(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光を照射する第１の光源と、
前記第１の光の透過率を調整する第１の光学フィルター部と、
前記第１の光とは異なる分光分布を有する第２の光を照射する第２の光源と、
前記第２の光の透過率を調整する第２の光学フィルター部と、
前記第１の光学フィルター部で調整された前記第１の光と前記第２の光学フィルター部で調整された前記第２の光とを合成することにより擬似太陽光を出射する光混合部と、
前記光混合部から出射された前記擬似太陽光を入射させて導光する導光部材と、
前記導光部材に入射した前記擬似太陽光を、当該導光部材の照射面から被照射体に向けて取り出す光取り出し部と、を備えた擬似太陽光照射装置であって、
前記光混合部にて合成された前記第１の光と前記第２の光とが混在する波長領域において、前記第１の光学フィルター部および前記第２の光学フィルター部は、透過率が９６％〜９８％となるような透過特性を有することを特徴とする擬似太陽光照射装置。
【請求項２】
前記第１の光源の照射スペクトルの照度が、前記光混合部から出射される擬似太陽光のスペクトルにおける、前記第１の光と前記第２の光とが混在する波長領域よりも長波長側の波長領域にて、前記第１の光源のピーク波長の照度に対する照度低下が１０％以内であるように、前記第１の光源の照射スペクトルを制御することを特徴とする請求項１に記載の擬似太陽光照射装置。
【請求項３】
前記第１の光学フィルター部は、少なくとも１つ以上の光学フィルターを含み、
前記光学フィルターは、前記第１の光と前記第２の光とが混在する波長領域における透過率が波長によらず９６％〜９８％であり、当該波長領域よりも長波長側の波長領域における透過率が波長に応じて変化することを特徴とする請求項２に記載の擬似太陽光照射装置。
【請求項４】
前記第１の光学フィルター部は、異なる透過特性を有する２つ以上の光学フィルターを含み、
１つの光学フィルターが、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域において、当該波長領域以外の波長領域における透過率よりも低い透過率を有していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の擬似太陽光照射装置。
【請求項５】
前記第１の光に指向性を付与する第１の指向性付与部と、
前記第２の光に指向性を付与する第２の指向性付与部と、を更に備えており、
前記第１の光学フィルター部は、前記第１の指向性付与部にて指向性が付与された前記第１の光の透過率を調整し、
前記第２の光学フィルター部は、前記第２の指向性付与部にて指向性が付与された前記第２の光の透過率を調整することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の擬似太陽光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似太陽光を照射面に照射する擬似太陽光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、クリーンなエネルギー源としての重要性が認められ、その需要が高まりつつある。太陽電池の利用分野は、大型機器類のパワーエネルギー源から、精密な電子機器類の小型電源まで、多岐に渡っている。
【０００３】
太陽電池が様々な分野で広く利用されるには、太陽電池の特性、とりわけ、太陽電池の発電量などの出力特性が正確に測定されなければならない。出力特性が正確に測定されなければ、太陽電池の使用に際して様々な不都合が予測されるためである。そのため、太陽電池の検査、測定および実験に利用可能な、高精度の擬似太陽光を大面積に照射できる技術の開発が求められている。
【０００４】
擬似太陽光に求められる主要な要素は、その擬似太陽光のスペクトルが基準太陽光（日本工業規格により制定：ＪＩＳ  Ｃ８９４１）に近いこと、および擬似太陽光の照度が基準太陽光と同程度であることとである。
【０００５】
そこで、このような擬似太陽光を照射するための装置として、擬似太陽光照射装置が開発されている。この擬似太陽光照射装置は、一般的に太陽電池の受光面に均一な照度の人工光（擬似太陽光）を照射して、太陽電池の発電量などの出力特性を測定するために使用される。
【０００６】
このような擬似太陽光照射装置に関して、例えば、特許文献１には、擬似太陽光照射装置の照度ムラを調整する技術が開示されている。具体的には、特許文献１に開示された擬似太陽光照射装置（ソーラーシュミレータ）は、ハロゲンランプとキセノンランプとを備え、ランプごとに配置された反射板によって、各ランプから出射された光を、太陽電池が設置された方向に向かって反射することで、擬似太陽光照射装置の照度ムラを調整している。また、この装置には、太陽電池と反射板との間に擬似太陽光のスペクトルを形成するための光学フィルタが設けられ、これによって、照度ムラが調整された擬似太陽光を、太陽電池に照射する擬似太陽光照射装置を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−４８７０４号公報（２００２年０２月１５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の擬似太陽光照射装置は、スペクトル合致度が低いという問題がある。その理由を以下に説明する。
【０００９】
太陽電池に擬似太陽光を照射した際、太陽電池に受光されずに、太陽電池の表面などで擬似太陽光照射装置側に反射した光（以下、反射光と称する）が生じる。この反射光が、擬似太陽光照射装置から照射された、太陽電池の出力特性を測定するための擬似太陽光に混入して、再度、太陽電池に照射された場合、太陽電池は、当該反射光を含んだ擬似太陽光を受光するため、反射光の混入分だけ太陽電池の発電量が増加する。すなわち、太陽電池は、実際の出力特性以上の値を示すことになり、測定された太陽電池の出力特性に誤差が生じていた。
【００１０】
