(57)【要約】【課題】光照射面上の照度ムラを調整する必要がなく、光源を制御するだけで、短時間に正確に太陽電池の発電量の評価を行うことのできるソーラシミュレータを提供すること。【解決手段】ソーラシミュレータの２次元画像撮像部によって、ソーラシミュレータの照明部で照明された光照射面の２次元画像を撮像し、取得された２次元画像の各画素の出力値の平均値に基づいて照明部の光源を制御することで、光照射面上の照度ムラを調整する必要がなく、光源を制御するだけで、短時間に正確に太陽電池の発電量の評価を行うことのできるソーラシミュレータを提供することができる。【選択図】図１
2011035244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の特性を測定するための照明装置であるソーラシミュレータであって、
光源を有する照明部と、
前記照明部により照明される光照射面と、
撮像素子と、撮像光学系とを有し、前記光照射面の２次元画像を撮像する２次元画像撮像部と、
前記２次元画像撮像部により取得された２次元画像の画素出力値に基づいて、前記光照射面の照度の平均値を算出し、
算出された前記平均値が所定の範囲に入るように、前記光源を制御することを特徴とするソーラシミュレータ。
【請求項２】
前記２次元画像撮像部により取得された２次元画像の画素出力値に基づいて、前記光照射面の照度のバラツキを算出し、
前記光照射面の照度のバラツキが所定値よりも大きい場合に、警告、または前記所定値よりも大きい照度のバラツキを示した前記光照射面の座標とその照度との表示、のどちらか一方または両方を行う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２次元画像撮像部は、さらに分光部を有し、前記光照射面の２次元分光画像を撮像し、
前記２次元分光画像に基づいて、前記光照射面の色ムラを算出し、
前記光照射面の色ムラが所定値よりも大きい場合に、警告、または前記所定値よりも大きい色ムラを示した前記光照射面の座標とその色ムラの程度を示す値との表示、のどちらか一方または両方を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のソーラシミュレータ。
【請求項４】
前記分光部は、異なる透過波長を有する複数のフィルタからなることを特徴とする請求項３に記載のソーラシミュレータ。
【請求項５】
前記分光部は、入射した光を複数の波長に分光する分光デバイスからなることを特徴とする請求項３に記載のソーラシミュレータ。
【請求項６】
前記２次元画像撮像部は、前記太陽電池の分光感度と同等の分光応答度を持つことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のソーラシミュレータ。
【請求項７】
前記撮像素子の感度バラツキを補正する補正手段を備えたことを特徴とする請求項１から６の何れか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、ソーラシミュレータに関し、特に照明光量を調整可能なソーラシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の環境問題およびエネルギー問題への対応として、太陽電池の開発が盛んである。太陽電池は、その材料として、従来の単結晶シリコンから、アモルファスシリコン、薄膜シリコン、有機化合物、色素増感型などの多くの種類が開発されており、その構造も、従来の単接合から積層型の多接合まで多くの構造が開発されている。
【０００３】
そこで、この太陽電池の光電変換効率を公正に評価するために、国際的に標準化された評価方法の規格が、ＩＥＣ６０７９４やＪＩＳ規格（Ｃ８９０５〜Ｃ８９９１）で定義されている。その規格を要約すると、基準太陽光（ＡＭ１．５の太陽光）と同じ分光スペクトルを模した光を照射する照明装置（以下、ソーラシミュレータと言う）の規定の照度範囲（１０００±５０Ｗ／ｍ２）の照明下で、太陽電池の短絡電流を測定することで、発電量を評価するようになっている。
【０００４】
そして、ソーラシミュレータに対して、非特許文献１から３には、放射照度、光照射面上での場所による照度ムラ、放射照度の時間変動がランク毎に定められた所定値以内になるように要求されている。分光放射照度についても、同様に所定値以内になるように要求されている。しかし、太陽電池の大型化に伴い、ソーラシミュレータも大型化しており、上述した放射照度ムラ等が起こりやすくなっている。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１には、太陽電池の受光面全域を複数の区画に仮想分割し、仮想分割した各区画と光源との間に、仮想分割した各区画毎に濃度の異なる光量調整部材を置くことで、仮想分割した各区画毎の照度ムラを補正して均一な照明光を照射する方法が開示されている。
【０００６】
また、例えば特許文献２には、ソーラシミュレータの光照射面上に移動可能なセンサを置いて、光照射面上の複数箇所の放射照度バラツキが最小となるように光源の位置を調整し、光照射面上の複数箇所の放射照度が所定値の基準値となるように光源の点灯電圧を調整する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１６６１９号公報
【特許文献２】特開２００８−０３２５４９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日本工業規格（ＪＩＳ）  Ｃ８９１２
【非特許文献２】日本工業規格（ＪＩＳ）  Ｃ８９３３
