(57)【要約】【課題】フィルタ交換の煩わしさがなく、光強度変化に光のスペクトル分布を伴わせないソーラシミュレータを提供する。【解決手段】第１発光体（２０）とスペクトル分布が異なる第２の発光体（３０）のそれぞれに連続的または段階的にフィルタ特性を変化させることのできるフィルタ構造（２２，３２）と、連続的または段階的に絞り値を変化させることのできる光量絞り構造（２４，３４）と、これらを通過した光を合成するインテグレータ（１５）と、を設けてソーラシミュレータ（１）を構成する。フィルタ交換を不要とし、光強度変化にスペクトル分布の変化が伴わない。【選択図】図２
2011222655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光する発光系と、前記光を投射する光学系と、を備えるソーラシミュレータにおいて、
前記発光系は、第１の光を発光する第１発光体と、前記第１の光とはスペクトル分布が異なる第２の光を発光する第２発光体を備え、
前記光学系は、前記第１の光を補正するための第１光学フィルタ構造と、前記第２の光を補正するための第２光学フィルタ構造と、前記第１光学フィルタ構造の前後いずれかに配された第１光量絞り構造と、前記第２光学フィルタ構造の前後いずれかに配された第２光量絞り構造と、それぞれ補正および光量絞りされた前記第１の光および第２の光を合成するインテグレータと、を備え、
前記第１および第２フィルタ構造の各々は、連続的または段階的にフィルタ特性を変化させられるように構成され、
前記第１および第２絞り構造の各々は、連続的または段階的に絞り値を変化させられるように構成されている
ことを特徴とするソーラシミュレータ。
【請求項２】
請求項１記載のソーラシミュレータにおいて、
前記第１および第２光学フィルタ構造の各々は、互いにフィルタ特性の異なる複数のフィルタを備え、
前記第１および第２光学フィルタ構造のフィルタ特性各々は、前記複数のフィルタのいずれかを選択使用できるように構成されている
ことを特徴とするソーラシミュレータ。
【請求項３】
請求項１または２記載のソーラシミュレータにおいて、
前記発光系は、前記第１の光および前記第２の光のいずれともスペクトル分布が異なり、かつ相互に異なるスペクトル分布をもった光を発光するｎ（ｎ＝１、２、３、・・・）個の発光体群を、さらに備え、
前記光学系は、前記発光体群のそれぞれに対応したｎ個の光学フィルタ構造群および光量絞り構造群を、さらに備え、
前記光学フィルタ構造群を構成する光学フィルタ各々は、連続的または段階的にフィルタ特性を変化させられるように構成され、
前記光量絞り構造群を構成する光量絞り構造各々は、連続的または段階的に絞り値を変化させられるように構成され、
前記インテグレータは、前記それぞれ補正および光量絞りされた前記第１の光および第２の光をとともにそれぞれ補正および光量絞りされた前記ｎ個の発光体から出た光を合成するように構成されている
ことを特徴とする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、太陽電池を評価するためのソーラシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラシミュレータは光を発する発光系と、前記光を太陽電池に導くための光学系と、ソーラシミュレータを制御するための制御系とを備える。ソーラシミュレータは、たとえばキセノン放電ランプが放った光を光学フィルタを通過させて太陽光のスペクトル分布に近似した疑似太陽光として利用している。しかしながら、キセノン放電ランプの光と、自然界の太陽光とではその発光原理に本質的に違いがあり、光学フィルタだけではそのスペクトル分布を近似させることは難しかった。
文献１にはキセノン短アークランプと白熱フィラメントランプという異なった発光系を組み合わせて、その光を合成することによってより太陽光に近似したスペクトル分布を持つ光を得るソーラシミュレータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−２１８４０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自然エネルギーを有効利用したいという社会情勢の中で太陽電池の用途と品種は様々である。たとえば人工衛星に搭載されて宇宙空間で使用されるもの、住宅などの建造物の屋根の上に設置されて屋外で使用されるもの、腕時計や電卓に搭載されて屋内で使用されるものなどがある。太陽電池を評価する場合はその太陽電池の用途に適した光を照射して行う必要がある。
【０００５】
図１を用いて説明すると太陽１０３の光のスペクトル分布と強度は、太陽１０３から照射場所に至る経路の環境により変化する。たとえば宇宙空間を考えると太陽１０３の光は真空中を通過して照射場所に至るので距離による減衰はあるものの、スペクトル分布の変化は無い。ところが地表面の照射場所を考えると太陽１０３の光は地球大気１０２の吸収を受けて、そのスペクトル分布と減衰量は変化する。これは地球大気１０２による特定の光の波長の吸収が原因とされている。地球大気１０２の吸収の度合いは、地球１０１上の照射場所から見た太陽１０３の位置の角度によっても変化する。照射場所から見た太陽１０３の位置の角度が真上のとき、太陽１０３の光は地球大気１０２を最短距離で通過するために吸収の影響は少なく、角度が斜めになるほど太陽１０３の光が地球大気１０２を通過する距離が長くなるために吸収の影響は大きくなる。