更に、２種類の光源の出射光を重ね合わせて基準太陽光を生成する場合、スペクトル合致度を広い波長領域、例えば多接合太陽電池用のソーラーシミュレータのスペクトルに関する規格（波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍ、波長領域として５０ｎｍ単位で分割）において高精度に調整するには、境界波長（例えば、波長７００ｎｍ）よりも長波長領域における成分の制御が重要になる。しかし特許文献１に記載の技術では、太陽電池モジュールに照射される光にのうち、波長７００ｎｍよりも長波長領域の光にキセノンランプからの光も混在する。そのため、境界波長より長波長領域でのスペクトル制御が難しくなる。この結果、長波長側の波長領域では、擬似太陽光と基準太陽光とのスペクトルの差が大きくなる。よって、従来の擬似太陽光照射装置は、スペクトル合致度が低くなるといった問題がある。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スペクトル合致度の高い擬似太陽光を照射することのできる擬似太陽光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、第１の光を照射する第１の光源と、前記第１の光の透過率を調整する第１の光学フィルター部と、前記第１の光とは異なる分光分布を有する第２の光を照射する第２の光源と、前記第２の光の透過率を調整する第２の光学フィルター部と、前記第１の光学フィルター部で調整された前記第１の光と前記第２の光学フィルター部で調整された前記第２の光とを合成することにより擬似太陽光を出射する光混合部と、前記光混合部から出射された前記擬似太陽光を入射させて導光する導光部材と、前記導光部材に入射した前記擬似太陽光を、当該導光部材の照射面から被照射体に向けて取り出す光取り出し部と、を備えた擬似太陽光照射装置であって、前記光混合部にて合成された前記第１の光と前記第２の光とが混在する波長領域において、前記第１の光学フィルター部および前記第２の光学フィルター部は、透過率が略一定となるような透過特性を有することを特徴としている。
【００１３】
第１の光源から照射された第１の光と第２の光源から照射された第２の光とが混在する波長領域では、第１の光および第２の光それぞれに対して光混合部で選択される光の割合が大きく変化する。そのため、当該波長領域においては、光混合部から出射される擬似太陽光のスペクトルが大きく変化する場合がある。しかし、上記構成によれば、第１の光学フィルター部および第２の光学フィルター部は、当該波長領域における透過率が略一定になるような透過特性を有している。そのため、当該波長領域におけるスペクトルの変動、特に光学フィルターへの入射角の違いによる変動を減らすことができる。さらに、第１の光学フィルター部および第２の光学フィルター部が光の透過率を調整する際に、第１の光源および第２の光源の光量バランスを制御するだけでも、擬似太陽光照射装置は、スペクトルを制御できるようになる。これにより、擬似太陽光照射装置は、被照射体に照射された擬似太陽光のスペクトルの合致度（基準太陽光と擬似太陽光とのスペクトルのズレ）を高めることができる。
【００１４】
なお、上記の構成において、透過率が略一定であるとは、透過率が所定の範囲内であることを指している。ここで、当該所定の範囲は、上記擬似太陽光照射装置により提供される擬似太陽光が所望のスペクトルとなるよう予め定めておくことができる（以下同様）。
【００１５】
また、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、前記第１の光源の照射スペクトルの照度が、前記第１の光と前記第２の光とが混在する波長領域よりも長波長側の波長領域にて、略一定となるように、前記第１の光源の照射スペクトルを制御することが好ましい。
【００１６】
前記第１の光と前記第２の光とが混在する波長領域よりも長波長側の波長領域は、スペクトル変化が大きい。しかし、上記構成によれば、当該長波長側の波長領域において、基準太陽光とのスペクトルを合致させる場合に、第１の光源の照射スペクトルが安定した一定値に近づくため、擬似太陽光の照射スペクトルと基準太陽光のスペクトルとのスペクトル合致度を合わせ込む際の誤差要因がさらに低減される。よって、擬似太陽光照射装置は、当該長波長側の波長領域でのスペクトルを制御しやすくなる。また、擬似太陽光のスペクトルの合致度も高くなる。
【００１７】
なお、上記の構成において、照度が略一定であるとは、照度が所定の範囲内であることを指している。ここで、当該所定の範囲は、上記擬似太陽光照射装置により提供される擬似太陽光が所望のスペクトルとなるよう予め定めておくことができる（以下同様）。
【００１８】
また、本発明に係る擬似太陽光照射装置における前記第１の光学フィルター部は、少なくとも１つ以上の光学フィルターを含み、前記光学フィルターは、前記第１の光と前記第２の光とが混在する波長領域における透過率が波長によらず略一定であり、当該波長領域よりも長波長側の波長領域における透過率が波長に応じて変化することが好ましい。
【００１９】
第１の光学フィルター部の透過率が波長に応じて大きく変化する波長領域は、照射スペクトルの放射照度の変動範囲が小さい波長領域（平坦部）と略同じ領域である。ここで、照射スペクトルの放射照度の変動範囲が小さい波長領域とは、第１の光源の照射スペクトルが安定した一定値である領域、つまり、光混合部にて合成された第１の光と第２の光とが混在する波長領域よりも長波長側の領域である。当該長波長側の領域において、第１の光源の照射スペクトルが安定した一定値であるため、当該領域における照射スペクトルの制御は、第１の光学フィルター部の透過率制御のみで可能となる。
【００２０】
そのため、基準太陽光のスペクトル変化が大きな波長領域でも、擬似太陽光照射装置は、照射スペクトルの制御性を向上させることができ、スペクトル合致度もより高精度に制御することができる。
【００２１】
