(57)【要約】【課題】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であり、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。【解決手段】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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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又は２に記載のソーラシミュレータ。
【請求項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から３のいずれか１項に記載のソーラシミュレータ。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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から６のいずれか１項に記載のソーラシミュレータ。
【請求項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から３のいずれか１項に記載のソーラシミュレータ。
【請求項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。
【請求項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から３のいずれか１項に記載のソーラシミュレータ。
【請求項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。
【請求項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又は１１に記載のソーラシミュレータ。
【請求項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から１２のいずれか１項に記載のソーラシミュレータ。
【請求項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から１３のいずれか１項に記載のソーラシミュレータ。
【請求項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から１４のいずれか１項に記載のソーラシミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３１１０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【発明の効果】
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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２】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３】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４】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。
【図５】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６】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。
【図７】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８】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。
【図９】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。
【図１０】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１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【符号の説明】
【０１２０】
１００、２００、３００、４００  光源部
１０１、１０１′、２０１、２０１′、３０１、３０１′、４０１  ランプユニット
１０１ａ  反射鏡部材
１０１ｂ  透明窓部材
１０１ｃ  ランプ室
１０１ｄ  アノード
１０１ｅ  カソード
１０１ｆ  カソード支持部材
１０１ｇ  発光部
１０１ｈ  反射鏡
１０２  ランプユニットベース
１０３  固定ネジ
１０４  アオリ調整ネジ
１０５  平行な方向
１１０、２１０、３１０、４１０、４７０  移動機構
１１０ａ  ベース
１１０ｂ  光学ベンチ用キャリア
１１０ｃ  光学ベンチ
１１０ｄ  クランプ用つまみ
１２０、２２０、３２０、４２０  光軸
１２１、１２１′、２２１、２２１′  焦点
１３０、２０２ａ、２０２ａ′  第１の凸レンズ素子
１４０、２３０  第２の凸レンズ素子
１５０、２５０、３５０、４５０、５０２ａ、５０３ａ  インテグレータ素子
１６０、２６０、３６０、４６０  コリメーションレンズ素子
２０２  集光レンズユニット
３０２、４０２  散乱光レンズユニット
３０２ａ、３０２ａ′、４０２ａ  凹レンズ素子
３３０、４３０  凸レンズ素子
５００  光源側装置
５０１、５１１  架台
５０２、５０３  光源ユニット
５０４  電源ユニット
５１０  受光側装置
５１２  パネル取り付け部
５１３  光センサ
５２０  太陽電池パネル
【図１】
2014053098.tif 000003
【図２】
2014053098.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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