【０００６】
ソーラシミュレータの発光系の発した光を様々な条件下の太陽光に近づけるための補正に使用される光学フィルタをエアマス・フィルター（以下略してＡＭフィルター）と呼ぶ。ＡＭフィルタには大気圏外（宇宙空間）の太陽１０３の光のスペクトル分布に合わせるためのＡＭ０(ゼロ)太陽１０３が真上にある時の地表面のスペクトル分布に合わせるためのＡＭ１、太陽１０３が真上より48.2度の角度にある時のスペクトル分布に合わせるためのＡＭ１．５、太陽１０３が真上より60.1度の角度にあるときのスペクトル分布に合わせるためのＡＭ２などがある。従来はソーラシミュレータが発する光のスペクトル分布を変えたい場合は、内蔵されたＡＭフィルタを取り外し代わりのＡＭフィルタに交換することで実現していた。しかし、この交換はたいへん煩わしい。フィルタ交換の煩わしさが、従来のソーラシミュレータの第１の問題点である。
【０００７】
また、光の強度を変えたい場合は発光系のエネルギー量を変化させることで実現していたがこの方法は発する光のスペクトル分布の変化を伴うことがあり、太陽光に近似した光を作るというソーラシミュレータの目的からすると望ましいことではなかった。発光系のエネルギー量を変化させるとは、たとえば白熱フィラメントランプに加える電力を減らすことをさす。この場合フィラメントの温度が下がり、発光量の低下とともに光のスペクトル分布が長波長側に変化するなどの現象が起きる。この変化現象が、望ましいことでないことは上述した通りであり、従来のソーラシミュレータの第２の問題点である。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、上述した第１および第２の問題点を解消することにある。すなわち、フィルタ交換の煩わしさがなく、光強度変化に光のスペクトル分布を伴わせないソーラシミュレータの提供が本発明の目的である。その解決手段の詳細は、項を改めて説明する。なお、いずれかの請求項記載の発明を説明するに当たって行う用語の定義等は、その記載順や表現の違い等に関わらず、可能な範囲において他の請求項記載の発明にも適用があるものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係るソーラシミュレータ（以下、適宜「請求項１のシミュレータ」という）は、光を発光する発光系と、前記光を投射する光学系と、を備えている。ここで、前記発光系は、第１の光を発光する第１発光体と、前記第１の光とはスペクトル分布が異なる第２の光を発光する第２発光体を備えている。また、前記光学系は、前記第１の光を補正するための第１光学フィルタ構造と、前記第２の光を補正するための第２光学フィルタ構造と、前記第１光学フィルタ構造の前後いずれかに配された第１光量絞り構造と、前記第２光学フィルタ構造の前後いずれかに配された第２光量絞り構造と、それぞれ補正および光量絞りされた前記第１の光および第２の光を合成するインテグレータと、を備えている。その上で、前記第１および第２フィルタ構造の各々は、連続的または段階的にフィルタ特性を変化させられるように構成され、前記第１および第２絞り構造の各々は、連続的または段階的に絞り値を変化させられるように構成されている。
【００１０】
請求項１のシミュレータによれば、発光系の第１発光体が第１の光を、同じく第２の発光体が第２の光を、それぞれ発光する。第１の光学フィルタ構造と第１の光量絞り構造を経た第１の光と、第２の光学フィルタ構造と第２の光量絞り構造を経た第２の光は、インテグレータによって合成される。このとき、第１フィルタ構造および第２フィルタ構造のフィルタ特性を連続的または段階的に変化させることができるので、フィルタそのものを交換する必要がない。このため、フィルタ交換の煩わしさがない。また、光量絞りによる光量変化によって光の強度を変化させるので、エネルギー量変化などによる光強度変化に比べ、スペクトル分布の変化が少ない、という利点が得られる。
【００１１】
（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係るソーラシミュレータ（以下、適宜「請求項２のシミュレータ」という）は、請求項１のシミュレータが前提となる。その上で、前記第１および第２光学フィルタ構造の各々は、互いにフィルタ特性の異なる複数のフィルタを備え、前記第１および第２光学フィルタ構造のフィルタ特性各々は、前記複数のフィルタのいずれかを選択使用できるように構成されている。ここで、「複数のフィルタ」とは、フィルタ特性が互いに異なる物理的別体のフィルタ群と、物理的には単体であってもフィルタ特性が段階的に推移するフィルタとの両者を含む。
【００１２】