また、本発明に係る擬似太陽光照射装置における前記第１の光学フィルター部は、異なる透過特性を有する２つ以上の光学フィルターを含み、１つの光学フィルターが、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域において、当該波長領域以外の波長領域における透過率よりも低い透過率を有していることが好ましい。
【００２２】
基準太陽光は、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域において、スペクトルが大きく低下している。そのため、当該波長領域では、基準太陽光とのスペクトル合致度の合わせ込みが難しい。上記構成によれば、基準太陽光へのスペクトル合致度の合わせ込みが難しい波長領域９００ｎｍ〜１０００ｎｍにおいて、照射スペクトルの大きな低下に対応し、かつ、その他の波長領域への影響を抑制した透過特性を有する光学フィルターを用いることができため、光学フィルター部での透過率の制御性が高まり、結果としてスペクトル合致度が高くなる。
【００２３】
また、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、前記第１の光に指向性を付与する第１の指向性付与部と、前記第２の光に指向性を付与する第２の指向性付与部と、を更に備えており、前記第１の光学フィルター部は、前記第１の指向性付与部にて指向性が付与された前記第１の光の透過率を調整し、前記第２の光学フィルター部は、前記第２の指向性付与部にて指向性が付与された前記第２の光の透過率を調整することが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、第１および第２の光学フィルター部への入射指向性を高めることになる。そのため、第１および第２の光学フィルター部への入射角度の違いによる透過率変化を大幅に抑制でき、第１および第２の光学フィルター部による透過率制御と照射スペクトルの変化の相関がさらに強まる。したがって、スペクトル合致度の制御性がさらに向上する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る擬似太陽光照射装置は、第１の光を照射する第１の光源と、前記第１の光の透過率を調整する第１の光学フィルター部と、前記第１の光とは異なる分光分布を有する第２の光を照射する第２の光源と、前記第２の光の透過率を調整する第２の光学フィルター部と、前記第１の光学フィルター部で調整された前記第１の光と前記第２の光学フィルター部で調整された前記第２の光とを合成することにより擬似太陽光を出射する光混合部と、前記光混合部から出射された前記擬似太陽光を入射させて導光する導光部材と、前記導光部材に入射した前記擬似太陽光を、当該導光部材の照射面から被照射体に向けて取り出す光取り出し部と、を備えた擬似太陽光照射装置であって、前記光混合部にて合成された前記第１の光と前記第２の光とが混在する波長領域において、前記第１の光学フィルター部および前記第２の光学フィルター部は、透過率が略一定となるような透過特性を有することを特徴としている。
【００２６】
したがって、擬似太陽光照射装置は、スペクトルを制御しやすくなり、被照射体に照射された擬似太陽光のスペクトルの合致度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の概略構成を他の例を示す側面図である。
【図３】図１の擬似太陽光照射装置における光導入部の一部を示す図である。
【図４】図１の擬似太陽光照射装置における光学フィルター部の構成例を示す図である。
【図５】基準太陽光のスペクトルを示すグラフである。
【図６】図１の擬似太陽光照射装置における光混合部の透過特性を示すグラフである。
【図７】図１の擬似太陽光照射装置におけるハロゲンランプ側の光学フィルター部の透過特性を示すグラフである。
【図８】（ａ）は、ハロゲンランプ（赤外光域用）およびキセノンランプ（可視光域用）の照射スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は、ハロゲンランプの照射スペクトルを示すグラフである。
【図９】本発明のさらに別の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の要部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
〔実施形態１〕
本発明に係る太陽光照明装置に関する実施の形態（実施形態１）について、図面に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態では、本発明に係る擬似太陽光照明装置を用いて、被照射体である太陽電池パネルまたは太陽電池モジュール（以下、太陽電池と称する）に、擬似太陽光を照射する場合について説明する。
【００２９】
（擬似太陽光照射装置１００の構成）
まず、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置１００の構成について図２を参照して説明する。本実施形態に係る擬似太陽光照射装置１００は、太陽電池２０の出力特性を測定するために、太陽電池２０に対して擬似太陽光を照射するものである。なお、擬似太陽光とは、人工光の一種であり、自然光（太陽光）のスペクトルに限りなく近似したスペクトルを有する光である。
【００３０】
図２は、本発明の実施の形態に係る擬似太陽光照射装置１００の概略構成を示す図である。なお、図２では、太陽電池２０を保持するための保持部材等を省略して図示している。
【００３１】
擬似太陽光照射装置１００は、光屈折部材（プリズムシート）７と、導光部材８と、光取り出し部（光取り出し手段）９と、光導入部１０ａ、１０ｂと、を備えている。擬似太陽光照射装置１００は、導光部材８の照射面（上面）から擬似太陽光（図中矢印）を、太陽電池等の被照射体（図２においては、太陽電池２０）に向けて出射する。以下、擬似太陽光照射装置１００について詳細に説明する。なお、以下の説明では導光部材８の照射面側を上方、照射面と逆側（裏側）を下方とする。
