WO2014038289A1 - ソーラシミュレータ - Google Patents

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WO2014038289A1
WO2014038289A1 PCT/JP2013/069314 JP2013069314W WO2014038289A1 WO 2014038289 A1 WO2014038289 A1 WO 2014038289A1 JP 2013069314 W JP2013069314 W JP 2013069314W WO 2014038289 A1 WO2014038289 A1 WO 2014038289A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
lens element
solar simulator
light source
unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/069314
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
久保　修彦
Original Assignee
山下電装株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 山下電装株式会社 filed Critical 山下電装株式会社
Publication of WO2014038289A1 publication Critical patent/WO2014038289A1/ja

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
    • F21S8/006—Solar simulators, e.g. for testing photovoltaic panels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/008—Combination of two or more successive refractors along an optical axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V21/00—Supporting, suspending, or attaching arrangements for lighting devices; Hand grips
    • F21V21/14—Adjustable mountings
    • F21V21/30—Pivoted housings or frames

Definitions

  • the present invention relates to a solar simulator having an irradiation light amount adjustment function with a novel configuration.
  • Solar simulators for measuring photoelectric conversion characteristics by irradiating generated pseudo-sunlight for example, solar cells such as solar battery panels, or performing deterioration characteristics tests are known. .
  • the most common method for changing the amount of irradiation light is to change the driving power of a light source (in many cases, a discharge lamp) used in the apparatus.
  • a light source in many cases, a discharge lamp
  • the uniformity within the irradiation surface does not change much, but the light emission characteristics of the light source itself change, so the spectral distribution of the irradiation light changes greatly.
  • Patent Document 1 discloses a machine configured by using light emitted from a light source unit or an integrator by a mesh filter made of a metal wire or a resin wire attached to a filter frame, a light shielding filter made of metal, a colored glass filter, or the like.
  • a pseudo-sunlight irradiator that attempts to improve the light uniformity by passing through an optical neutral density filter is disclosed.
  • the conventional solar simulator including the simulated solar light irradiation device described in Patent Document 1 always requires an alignment operation of the light source unit (discharge lamp and reflector) in order to adjust the in-plane distribution.
  • the time for initial adjustment and lamp replacement is very complicated.
  • an object of the present invention is to provide a solar simulator capable of adjusting the amount of irradiation light with almost no change in the spectral distribution and in-plane uniformity of the irradiation light.
  • Another object of the present invention is to provide a solar simulator that is low in manufacturing cost and operation cost, and does not require the light source unit to be centered.
  • the solar simulator of the present invention uses a reflector-integrated xenon arc lamp unit in which the positional relationship between the light emitting portion and the reflector is fixed as the light source portion.
  • a light source unit having a focal point of condensed light or diverging light output based on light from the reflector-integrated xenon arc lamp unit on the optical axis, and the light source unit mechanically along the optical axis.
  • an integrator element that collects incident light or divergent light output from the light source unit and emits light that is optically uniformly distributed.
  • the reflector-integrated xenon arc lamp unit in which the positional relationship between the light emitting part and the reflecting mirror is fixed, is used for the light source part, the light emitting part (lamp) and the reflecting mirror are integrated and adjusted for alignment. For this reason, it is not necessary to align the light emitting unit. For this reason, since it is not necessary to perform a complicated shaft alignment operation at the time of lamp replacement or the like, labor is not required.
  • the amount of light incident on the integrator element can be adjusted by moving the light source unit in parallel along the optical axis by the moving mechanism. Can do.
  • An optical bench having a movement axis arranged along the optical axis; and an optical bench carrier that is fixedly mounted on the optical section and is slidably movable in the movement axis direction. It is also preferable to have.
  • the reflector-integrated xenon arc lamp unit itself is configured to emit condensed light that converges toward the above-described focal point.
  • the second convex lens element further includes a second convex lens element that is incident with light emitted from the first convex lens element and has a focal length f2 longer than the focal length f1 of the first convex lens element. It is preferable that the light emitted from the element is incident on the integrator element.
  • the reflecting mirror of the reflecting mirror-integrated xenon arc lamp unit is preferably a reflecting mirror having an elliptical axial cross section in which a light emitting portion by a xenon short arc is arranged at an elliptical focal point.
  • the reflector-integrated xenon arc lamp unit is configured to emit parallel light along the optical axis, and the light source unit receives the parallel light and emits light that is collected at the above-described focal point. It is also preferable to have a convex lens element.
  • a second convex lens element having a focal length f2 ′ shorter than the focal length f1 ′ of the first convex lens element is further provided.
  • the light emitted from the second convex lens element is preferably configured to enter the integrator element.
  • the reflector-integrated xenon arc lamp unit is configured to emit parallel light along the optical axis, and the light source unit includes a concave lens element that emits parallel light and emits light diverging from the focal point. It is also preferable.
  • a convex lens element on which light diverged by the concave lens element is incident is further provided so that light emitted from the convex lens element is incident on the integrator element.
  • the moving mechanism is configured to mechanically translate only the concave lens element along the optical axis.
  • the reflecting mirror of the reflecting mirror integrated xenon arc lamp unit is preferably a reflecting mirror having a parabolic axial cross section in which a light emitting portion by a xenon short arc is arranged at a parabolic focus.
  • the integrator element is a compound eye lens type integrator element that creates a uniform light distribution by superimposing a plurality of light source images generated by a plurality of lenses while shifting their positions.
  • a plurality of light source units, and a plurality of moving mechanisms that mechanically translate the plurality of light source units along respective optical axes, and the integrator element includes condensed light output from the plurality of light source units.
  • the divergent light is collected and incident.
  • the light emitting unit since the light emitting unit (lamp) and the reflecting mirror are integrated and adjusted for alignment, the light emitting unit is not required to be aligned. For this reason, since it is not necessary to perform a complicated shaft alignment operation at the time of lamp replacement or the like, labor is not required.
  • the amount of light incident on the integrator element can be adjusted by moving the light source unit in parallel along the optical axis by the moving mechanism. Can do.
  • it is not necessary to change the power applied to the light emitting part greatly or to insert a mechanical neutral density filter so the emission spectrum of the light emitting part changes, or chromatic aberration due to diffraction does not occur. It will not occur and the spectrum will not change.
  • FIG. 2 is an axial sectional view schematically showing an example of an internal structure of a lamp unit in the solar simulator of FIG. 1. It is a figure which shows schematically an example of the structure of the moving mechanism in the solar simulator of FIG. 1, (A) is a perspective view of the whole, (B) is a side view which shows only a tilt adjustment screw part. It is a figure which illustrates roughly the effect
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of one embodiment of the solar simulator of the present invention
  • FIG. 2 schematically shows an example of the internal structure of the lamp unit in the solar simulator of this embodiment
  • FIG. An example of the structure of the moving mechanism in the solar simulator of this embodiment is schematically shown
  • FIG. 4 schematically illustrates the action when the light source unit of the solar simulator of this embodiment is moved.
  • the present embodiment relates to a solar simulator that irradiates simulated solar light onto a relatively small area solar cell.
  • reference numeral 100 denotes a light source unit
  • 101 denotes a lamp unit that includes a reflector-integrated xenon short arc lamp unit, and is configured to generate condensed light that is condensed at a focal point 121 on an optical axis 120.
  • the light source unit 100 includes only the lamp unit 101.
  • the light source unit 100 including the lamp unit 101 is mounted on a moving mechanism 110 and configured to be mechanically movable in parallel with the optical axis 120.
  • a focal point 121 on which the condensed light emitted from the lamp unit 101 is focused is positioned on the optical axis 120 on the front surface of the lamp unit 101.
  • the first convex lens element 130 and the second convex lens element 140 are fixedly arranged coaxially.
  • An integrator element 150 is coaxially fixed on the optical axis 120 in front of the second convex lens element 140, and the collimation lens element 160 is coaxially fixed on the optical axis 120 in front of the integrator element 150.
  • an irradiation surface that is the surface of a solar battery cell is disposed.
  • the optical axis 120 is shown in a straight line. However, by providing a reflecting mirror in the middle of the optical axis 120 (for example, after the integrator element 150), the direction of the optical axis 120 is 90. It is also possible to provide a more compact solar simulator that has been converted.
  • the light source unit 100 including the lamp unit 101 can be arranged horizontally, the direction of the optical axis 120 can be changed downward by 90 degrees, and the solar cells can be irradiated from above.
  • the lamp unit 101 includes a reflecting mirror member 101a made of a ceramic material, a transparent window member 101b made of, for example, a sapphire material provided in front of the reflecting mirror member 101a, a reflecting mirror member 101a, and a transparent window member.
  • the lamp chamber 101c is enclosed and sealed by 101b and is filled with high-pressure xenon gas of several atmospheres, the anode 101d made of tungsten material having a tip provided in the lamp chamber 101c, and the lamp chamber 101c.
  • a cathode 101e having a sharpened end opposed to the tip of the anode 101d and a cathode support member 101f for fixing and supporting the cathode 101e are provided.
  • the anode 101d and the cathode 101e are disposed on the optical axis 120 so that their tips face each other with a short gap, and are integrated with the reflecting mirror member 101a.
  • a voltage is applied between the anode 101d and the cathode 101e to generate a xenon short arc, this short arc portion becomes the light emitting portion 101g.
  • the inner surface of the reflecting mirror member 101a is a reflecting mirror 101h having an elliptical axial section, and the light emitting portion 101g by a short arc is positioned at the elliptical focal point of the reflecting mirror 101h having an elliptical axial section. .
  • the positional relationship between the light emitting unit 101g and the reflecting mirror 101h is fixed, so that the work of aligning the light emitting unit 101g is not necessary.
  • the light emitting unit 101g is disposed at the elliptical focal point of the reflecting mirror 101h, the light reflected by the reflecting mirror 101h and emitted to the front surface is collected at the focal point 121.
  • Such a concentrating lamp unit 101 is commercially available as a CERMAX (registered trademark) lamp from Excelitas.
  • the moving mechanism 110 includes a base 110a in which a lamp unit base 102 formed by being fixed to the bottom surface of the lamp unit 101 is fixed by a plurality of fixing screws 103, and the base 110a.
  • One or more optical bench carriers 110b fixed to the upper surface, an optical bench 110c in which the optical bench carrier 110b is slidably engaged in the optical axis direction, and an optical bench for the optical bench 110c A clamp knob 110d that can lock the movement of the carrier 110b, and a plurality of tilt adjustment screws 104 for finely adjusting the direction of the optical axis 120 of the lamp unit 101 by adjusting the distance of the lamp unit base 102 to the base 110a. I have.
  • the lamp unit base 102 and the base 110a are made of a flat plate made of, for example, an aluminum material having a thickness of about 10 mm.
  • the optical bench 110c is a large and thin optical bench made of, for example, an aluminum material.
  • an aluminum optical bench OBT-500LH manufactured by Sigma Koki Co., Ltd. is used.
  • the optical bench carrier 110b is a carrier made of, for example, aluminum material that is slidably mounted on the optical bench 110c in a direction 105 parallel to the optical axis 120.