請求項２のシミュレータによれば、第１光学フィルタが持つ複数のフィルタを選択使用することができる。選択するだけでよいので、交換に比べてはるかに作業が楽である。
【００１３】
（請求項３記載の発明の特徴）
請求項３記載の発明に係るソーラシミュレータ（以下、適宜「請求項３のシミュレータ」という）は、請求項１または２のシミュレータが前提となる。その上で、前記発光系は、前記第１の光および前記第２の光のいずれともスペクトル分布が異なり、かつ相互に異なるスペクトル分布をもった光を発光するｎ（ｎ＝１、２、３、・・・）個の発光体群を、さらに備えている。また、前記光学系は、前記発光体群のそれぞれに対応したｎ個の光学フィルタ構造群および光量絞り構造群を、さらに備えている。前記光学フィルタ構造群を構成する光学フィルタ各々は、連続的または段階的にフィルタ特性を変化させられるように構成され、前記光量絞り構造群を構成する光量絞り構造各々は、連続的または段階的に絞り値を変化させられるように構成されている。さらに、前記インテグレータは、前記それぞれ補正および光量絞りされた前記第１の光および第２の光をとともにそれぞれ補正および光量絞りされた前記ｎ個の発光体から出た光を合成するように構成されている。
【００１４】
請求項３のシミュレータによれば、発光系の第１発光体が第１の光を、同じく第２の発光体が第２の光を、それぞれ発光する。これらに加え、ｎ個の発光体それぞれが、すなわち（２＋ｎ）個の発光体それぞれが互いに異なるスペクトル分布の光を発光する。そして、第１および第２の光学フィルタ構造を含めたｎ個の光学フィルタ構造が、それぞれ対応する光の補正を行う。同様に、第１および第２の光量絞り構造を含めたｎ個の光量絞り構造が、それぞれ対応する光の光量絞りを行う。インテグレータは、上記（２＋ｎ）個の光を合成する。このとき、上記（２＋ｎ）個のフィルタ構造の各々のフィルタ特性を連続的または段階的に変化させることができるので、フィルタそのものを交換する必要がない。このため、フィルタ交換の煩わしさがない。また、光量絞りによる光量変化によって光の強度を変化させるので、エネルギー量変化などによる光強度変化に比べ、スペクトル分布の変化が少ない、という利点が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フィルタ特性を変化させる際にフィルタ自体を交換する必要がないので、その煩わしさから解放される。さらに、光強度変化に光のスペクトル分布を伴わせないので、より太陽光に近似した光を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】太陽の角度とＡＭフィルタの関係を示す図である。
【図２】ソーラシミュレータの構成を示す図である。
【図３】図２に示すソーラシミュレータを矢印Ａ方向（矢印Ｂ方向）から見た構成を示す図である。
【図４】制御系のブロック図である。
【図５】ソーラシミュレータの動作フローである。
【図６】光ファイバを使用した変形例１およびそのＣ―Ｃ断面を示す図である。
【図７】フィルタ・絞り組合わせ表の一例を示す図である。
【図８】第３の発光体を追加した変形例２およびそのＤ−Ｄ断面を示す図である。
【図９】光学フィルタにグラディーションフィルタを採用した変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態であるソーラシミュレータ１の構成を示す図であり、図３は図２のＡ視とＢ視から見た構成を示す図である。これより図２、図３を用いてソーラシミュレータ１を構成する発光系３と光学系５のそれぞれの構成を説明する。
【００１８】
（発光系の構造）
発光系３は、第１の発光体であるキセノンランプ２０（後述する集光鏡２１およびキセノンランプドライバ２０１を含む）と第２の発光体であるハロゲンランプ３０（後述する集光鏡３１およびハロゲンランプドライバ３０１を含む）を主要部品として構成されている。キセノンランプ２０は、キセノンガスと２個の電極を石英ガラスで封入した放電灯である。後述するキセノンランプドライバ２０１を介して電極間に電気エネルギーを加えると２個の電極間にアーク放電が発生して第１の光２０Ｌを発する（図２参照）。キセノンランプ２０の発する第１の光２０Ｌのスペクトル分布は太陽光のスペクトル分布に似ており、特に８００ｎｍ付近より短い波長では太陽光のスペクトル分布により近似している。しかし、特に８００ｎｍ付近より長い波長ではキセノンランプ２０特有の複数の尖鋭でかつ複雑なスペクトルのピーク群を有しており光学的なフィルタではピークの軽減が難しい。キセノンランプ２０は、後述する集光鏡２１の焦点軸の上に設置されている。
【００１９】
ハロゲンランプ３０は、ハロゲン化合物ガスとフィラメントを石英ガラスで封入したフィラメント電灯である。後述するハロゲンランプドライバ３０１を介してフィラメントに電気エネルギーを加えるとフィラメントが白熱して第２の光３０Ｌを発する（図２参照）。ハロゲンランプ３０の発する第２の光３０Ｌのスペクトル分布は太陽光のスペクトル分布に似ており、特に８００ｎｍ付近より長い波長の分布は太陽光のスペクトル分布により近似している。ハロゲンランプ３０は、後述する集光鏡３１の焦点軸の上に設置されている。