【００３２】
導光部材８は、互いに対向して配置された光導入部１０a、１０ｂの間に設けられている。導光部材８は、光導入部１０ａ、１０ｂから導光部材８の両側面に照射される擬似太陽光を、入射させ導光する。導光部材８は、導光した擬似太陽光を導光部材８の照射面（上面）から照射する。
【００３３】
光取り出し部９は、導光部材８の下面（裏面）に形成されている。光取り出し部９は、光導入部１０ａ、１０ｂから出射された擬似太陽光を、導光部材８の照射面に取り出す。具体的には、光導入部１０ａ、１０ｂから導光部材８に入射した光（擬似太陽光）は、導光部材８の内部を伝搬する。このとき、光取り出し部９に当たった光は、導光部材８の照射対象である太陽電池２０に向けて照射される。これにより、広い面積の照射面から均一に擬似太陽光を照射することが可能となる。光取出し部９は、例えば、導光部材８の表面に印刷等で形成された散乱体であり、印刷パターンの制御により、より容易に光を導光部材から取り出すことができる。このように、散乱体から形成することが可能な光取り出し部９は、導光部材８内部を伝搬する擬似太陽光を散乱させて、導光部材８の照射面へ導くことができる。また、散乱体の配置パターンを変更・調整すれば、擬似太陽光の照度ムラを調整することもできる。
【００３４】
光屈折部材（プリズムシート）７は、導光部材８の照射面（上面）側に配置されている。光屈折部材７は、光の屈折効果により、導光部材８の照射面に対して垂直な方向に近くなるように、導光部材８から出た光の照射方向を制御している。
【００３５】
光導入部１０ａ、１０ｂは、導光部材８の両側面に配置されている。擬似太陽光照射装置１００では、光導入部１０ａ、１０ｂが、導光部材８の両端に擬似太陽光を出射する。そのため、より多くの光量（照度）の擬似太陽光を導光部材８の照射面から出射することができる。なお、光導入部１０ａ、１０ｂは、導光部材８の両端に設ける必要はなく、導光部材８の一方の端部にのみ設けられていてもよい。なお、光導入部１０ｂの光学部品構成は、光導入部１０ａの構成と同一である。そのため、ここでは、光導入部１０ａの構成についてのみ説明する。
【００３６】
図２に示されるように、光導入部１０ａは、光源（第１の光源）１、反射鏡２、光学フィルター部（第１の光学フィルター部）４、光混合部（波長選択ミラー、波長選択手段）５、光学フィルター部（第２の光学フィルター部）６、光源（第２の光源）１１および反射鏡１２を備えている。
【００３７】
光導入部１０ａは、光源１からの光の透過成分と光源１１からの光の反射成分とを光混合部５で合成することにより、擬似太陽光を生成し、当該擬似太陽光を導光部材８の端面（入射面）に照射する。
【００３８】
光源１および光源１１は、擬似太陽光を生成するために必要なスペクトル分布を有する光（第１の光、第２の光）を照射する光源である。光源１および光源１１は、例えば、キセノンランプ（可視光域用）、あるいはハロゲンランプ（赤外光域用）などが用いられるがこれに限定されない。光源１１は、光源１から照射される光（第１の光）とは異なる分光分布を有する光（第２の光）を照射するものであればよい。本実施形態では、光源１および光源１１として棒状光源を用いているが、この形状に限らず、例えば点光源等でも構わない。
【００３９】
光源１は、光学フィルター部４への出射方向以外が、反射鏡２に包囲されている。これにより、光源１から出射される光のうち、光学フィルター部４に向かわない光が反射鏡２で反射し、光学フィルター部４に向かって出射する。
【００４０】
同様に、光源１１は、光学フィルター部６への出射方向以外が、反射鏡１２に包囲されている。これにより、光源１１から出射される光のうち、光学フィルター部６に向かわない光が反射鏡１２で反射し、光学フィルター部６に向かって出射する。
【００４１】
光学フィルター部４、６は、それぞれ、光源１、１１から出射された光の透過率を調整する光学素子である。光学フィルター部４、６は、通常エアマスフィルターとも呼ばれる。光学フィルター部４、６によってスペクトル調整された光は、光混合部５にそれぞれ入射する。
【００４２】
光混合部５は、波長選択の機能を有する。つまり、光混合部５は、光源１および光源１１から放射される光から擬似太陽光に必要な光（スペクトル）を選択（抽出）すると共に、選択された光を合成（混合）して擬似太陽光を出射する。
【００４３】
なお、本実施形態では、光源１としてハロゲンランプ、光源１１としてキセノンランプを用いており、光混合部５には、波長選択のための境界波長が設定されている波長選択ミラーを用いる。光源１がハロゲンランプの場合、光混合部（波長選択ミラー）５は、境界波長（波長選択ミラーの透過、反射の特性の境界となる波長）として設定される波長よりも長波長側の光を透過する一方、境界波長よりも短波長側の光を反射する。そして、長波長側の光と短波長側の光とを合成して擬似太陽光を合成する。ここで、光源としてハロゲンランプおよびキセノンランプを用い、これらの光成分を光混合部５で合成した場合、境界波長は、キセノンランプの発光スペクトルの輝線成分が少なくなるように、６００ｎｍ〜７００ｎｍに選ぶのが好ましい。
【００４４】
（擬似太陽光照射装置１０１の構成）
次に、図１を参照して、太陽電池２０に照射される擬似太陽光のスペクトル分布を、擬似太陽光照射装置１００より、更に実際の太陽光に近いものにするために、光源１および光源１１から出射された光に指向性を付与する部材を備えた擬似太陽光照射装置１０１について説明を行う。図１は、擬似太陽光照射装置１０１の概略構成を示す側面図である。なお、図１では、太陽電池２０を保持するための保持部材等を省略して図示している。また、説明の便宜上、図２の擬似太陽光照射装置１００と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４５】
擬似太陽光照射装置１０１は、光屈折部材（プリズムシート）７と、導光部材８と、光取り出し部（光取り出し手段）９と、光導入部３０ａ、３０ｂと、を備えている。
【００４６】