  • the optical bench 110b is an aluminum optical bench manufactured by Sigma Kogyo Co., Ltd.
  • Two carrier CAA-120L are used in series, and the movable distance of the optical bench carrier 110b in the direction 105 is about ⁇ 100 mm.
  • the clamp knob 110d is for locking the slide movement of the two optical bench carriers 110b.
  • three tilt adjustment screws 104 are provided, two on the front side and one on the rear side of the lamp unit 101.
  • the distance between the base 110a and the lamp unit base 102 is adjusted by turning the tilt adjusting screw 104 so as to abut and press the tip of the tilt adjusting screw 104 against the upper surface of the base 110a.
  • the fixing screw 103 By turning the fixing screw 103 in a state where the adjustment is completed, the state is fixed and held, and thereby the tilt of the lamp unit 101 is finely adjusted and the direction of the optical axis 120 is corrected.
  • the first convex lens element 130 is configured to convert the light emitted from the lamp unit 101 and collected at the focal point 121 into substantially parallel light and enter the second convex lens element 140, and the second convex lens element Reference numeral 140 is configured to slightly collect incident substantially parallel light and make it incident on the integrator element 150.
  • the focal length f2 of the second convex lens element 140 is set to be longer than the focal length f1 of the first convex lens element 130 (f2> f1). Most of the light incident on the first convex lens element 130 and the second convex lens element 140 is configured to be incident on the integrator element 150.
  • the integrator element 150 is a compound eye lens (fly eye lens) type integrator optical system, and is an optical element known in this technical field.
  • This integrator optical system is configured to create a uniform light distribution by superimposing a plurality of light source images generated by a plurality of lenses while shifting their positions.
  • the collimation lens element 160 is an optical element known in this technical field for collimating incident light.
  • the condensing lamp unit 101 configured so that the emitted light is focused on the focal point 121 is steplessly translated along the optical axis 120 to be incident on the first convex lens element 130.
  • the amount of light incident on the integrator element 150 is adjusted steplessly.
  • the lamp current is kept constant and is not changed.
  • the focal point 121 also moves backward by the distance L1 to become the focal point 121 ′.
  • the beam area S ′ of the light emitted from the lamp unit 101 ′ at the position of the first convex lens element 130 expands from the beam area S before the movement, and in a portion close to the outer periphery indicated by hatching 170 in FIG.
  • the light beam does not enter the first convex lens element 130. Therefore, the amount of light incident on the first convex lens element 130 and finally incident on the integrator element 150 decreases at a ratio corresponding to the area ratio S / S ′.
  • the amount of light can be adjusted according to the linear movement distance of the lamp unit 101 in the direction of the optical axis 120. Since the linear movement distance of the lamp unit 101 can be controlled minutely and in a stepless manner with high accuracy, the light amount can be finely adjusted in a stepless manner with high accuracy. In addition, since the angle of the light incident on the integrator element 150 does not change greatly, the in-plane distribution does not change. Furthermore, the configuration for performing such light amount adjustment is also very simple because it is only control of linear movement. Furthermore, since the power applied to the lamp is not changed when adjusting the light amount, the spectrum does not change. Furthermore, since only the light source unit 100 and the moving mechanism 110 are changed from the conventional solar simulator without changing the basic optical system composed of the integrator element and the collimation lens element, the output light that is parallel light can be easily obtained. It is possible to get to.
  • the cost can be significantly reduced in that sense. Further, since the light emitting unit and the reflecting mirror are integrated and adjusted for alignment, the light emitting unit is not required to be aligned. For this reason, since it is not necessary to perform a complicated shaft alignment operation at the time of lamp replacement or the like, labor is not required.
  • FIG. 5 schematically shows the configuration of another embodiment of the solar simulator of the present invention
  • FIG. 6 schematically explains the action when the light source section of the solar simulator of this embodiment is moved.
  • the present embodiment also relates to a solar simulator for irradiating simulated solar light to a relatively small area solar cell.
  • reference numeral 200 denotes a light source unit
  • 201 denotes a reflector-integrated xenon short arc lamp unit, which is configured to generate parallel light along the optical axis 220
  • 202 denotes a front surface of the lamp unit 201.
  • the light source unit 200 includes a lamp unit 201 and a condenser lens unit 202.
  • the light source unit 200 including the lamp unit 201 and the condensing lens unit 202 is mounted on a moving mechanism 210 and configured to be mechanically movable in parallel with the optical axis 220.
  • a focal point 221 where the parallel light emitted from the lamp unit 201 becomes condensed light by the condenser lens unit 202 and the emitted condensed light is focused is located on the optical axis 220 in front of the lamp unit 201.
  • a second convex lens element 230 is coaxially fixedly disposed on the optical axis 220 in front of the focal point 221.
  • An integrator element 250 is coaxially fixedly disposed on the optical axis 220 in front of the second convex lens element 230, and the collimation lens element 260 is coaxially disposed on the optical axis 220 in front of the integrator element 250. It is fixedly arranged.
  • an irradiation surface that is, for example, the surface of a solar battery cell is disposed on the optical axis 220 in front of the collimation lens element 260.
  • the optical axis 220 is shown in a straight line, but by providing a reflecting mirror in the middle of the optical axis 220 (for example, after the integrator element 250), the direction of the optical axis 220 is changed to 90. It is also possible to provide a more compact solar simulator that has been converted.
  • the light source unit 200 including the lamp unit 201 may be arranged horizontally, and the direction of the optical axis 220 may be changed downward by 90 degrees to irradiate the solar cells from above.
  • the configuration of the lamp unit 201 is basically the same as that shown in FIG. 2 except for the cross-sectional shape of the reflecting mirror.
  • the reflecting mirror has an inner surface having a parabolic axial cross-sectional shape, and is configured such that a light emitting portion by a short arc is positioned at the parabolic focus. Also in the lamp unit 201, since the positional relationship between the light emitting unit and the reflecting mirror is fixed, the light emitting unit is not required to be aligned. Furthermore, since the light emitting unit is arranged at the parabolic focus of the reflecting mirror, the light reflected by the reflecting mirror and emitted to the front surface becomes parallel light.
  • Such a parallel light type lamp unit 201 is also commercially available as a CERMAX (registered trademark) lamp from Excelitas.
  • the condenser lens unit 202 is integrally fixed to the lamp unit 201, and receives the parallel light emitted from the lamp unit 201 and converts it into condensed light focused on the focal point 221.
  • a convex lens element 202 a is disposed coaxially on the optical axis 220.
  • the configuration of the moving mechanism 210 is the same as that shown in FIG. 3 and is configured so that the lamp unit 201 and the condenser lens unit 202 can be slid along the optical axis 220.
  • the second convex lens element 230 is configured to convert the light emitted from the condensing lens unit 202 and condensed at the focal point 221 into light that is slightly condensed rather than parallel light and incident on the integrator element 250.
  • the focal length f2 of the second convex lens element 230 is set to be shorter than the focal length f1 of the first convex lens element 202a (f2 ⁇ f1). It is configured such that light incident on the second convex lens element 230 becomes slightly condensed light passing through parallel light, and most of the light is incident on the integrator element 250. It is obvious that a combination of two convex lens elements as shown in the embodiment of FIG. 1 may be used instead of the second convex lens element 230.
  • the integrator element 250 is a compound eye lens (fly eye lens) type integrator optical system, and is a well-known optical element in this technical field.
  • This integrator optical system is configured to create a uniform light distribution by superimposing a plurality of light source images generated by a plurality of lenses while shifting their positions.
  • the collimation lens element 260 is an optical element known in this technical field for collimating incident light.
  • a light source unit 200 including a parallel light type lamp unit 201 configured so that outgoing light becomes parallel light and a condensing lens unit 202 that focuses the outgoing parallel light on a focal point 221 is emitted as light. It is configured to continuously adjust the amount of light incident on the integrator element 250 via the second convex lens element 230 by parallelly moving along the axis 220. The lamp current is kept constant and is not changed.
  • the amount of light can be adjusted according to the linear movement distance of the lamp unit 201 and the condenser lens unit 202 in the direction of the optical axis 220. Since the linear movement distances of the lamp unit 201 and the condenser lens unit 202 can be controlled minutely and in a stepless manner with high accuracy, the light amount can be finely adjusted in a stepless manner with high accuracy. In addition, since the angle of the light incident on the integrator element 250 does not change greatly, the in-plane distribution does not change. Furthermore, the configuration for performing such light amount adjustment is also very simple because it is only control of linear movement. Furthermore, since the power applied to the lamp is not changed when adjusting the light amount, the spectrum does not change. Furthermore, since only the light source unit 200 and the moving mechanism 210 are changed from the conventional solar simulator and the basic optical system composed of the integrator element and the collimation lens element can be changed, output light that is parallel light can be easily obtained. It is possible to get to.
  • the light source unit 200 does not require an axising mechanism and a separate reflecting mirror, the cost can be significantly reduced from that point of view. Further, since the light emitting unit and the reflecting mirror are integrated and adjusted for alignment, the light emitting unit is not required to be aligned. For this reason, since it is not necessary to perform a complicated shaft alignment operation at the time of lamp replacement or the like, labor is not required.
  • FIG. 7 schematically shows the configuration of still another embodiment of the solar simulator of the present invention
  • FIG. 8 schematically explains the action when the light source part of the solar simulator of this embodiment is moved. Yes.
  • the present embodiment also relates to a solar simulator for irradiating simulated solar light to a relatively small area solar cell.
  • reference numeral 300 denotes a light source unit
  • 301 denotes a reflector-integrated xenon short arc lamp unit, which is configured to generate parallel light along the optical axis 320
  • 302 denotes a front surface of the lamp unit 301.
  • the light source unit 300 includes a lamp unit 301 and a diffuse lens unit 302.
  • the light source unit 300 including the lamp unit 301 and the diffuser lens unit 302 is mounted on a moving mechanism 310 and configured to be mechanically movable in parallel with the optical axis 320.
  • a parallel lens emitted from the lamp unit 301 is diffused by a diffused lens unit 302 as if emitted from a focal point (not shown), and the emitted diffused light is incident thereon.
  • 330 is fixedly arranged coaxially.
  • An integrator element 350 is coaxially fixed on the optical axis 320 in front of the convex lens element 330, and a collimation lens element 360 is coaxially fixed on the optical axis 320 in front of the integrator element 350. ing.
  • an irradiation surface which is the surface of a solar battery cell is disposed, although not shown.
  • the optical axis 320 is shown in a straight line. However, by providing a reflecting mirror in the middle of the optical axis 320 (for example, after the integrator element 350), the direction of the optical axis 320 is changed to 90. It is also possible to provide a more compact solar simulator that has been converted.
  • the light source unit 300 including the lamp unit 301 may be arranged horizontally, and the direction of the optical axis 320 may be changed downward by 90 degrees to irradiate the solar cells from above.
  • the configuration of the lamp unit 301 is basically the same as that shown in FIG. 2 except for the cross-sectional shape of the reflecting mirror.