【００２０】
集光鏡２１はキセノンランプ２０の発した第１の光２０Ｌをキセノン光軸２９に集光して後述する導光路２６に入射させる機能を持つ光学部品である。集光鏡３１はハロゲンランプ３０の発した第２の光３０Ｌをハロゲン光軸３９に集光して後述する導光路３６に入射させる機能を持つ。実施例における集光鏡２１、３１は、楕円カーブを有する半球型の外形を持ち、球の内面に光学的反射物質を蒸着したガラスで構成されている。集光鏡２１、３１の球面カーブは楕円カーブに限られるものではなくランプの発した光を集光出来るものであればよい。たとえば放物線カーブや非球面カーブでもよい。
【００２１】
（光学系の構造）
光学系５は、第１の光２０Ｌを補正するためのフィルタ板２２（第１光学フィルタ構造）と、第２の光３０Ｌを補正するためのフィルタ板３２（第２光学フィルタ構造）と、キセノンランプ２０から見たフィルタ板２２の後ろ（前でもよい）に配された絞り板２４（第１光量絞り構造）と、ハロゲンランプ３０から見たフィルタ板３２の後ろ（前でもよい）に配された絞り板３４（第２光量絞り構造）と、それぞれ補正および光量絞りされた第１の光２０Ｌ（キセノン光軸２９）および第２の光３０Ｌ（ハロゲン光軸３９）を合成するインテグレータ１５と、を備えている。
【００２２】
（フィルタ板の構造）
図３を参照しながら、フィルタ板２２の構造を説明する。フィルタ板２２と後述するフィルタ板３２とは、フィルタ特性を除き基本構造を共通にする。このため、重複を避ける意味で図３に示す図形を単一とし、フィルタ板２２の部材番号と、カッコの中に記載したフィルタ板３２の部材番号とを併せて記載してある。後述する絞り板２４と絞り板３４についても同じ要領で記載した。したがって、フィルタ板２２および絞り板２４についての説明は、その性質上可能な範囲でフィルタ板３２および絞り板３４にも当てはまる。
【００２３】
図３に示すようにフィルタ板２２は、後述するフィルタ２６１、２６２、２６３、２６４が取り付けられた円板である。フィルタ板２２の中心はフィルタ回転軸２３１によりフィルタモータ２３に連結されていて制御系の駆動指示により回転させることによりキセノン光軸２９の位置にフィルタ２６１、２６２、２６３、２６４の中から任意のものを選び固定することが出来、これによってフィルタ特性を任意に選択使用できるようになっている。キセノンランプ２０から発して集光鏡２１でキセノン光軸２９に集光された第１の光２０Ｌは選ばれたフィルタを通過してそのスペクトル分布が補正される。
【００２４】
フィルタモータ２３はフィルタ回転軸２３１を介してフィルタ板２２を回転させる機能を持つ。実施例におけるフィルタモータ２３はステッピングモータまたはパルスモータと呼ばれるモータであり制御系からの指示をモータ配線２３２を介して与えられることにより定められた回転角度を回転し、ブレーキ力を持った状態で停止する。
【００２５】
フィルタ２６１、２６２、２６３、２６４は通過するキセノンランプ２０から発せられた光のスペクトル分布を補正する光学フィルタである。本実施形態ではフィルタ２６１は宇宙空間の太陽光のスペクトルあらわすAM0を実現するため機能を持つ。実施例では光学特性を８００ｎｍより長い波長の光を通さず、かつ、８００ｎｍより短い光のスペクトル分布を宇宙空間における太陽光のスペクトル分布に補正する。同様にしてフィルタ２６２はAM1を実現し、フィルタ２６３はAM1.5を実現し、フィルタ２６４はAM2を実現する。
【００２６】
本実施形態では４種類のフィルタがフィルタ板２２に取り付けられているがフィルタの種類は４種類に限ることはなく２以上であればよい。またフィルタの光学特性もいわゆる太陽光のスペクトル分布を表すエアマス（AM）に限られるものではなく、太陽電池の評価に必要なスペクトル分布を実現するものであればよく、たとえば屋内で使用される太陽電池の評価を行うために蛍光灯などの人工光源のスペクトル分布に合わせたものでもよい。
【００２７】
引き続き図３に基づいて説明する。フィルタ板３２に取り付けられたフィルタ３６１、３６２、３６３、３６４は、通過するハロゲンランプ３０から発せられた第２の光３０Ｌのスペクトル分布を補正する光学フィルタである。本実施形態ではフィルタ３６１は宇宙空間の太陽光のスペクトルあらわすAM0を実現するため機能を持つ。実施例では光学特性を８００ｎｍより短い波長の光を通さず、かつ、８００ｎｍより長い光のスペクトル分布を宇宙空間における太陽光のスペクトル分布に補正する。同様にしてフィルタ３６２はAM1を実現し、フィルタ３６３はAM1.5を実現し、フィルタ３６４はAM2を実現する。
【００２８】
