光電変換器である。

もっとも、前記の各波長範囲は任意に選択可能でおり、
要は使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おる。

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のに出力を供給され
、両出力の比Ｒ＠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、比演算器２９、減算器３０、基準値設定器３
１、ＰＩＤ演算器３２などはフィードバック制御ループ
を構成している。したがって、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、白熱フィラメントランプ１２が定電圧電源
２３によって点灯され、一方キセノン短アークランプ１
１が電源２５および電流制御器２６によって点灯される
。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によって、白熱フィラ
゛メントランプ１２および集光鏡１６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、白熱フィラメントランプ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、白熱フィラメントランプ１２からの発光のうち、
前記フィルタ手段によって抽出され、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上における白熱フィラメントランプ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
おる。

このため、本実施例においては、白熱フィラメントラン
プおよびキセノンランプ用光電変換器２７．２８を、そ
れぞれ白熱フィラメントランプ１２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および白熱フィラメントランプ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
、偏差りが算出される。

そして、公知のフィードバック制御により、電流制御器
２６に、前記偏差り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１１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１１および
白熱フィラメントランプ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上にあ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
白熱フィラメントランプ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１１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
対応して白熱フィラメントランプ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れして
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、白熱フィラメントランプ１２お
よび集光１！１６の光軸２２上における位置を制御する
ことによって、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、ざ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ィルタ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
ルドフィルタ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、白熱フィラ
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）フィードバック制御の代りに、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１１および
白熱フィラメントランプ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。

すなわら、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図は本発明の詳細な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
と白熱フィ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
ィラメントランプ、１３・・・赤外線反射型コールドフ
ィルタ、１４・・・積分光学系、１５．１６・・・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、３２・・・ＰＩＤ演算器代理人弁理士
　平水　通人　外１名 第１　図 不 第２ＶＡ 第４図 液長（ｎｍ） 第３図 第５図 正

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）キセノン短アークランプと、白熱フィラメントラ
   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
   抽出するフィルタ手段と、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、および白熱フィラメン
   トランプからの発光のうち前記フィルタ手段によって抽
   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って、さらに、 白熱フィラメントランプをその光軸にそって前進後退さ
   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、 白熱フィ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ィラメントランプ
   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ィラメン
   トランプの発光強度を比較する手段と、 前記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
   白熱フィラメントランプ駆動手段およびキセノン短アー
   クランプの電流制御手段の他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. （２）白熱フィ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
   帯域フィ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. （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
   帯域フィ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. （４）キセノン短アークランプ１１および白熱フィラメ
   ントランプ１２の発光強度を測定する手段は、前記フィ
   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. （５）前記基準値が、白熱フィ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. （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. （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。