  • the reflecting mirror has an inner surface having a parabolic axial cross-sectional shape, and is configured such that a light emitting portion by a short arc is positioned at the parabolic focus.
  • the positional relationship between the light emitting unit and the reflecting mirror is fixed, so that the light emitting unit is not required to be aligned.
  • the light emitting unit is arranged at the parabolic focus of the reflecting mirror, the light reflected by the reflecting mirror and emitted to the front surface becomes parallel light.
  • Such a parallel light type lamp unit 301 is also commercially available as a CERMAX (registered trademark) lamp from Excelitas.
  • the diffuse lens unit 302 is integrally fixed to the lamp unit 301, and a concave lens element 302a that receives parallel light emitted from the lamp unit 301 and converts it into diffuse light emitted from a focal point (not shown) is light. It is coaxially arranged on the shaft 320.
  • the configuration of the moving mechanism 310 is the same as that shown in FIG. 3 and is configured so that the lamp unit 301 and the diffuser lens unit 302 can be slid along the optical axis 320.
  • the convex lens element 330 is configured to convert the diffused light emitted from the diffuser lens unit 302 into light that is slightly condensed rather than parallel light and to enter the integrator element 350.
  • the integrator element 350 is a compound eye lens (fly eye lens) type integrator optical system, which is a well-known optical element in this technical field.
  • This integrator optical system is configured to create a uniform light distribution by superimposing a plurality of light source images generated by a plurality of lenses while shifting their positions.
  • the collimation lens element 360 is an optical element known in this technical field for collimating incident light.
  • a light source unit 300 including a parallel light type lamp unit 301 configured so that outgoing light becomes parallel light and a diffused lens unit 302 that converts the emitted parallel light into diffused light is provided as an optical axis 320.
  • the amount of light incident on the integrator element 350 via the convex lens element 330 is steplessly adjusted.
  • the lamp current is kept constant and is not changed.
  • the amount of light can be adjusted according to the linear movement distance of the lamp unit 301 and the diffuser lens unit 302 in the direction of the optical axis 320. Since the linear movement distances of the lamp unit 301 and the diffuser lens unit 302 can be controlled minutely and steplessly with high accuracy, the light amount can be adjusted minutely and steplessly with high accuracy. In addition, since the angle of light incident on the integrator element 350 does not change significantly, the in-plane distribution does not change. Furthermore, the configuration for performing such light amount adjustment is also very simple because it is only control of linear movement. Furthermore, since the power applied to the lamp is not changed when adjusting the light amount, the spectrum does not change. Furthermore, since only the light source unit 300 and the moving mechanism 310 are changed from the conventional solar simulator and the basic optical system composed of the integrator element and the collimation lens element can be changed, output light that is parallel light can be easily obtained. It is possible to get to.
  • the light source unit 300 does not require an axis alignment mechanism and a separate reflecting mirror, the cost can be greatly reduced in that sense. Further, since the light emitting unit and the reflecting mirror are integrated and adjusted for alignment, the light emitting unit is not required to be aligned. For this reason, since it is not necessary to perform a complicated shaft alignment operation at the time of lamp replacement or the like, labor is not required.
  • FIG. 9 schematically shows the configuration of still another embodiment of the solar simulator of the present invention.
  • the present embodiment also relates to a solar simulator for irradiating simulated solar light to a relatively small area solar cell.
  • 400 is a light source unit
  • 401 is a reflector-integrated xenon short arc lamp unit, and is configured to generate parallel light along the optical axis 420
  • 402 is in front of the lamp unit 401.
  • It is a diffused lens unit that is positioned and movable independently of the lamp unit 401 and includes a concave lens element 402a.
  • the light source unit 400 includes a lamp unit 401 and a diffuse lens unit 402.
  • the lamp unit 401 is mounted on the fixed support mechanism 410.
  • the diffuser lens unit 402 is mounted on a moving mechanism 470 and configured to be mechanically movable in parallel with the optical axis 420.
  • a parallel lens emitted from the lamp unit 401 is diffused by a diffused lens unit 402 as if emitted from a focal point (not shown), and the emitted diffused light is incident thereon.
  • 430 is fixedly arranged coaxially.
  • An integrator element 450 is coaxially fixedly disposed on the optical axis 420 in front of the convex lens element 430, and a collimation lens element 460 is coaxially fixedly disposed on the optical axis 420 in front of the integrator element 450. ing.
  • an irradiation surface that is the surface of a solar battery cell is disposed.
  • the optical axis 420 is shown in a straight line. However, by providing a reflection mirror in the middle of the optical axis 420 (for example, after the integrator element 450), the direction of the optical axis 420 is changed to 90. It is also possible to provide a more compact solar simulator that has been converted.
  • the light source unit 400 including the lamp unit 401 can be arranged horizontally, and the direction of the optical axis 420 can be changed 90 degrees downward to irradiate the solar cells from above.
  • the configuration of the lamp unit 401 is basically the same as that shown in FIG. 2 except for the cross-sectional shape of the reflecting mirror.
  • the reflecting mirror has an inner surface having a parabolic axial cross-sectional shape, and is configured such that a light emitting portion by a short arc is positioned at the parabolic focus. Also in the lamp unit 401, since the positional relationship between the light emitting unit and the reflecting mirror is fixed, the light emitting unit is not required to be aligned. Furthermore, since the light emitting unit is arranged at the parabolic focus of the reflecting mirror, the light reflected by the reflecting mirror and emitted to the front surface becomes parallel light.
  • Such a parallel light type lamp unit 401 is also commercially available from Excelitas as a CERMAX (registered trademark) lamp.
  • the diffuse lens unit 402 is formed separately from the lamp unit 401 and is movable.
  • a concave lens element 402 a that receives parallel light emitted from the lamp unit 401 and converts it into scattered light emitted from a focal point (not shown) is coaxially disposed on the optical axis 420 in the diffuse lens unit 402.
  • the fixed support mechanism 410 uses a moving mechanism having the same configuration as that shown in FIG. 3 and uses a fixed sliding movement in the axial direction. Therefore, the distance between the base (110a) and the lamp unit base (102) is obtained by turning and rotating the tilt adjusting screw (104) shown in FIG. When the adjustment is completed, the fixing screw (103) is rotated to fix and hold the state, whereby the tilt of the lamp unit 401 is finely adjusted to correct the direction of the optical axis 420. be able to.
  • the moving mechanism 470 is configured so that only the diffuse lens unit 402 can slide along the optical axis 420.
  • the base 470a to which the diffuse lens unit 402 is fixed, and the base 470a are fixed to the upper surface.
  • the base 470a is made of a flat plate made of, for example, an aluminum material having a thickness of about 10 mm.
  • the optical bench 470c is a large and thin optical bench made of, for example, an aluminum material.
  • an aluminum optical bench OBT-500LH manufactured by Sigma Koki Co., Ltd. is used.
  • the optical bench carrier 470b is a carrier made of, for example, an aluminum material that is slidably mounted on the optical bench 470c in a direction parallel to the optical axis 420.
  • the optical bench carrier 470b is used for an aluminum optical bench manufactured by Sigma Koki Co., Ltd.
  • the carrier CAA-120L is used, and the movable distance of the optical bench carrier 470b in the optical axis direction is about ⁇ 100 mm.
  • the clamp knob 470d is for locking the slide movement of the optical bench carrier 470b.
  • the convex lens element 430 is configured to convert the diffused light emitted from the diffuser lens unit 402 into light that is slightly condensed rather than parallel light, and to enter the integrator element 450.
  • the integrator element 450 is a compound eye lens (fly eye lens) type integrator optical system, and is a well-known optical element in this technical field.
  • This integrator optical system is configured to create a uniform light distribution by superimposing a plurality of light source images generated by a plurality of lenses while shifting their positions.
  • the collimation lens element 460 is an optical element known in this technical field for collimating incident light.
  • the diffused lens unit 402 that converts the emitted parallel light from the parallel light type lamp unit 401 configured so that the emitted light becomes parallel light into the scattered light is steplessly along the optical axis 420.
  • the amount of light incident on the integrator element 450 via the convex lens element 430 is adjusted steplessly.
  • the lamp current is kept constant and is not changed.
  • the beam area of the light emitted from the lamp unit 402 at the position of the integrator element 450 is the same as that before the movement.
  • the light beam that expands from the beam area and is close to the outer periphery thereof does not enter the integrator element 450, and the amount of light incident on the integrator element 450 decreases at a ratio corresponding to the area ratio.
  • the amount of light can be adjusted according to the linear movement distance of the diffuser lens unit 402 in the direction of the optical axis 420. Since the linear movement distance of the light-diffusing lens unit 402 can be controlled minutely and steplessly with high accuracy, the light amount can be adjusted finely and steplessly with high accuracy. In addition, since the angle of the light incident on the integrator element 450 does not change greatly, the in-plane distribution does not change. Furthermore, the configuration for performing such light amount adjustment is also very simple because it is only control of linear movement. Furthermore, since the power applied to the lamp is not changed when adjusting the light amount, the spectrum does not change. Furthermore, since only the light source unit 400, the diffuser lens unit 402, and the moving mechanism 470 are changed from the conventional solar simulator without changing the basic optical system composed of the integrator element and the collimation lens element, It is possible to easily obtain a certain output light.
  • the light source unit 400 does not require an axis alignment mechanism and a separate reflecting mirror, the cost can be significantly reduced in that sense. Further, since the light emitting unit and the reflecting mirror are integrated and adjusted for alignment, the light emitting unit is not required to be aligned. For this reason, since it is not necessary to perform a complicated shaft alignment operation at the time of lamp replacement or the like, labor is not required.
  • FIG. 10A and 10B schematically show the configuration of another embodiment of the solar simulator of the present invention from FIG. 11A from the top, and FIG. 11B from the side, and FIG. 11 shows the layout of the solar simulator of this embodiment ( A) is shown from the rear, and (B) is shown from the top.
  • the present embodiment relates to a solar simulator for irradiating pseudo-sunlight on a large area (about 1 m 2 or more) solar cell.
  • 500 includes a plurality of light source units 502 and 503, and a light source side device that emits large-area pseudo-sunlight, and 510 receives pseudo-sunlight emitted from the light source-side device 500.
  • a light source side device that emits large-area pseudo-sunlight
  • 510 receives pseudo-sunlight emitted from the light source-side device 500.
  • Each of the light receiving side devices is shown.
  • the light source device 500 includes a plurality of (in this example, 18) light source units 502 and 503 mounted on a base 501, and a power source unit 504 provided at the bottom of the base 501. .
  • the light-receiving side device 510 is provided with a panel mounting portion 512 on the gantry 511, and the solar cell panel 520 is fixed on the panel mounting portion 512 so as to face the light source side device 500.
  • the light receiving side device 510 is further provided with an optical sensor 513 that detects the intensity of light incident on the solar cell panel 520. By feeding back the detection output of the optical sensor 513, the lamp power is finely adjusted to finely adjust the light amount, thereby controlling the overall illuminance value of the solar cell panel. With such a fine adjustment of the lamp power, the spectral distribution of the irradiated light hardly changes.