光導入部３０ａ、３０ｂは、導光部材８の両側面に配置されている。擬似太陽光照射装置１０１では、光導入部３０ａ、３０ｂが、導光部材８の両端に擬似太陽光を出射する。そのため、より多くの光量（照度）の擬似太陽光を導光部材８の照射面から出射することができる。なお、光導入部３０ａ、３０ｂは、導光部材８の両端に設ける必要はなく、導光部材８の一方の端部にのみ設けられていてもよい。なお、光導入部３０ｂの光学部品構成は、光導入部３０ａの構成と同一である。そのため、ここでは、光導入部３０ａの構成についてのみ説明する。
【００４７】
図１に示されるように、光導入部３０ａは、光源（第１の光源）１、テーパカプラ（第１の指向性付与部）３、光学フィルター部（第１の光学フィルター部）４、光混合部（波長選択ミラー、波長選択手段）５、光学フィルター部（第２の光学フィルター部）６、光源（第２の光源）１１、テーパカプラ（第２の指向性付与部）１３、集光素子（第１の指向性付与部）１４、集光素子（第２の指向性付与部）１５、反射部材１６ａ、１６ｂ、および反射部材１７ａ、１７ｂを備えている。
【００４８】
光導入部３０ａは、光源１からの光の透過成分と光源１１からの光の反射成分とを光混合部５で合成することにより、擬似太陽光を生成し、当該擬似太陽光を導光部材８の端面（入射面）に照射する。
【００４９】
集光素子１４は、光源１から出射された光を集めて、テーパカプラ３に向けて反射させるものである。集光素子１４は、光源１のテーパカプラ３への出射方向以外を包囲するように設けられている。これにより、光源１から出射される光のうち、テーパカプラ３に向かわない光が集光素子１４で反射し、テーパカプラ３に向かって出射する。集光素子１４には、例えば、楕円ミラー、放物面ミラーなどが用いられる。
【００５０】
テーパカプラ３は、光導入部３０ａに設けられた光学素子である。テーパカプラ３は、光源１と光学フィルター部４との間に設けられている。テーパカプラ３の一方の端部は、光源１と近接して配置され、他方の端部は光学フィルター部４に近接して配置されている。
【００５１】
反射部材１６ａ、１６ｂは、集光素子１４に装着され、テーパカプラ３の入射面を包囲している。これにより、光源１からテーパカプラ３に向かって出射され、入射面に入射されなかった光が反射部材１６ａ、１６ｂで反射する。反射した光は、集光素子１４で反射し、再度テーパカプラ３に向かって出射する。したがって光源１からの出力光が有効に利用される。
【００５２】
集光素子１５は、光源１１から出射された光を集めて、テーパカプラ１３に向けて反射させるものである。集光素子１５は、光源１１のテーパカプラ１３への出射方向以外を包囲するように設けられている。これにより、光源１１から出射される光のうち、テーパカプラ１３に向かわない光が集光素子１５で反射し、テーパカプラ１３に向かって出射する。集光素子１５には、例えば、楕円ミラー、放物面ミラーなどが用いられる。
【００５３】
テーパカプラ１３は、光導入部３０ａに設けられた光学素子である。テーパカプラ１３は、光源１１と光学フィルター部６との間に設けられている。テーパカプラ１３の一方の端部は、光源１１と近接して配置され、他方の端部は光学フィルター部６に近接して配置されている。
【００５４】
反射部材１７ａ、１７ｂは、集光素子１５に装着され、テーパカプラ１３の入射面を包囲している。これにより、光源１１からテーパカプラ１３に向かって出射され、入射面に入射されなかった光が反射部材１７ａ、１７ｂで反射する。反射した光は、集光素子１５で反射し、再度テーパカプラ１３に向かって出射する。したがって光源１１からの出力光が有効に利用される。
【００５５】
図１に示すように、テーパカプラ３、１３は、テーパカプラ３から出射される光（光源１からの光）の出射方向（ｘ軸方向）と、テーパカプラ１３から出射される光（光源１１からの光）の出射方向（ｙ軸方向）との成す角が９０°になるように配置されている。
【００５６】
光学フィルター部４、６は、それぞれテーパカプラ３、１３の出射面に近接して設けられている。光学フィルター部４、６は、それぞれ光源１、１１から出射された光の透過率を調整する光学素子である。光学フィルター部４、６によってスペクトル調整された光は、光混合部５にそれぞれ入射する。
【００５７】
光学フィルター部４、６には、後述する指向性の改善原理（指向性の付与）により、指向性の高い光が入射する。光源（ハロゲンランプ）１の出射光をスペクトル調整する際、または、光源（キセノンランプ）１１の出射光をスペクトル調整する際、光学フィルター部４、６への入射角度範囲が制限されることで、光学フィルター部４、６は、スペクトル調整性能が向上する。つまり、光学フィルター部４、６による透過率制御と照射スペクトルの変化の相関がさらに強まる。結果として、光源（ハロゲンランプ）１、光源（キセノンランプ）１１のそれぞれの光学フィルター部４、６の出射光を合成して得られる擬似太陽光に対してのスペクトル合致度の制御性を、大幅に改善（スペクトル合致度がＪＩＳ規格でのＭＳ級まで向上）することができる。
【００５８】
（指向性の改善原理）
光源１から出力された光は集光素子１４によって、放射指向性が制御され、図１におけるｘｙ面の指向性を付与（指向性が改善）される。この指向性の改善原理について図１、および図３を用いて説明する。
【００５９】
図１において、紙面の奥行き方向をｙ軸とする。本実施形態において、集光素子１４を、例えば楕円ミラーとすると、楕円ミラーの楕円面の焦点に光が集まることにより、光源１からの光は、集光素子１４による集光時の集光角の分だけの指向性を有する。さらに、反射部材１６ａ、１６ｂは、テーパカプラ３に入射せずに導光部材８に入るような指向性の悪い光を除去すると共に、光源１から出射されテーパカプラ３に入射しなかった光を反射する。反射部材１６ａ、１６ｂで反射された光は、集光素子１４で再び反射してテーパカプラ３に入射する。
【００６０】
また、光源１から出力された光は、テーパカプラ３によっても放射指向性が制御される。これにより、テーパカプラ３を出た光は図１のｘｚ面の指向性が付与される。