本実施形態では４種類のフィルタがフィルタ板３２に取り付けられているがフィルタの種類は４種類に限ることはなく２以上であればよいことは、先に説明したフィルタ板２２のそれらと異ならない。もっとも、このことは、フィルタ板３２のフィルタ数とフィルタ板２２のフィルタ数が同数でなければならないという意味ではない。それぞれ2以上の任意の数でよい。なお、フィルタ３２のフィルタの光学特性はいわゆる太陽光のスペクトル分布を表すエアマス（AM）に補正するものに限られるものではなく、太陽電池の評価に必要なスペクトル分布を実現するものであればよく、たとえば屋内で使用される太陽電池の評価を行うために蛍光灯などの人工光源のスペクトル分布に補正するものでもよい。
【００２９】
（絞り板周辺の構造）
まず絞り板２４周辺の構造について説明し、その後、絞り板３４周辺の特徴について説明する。すなわち図３に示すように絞り板２４は、キセノンランプ２０から発せられた光の量を調整する機能を持つ。絞り板２４は回転角によって幅が増減する絞り穴２４１が開けられており、キセノンランプ２０からの光は絞り穴２４１のどの箇所を通過するかによって通過光量が決まる。絞り板２４の中心は絞り回転軸２５１によって絞りモータ２５に連結されていて制御系の駆動指示により回転させることでキセノン光軸２９の位置に絞り穴２４１の任意の幅を設定して通過光量を決定する。本実施形態の絞り穴２４１は回転角によって幅が増減する形状をしているがこの形状に限られるわけではなく絞り板２４を通過する光を調光する機能を有するものであればよい。たとえば微少な穴を複数開けて穴の粗密が回転角度によって増減する形状でもよい。
【００３０】
絞りモータ２５は絞り回転軸２５１を介して絞り板２４を回転させる機能を持つ。実施例における絞りモータ２５はステッピングモータまたはパルスモータと呼ばれるモータであり制御系からの指示をモータ配線２５２を介して与えられることにより定められた回転角度を回転し、ブレーキ力を持った状態で停止する。
【００３１】
導光路２６はキセノンランプ２０から発した光を、そして導光路３６はハロゲンランプ３０から発した光を後述するインテグレータ１５を経て後述する露光面１７へ導く機能を持つ。実施例における導光路２６、３６は四角柱または円柱の形状をしたガラスであり、その長軸方向の２つの面の１つが光が入射する面となり、他の面が光を放出する面となる。導光路２６、３６は四角柱または円柱の形状をしたガラスに限られるものではなく、入射した光を放射する面に伝達出来るものであればよい。たとえば凸レンズや凹レンズや空間を組み合わせて光を導くようにしたものや、光ファイバを束ねて光を導くようにしたものでもよい。
【００３２】
絞り板３４周辺は、その周辺構造を上記した絞り板２４のそれと共通にする一方、次に示す構造を備えている。すなわち、導光路３６の出口に配された反射板１３は、ハロゲンランプ３０から発して導光路３６を通過した第１の光２０Ｌを後述するプリズム１４に導く機能を持つ。本実施形態で採用した反射板１３は、平面ガラスに光を反射する金属を蒸着した鏡である。反射板１３を設けた理由は、図２に示すようにフィルタ板２２（絞り板２４）をインテグレータ１５の正面に配した結果、フィルタ板２２が邪魔をしてフィルタ板３２（絞り板３４）を通過したハロゲン光軸３９をインテグレータ１５の正面からずらさなければならなくなったため、そのずれ分を後述するプリズム１４とともに補正するためである。ずれ補正が不要であれば反射板１３とプリズム１４を省略してもよいし、ハロゲン光軸３９とキセノン光軸２９の両者に反射板およびプリズム（両者、図示を省略）をあてがってもよい。さらに、反射板１３はソーラシミュレータにとって必須の部品というわけではなく図２で言えばプリズム１４の光軸とハロゲンランプ３０と導光路３６からなる光軸が一致する配置であれば省略することができる。
【００３３】
プリズム１４はハロゲンランプ３０から発して導光路３６を通過し、反射板１３で反射した光を後述するインテグレータ１５に放出する機能を持つ。実施例に示すプリズム１４は透明な光学ガラスの四角柱を４５度の角度で切断した形状を持ち、インテグレータ１５に接触して保持されている。
【００３４】
インテグレータ１５は入射した光を合成して単位面積あたりの光量が均一となるように平均化して放出する機能を持つロッドレンズとかフライアイレンズと呼ばれている光学部品である。本実施形態におけるインテグレータ１５は四角柱または円柱の形状を持ち、その長軸方向の２つの面の１つが光が入射する面となり、他の面が光を放出する面となる。本実施形態ではキセノンランプ２０とハロゲンランプ３０が発した光は絞り板２４、３４に開けられた絞り穴２４１、３４１の形状などで変形するがインテグレータ１５を通過することで後述する露光面１７では一様な平均化された光となる。
【００３５】
投影レンズ１６はインテグレータ１５から放出された光を後述する露光面１７に垂直な平行光にして投影する機能を持つ。実施例における投影レンズ１６は凸レンズであり、レンズのカーブはインテグレータ１５から放出された光を平行光に変化させる形状を有している。露光面１７は評価が行われる太陽電池を設置する面である。露光面１７は投影レンズ１６から出た光が垂直に照射される配置になっている。
【００３６】
（制御系の構成）