  • the 18 light source units 502 and 503 of the light source side device 500 include nine first group light source units 502 arranged in three vertical rows and three horizontal rows, and three vertical columns. It is composed of nine light source units 503 of the second group arranged in rows and three rows, and these are fixed in a predetermined direction by a support frame (not shown). That is, as shown in FIGS. 10 (A) and 11 (B), the first group of light source units 502 are directed so that the emitted light is incident on a single integrator element 502a. The light source unit 503 is directed so that the emitted light is incident on a single integrator element 503a. Light emitted from the two integrator elements 502a and 503a is configured to be superimposed on the surface of the solar cell panel 520, which is an irradiation surface.
  • Each of the light source units 502 and 503 includes a light source unit 100, a light source unit 200, a light source unit 300, or a light source unit 400, a moving mechanism 110, a moving mechanism 210, and a moving unit in the embodiment of FIG.
  • the convex lens element 430 is configured such that light emitted from the second convex lens element 140, the second convex lens element 230, the convex lens element 330, or the convex lens element 430 is superimposed on the integrator elements 502a and 503a. It is configured. The light emitted from the integrator elements 502a and 503a is superimposed on each other and irradiated onto the surface of the solar cell panel 520.
  • each of the light source units 502 and 503 are the same as those in the embodiment of FIG. 1, FIG. 5, FIG. 7, or FIG.
  • the solar cell panel 520 having a large area is irradiated with simulated sunlight, for example, on a solar cell panel having a length of about 1.7 m and a width of about 3.3 m.
  • the distance between 500 and the light-receiving side device 510 is about 5 m.
  • nine first group light source units 502 and nine second group light source units 503 are used.
  • the amount of light from each light source unit can be adjusted minutely and steplessly with high accuracy.
  • the solar cell panel 520 can be irradiated with a very uniform illuminance distribution. That is, during the in-plane distribution adjustment, the in-plane distribution adjustment with excellent uniformity without causing a spectrum change can be performed by moving each light source unit and adjusting the directivity direction.
  • a conventional solar simulator long pulse type solar simulator
  • the specified illuminance is obtained by performing a long pulse lighting in which the lamp current is increased to about 3 times and this is applied for 1 sec.
  • the lamp power consumption during continuous lighting is 60 kw
  • long pulse lighting three times the lamp current
  • the reflector-integrated xenon short arc lamp unit is integrated with the reflector and the light source, the size of the lamp itself is about 1/2 that of a 5 kw xenon lamp, and the number of lamps is more than twice as many. It is possible to use a lamp. Since the lamp is small, the number of light source units in one group is 5 to 9, and one integrator element is provided in each group. By providing a plurality of these light source unit groups, a large area of any size can be obtained. Continuous lighting and long pulse lighting are possible.
  • the light amount can be adjusted according to the linear movement distance of the light source unit in the optical axis direction, and this linear movement distance can be controlled minutely and steplessly with high accuracy. Therefore, the amount of light can be adjusted finely and steplessly with high accuracy.
  • the angle of light incident on the integrator element can be adjusted so as not to change greatly, the in-plane distribution does not change.
  • the configuration for performing such light amount adjustment is also very simple because it is only control of linear movement. Furthermore, since the power applied to the lamp is not changed when adjusting the light amount, the spectrum does not change.
  • the light source unit does not require an axis alignment mechanism and a separate reflecting mirror, the cost can be significantly reduced from that point of view. Further, since the light emitting unit and the reflecting mirror are integrated and adjusted for alignment, the light emitting unit is not required to be aligned. For this reason, since it is not necessary to perform a complicated shaft alignment operation at the time of lamp replacement or the like, labor is not required.

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Abstract

　本発明のソーラシミュレータは、光源部（１００）として、発光部及び反射鏡間の位置関係が固定されている反射鏡一体型キセノンアークランプユニット（１０１）を用いる。本発明のソーラシミュレータは、反射鏡一体型キセノンアークランプユニットからの光に基づいて出力される集光光又は発散光の焦点を光軸上に有する光源部と、光源部を光軸に沿って機械的に平行移動させる移動機構（１１０）と、光源部から出力される集光光又は発散光が集光されて入射し光学的に均一に分布する光を出射するインテグレータ素子（１５０）とを備えている。

Description

ソーラシミュレータ
　本発明は、新規な構成による照射光量調整機能を有するソーラシミュレータに関する。
　例えば太陽電池パネル等の太陽光エネルギを利用する照射対象に対して、発生させた疑似太陽光を照射して光電変換特性の測定を行う、又は劣化特性試験を行うためのソーラシミュレータは公知である。
　この種のソーラシミュレータにおいて、照射光量を変化させる最も一般的な方法は、装置内で使用している光源（多くの場合、放電ランプ）の駆動電力を変える方法である。しかしながら、このように駆動電力を変化させると、照射面内の均一性についてはさほど変化しないが、光源自体の発光特性が変わるため、照射光のスペクトル分布が大きく変化してしまう。
　駆動電力を変えることなく照射光量を調整する技術として、照射光の均一性を高めるための素子であるインテグレータ（インテグレータ光学系）の手前に機械的減光フィルタを挿入して減光する技術が存在する。しかしながら、この場合、インテグレータへ入射する光の入射角が乱れるため、照射光の面内の均一性が悪くなるという新たな問題を有していた。特に、機械的減光フィルタの減光率が大きくなる（例えば、透過率５０％以下）と、その値に応じてインテグレータに入射する光線に、回折による色収差が発生し、インテグレータを通過した後の照射光のスペクトル分布及び面内均一性が大幅に変化してしまうという不都合があった。