【００６１】
図３は、擬似太陽光照射装置１０１における光導入部３０ａの一部を示す図である。つまり、光導入部３０ａを図１のＺ方向から見た上面図である。
【００６２】
図３に示すように、テーパカプラ３は、対向する一対の面がテーパ形状（台形形状）になっている。テーパカプラ１３も同一形状である。すなわち、テーパカプラ３、１３の入射面から出射面に向かって、テーパカプラ３、１３の幅（断面積）が徐々に増加する。このような構造によって、光源１、１１から出力された光は、テーパカプラ３、１３の側面で反射を繰り返すうちに、指向性（放射角）が改善される。これにより、テーパカプラ３、１３の出射面に略垂直な方向に指向性が揃った（放射角が制御された）光が、テーパカプラ３、１３の出射面から出射される。なお、テーパカプラ３、１３から出射される光の放射角は、テーパカプラ３、１３の側面の傾斜角とテーパカプラ３、１３における光の進行方向の長さとによって、制御される。
【００６３】
なお、図１および図３の擬似太陽光照射装置１０１において、光源１がハロゲンランプで、光源１１がキセノンランプの場合、光混合部（波長選択ミラー）５は、境界波長（波長選択ミラーの透過、反射の特性の境界となる波長）として設定される波長よりも長波長側の光を透過する一方、境界波長よりも短波長側の光を反射する。ここで、光源としてハロゲンランプおよびキセノンランプを用い、これらの光成分を光混合部５で合成した場合、境界波長は、キセノンランプの発光スペクトルの輝線成分が少なくなるよう、６００ｎｍ〜７００ｎｍに選ぶのが好ましい。
【００６４】
（光学フィルター部４、６について）
図１の擬似太陽光照射装置１０１は、各光源に対して１枚のフィルターで構成された光学フィルター部４、６を備えている。しかし、光学フィルター部４、６は、複数枚のフィルターで構成されていてもよい。図４は、擬似太陽光照射装置１０１における光導入部３０ａの光学フィルター部４の構成を示す図である。また、図５は、基準太陽光のスペクトルを示すグラフである。
【００６５】
本実施形態における擬似太陽光照射装置１０１では、図４に示すように、光学フィルター部４が複数枚（図４では２枚の光学フィルター４ａ、４ｂ）で構成されている。このように、光学フィルター部４であれば、より細かな波長体でのスペクトル調整が可能となる。したがって、このような光学フィルター部４を有する擬似太陽光照射装置１０１では、光源（キセノンランプ）１１側に配置される光学フィルター部６を通過した光と、光源（ハロゲンランプ）１側に配置された光学フィルター部４を通過した光を、光混合部５で合成することにより、図５に示すような基準太陽光により類似したスペクトル分布を有する擬似太陽光を生成することができる。
【００６６】
また、光混合部５は、境界波長を波長６５０ｎｍとしたとき、当該境界波長を境にして、光源（ハロゲンランプ）１の長波長側の光を透過し、光源（キセノンランプ）１１の短波長側の光を反射して光合成（光混合）を行う。ハロゲンランプからの出力光は、擬似太陽光に必要な長波長側の成分を多く含み、キセノンランプからの出力光は、擬似太陽光に必要な短波長側の成分を多く含む。そのため、光混合部５は、境界波長未満の光を反射する一方、境界波長以上の光を透過する。
【００６７】
図６は、光混合部５の透過特性を示すグラフである。図６において、横軸は光の波長を示し、縦軸は反射率（％）を示す。図６に示すように、光混合部５は、図６に示すように、境界波長の±５０ｎｍの範囲（つまり、６００ｎｍ〜７００ｎｍ）において光の反射率が大きく変化する。つまり、光の透過率が大きく変化する。つまり、光混合部５にて合成された光のうち、波長領域６００ｎｍ〜７００ｎｍの光には、光源１からの光と、光源１１からの光との両方が存在する（混在する）。
【００６８】
図７は、本実施形態における光源（ハロゲンランプ）１側の光学フィルター部４の透過特性を示すグラフである。図７に示すように、本実施形態における光学フィルター部４は、境界波長の±５０ｎｍの範囲（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）における光の透過率が略一定（図７においては、約９６％〜９８％）になるような透過特性を有している。この透過率が略一定であるとは、透過率が所定の範囲内にあることを示す。当該所定の範囲とは、擬似太陽光照射装置１０１により提供される擬似太陽光が所望のスペクトルとなるように予め定められた範囲である。なお、光学フィルター部６についても同様の透過特性を有している。
【００６９】
このように、光混合部５にて合成された光源１からの光および光源１１からの光が混在する波長領域（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）では、光学フィルター部４、６は、透過率が略一定となるような透過特性を有している。光混合部５にて合成された光源１からの光および光源１１からの光が混在する波長領域（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）では、図６に示すように光混合部５で選択される光の割合が大きく変化する。そのため、当該波長領域においては、光混合部５から出射される擬似太陽光のスペクトルが大きく変化する場合がある。しかし、光学フィルター部４、６が、当該波長領域における透過率が略一定になるような透過特性を有していることにより、当該波長領域におけるスペクトルの変動、特に光学フィルターへの入射角の違いによる変動を減らすことができる。そのため、擬似太陽光として照射されるスペクトルは、光源１および光源１１が持つ放射スペクトルと、光混合部５の透過特性、反射特性とによってほぼ決定される。そのため、擬似太陽光照射装置１０１は、スペクトルを制御しやすくなる。
【００７０】