つぎにソーラシミュレータ１の制御系の構成を図４を用いて説明する。ＣＰＵ５０１（Central Processing Unit ）は判断や演算を行うことでソーラシミュレータ１の制御を行う中央演算装置である。ＣＰＵ５０１は後述するＲＯＭ（Read Only Memory）５０２からプログラムを読み、実行することでソーラシミュレータ１の制御を行う。
【００３７】
ＲＯＭ５０２は電源を切っても記憶した情報を失わない、すなわち不揮発性のメモリ素子でありＣＰＵ５０１が実行するプログラムや参照するデータが記憶されている。実施例のＲＯＭ５０２は半導体のメモリ素子を使ったが電源を切っても記憶した情報を失わない特性を持ち、かつ、ＣＰＵ５０１が読み込んで実行するプログラムや参照するデータを記憶する機能を有するメモリ素子であればよい。たとえばハードディスクドライブのような磁気記憶装置、ＣＤ（Compact Disc）やＭＯ（Magneto-Optical disk）のような光記憶装置であってもよい。
【００３８】
図７に示すフィルタ・絞り組合わせ表５０２１は、図２に示すキセノンランプ２０とハロゲンランプ３０からなる発光系３と、図２および３に示す光学系５を構成するフィルタ板２２、３２および絞り板２４、３４の位置をどのように組み合わせるとAM0、1、1.5、2に近似した光になるかを記憶した図表である。本実施形態ではエアマス（AM）のスペクトル分布に関連づけた表を用いたが人工光源のスペクトル分布に関連づけた表であってもよい。この表はキセノンランプ２０やハロゲンランプ３０のスペクトル分布データと、フィルタ２６１、２６２、２６３、２６４、３６１、３６２、３６３、３６４の光学特性データと、絞り板２４、３４の回転角度と光量減衰データを元にAM0、1、1.5、2に近似した光を計算によって求めて表にしてもよいし、フィルタと絞りを可変しながらスペクトル分光器などの光測定器で実際にソーラシミュレータ１の露光面１７のスペクトル分布を測定しつつAM0、1、1.5、2に近似した光になるように調整してそのときのフィルタや絞りの値を表にしてもよい。
【００３９】
図４に戻る。ＲＡＭ５０３（Read Only Memory）は揮発性のメモリ素子でありＣＰＵ５０１が動作する際のワークエリアとして使用される。本実施形態におけるＲＡＭ５０３は半導体のメモリ素子を使った。
【００４０】
表示部５０４はソーラシミュレータ１が利用者に対して各種の情報を表示するマンマシンインタフェースの出力部である。表示部５０４は発光ダイオードや液晶表示パネルやスピーカなどで構成されており、利用者に対して視覚や聴覚を介してソーラシミュレータ１の動作状況を伝達する。
【００４１】
操作部５０５は利用者がソーラシミュレータ１を操作するマンマシンインタフェースの入力部である。操作部５０５は各種のスイッチやボリューム（可変抵抗器）によって構成されており、利用者はそれらを操作することでＣＰＵ５０１に指示入力を行い、ソーラシミュレータ１を操作する。
【００４２】
Ｉ／Ｏ５０６は入出力を行う素子である。ＣＰＵ５０１はＩ／Ｏ５０６を介して後述する各種ドライバに対して出力を行い、かつ、ドライバから発した信号を入力する。ドライバに対する出力とはランプの点灯や消灯指示、モータを右回りに何パルス動かす指示などを意味する。ドライバから発した信号とはランプの点灯成功信号やモータ過熱エラー信号などを意味する。
【００４３】
バス５０９はメモリ素子やＩ／Ｏ素子の番地を示すアドレスバスや、ＣＰＵ５０１が送受信する情報を示すデータバス、ＣＰＵ５０１や他の素子のステータスを示すコントロールバスからなるデジタルデータの伝達路である。
【００４４】
キセノンランプドライバ２０１はキセノンランプ２０を駆動して点灯させる電気回路である。ＣＰＵ５０１がＩ／Ｏ５０６を介して点灯開始信号をキセノンランプドライバ２０１に送ると放電開始のための高電圧を発生して放電を開始させ、その後はキセノンランプ２０が定電力または定電流に制御されるように駆動を行う。また、キセノンランプドライバ２０１は点灯失敗信号やランプエラー信号などのキセノンランプ２０やキセノンランプドライバ２０１自身のステータス情報をＩ／Ｏ５０６を介してＣＰＵ５０１に送る。キセノンランプドライバ２０１は、キセノンランプ２０を交流点灯したときに発生する光量の脈動（光リップル）をさけるために直流点灯方式であることが望ましい。
【００４５】
ハロゲンランプドライバ３０１はハロゲンランプ３０を駆動して点灯させる電気回路である。ＣＰＵ５０１がＩ／Ｏ５０６を介して点灯開始信号をハロゲンランプドライバ３０１に送るとハロゲンランプ３０に突入電流が流れないように制御しながら点灯させる。その後はハロゲンランプ３０が定電圧または定電流に制御されるように駆動を行う。また、ハロゲンランプドライバ３０１はフィラメント切断信号や過熱エラー信号などのハロゲンランプ３０やハロゲンランプドライバ３０１自身のステータス情報をＩ／Ｏ５０６を介してＣＰＵ５０１に送る。ハロゲンランプドライバ３０１は、ハロゲンランプ３０を交流点灯したときに発生する光量の脈動（光リップル）をさけるために直流点灯方式であることが望ましい。
【００４６】