　特許文献１には、光源部又はインテグレータから照射された光を、フィルタ用枠に取り付けられた金属線又は樹脂線からなるメッシュフィルタ、金属等からなる遮光フィルタ、色ガラスフィルタ等によって構成される機械的減光フィルタを通すことにより、光均一性を向上させようとする擬似太陽光照射装置が開示されている。
特開２００７－３１１０８５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されているような照射光量の減光方法によっても、照射光のスペクトル分布及び面内均一性にかなりの変化が生じるという問題が発生し、また、機械的減光フィルタの構成が特殊であることから、コストが増大するという問題もあった。
　さらに、特許文献１に記載されている擬似太陽光照射装置を含む従来のソーラシミュレータは、面内分布を調整するために、光源部（放電ランプ及び反射鏡）の軸出し作業が必ず必要であり、初期調整時及びランプ交換時の手間が非常に煩雑であった。
　従って本発明の目的は、照射光のスペクトル分布及び面内均一性をほとんど変化させることなく照射光量の調整が可能なソーラシミュレータを提供することにある。
　本発明の他の目的は、製造コスト及び動作コストが安価であり、光源部の軸出し作業が不要なソーラシミュレータを提供することにある。
　本発明のソーラシミュレータは、光源部として、発光部及び反射鏡間の位置関係が固定されている反射鏡一体型キセノンアークランプユニットを用いる。具体的には、反射鏡一体型キセノンアークランプユニットからの光に基づいて出力される集光光又は発散光の焦点を光軸上に有する光源部と、光源部を光軸に沿って機械的に平行移動させる移動機構と、光源部から出力される集光光又は発散光が集光されて入射し光学的に均一に分布する光を出射するインテグレータ素子とを備えている。
　発光部及び反射鏡間の位置関係が固定されている反射鏡一体型キセノンアークランプユニットを光源部に用いているので、発光部（ランプ）と反射鏡とが一体化されて軸出し調整済みであることから、発光部の軸出し作業が不要となる。このため、ランプ交換時等に煩雑な軸出し作業を行う必要がないので手間が掛からない。特に本発明では、移動機構により、光源部を光軸に沿って平行移動させることによってインテグレータ素子に入射する光量を調整可能であるため、極めて簡単かつ無段階で照射光量の調整を精度良く行うことができる。しかも、照射光量の調整を行う際に、発光部に印加する電力を大きく変化させたり、機械的減光フィルタを挿入する必要もないため、発光部の発光スペクトルが変化したり、回折による色収差が生じてスペクトル変化の生じることがない。
　インテグレータ素子からの入射光を平行光に変換して出射するコリメーションレンズ素子をさらに備えていることが好ましい。
　移動機構が、光軸に沿って移動軸が配置された光学ベンチと、光学部を固定載置しており、移動軸方向にスライド移動可能に光学ベンチに係合している光学ベンチ用キャリアとを備えていることも好ましい。
　反射鏡一体型キセノンアークランプユニット自体が上述の焦点に向かって集光する集光光を出射するように構成されていることも好ましい。
　この場合、焦点を通過した集光光が入射する第１の凸レンズ素子をさらに備えており、第１の凸レンズ素子から出射される光がインテグレータ素子に導かれるように構成されていることが好ましい。さらに、この場合、第１の凸レンズ素子から出射される光が入射し、第１の凸レンズ素子の焦点距離ｆ１より長い焦点距離ｆ２を有する第２の凸レンズ素子をさらに備えており、第２の凸レンズ素子から出射される光がインテグレータ素子に入射されるように構成されていることが好ましい。
　反射鏡一体型キセノンアークランプユニットの反射鏡は、キセノンショートアークによる発光部が楕円焦点に配置された楕円形状の軸断面を有する反射鏡であることも好ましい。
　反射鏡一体型キセノンアークランプユニットは光軸に沿った平行光を出射するように構成されており、光源部はこの平行光を入射して上述の焦点に集光する光を出射する第１の凸レンズ素子を備えていることも好ましい。
　この場合、第１の凸レンズ素子によって集光されて焦点を通過した光が入射し、第１の凸レンズ素子の焦点距離ｆ１′より短い焦点距離ｆ２′を有する第２の凸レンズ素子をさらに備えており、第２の凸レンズ素子から出射される光がインテグレータ素子に入射されるように構成されていることが好ましい。
　反射鏡一体型キセノンアークランプユニットは光軸に沿った平行光を出射するように構成されており、光源部は平行光を入射して上述の焦点から発散する光を出射する凹レンズ素子を備えていることも好ましい。
　この場合、凹レンズ素子によって発散された光が入射する凸レンズ素子をさらに備えており、凸レンズ素子から出射される光がインテグレータ素子に入射されるように構成されていることも好ましい。
　移動機構は、凹レンズ素子のみを光軸に沿って機械的に平行移動させるように構成されていることも好ましい。
　反射鏡一体型キセノンアークランプユニットの反射鏡は、キセノンショートアークによる発光部が放物線焦点に配置された放物線形状の軸断面を有する反射鏡であることも好ましい。
　インテグレータ素子が、複数のレンズにより生成した多数の光源像を位置ずれさせて重畳することにより均一な光分布を作成する複眼レンズ式のインテグレータ素子であることも好ましい。
　複数の光源部と、複数の光源部をそれぞれの光軸に沿って機械的にそれぞれ平行移動させる複数の移動機構とを備えており、インテグレータ素子は、複数の光源部から出力される集光光又は発散光が集光されて入射するように構成されていることが好ましい。
　本発明によれば、発光部（ランプ）と反射鏡とが一体化されて軸出し調整済みであることから、発光部の軸出し作業が不要となる。このため、ランプ交換時等に煩雑な軸出し作業を行う必要がないので手間が掛からない。特に本発明では、移動機構により、光源部を光軸に沿って平行移動させることによってインテグレータ素子に入射する光量を調整可能であるため、極めて簡単かつ無段階で照射光量の調整を精度良く行うことができる。しかも、照射光量の調整を行う際に、発光部に印加する電力を大きく変化させたり、機械的減光フィルタを挿入する必要もないため、発光部の発光スペクトルが変化したり、回折による色収差が生じてスペクトル変化の生じることがない。
本発明のソーラシミュレータの一実施形態における構成を概略的に示す図である。 図１のソーラシミュレータにおけるランプユニットの内部構造の一例を概略的に示す軸断面図である。 図１のソーラシミュレータにおける移動機構の構造の一例を概略的に示す図であり、（Ａ）は全体の斜視図、（Ｂ）はアオリ調整ネジ部分のみを示す側面図である。 図１のソーラシミュレータの光源部を移動させた場合の作用を概略的に説明する図である。 本発明のソーラシミュレータの他の実施形態における構成を概略的に示す図である。 図５のソーラシミュレータの光源部を移動させた場合の作用を概略的に説明する図である。 本発明のソーラシミュレータのさらに他の実施形態における構成を概略的に示す図である。 図７のソーラシミュレータの光源部を移動させた場合の作用を概略的に説明する図である。 本発明のソーラシミュレータのまたさらに他の実施形態における構成を概略的に示す図である。 本発明のソーラシミュレータのさらに他の実施形態における構成を概略的に示す図であり、（Ａ）は上面から見た図、（Ｂ）は側面から見た図である。 図１０のソーラシミュレータの配置を示す図であり、（Ａ）は後方から見た図、（Ｂ）は上面から見た図である。
　図１は本発明のソーラシミュレータの一実施形態における構成を概略的に示しており、図２は本実施形態のソーラシミュレータにおけるランプユニットの内部構造の一例を概略的に示しており、図３は本実施形態のソーラシミュレータにおける移動機構の構造の一例を概略的に示しており、図４は本実施形態のソーラシミュレータの光源部を移動させた場合の作用を概略的に説明している。本実施形態は、比較的小面積の太陽電池セルに擬似太陽光を照射するソーラシミュレータに関する。
　図１において、１００は光源部、１０１は反射鏡一体型キセノンショートアークランプユニットからなり、光軸１２０上の焦点１２１に集光する集光光を発生するように構成されたランプユニットである。本実施形態において、光源部１００は、このランプユニット１０１のみで構成されている。
　このランプユニット１０１を備えた光源部１００は、移動機構１１０上に取り付けられており、光軸１２０と平行に機械的に移動可能に構成されている。
　ランプユニット１０１の前面の光軸１２０上には、このランプユニット１０１の出射集光光が合焦される焦点１２１が位置しており、この焦点１２１の前方の光軸１２０上には、順次、第１の凸レンズ素子１３０及び第２の凸レンズ素子１４０が同軸に固定配置されている。第２の凸レンズ素子１４０の前方の光軸１２０上には、インテグレータ素子１５０が同軸に固定配置されており、このインテグレータ素子１５０の前方の光軸１２０上には、コリメーションレンズ素子１６０が同軸に固定配置されている。コリメーションレンズ素子１６０の前方の光軸１２０上には、図示されていないが、例えば太陽電池セル表面である照射面が配置される。
　なお、図１においては、光軸１２０が直線状に示されているが、光軸１２０の途中に、（例えば、インテグレータ素子１５０の後に）反射ミラーを設けることにより、光軸１２０の方向を９０度変換させた、よりコンパクトなソーラシミュレータを提供することも可能である。例えば、ランプユニット１０１を備えた光源部１００を水平に配置し、光軸１２０の方向を下方に９０度変換して太陽電池セルに上方から照射するように構成することも可能である。
　ランプユニット１０１は、図２に示すように、セラミック材料による反射鏡部材１０１ａと、この反射鏡部材１０１ａの前面に設けられた例えばサファイア材料による透明窓部材１０１ｂと、反射鏡部材１０１ａ及び透明窓部材１０１ｂによって囲まれて密封形成されており、数気圧の高圧キセノンガスが封入されているランプ室１０１ｃと、ランプ室１０１ｃ内に先端が設けられたタングステン材料によるアノード１０１ｄと、ランプ室１０１ｃ内に設けられた先鋭端がアノード１０１ｄの先端に対向しているカソード１０１ｅと、カソード１０１ｅを固定支持するカソード支持部材１０１ｆとを備えている。
　アノード１０１ｄ及びカソード１０１ｅは、光軸１２０上において短い間隙で先端が互いに対向するように配置され、反射鏡部材１０１ａに一体化されている。これらアノード１０１ｄ及びカソード１０１ｅ間に電圧が印加され、キセノンショートアークが生成されることにより、このショートアーク部分が発光部１０１ｇとなる。
　反射鏡部材１０１ａの内側表面は楕円の軸断面を有する反射鏡１０１ｈとなっており、この楕円軸断面形状の反射鏡１０１ｈの楕円焦点にショートアークによる発光部１０１ｇが位置するように構成されている。このように、このランプユニット１０１においては、発光部１０１ｇ及び反射鏡１０１ｈ間の位置関係が固定されているため、発光部１０１ｇの軸出し作業が不要となる。さらに、反射鏡１０１ｈの楕円焦点に発光部１０１ｇが配置されているため、反射鏡１０１ｈによって反射され、前面に出射される光は、焦点１２１に集光することとなる。
　なお、このような集光型のランプユニット１０１は、エクセリタス社より、ＣＥＲＭＡＸ（登録商標）ランプとして市販されている。
　移動機構１１０は、図３（Ａ）に示すように、ランプユニット１０１の底面に固着されて形成されたランプユニットベース１０２が複数の固定ネジ１０３によって固定されているベース１１０ａと、このベース１１０ａが上面に固着されている１つ又は複数の光学ベンチ用キャリア１１０ｂと、この光学ベンチ用キャリア１１０ｂが光軸方向にスライド移動可能に係合している光学ベンチ１１０ｃと、光学ベンチ１１０ｃに対する光学ベンチ用キャリア１１０ｂの移動をロック可能なクランプ用つまみ１１０ｄと、ベース１１０ａに対するランプユニットベース１０２の距離を調整してランプユニット１０１の光軸１２０の方向を微調整するための複数のアオリ調整ネジ１０４とを備えている。
　ランプユニットベース１０２及びベース１１０ａは厚さが約１０ｍｍ程度の例えばアルミニウム材料による平板から構成されている。光学ベンチ１１０ｃは大型かつ薄型の例えばアルミニウム材料製の光学ベンチであり、本実施形態では、シグマ光機株式会社のアルミ光学ベンチＯＢＴ-５００ＬＨを用いている。光学ベンチ用キャリア１１０ｂは、光学ベンチ１１０ｃ上を光軸１２０と平行な方向１０５にスライド可能に装着された例えばアルミニウム材料製のキャリアであり、本実施形態では、シグマ光機株式会社のアルミ光学ベンチ用キャリアＣＡＡ-１２０Ｌを２つ直列に並べて用いており、方向１０５への光学ベンチ用キャリア１１０ｂの移動可能距離は約±１００ｍｍである。クランプ用つまみ１１０ｄは、これら２つの光学ベンチ用キャリア１１０ｂのスライド移動をそれぞれロックするためのものである。