さらに、光学フィルター部４、６がスペクトル分布を調整する際に、光源１および光源１１の光量バランスを制御するだけでも、擬似太陽光照射装置１０１は、スペクトルを制御できるようになる。これにより、擬似太陽光照射装置１０１は、太陽電池２０に照射された擬似太陽光のスペクトルの合致度（基準太陽光と擬似太陽光とのスペクトルのズレ）を合わせ込みやすくなる。ここで、光源１および光源１１の光量バランスの制御は、当該擬似太陽光照射装置１０１が行ってもよいし、擬似太陽光照射装置１０１とは別の装置またはユーザが行ってもよい。
【００７１】
また、光源１がハロゲンランプの場合には、光源１が使用する波長帯、発光時の付加定格電圧、フィラメントの形状（太さや長さ）により、ハロゲンランプの放射スペクトルが変化する。
【００７２】
具体的には、ハロゲンランプの放射照度のピーク位置は図８（ａ）の太線に示すように変化する。図８（ａ）は、ハロゲンランプ（赤外光域用）およびキセノンランプ（可視光域用）の照射（発光）スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は、ハロゲンランプの照射スペクトルを示すグラフである。本実施形態においては、波長領域７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲において、光源の放射照度がある程度一定になるようにハロゲンランプの放射スペクトルを決める。本実施形態では、図８（ｂ）にて示すように、光源（ハロゲンランプ）１の放射スペクトルのピーク波長を９００ｎｍとしている。また、本実施形態における光源１の放射スペクトルのピーク波長付近では、放射スペクトルの波長依存性が小さい。つまり、図８（ｂ）に示すように波長領域７００ｎｍ〜１１００ｎｍにおいて、ピーク（波長９００ｎｍのときの照度）に対する照度低下は１０％以内である。これを、波長領域７００ｎｍ〜１１００ｎｍにおける平均値からの差分で見ると、±５％以内と変動範囲としては小さい。そのため、この波長領域（７００ｎｍ〜１１００ｎｍ）を、光源１の照射スペクトルの放射照度が略一定の波長領域と見なすことができる。このように、光源１の照射スペクトルの放射照度は、光混合部５にて合成された光源１からの光および光源１１からの光が混在する波長領域（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）よりも長波長側の領域（７００ｎｍ〜１１００ｎｍ）にて、略一定となる。
【００７３】
ここで、波長領域（７００ｎｍ〜１１００ｎｍ）において、擬似太陽光の照射スペクトルは、（ハロゲンランプの照射スペクトル）×（光学フィルター部４の透過率）＝（擬似太陽光の照射スペクトル）で表すことができる。スペクトル変化が大きい長波長領域（７００ｎｍ〜１１００ｎｍ）において、基準太陽光とのスペクトルを合致させる場合に、ハロゲンランプの照射スペクトルが安定した一定値に近づくため、擬似太陽光の照射スペクトルと基準太陽光のスペクトルとのスペクトル合致度を合わせ込む際の誤差要因がさらに低減される。よって、擬似太陽光照射装置１０１は、波長領域（７００ｎｍ〜１１００ｎｍ）でのスペクトルを制御しやすくなる。また、太陽電池２０に照射された擬似太陽光のスペクトルの合致度も高くなる。
【００７４】
本実施形態で使用する光学フィルター部４の透過特性を図７に示したが、光学フィルター部４は、波長領域７００ｎｍ〜１１００ｎｍにおいて、その透過特性を、基準太陽光のスペクトルに合わせて変化させている。
【００７５】
図７に示す光源１のハロゲンランプ用の光学フィルター部４の透過特性において、透過率が波長に応じて変化する波長領域は、図８（ｂ）に示すようなハロゲンランプの照射スペクトルの放射照度の平坦部（波長領域７００ｎｍ〜１１００ｎｍ）とほぼ同じ波長領域となっている。よって、波長領域７００ｎｍ〜１１００ｎｍでのスペクトル制御は、波長領域７００ｎｍ〜１１００ｎｍでの光学フィルター部４の透過率制御のみで可能となる。
【００７６】
このように、ハロゲンランプ用の光学フィルター部４は、光混合部５にて合成された光源１からの光および光源１１からの光が混在する波長領域（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）における透過率が波長によらず略一定であり、当該波長領域よりも長波長側の波長領域（７００ｎｍ〜１１００ｎｍ）における透過率が波長に応じて変化するような光学フィルターを少なくとも１つ以上含んでいる。
【００７７】
上記構成によれば、基準太陽光のスペクトル変化が大きな赤外波長領域でも、擬似太陽光照射装置１０１は、照射スペクトルの制御性を向上させることができ、スペクトル合致度もより高精度に制御することができる。
【００７８】
また、図５に示すように、基準太陽光は、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域において、スペクトルが大きく低下している。そのため、当該波長領域では、基準太陽光とのスペクトル合致度の合わせ込みが難しい。
【００７９】
そこで、図４のように、光学フィルター部４が異なる透過特性を有する２つ以上（例えば、光学フィルター４ａ、４ｂの２つ）の光学フィルターで構成されている場合、当該波長領域でのみ透過率を調整可能な１つの光学フィルターを有することが好ましい。つまり、１つの光学フィルター（例えば、光学フィルター４ｂ）は、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域において、当該波長領域以外の波長領域における透過率よりも低い透過率を有していることが好ましい。
【００８０】
例えば、光学フィルター４ｂは、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域において、当該波長領域の透過率の最大値が５０％以下に設定され、波長領域９００ｎｍ〜１０００ｎｍ以外の波長領域の透過率を、略１００％に設定されている。
【００８１】
このような光学フィルター４ｂを用いることにより、基準太陽光へのスペクトル合致度の合わせ込みが難しい波長領域９００ｎｍ〜１０００ｎｍで、更に透過率を調整することができ、結果としてスペクトル合致度を改善できる。
【００８２】