モータドライバ２５２はキセノンランプ２０に関わるフィルタモータ２３と絞りモータ２５を駆動して回転させる電気回路である。ＣＰＵ５０１がＩ／Ｏ５０６を介して駆動するモータの選択信号と、回転方向信号と、回転角度信号とをモータドライバ２５２に送ると送られてきた信号に従ってモータを駆動する。
モータドライバ３５２は駆動するモータがハロゲンランプ３０に関わるフィルタモータ３３と絞りモータ３５であることを除けばモータドライバ２５２と同様な機能を持った電気回路であるので説明は省略する。
【００４７】
以下より、図３、４を参照しながら図５の動作フローを用い本実施形態におけるソーラシミュレータ１の動作を説明する。ソーラシミュレータ１に電源が投入されるとＣＰＵ５０１はＲＯＭ５０２からプログラムを読み出し、ＲＡＭ５０３にワークエリアを展開してプログラムを実行する。同時にＣＰＵ５０１は利用者に対して表示部５０４にソーラシミュレータ１の動作がスタートしたこと及び初期位置合わせを行っていることを表示する（Ｓ５０１）。
【００４８】
次にＣＰＵ５０１はモータドライバ２５２、３５２を介して絞りモータ２５、３５を駆動して絞り板２４、３４を初期位置に駆動する。実施例における初期位置は絞り板２４、３４の絞り穴２４１、３４１がキセノン光軸２９とハロゲン光軸３９と重ならない位置である。これによりキセノンランプ２０とハロゲンランプ３０が点灯しても光は絞り板２４、３４を通過できず露光面１７に届かない（Ｓ５０２）。
【００４９】
次にＣＰＵ５０１はモータドライバ２５２、３５２を介してフィルタモータ２３、３３を駆動してフィルタ板２２、３２を初期位置に駆動する。実施例における初期位置はフィルタ２６４がキセノン光軸２９と重なり、フィルタ３６４がハロゲン光軸３９と重なる位置である（Ｓ５０３）。
【００５０】
次にＣＰＵ５０１はキセノンランプドライバ２０１を介してキセノンランプ２０の点灯を行う。ＣＰＵ５０１が点灯指示を出すとキセノンランプドライバ２０１はキセノンランプ２０に放電開始のための高電圧を加える。放電が開始してキセノンランプ２０が点灯するとキセノンランプドライバ２０１は光量を一定にするために定電力または定電流駆動を行うとともにＣＰＵ５０１に対して点灯成功信号を送る（Ｓ５０４）。
【００５１】
次にＣＰＵ５０１はハロゲンランプドライバ３０１を介してハロゲンランプ３０の点灯を行う。ＣＰＵ５０１が点灯指示を出すとハロゲンランプドライバ３０１はハロゲンランプ３０のフィラメントに突入電流を防止しつつランプの定格の電圧を加える。ハロゲンランプ３０が点灯するとハロゲンランプドライバ３０１は光量を一定にするために定電圧または定電流駆動を行うとともにＣＰＵ５０１に対して点灯成功信号を送る。ＣＰＵ５０１は絞りモータ２５、３５の初期位置合わせと、フィルタモータ２３、３３の初期位置合わせを完了し、キセノンランプ２０の点灯成功信号と、ハロゲンランプ３０の点灯成功信号を受けた後に表示部５０４を介して利用者にソーラシミュレータ１の運転準備の完了と運転指示を受け付けられる状態になった情報を表示する（Ｓ５０５）。
【００５２】
ＣＰＵ５０１は利用者が操作部５０５を介して絞り値の変更を行ったか否かを判断する。絞り値の変更が行われた場合はＳ５０７に飛び、行われなかった場合はＳ５０８に飛ぶ。なお、図５の動作フローにはキセノンランプ２０側の絞りと、ハロゲンランプ側の絞りを区別して書いてないがどちらか一方の絞り値のみ変更があったとしても「絞り値の変更」と見なすこととする（Ｓ５０６）。
【００５３】
ＣＰＵ５０１はモータドライバ２５２、３５２を介して絞りモータ２５、３５を利用者の指示どおりに駆動する。絞りモータ２５、３５に絞り回転軸２５１、３５１を介して連結されている絞り板２４、３４は連動して回転し、キセノン光軸２９やハロゲン光軸３９に重なる箇所の絞り穴２４１、３４１の幅が増減して通過する光量を変化させる（Ｓ５０７）。
【００５４】
ＣＰＵ５０１は利用者が操作部５０５を介してフィルタの変更を行ったか否かを判断する。フィルタの変更が行われた場合はＳ５０９に飛び、行われなかった場合はＳ５０６に戻る。なお、図５の動作フローにはキセノンランプ２０側のフィルタと、ハロゲンランプ側のフィルタを区別して書いてないがどちらか一方のフィルタのみ変更があったとしても「フィルタの変更」と見なすこととする（Ｓ５０８）。
【００５５】
ＣＰＵ５０１はモータドライバ２５２、３５２を介してフィルタモータ２３、３３を利用者の指示どおりに駆動する。フィルタモータ２３、３３にフィルタ回転軸２３１、３３１を介して連結されているフィルタ板２２、３２は連動して回転し、キセノン光軸２９やハロゲン光軸３９に重なる箇所のフィルタが変更されて通過する光のスペクトル分布を変化させる。そしてＳ５０６に戻る（Ｓ５０９）。
【００５６】
上記ではＳ５０６以降について利用者が絞りとフィルタを任意に設定する利用形態で説明したがあらかじめ記憶してあるＲＯＭ５０２内のフィルタ・絞り組合わせ表５０２１を用いることで利用者は操作部５０５を介してAM0、1、1.5、2に近似した光をより簡単な操作で作り出すことも出来る。たとえば利用者がAM0の光を作り出すように操作部５０５を操作すると、ＣＰＵ５０１は利用者からの指示を受けてフィルタ・絞り組合わせ表５０２１からAM0に関連づけられたフィルタと絞りの値を読み出す。そしてモータドライバ２５２、３５２を介してフィルタモータ２３、３３と絞りモータ２５、３５を駆動することでAM0に近似した光を作り出す。