　図３（Ａ）に示すように、本実施形態では、ランプユニット１０１の前面側に２つ、後面側に１つ、計３つのアオリ調整ネジ１０４が設けられている。図３（Ｂ）に示すように、これらアオリ調整ネジ１０４を回すことによりその先端をベース１１０ａの上面に当接及び押圧させてベース１１０ａとランプユニットベース１０２と間の距離を調整する。調整が完了した状態で固定ネジ１０３を回すことにより、その状態が固定保持され、これによりランプユニット１０１のアオリが微調整されて光軸１２０の方向が修正される。
　第１の凸レンズ素子１３０は、ランプユニット１０１から出射し焦点１２１に集光した光を略平行光に変換して第２の凸レンズ素子１４０に入射させるように構成されており、第２の凸レンズ素子１４０は、入射した略平行光を若干集光させてインテグレータ素子１５０に入射させるように構成されている。このような構成の光学系において、第２の凸レンズ素子１４０の焦点距離ｆ２は、第１の凸レンズ素子１３０の焦点距離ｆ１より長くなるように設定されており（ｆ２＞ｆ１）、これによって、第１の凸レンズ素子１３０及び第２の凸レンズ素子１４０に入射された光のほとんどがインテグレータ素子１５０に入射されるように構成されている。
　インテグレータ素子１５０は、複眼レンズ（フライアイレンズ）式のインテグレータ光学系であり、この技術分野では周知の光学素子である。このインテグレータ光学系は、複数のレンズにより生成した多数の光源像を位置ずれさせて重畳することにより、均一な光分布を作成するように構成されている。
　コリメーションレンズ素子１６０は、入射光をコリメートするための、この技術分野では周知の光学素子である。
　次に、本実施形態におけるソーラシミュレータの光量調整動作について説明する。
　本実施形態では、出射光が焦点１２１に合焦するように構成された集光型のランプユニット１０１を光軸１２０に沿って無段階に平行移動することにより、第１の凸レンズ素子１３０に入射されてインテグレータ素子１５０に入射する光量を無段階調整する構成となっている。ランプ電流は一定に維持され、変化させていない。
　即ち、図４に示すように、ランプユニット１０１を光軸１２０と平行に後方へ距離Ｌ１だけ移動させてランプユニット１０１′とすると、焦点１２１も距離Ｌ１だけ後退して焦点１２１′となる。これにより、ランプユニット１０１′から出射される光の第１の凸レンズ素子１３０の位置におけるビーム面積Ｓ′は移動前のビーム面積Ｓから拡がり、図４において、ハッチング１７０で示した外周に近い部分の光束が第１の凸レンズ素子１３０に入射しないこととなる。従って、第１の凸レンズ素子１３０に入射され最終的にインテグレータ素子１５０に入射される光量は、面積比Ｓ／Ｓ′に対応した比で減少する。
　このように本実施形態では、ランプユニット１０１の光軸１２０方向の直線移動距離に応じて光量を調整することができる。ランプユニット１０１の直線移動距離は、微小にかつ無段階で精度良く制御可能であるため、光量調整も微小に、しかも無段階に、精度良く調整することができる。また、インテグレータ素子１５０に入射される光の角度が大きく変化しないため、面内分布に変化が生じない。さらに、このような光量調整を行うための構成も直線移動のみの制御であるため、非常に簡易である。さらにまた、光量調整を行う際にランプに印加される電力を変化させていないため、スペクトル変化を起こすこともない。またさらに、従来のソーラシミュレータから光源部１００と移動機構１１０とを変更するのみで、インテグレータ素子とコリメーションレンズ素子とからなる基本光学系を変えずに対応できるため、平行光である出力光を簡単に得ることが可能である。
　光源部１００としては、軸出し機構及び別個の反射鏡が不要となるため、その意味からも大幅なコストダウンが可能である。さらに、発光部と反射鏡とが一体化されて軸出し調整済みであることから、発光部の軸出し作業が不要となる。このため、ランプ交換時等に煩雑な軸出し作業を行う必要がないので手間が掛からない。
　もちろん、絞り及びリングのような機械的減光フィルタを使用していないので、構成を簡略化でき、均一性の悪化や光の干渉による色ムラ発生に基づくスペクトル変化も全く生じない。
　図５は本発明のソーラシミュレータの他の実施形態における構成を概略的に示しており、図６は本実施形態のソーラシミュレータの光源部を移動させた場合の作用を概略的に説明している。本実施形態も、比較的小面積の太陽電池セルに擬似太陽光を照射するソーラシミュレータに関する。
　図５において、２００は光源部、２０１は反射鏡一体型キセノンショートアークランプユニットからなり、光軸２２０に沿った平行光を発生するように構成されたランプユニット、２０２はランプユニット２０１の前面に取り付けられており、第１の凸レンズ素子２０２ａを備えた集光レンズユニットである。本実施形態において、光源部２００は、ランプユニット２０１と、集光レンズユニット２０２とで構成されている。
　ランプユニット２０１及び集光レンズユニット２０２を備えた光源部２００は、移動機構２１０上に取り付けられており、光軸２２０と平行に機械的に移動可能に構成されている。
　ランプユニット２０１の前方の光軸２２０上には、このランプユニット２０１から出射される平行光が集光レンズユニット２０２によって集光光となり、その出射集光光が合焦される焦点２２１が位置している。この焦点２２１の前方の光軸２２０上には、第２の凸レンズ素子２３０が同軸に固定配置されている。この第２の凸レンズ素子２３０の前方の光軸２２０上には、インテグレータ素子２５０が同軸に固定配置されており、このインテグレータ素子２５０の前方の光軸２２０上には、コリメーションレンズ素子２６０が同軸に固定配置されている。コリメーションレンズ素子２６０の前方の光軸２２０上には、図示されていないが、例えば太陽電池セル表面である照射面が配置される。
　なお、図５においては、光軸２２０が直線状に示されているが、光軸２２０の途中に、（例えば、インテグレータ素子２５０の後に）反射ミラーを設けることにより、光軸２２０の方向を９０度変換させた、よりコンパクトなソーラシミュレータを提供することも可能である。例えば、ランプユニット２０１を備えた光源部２００を水平に配置し、光軸２２０の方向を下方に９０度変換して太陽電池セルに上方から照射するように構成することも可能である。
　ランプユニット２０１の構成は、図２に示したものと、反射鏡の断面形状を除いて基本的に同じである。反射鏡は、本実施形態では、その内側表面が放物線の軸断面形状を有しており、その放物線焦点にショートアークによる発光部が位置するように構成されている。このランプユニット２０１においても、発光部及び反射鏡間の位置関係が固定されているため、発光部の軸出し作業が不要となる。さらに、反射鏡の放物線焦点に発光部が配置されているため、反射鏡によって反射され、前面に出射される光は、平行光となる。
　なお、このような平行光型のランプユニット２０１も、エクセリタス社より、ＣＥＲＭＡＸ（登録商標）ランプとして市販されている。
　集光レンズユニット２０２は、ランプユニット２０１に対して一体的に固着されており、このランプユニット２０１から出射される平行光を受光して焦点２２１に合焦する集光光に変換する第１の凸レンズ素子２０２ａが光軸２２０上に同軸に配置されている。
　移動機構２１０の構成は、図３に示したものと同様であり、ランプユニット２０１及び集光レンズユニット２０２を光軸２２０に沿ってスライド移動できるように構成されている。
　第２の凸レンズ素子２３０は、集光レンズユニット２０２から出射し焦点２２１に集光した光を平行光よりは若干集光した光に変換してインテグレータ素子２５０に入射させるように構成されている。このような構成の光学系において、第２の凸レンズ素子２３０の焦点距離ｆ２は、第１の凸レンズ素子２０２ａの焦点距離ｆ１より短くなるように設定されており（ｆ２＜ｆ１）、これによって、第２の凸レンズ素子２３０に入射された光が平行光を通り越して若干集光した光となりそのほとんどがインテグレータ素子２５０に入射されるように構成されている。なお、第２の凸レンズ素子２３０に代えて、図１の実施形態に示したような２つの凸レンズ素子の組み合わせを用いても良いことは明らかである。
　インテグレータ素子２５０は、複眼レンズ（フライアイレンズ）式のインテグレータ光学系であり、この技術分野では周知の光学素子である。このインテグレータ光学系は、複数のレンズにより生成した多数の光源像を位置ずれさせて重畳することにより、均一な光分布を作成するように構成されている。
　コリメーションレンズ素子２６０は、入射光をコリメートするための、この技術分野では周知の光学素子である。
　次に、本実施形態におけるソーラシミュレータの光量調整動作について説明する。
　本実施形態では、出射光が平行光となるように構成された平行光型のランプユニット２０１と、その出射平行光を焦点２２１に合焦する集光レンズユニット２０２とからなる光源部２００を光軸２２０に沿って無段階に平行移動することにより、第２の凸レンズ素子２３０を介してインテグレータ素子２５０に入射する光量を無段階調整する構成となっている。ランプ電流は一定に維持され、変化させていない。
　即ち、図６に示すように、ランプユニット２０１及び集光レンズユニット２０２を共に光軸２２０と平行に前方へ距離Ｌ２だけ移動させてランプユニット２０１′及び第１の凸レンズ素子２０２ａ′とすると、焦点２２１も距離Ｌ２だけ前進して焦点２２１′となる。これにより、ランプユニット２０１′から出射される光のインテグレータ素子２５０の位置におけるビーム面積は移動前のビーム面積から拡がり、その外周に近い部分の光束がインテグレータ素子２５０に入射しないこととなり、このインテグレータ素子２５０に入射される光量は、面積比に対応した比で減少する。
　このように本実施形態では、ランプユニット２０１及び集光レンズユニット２０２の光軸２２０方向の直線移動距離に応じて光量を調整することができる。ランプユニット２０１及び集光レンズユニット２０２の直線移動距離は、微小にかつ無段階で精度良く制御可能であるため、光量調整も微小に、しかも無段階に、精度良く調整することができる。また、インテグレータ素子２５０に入射される光の角度が大きく変化しないため、面内分布に変化が生じない。さらに、このような光量調整を行うための構成も直線移動のみの制御であるため、非常に簡易である。さらにまた、光量調整を行う際にランプに印加される電力を変化させていないため、スペクトル変化を起こすこともない。またさらに、従来のソーラシミュレータから光源部２００と移動機構２１０とを変更するのみで、インテグレータ素子とコリメーションレンズ素子とからなる基本光学系を変えずに対応できるため、平行光である出力光を簡単に得ることが可能である。
　また、光源部２００としては、軸出し機構及び別個の反射鏡が不要となるため、その意味からも大幅なコストダウンが可能である。さらに、発光部と反射鏡とが一体化されて軸出し調整済みであることから、発光部の軸出し作業が不要となる。このため、ランプ交換時等に煩雑な軸出し作業を行う必要がないので手間が掛からない。
　もちろん、絞り及びリングのような機械的減光フィルタを使用していないので、均一性の悪化や光の干渉による色ムラ発生に基づくスペクトル変化も全く生じない。
　図７は本発明のソーラシミュレータのさらに他の実施形態における構成を概略的に示しており、図８は本実施形態のソーラシミュレータの光源部を移動させた場合の作用を概略的に説明している。本実施形態も、比較的小面積の太陽電池セルに擬似太陽光を照射するソーラシミュレータに関する。
　図７において、３００は光源部、３０１は反射鏡一体型キセノンショートアークランプユニットからなり、光軸３２０に沿った平行光を発生するように構成されたランプユニット、３０２はランプユニット３０１の前面に取り付けられており、凹レンズ素子３０２ａを備えた散光レンズユニットである。本実施形態において、光源部３００は、ランプユニット３０１と、散光レンズユニット３０２とで構成されている。
　ランプユニット３０１及び散光レンズユニット３０２を備えた光源部３００は、移動機構３１０上に取り付けられており、光軸３２０と平行に機械的に移動可能に構成されている。
　ランプユニット３０１の前方の光軸３２０上には、このランプユニット３０１から出射される平行光が散光レンズユニット３０２によって図示しない焦点から発したように散光され、その出射散光光が入射される凸レンズ素子３３０が同軸に固定配置されている。この凸レンズ素子３３０の前方の光軸３２０上には、インテグレータ素子３５０が同軸に固定配置されており、このインテグレータ素子３５０の前方の光軸３２０上には、コリメーションレンズ素子３６０が同軸に固定配置されている。コリメーションレンズ素子３６０の前方の光軸３２０上には、図示されていないが、例えば太陽電池セル表面である照射面が配置される。