〔実施形態２〕
本発明に係るさらに他の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明の擬似太陽光照射装置を測定すべき対象の太陽電池に合わせて、照射範囲を広げるための構成を示す。図９は、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置１０２の要部構成を示す図である。
【００８３】
図９に示すように、擬似太陽光照射装置１０２では、図１に示す構成の擬似太陽光照射装置１０１を８列並べた構成により、モジュール全体を測定できるように、照射可能な範囲を広げている。
【００８４】
具体的には、図９に示すように、擬似太陽光照射装置１０１における導光部材８が、複数（図９では８枚）の導光部材６０ａ…６０ｈに分割されている。さらに、各導光部材６０ａ…６０ｈに対し、擬似太陽光照射装置１０１における光導入部３０ａ，３０ｂに対応する複数（図９では、４つのユニット）の光導入部６１ａ〜６４ａ，…６１ｈ〜６４ｈが設けられている。本実施形態では、一光路の幅を２２５ｍｍとしおり、導光部材の全長１２００ｍｍとしている。これにより、最大１２００ｍｍ×１８００ｍｍの擬似太陽光の照射範囲を有している。
【００８５】
擬似太陽光照射装置１０２では、導光部材８を複数の導光部材６０ａ…６０ｈに分割することによって、導光部材６０ａ…６０ｈ全体としての投入光量を高めることができる。また、擬似太陽光照射装置１０２では、複数の光導入部６１ａ〜６４ａを１つの導光部材６０ａに設けることによって、光量増加を確保することができる。
【００８６】
さらに、導光部材６０ａ…６０ｈを同等な照度で照射できる照射部配置とすることで、照度ムラなどを拡大することなく、照射範囲を広げることができる。よって、形成されるスペクトル合致度も照射範囲全体で高めることもできる。
【００８７】
〔補足〕
なお、本発明は、以下のように表現することもできる。
【００８８】
〔１〕第１の光源と、第１の光源の出射光の透過率を調整する第１の光学フィルター部、第２の光源と、第２の光源の出射光の透過率を調整する第２の光学フィルター部及び第１の光学フィルター部の出射光と、第２の光学フィルター部の出射光とを混合する光混合部と、前記光混合部を出射した光を導入する導光部材と、前記導光部材に設けられ、かつ前記導光部材から光を照射するための光取り出し部を有しており、前記光混合部で合成された第１の光源の出射光と第２の光源の出射光とが混在する波長領域において、第１の光学フィルター部の透過特性、及び第２の光学フィルター部の透過特性が透過率略一定の透過特性を示すことを特徴とする擬似太陽光照射装置。
【００８９】
〔２〕前記第２の光源の照射スペクトルの照度が略一定の波長領域を有しており、前記照度が略一定の波長領域が、前記第１の光源の光と、第２の光源の光とが混在する波長領域より長波長側になるよう前記第２の光源が発光制御されることを特徴とする上記〔１〕に記載の擬似太陽光照射装置。
【００９０】
〔３〕前記第２の光学フィルター部が、前記第１の光源の光と、第２の光源の光とが混在する波長領域において、その透過率が略一定であり、かつ、前記第２の光源の照射スペクトルの照度が略一定の波長領域においては透過率が変動する光学フィルターを少なくとも１種以上含むよう構成されていることを特徴とする上記〔１〕または〔２〕に記載の擬似太陽光照射装置。
【００９１】
〔４〕前記第２の光学フィルター部が異なる透過特性の２種以上の光学フィルターで構成され、かつ、１つの光学フィルターが波長900nm-1000nmの波長領域だけで透過率が低下することを特徴とする上記〔１〕から〔３〕の何れかに記載の擬似太陽光照射装置。
【００９２】
〔５〕前記第１の光源の出射光を、前期第１の光源の出射光に指向性を付与する第１の指向性付与手段を介して前記第１の光学フィルター部に入射させ、かつ  前記第２の光源の出射光を、前期第２の光源の出射光に指向性を付与する第２の指向性付与手段を介して前記第２の光学フィルター部に、入射させることを特徴とする上記〔１〕から〔４〕の何れかに記載の擬似太陽光照射装置。
【００９３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、太陽電池の検査、測定、および実験に好適に利用することができる。また、化粧品、塗料、接着剤、各種材料の退色および耐光試験にも利用することができる。さらに、光触媒の検査および実験、ならびに自然光を必要とするその他の各種実験にも利用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１  光源（第１の光源、ハロゲンランプ）
２  反射鏡
３  テーパカプラ（第１の指向性付与部）
４  光学フィルター部（第１の光学フィルター部）
４ａ，４ｂ  光学フィルター
５  光混合部（波長選択ミラー、波長選択手段）
６  光学フィルター部（第２の光学フィルター部）
７  光屈折部材（プリズムシート）
８  導光部材
９  光取り出し部（光取り出し手段）
１０ａ，１０ｂ  光導入部
１１  光源（第２の光源、キセノンランプ）
１２  反射鏡
１３  テーパカプラ（第２の指向性付与部）
１４  集光素子（第１の指向性付与部）
１５  集光素子（第２の指向性付与部）
１６ａ，１６ｂ  反射部材
１７ａ，１７ｂ  反射部材
２０  太陽電池（被照射体）
３０ａ，３０ｂ  光導入部
１００  擬似太陽光照射装置
１０１  擬似太陽光照射装置
１０２  擬似太陽光照射装置
【図１】
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【図２】
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【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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