【００５７】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は以下のように、さまざまな形態で実施可能である。図６、８および９を用いて変形例を説明する。
【００５８】
（変形例１）
図２に示す本実施形態ではキセノンランプ２０と、ハロゲンランプ３０から発してフィルタでスペクトル分布の変化を受け、絞りで光量の変化を受けた光は導光路２６および、導光路３６と、反射板１３と、プリズム１４を通過してインテグレータ１５に入射させた。変形例１ではそれらの代わりに光ファイバ１８Ａ、１８Ｂを使ってインテグレータ１５に入射させる。変形例１における光ファイバ１８Ａ、１８Ｂは細い石英で構成された光ファイバを複数本束ねて周囲を蛇腹状の金属で保護し、両端を研磨して光の入射口と放出口としたものであり曲げて使うことが出来る。光ファイバ１８Ａ、１８Ｂは曲げて使用することができるのでキセノンランプ２０と、ハロゲンランプ３０のソーラシミュレータ１内部での配置の自由度が増える。
【００５９】
（変形例２）
本実施形態および変形例１ではキセノンランプ２０とハロゲンランプ３０からなるスペクトル分布の異なる２種類の発光体を用いた。本発明を構成する発光体は２種類に限られるものではなく３以上の種類の発光体を組み合わせて用いても良い。たとえば図８に示すように３（２＋１）種類の発光体の発した光を各々、光学フィルタによるスペクトル分布の補正と、絞りによる光量の変化を行った後に光ファイバ１８Ｘ、１８Ｙ、１８Ｚを介してインテグレータ１５´に入射させてもよい。換言すれば、少なくとも２種類の発光体に、これの発光体のいずれともスペクトル分布が異なり、かつ相互に異なるスペクトル分布をもったｎ（ｎ＝１，２，３、・・・）個の発光体（図示を省略）を設け、図示は省略するが各発光体に対応するフィルタ板（光学フィルタ構造）と絞り板（光量絞り構造）と、を設けることもできる。
【００６０】
（変形例３）
本実施形態ではフィルタ板２２に保持されたフィルタ２６１、２６２、２６３、２６４を、またはフィルタ板３２に保持されたフィルタ３６１、３６２、３６３、３６４をフィルタ板２２、３２を回転させる事で切り替えながら段階的に使用していた。本発明を構成する光学フィルタは単体のフィルタを切り替えながら使うだけでなく連続的に光学特性が変化するフィルタを用いても良い。たとえば図９に示すように、円板２２ｐの円周に沿って開口した環状開口部２２ｈにはめ込んだガラス、石英や透明樹脂等からなるフィルタプレート２２ｐに光学特性が連続的に変化する物質を塗布、混合や付着させることにより光学特性の連続的変化を実現することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１    ソーラシミュレータ
３    発光系
５    光学系
１３    反射板
１４    プリズム
１５    インテグレータ
１５´  インテグレータ
１６    投影レンズ
１７    露光面
２０    キセノンランプ（第１の発光体）
２１    集光鏡
２２    フィルタ板
２２ｐ  フィルタ板
２２ｈ  環状開口部
２３    フィルタモータ
２４    絞り板
２５    絞りモータ
２６    導光路
２９    キセノン光軸
３０    ハロゲンランプ（第２の発光体）
３１    集光鏡
３２    フィルタ板
３３    フィルタモータ
３４    絞り板
３５    絞りモータ
３６    導光路
３９    ハロゲン光軸
２０１    キセノンランプドライバ
２３１    フィルタ回転軸
２３２    モータ配線
２４１    絞り穴
２５１    絞り回転軸
２５２    モータ配線
２６１    フィルタ
２６２    フィルタ
２６３    フィルタ
２６４    フィルタ
３０１    ハロゲンランプドライバ
３３１    フィルタ回転軸
３３２    モータ配線
３４１    絞り穴
３５１    絞り回転軸
３５２    モータ配線
３６１    フィルタ
３６２    フィルタ
３６３    フィルタ
３６４    フィルタ
５０１    ＣＰＵ
５０２    ＲＯＭ
５０３    ＲＡＭ
５０４    表示部
５０５    操作部
５０６    Ｉ／Ｏ
５０９    バス
５０２１  フィルタ・絞り組合わせ表
【図１】
2011222655.tif 000003
【図２】
2011222655.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011222655.tif 000008
【図７】
2011222655.tif 000009
【図８】
2011222655.tif 000010
【図９】
2011222655.tif 000011