　なお、図７においては、光軸３２０が直線状に示されているが、光軸３２０の途中に、（例えば、インテグレータ素子３５０の後に）反射ミラーを設けることにより、光軸３２０の方向を９０度変換させた、よりコンパクトなソーラシミュレータを提供することも可能である。例えば、ランプユニット３０１を備えた光源部３００を水平に配置し、光軸３２０の方向を下方に９０度変換して太陽電池セルに上方から照射するように構成することも可能である。
　ランプユニット３０１の構成は、図２に示したものと、反射鏡の断面形状を除いて基本的に同じである。反射鏡は、本実施形態では、その内側表面が放物線の軸断面形状を有しており、その放物線焦点にショートアークによる発光部が位置するように構成されている。このランプユニット３０１においても、発光部及び反射鏡間の位置関係が固定されているため、発光部の軸出し作業が不要となる。さらに、反射鏡の放物線焦点に発光部が配置されているため、反射鏡によって反射され、前面に出射される光は、平行光となる。
　なお、このような平行光型のランプユニット３０１も、エクセリタス社より、ＣＥＲＭＡＸ（登録商標）ランプとして市販されている。
　散光レンズユニット３０２は、ランプユニット３０１に対して一体的に固着されており、このランプユニット３０１から出射される平行光を受光して図示しない焦点から発した散光光に変換する凹レンズ素子３０２ａが光軸３２０上に同軸に配置されている。
　移動機構３１０の構成は、図３に示したものと同様であり、ランプユニット３０１及び散光レンズユニット３０２を光軸３２０に沿ってスライド移動できるように構成されている。
　凸レンズ素子３３０は、散光レンズユニット３０２から出射した散光光を平行光よりは若干集光した光に変換してインテグレータ素子３５０に入射させるように構成されている。
　インテグレータ素子３５０は、複眼レンズ（フライアイレンズ）式のインテグレータ光学系であり、この技術分野では周知の光学素子である。このインテグレータ光学系は、複数のレンズにより生成した多数の光源像を位置ずれさせて重畳することにより、均一な光分布を作成するように構成されている。
　コリメーションレンズ素子３６０は、入射光をコリメートするための、この技術分野では周知の光学素子である。
　次に、本実施形態におけるソーラシミュレータの光量調整動作について説明する。
　本実施形態では、出射光が平行光となるように構成された平行光型のランプユニット３０１と、その出射平行光を散光光に変換する散光レンズユニット３０２とからなる光源部３００を光軸３２０に沿って無段階に平行移動することにより、凸レンズ素子３３０を介してインテグレータ素子３５０に入射する光量を無段階調整する構成となっている。ランプ電流は一定に維持され、変化させていない。
　即ち、図８に示すように、ランプユニット３０１及び散光レンズユニット３０２を共に光軸３２０と平行に前方へ距離Ｌ３だけ移動させてランプユニット３０１′及び凹レンズ素子３０２ａ′とすると、ランプユニット３０１′から出射される光のインテグレータ素子３５０の位置におけるビーム面積は移動前のビーム面積から拡がり、その外周に近い部分の光束がインテグレータ素子３５０に入射しないこととなり、このインテグレータ素子３５０に入射される光量は、面積比に対応した比で減少する。
　このように本実施形態では、ランプユニット３０１及び散光レンズユニット３０２の光軸３２０方向の直線移動距離に応じて光量を調整することができる。ランプユニット３０１及び散光レンズユニット３０２の直線移動距離は、微小にかつ無段階で精度良く制御可能であるため、光量調整も微小に、しかも無段階に、精度良く調整することができる。また、インテグレータ素子３５０に入射される光の角度が大きく変化しないため、面内分布に変化が生じない。さらに、このような光量調整を行うための構成も直線移動のみの制御であるため、非常に簡易である。さらにまた、光量調整を行う際にランプに印加される電力を変化させていないため、スペクトル変化を起こすこともない。またさらに、従来のソーラシミュレータから光源部３００と移動機構３１０とを変更するのみで、インテグレータ素子とコリメーションレンズ素子とからなる基本光学系を変えずに対応できるため、平行光である出力光を簡単に得ることが可能である。
　また、光源部３００としては、軸出し機構及び別個の反射鏡が不要となるため、その意味からも大幅なコストダウンが可能である。さらに、発光部と反射鏡とが一体化されて軸出し調整済みであることから、発光部の軸出し作業が不要となる。このため、ランプ交換時等に煩雑な軸出し作業を行う必要がないので手間が掛からない。
　もちろん、絞り及びリングのような機械的減光フィルタを使用していないので、構成を簡略化でき、均一性の悪化や光の干渉による色ムラ発生に基づくスペクトル変化も全く生じない。
　図９は本発明のソーラシミュレータのまたさらに他の実施形態における構成を概略的に示している。本実施形態も、比較的小面積の太陽電池セルに擬似太陽光を照射するソーラシミュレータに関する。
　図９において、４００は光源部、４０１は反射鏡一体型キセノンショートアークランプユニットからなり、光軸４２０に沿った平行光を発生するように構成されたランプユニット、４０２はランプユニット４０１より前方に位置していると共に、このランプユニット４０１とは独立して移動可能であり、凹レンズ素子４０２ａを備えた散光レンズユニットである。本実施形態において、光源部４００は、ランプユニット４０１と、散光レンズユニット４０２とで構成されている。
　光源部４００のうち、ランプユニット４０１は固定支持機構４１０上に取り付けられている。光源部４００のうち、散光レンズユニット４０２は移動機構４７０上に取り付けられており、光軸４２０と平行に機械的に移動可能に構成されている。
　ランプユニット４０１の前方の光軸４２０上には、このランプユニット４０１から出射される平行光が散光レンズユニット４０２によって図示しない焦点から発したように散光され、その出射散光光が入射される凸レンズ素子４３０が同軸に固定配置されている。この凸レンズ素子４３０の前方の光軸４２０上には、インテグレータ素子４５０が同軸に固定配置されており、このインテグレータ素子４５０の前方の光軸４２０上には、コリメーションレンズ素子４６０が同軸に固定配置されている。コリメーションレンズ素子４６０の前方の光軸４２０上には、図示されていないが、例えば太陽電池セル表面である照射面が配置される。
　なお、図９においては、光軸４２０が直線状に示されているが、光軸４２０の途中に、（例えば、インテグレータ素子４５０の後に）反射ミラーを設けることにより、光軸４２０の方向を９０度変換させた、よりコンパクトなソーラシミュレータを提供することも可能である。例えば、ランプユニット４０１を備えた光源部４００を水平に配置し、光軸４２０の方向を下方に９０度変換して太陽電池セルに上方から照射するように構成することも可能である。
　ランプユニット４０１の構成は、図２に示したものと、反射鏡の断面形状を除いて基本的に同じである。反射鏡は、本実施形態では、その内側表面が放物線の軸断面形状を有しており、その放物線焦点にショートアークによる発光部が位置するように構成されている。このランプユニット４０１においても、発光部及び反射鏡間の位置関係が固定されているため、発光部の軸出し作業が不要となる。さらに、反射鏡の放物線焦点に発光部が配置されているため、反射鏡によって反射され、前面に出射される光は、平行光となる。
　なお、このような平行光型のランプユニット４０１も、エクセリタス社より、ＣＥＲＭＡＸ（登録商標）ランプとして市販されている。
　散光レンズユニット４０２は、ランプユニット４０１とは別個に形成されており、移動可能となっている。この散光レンズユニット４０２には、ランプユニット４０１から出射される平行光を受光して図示しない焦点から発した散光光に変換する凹レンズ素子４０２ａが光軸４２０上に同軸に配置されている。
　固定支持機構４１０は、本実施形態では、図３に示したものと同様の構成の移動機構を用い、軸方向のスライド移動を固定して使用している。従って、図３（Ｂ）に示すアオリ調整ネジ（１０４）を回すことによりその先端をベース（１１０ａ）の上面に当接及び押圧させてベース（１１０ａ）とランプユニットベース（１０２）と間の距離を調整することができ、調整が完了した状態で固定ネジ（１０３）を回すことにより、その状態が固定保持され、これによりランプユニット４０１のアオリが微調整されて光軸４２０の方向を修正することができる。
　移動機構４７０は、散光レンズユニット４０２のみを光軸４２０に沿ってスライド移動できるように構成されており、散光レンズユニット４０２が固定されているベース４７０ａと、このベース４７０ａが上面に固着されている光学ベンチ用キャリア４７０ｂと、この光学ベンチ用キャリア４７０ｂが光軸方向にスライド移動可能に係合している光学ベンチ４７０ｃと、光学ベンチ４７０ｃに対する光学ベンチ用キャリア４７０ｂの移動をロック可能なクランプ用つまみ４７０ｄとを備えている。
　ベース４７０ａは厚さが約１０ｍｍ程度の例えばアルミニウム材料による平板から構成されている。光学ベンチ４７０ｃは大型かつ薄型の例えばアルミニウム材料製の光学ベンチであり、本実施形態では、シグマ光機株式会社のアルミ光学ベンチＯＢＴ-５００ＬＨを用いている。光学ベンチ用キャリア４７０ｂは、光学ベンチ４７０ｃ上を光軸４２０と平行な方向にスライド可能に装着された例えばアルミニウム材料製のキャリアであり、本実施形態では、シグマ光機株式会社のアルミ光学ベンチ用キャリアＣＡＡ-１２０Ｌを用いており、光軸方向への光学ベンチ用キャリア４７０ｂの移動可能距離は約±１００ｍｍである。クランプ用つまみ４７０ｄは、光学ベンチ用キャリア４７０ｂのスライド移動をそれぞれロックするためのものである。
　凸レンズ素子４３０は、散光レンズユニット４０２から出射した散光光を平行光よりは若干集光した光に変換してインテグレータ素子４５０に入射させるように構成されている。
　インテグレータ素子４５０は、複眼レンズ（フライアイレンズ）式のインテグレータ光学系であり、この技術分野では周知の光学素子である。このインテグレータ光学系は、複数のレンズにより生成した多数の光源像を位置ずれさせて重畳することにより、均一な光分布を作成するように構成されている。
　コリメーションレンズ素子４６０は、入射光をコリメートするための、この技術分野では周知の光学素子である。
　次に、本実施形態におけるソーラシミュレータの光量調整動作について説明する。
　本実施形態では、出射光が平行光となるように構成された平行光型のランプユニット４０１からのその出射平行光を散光光に変換する散光レンズユニット４０２を光軸４２０に沿って無段階に平行移動することにより、凸レンズ素子４３０を介してインテグレータ素子４５０に入射する光量を無段階調整する構成となっている。ランプ電流は一定に維持され、変化させていない。
　即ち、ランプユニット４０１は静止させておき、散光レンズユニット４０２のみを光軸４２０と平行に前方へ移動させると、ランプユニット４０２から出射される光のインテグレータ素子４５０の位置におけるビーム面積は移動前のビーム面積から拡がり、その外周に近い部分の光束がインテグレータ素子４５０に入射しないこととなり、このインテグレータ素子４５０に入射される光量は、面積比に対応した比で減少する。
　このように本実施形態では、散光レンズユニット４０２の光軸４２０方向の直線移動距離に応じて光量を調整することができる。散光レンズユニット４０２の直線移動距離は、微小にかつ無段階で精度良く制御可能であるため、光量調整も微小に、しかも無段階に、精度良く調整することができる。また、インテグレータ素子４５０に入射される光の角度が大きく変化しないため、面内分布に変化が生じない。さらに、このような光量調整を行うための構成も直線移動のみの制御であるため、非常に簡易である。さらにまた、光量調整を行う際にランプに印加される電力を変化させていないため、スペクトル変化を起こすこともない。またさらに、従来のソーラシミュレータから光源部４００と散光レンズユニット４０２と移動機構４７０とを変更するのみで、インテグレータ素子とコリメーションレンズ素子とからなる基本光学系を変えずに対応できるため、平行光である出力光を簡単に得ることが可能である。
　また、光源部４００としては、軸出し機構及び別個の反射鏡が不要となるため、その意味からも大幅なコストダウンが可能である。さらに、発光部と反射鏡とが一体化されて軸出し調整済みであることから、発光部の軸出し作業が不要となる。このため、ランプ交換時等に煩雑な軸出し作業を行う必要がないので手間が掛からない。
　もちろん、絞り及びリングのような機械的減光フィルタを使用していないので、構成を簡略化でき、均一性の悪化や光の干渉による色ムラ発生に基づくスペクトル変化も全く生じない。
　図１０は本発明のソーラシミュレータのさらに他の実施形態における構成を（Ａ）は上面から、（Ｂ）は側面から概略的に示しており、図１１は本実施形態のソーラシミュレータの配置を（Ａ）は後方から、（Ｂ）は上面から示している。本実施形態は、大面積（約１ｍ２以上）の太陽電池セルに擬似太陽光を照射するソーラシミュレータに関する。
　図１０及び図１１において、５００は複数の光源ユニット５０２及び５０３を備えており、大面積用の擬似太陽光を出射する光源側装置、５１０は光源側装置５００から照射される擬似太陽光を受光する受光側装置をそれぞれ示している。
　光源側装置５００は、本実施形態においては、架台５０１上に複数（この例では１８個）の光源ユニット５０２及び５０３が取り付けられており、架台５０１の下部には電源ユニット５０４が設けられている。
　受光側装置５１０は、本実施形態においては、架台５１１上にパネル取り付け部５１２が設けられ、このパネル取り付け部５１２上に光源側装置５００と対向するように太陽電池パネル５２０が固定されている。受光側装置５１０には、さらに、太陽電池パネル５２０に入射する光の強度を検出する光センサ５１３が設けられている。この光センサ５１３の検出出力をフィードバックすることによって、ランプ電力を微小調整して光量の微小調整を行い、太陽電池パネルの全体的な照度値を制御している。ランプ電力のこのような微小調整によれば、照射光のスペクトル分布はほとんど変化しない。
　光源側装置５００の１８個の光源ユニット５０２及び５０３は、図１１（Ａ）に示すように、縦３列及び横３列に配列された９個の第１群の光源ユニット５０２と、縦３列及び横３列に配列された９個の第２群の光源ユニット５０３とから構成されており、これらは図示しない支持枠によって、所定の方向に指向して固定されている。即ち、図１０（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、第１群の光源ユニット５０２はその出射光が単一のインテグレータ素子５０２ａに入射するように指向しており、第２群の光源ユニット５０３はその出射光が単一のインテグレータ素子５０３ａに入射するように指向している。２つのインテグレータ素子５０２ａ及び５０３ａの出射光は、互いに重畳して照射面である太陽電池パネル５２０の表面に照射されるように構成されている。
　光源ユニット５０２及び５０３の各々は、図１、図５、図７又は図９の実施形態における光源部１００、光源部２００、光源部３００又は光源部４００と、移動機構１１０、移動機構２１０、移動機構３１０又は移動機構４７０と、第１の凸レンズ素子１３０及び第２の凸レンズ素子１４０、集光レンズユニット２０２及び第２の凸レンズ素子２３０、散光レンズユニット３０２ａ及び凸レンズ素子３３０、又は散光レンズユニット４０２ａ及び凸レンズ素子４３０とから構成されており、第２の凸レンズ素子１４０、第２の凸レンズ素子２３０、凸レンズ素子３３０又は凸レンズ素子４３０から出射される光がインテグレータ素子５０２ａ及び５０３ａにそれぞれ重畳して入射するように構成されている。インテグレータ素子５０２ａ及び５０３ａの出射光は、互いに重畳して太陽電池パネル５２０の表面に照射される。
　光源ユニット５０２及び５０３の各々の構成及び作用効果については、図１、図５、図７又は図９の実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明は省略する。
　本実施形態においては、大面積の太陽電池パネル５２０として、例えば縦１．７ｍ、横３．３ｍ程度の太陽電池パネルに擬似太陽光を照射する場合を想定しており、この場合、光源側装置５００と受光側装置５１０との距離は約５ｍ程度となる。この場合、９個の第１群の光源ユニット５０２と、９個の第２群の光源ユニット５０３とを用いている。もちろん、単数又は複数の光源ユニット群の組み合わせで、任意の大きさの大面積の太陽電池パネルに擬似太陽光を照射可能なソーラシミュレータを提供可能である。
　このような多数の光源ユニットによって大面積の太陽電池パネル５２０を照射する場合、本実施形態によれば、各光源ユニットからの光量を微小にかつ無段階に、精度良く調整することができるため、非常に均一な照度分布で太陽電池パネル５２０を照射することが可能となる。即ち、面内分布調整時に、各光源ユニットの移動及び指向方向調整により、スペクトル変化が生じない均一性に優れた面内分布調節が可能となる。
　また、従来のソーラシミュレータ（ロングパルス型ソーラシミュレータ）では、例えば、有効面積が２ｍ×２ｍの太陽電池パネルを照射する場合、１２個の５ｋｗキセノンランプを連続点灯しても規定照度の１／３程度の照度しか得られず規定照度を満足できないため、ランプ電流を３倍程度として、これを１ｓｅｃ間流すロングパルス点灯を行うことで規定照度を得ていた。このように５ｋｗキセノンランプを１２個使用した場合、連続点灯時でのランプ消費電力は６０ｋｗとなり、ロングパルス点灯時（３倍のランプ電流）においては１８０ｋｗとなるため、電源装置が非常に高価となるばかりか、多大な消費電力を必要としていた。これに対して、本実施形態のように反射鏡一体型キセノンショートアークランプユニット（２ｋｗ）を使用すれば、同面積の太陽電池パネルを照射する場合、約３０個の連続点灯で規定照度を満足させることができる。もちろん、１ｓｅｃのロングパルス点灯も可能である。この場合、必要とするランプ電力は６０ｋｗであり、従来のロングパルス型ソーラシミュレータのランプ電力である１８０ｋｗの１／３ですむため、電源装置及び消費電力に関して、極めて大幅なコストダウンが可能となる。
　さらに、反射鏡一体型キセノンショートアークランプユニットは反射鏡と発光源とが一体となっているため、５ｋｗのキセノンランプの１／２程度とランプ自体の寸法が小さいため、２倍以上の個数のランプを使用することが可能である。ランプが小型であるため、１つの群における光源ユニットの個数を５～９個とし、各群に１つのインテグレータ素子を設け、これら光源ユニット群を複数個設けることにより、任意の大きさの大面積の連続点灯及びロングパルス点灯が可能である。
　このように本実施形態によれば、任意の大きさの大面積の連続点灯及びロングパルス点灯が可能であり、その場合に必要とされるランプ電力を削減して電源装置及び消費電力を低減化することができる。また、前述の実施形態の場合と同様に、光源部の光軸方向の直線移動距離に応じて光量を調整することができ、この直線移動距離は、微小にかつ無段階で精度良く制御可能であるため、光量調整も微小に、しかも無段階に、精度良く調整することができる。また、インテグレータ素子に入射される光の角度が大きく変化しないように調整可能であるため、面内分布に変化が生じない。さらに、このような光量調整を行うための構成も直線移動のみの制御であるため、非常に簡易である。さらにまた、光量調整を行う際にランプに印加される電力を変化させていないため、スペクトル変化を起こすこともない。
　また、光源部としては、軸出し機構及び別個の反射鏡が不要となるため、その意味からも大幅なコストダウンが可能である。さらに、発光部と反射鏡とが一体化されて軸出し調整済みであることから、発光部の軸出し作業が不要となる。このため、ランプ交換時等に煩雑な軸出し作業を行う必要がないので手間が掛からない。
　もちろん、絞り及びリングのような機械的減光フィルタを使用していないので、構成を簡略化でき、均一性の悪化や光の干渉による色ムラ発生に基づくスペクトル変化も全く生じない。
　以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

Claims (15)

  1. 　発光部及び反射鏡間の位置関係が固定されている反射鏡一体型キセノンアークランプユニットを具備しており、該反射鏡一体型キセノンアークランプユニットからの光に基づいて出力される集光光又は発散光の焦点を光軸上に有する光源部と、該光源部を前記光軸に沿って機械的に平行移動させる移動機構と、前記光源部から出力される集光光又は発散光が集光されて入射し光学的に均一に分布する光を出射するインテグレータ素子とを備えていることを特徴とするソーラシミュレータ。
  2. 　前記インテグレータ素子からの入射光を平行光に変換して出射するコリメーションレンズ素子をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のソーラシミュレータ。
  3. 　前記移動機構が、前記光軸に沿って移動軸が配置された光学ベンチと、前記光学部を固定載置しており、前記移動軸方向にスライド移動可能に前記光学ベンチに係合している光学ベンチ用キャリアとを備えていることを特徴とする請求項１に記載のソーラシミュレータ。
  4. 　前記反射鏡一体型キセノンアークランプユニット自体が前記焦点に向かって集光する集光光を出射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のソーラシミュレータ。
  5. 　前記焦点を通過した集光光が入射する第１の凸レンズ素子をさらに備えており、該第１の凸レンズ素子から出射される光が前記インテグレータ素子に導かれるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のソーラシミュレータ。
  6. 　前記第１の凸レンズ素子から出射される光が入射し、該第１の凸レンズ素子の焦点距離ｆ１より長い焦点距離ｆ２を有する第２の凸レンズ素子をさらに備えており、該第２の凸レンズ素子から出射される光が前記インテグレータ素子に入射されるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のソーラシミュレータ。
  7. 　前記反射鏡一体型キセノンアークランプユニットの前記反射鏡は、キセノンショートアークによる前記発光部が楕円焦点に配置された楕円形状の軸断面を有する反射鏡であることを特徴とする請求項４に記載のソーラシミュレータ。
  8. 　前記反射鏡一体型キセノンアークランプユニットは前記光軸に沿った平行光を出射するように構成されており、前記光源部は該平行光を入射して前記焦点に集光する光を出射する第１の凸レンズ素子を備えていることを特徴とする請求項１に記載のソーラシミュレータ。
  9. 　前記第１の凸レンズ素子によって集光されて前記焦点を通過した光が入射し、該第１の凸レンズ素子の焦点距離ｆ１′より短い焦点距離ｆ２′を有する第２の凸レンズ素子をさらに備えており、該第２の凸レンズ素子から出射される光が前記インテグレータ素子に入射されるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載のソーラシミュレータ。
  10. 　前記反射鏡一体型キセノンアークランプユニットは前記光軸に沿った平行光を出射するように構成されており、前記光源部は該平行光を入射して前記焦点から発散する光を出射する凹レンズ素子を備えていることを特徴とする請求項１に記載のソーラシミュレータ。
  11. 　前記凹レンズ素子によって発散された光が入射する凸レンズ素子をさらに備えており、該凸レンズ素子から出射される光が前記インテグレータ素子に入射されるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のソーラシミュレータ。
  12. 　前記移動機構は、前記凹レンズ素子のみを前記光軸に沿って機械的に平行移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のソーラシミュレータ。
  13. 　前記反射鏡一体型キセノンアークランプユニットの前記反射鏡は、キセノンショートアークによる前記発光部が放物線焦点に配置された放物線形状の軸断面を有する反射鏡であることを特徴とする請求項８に記載のソーラシミュレータ。
  14. 　前記インテグレータ素子が、複数のレンズにより生成した多数の光源像を位置ずれさせて重畳することにより均一な光分布を作成する複眼レンズ式のインテグレータ素子であることを特徴とする請求項１に記載のソーラシミュレータ。
  15. 　複数の前記光源部と、複数の該光源部をそれぞれの光軸に沿って機械的にそれぞれ平行移動させる複数の移動機構とを備えており、前記インテグレータ素子は、複数の前記光源部から出力される集光光又は発散光が集光されて入射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のソーラシミュレータ。
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