【非特許文献３】日本工業規格（ＪＩＳ）  Ｃ８９４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示された方法では、光照射面を仮想分割した各区画毎に光量調節部材を配置しているので、多数の光量調節部材が必要となり、また各区画毎に光量調節部材を選択する手間が膨大である。
【００１０】
また、特許文献２に示された方法でも、複数の測定位置の放射照度が最小となるように、繰り返し光源移動あるいは点灯電圧制御を行うため、調整に時間がかかる。また、光源の移動機構が必須である。また、光照射面上の複数箇所を離散的に測定しているので、測定位置以外での照度ムラがあっても検出できない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光照射面上の照度ムラを、上述した非特許文献１から３に要求されている所定値以内に調整する必要がなく、光量を調整するだけで、短時間に正確に太陽電池の発電量の評価を行うことができるソーラシミュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１３】
１．太陽電池の特性を測定するための照明装置であるソーラシミュレータであって、
光源を有する照明部と、
前記照明部により照明される光照射面と、
撮像素子と、撮像光学系とを有し、前記光照射面の２次元画像を撮像する２次元画像撮像部と、
前記２次元画像撮像部により取得された２次元画像の画素出力値に基づいて、前記光照射面の照度の平均値を算出し、
算出された前記平均値が所定の範囲に入るように、前記光源を制御することを特徴とするソーラシミュレータ。
【００１４】
２．前記２次元画像撮像部により取得された２次元画像の画素出力値に基づいて、前記光照射面の照度のバラツキを算出し、
前記光照射面の照度のバラツキが所定値よりも大きい場合に、警告、または前記所定値よりも大きい照度のバラツキを示した前記光照射面の座標とその照度との表示、のどちらか一方または両方を行うことを特徴とする前記１に記載のソーラシミュレータ。
【００１５】
３．前記２次元画像撮像部は、さらに分光部を有し、前記光照射面の２次元分光画像を撮像し、
前記２次元分光画像に基づいて、前記光照射面の色ムラを算出し、
前記光照射面の色ムラが所定値よりも大きい場合に、警告、または前記所定値よりも大きい色ムラを示した前記光照射面の座標とその色ムラの程度を示す値との表示、のどちらか一方または両方を行うことを特徴とする前記１または２に記載のソーラシミュレータ。
【００１６】
４．前記分光部は、異なる透過波長を有する複数のフィルタからなることを特徴とする前記３に記載のソーラシミュレータ。
【００１７】
５．前記分光部は、入射した光を複数の波長に分光する分光デバイスからなることを特徴とする前記３に記載のソーラシミュレータ。
【００１８】
６．前記２次元画像撮像部は、前記太陽電池の分光感度と同等の分光応答度を持つことを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載のソーラシミュレータ。
【００１９】
７．前記撮像素子の感度バラツキを補正する補正手段を備えたことを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載のソーラシミュレータ。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ソーラシミュレータの２次元画像撮像部によって、ソーラシミュレータの照明部で照明された光照射面の２次元画像を撮像し、取得された２次元画像の各画素の出力値の平均値に基づいて照明部の光源を制御することで、光照射面上の照度ムラを調整する必要がなく、光源を制御するだけで、短時間に正確に太陽電池の発電量の評価を行うことのできるソーラシミュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ソーラシミュレータの調整方法を説明するための模式図である。
【図３】第１の実施の形態における照度調整の動作を示すフローチャートのメインルーチンである。
【図４】図３のサブルーチン（１／２）である。
【図５】図３のサブルーチン（２／２）である。
【図６】第２の実施の形態の２次元画像撮像部の構成の１例を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態の分光部の構成の１例を示す模式図である。
【図８】第２の実施の形態における照度調整の動作を示すフローチャートのメインルーチンである。
【図９】図８のサブルーチンである。
【図１０】第３の実施の形態の２次元画像撮像部の構成を示すブロック図である。
【図１１】第３の実施の形態における照度調整の動作を示すフローチャートのメインルーチンである。
【図１２】図１１のサブルーチンである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００２３】
最初に、本発明におけるソーラシミュレータの第１の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する、図１は、本発明におけるソーラシミュレータの第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１において、ソーラシミュレータＳＳは、照明部１０、光照射面２０、２次元画像撮像部３０および制御部４０等で構成されている。照明部１０は、ランプ等からなる光源１１および絞りや濃度フィルタ、光学フィルタ等、あるいは電流調節部や電圧調節部等からなる光量調節部１３等で構成されている。光照射面２０は、入射光を拡散、透過する拡散板等で構成され、太陽電池ＰＶの評価時には、太陽電池ＰＶを載置する載置台の天板となる。太陽電池ＰＶの評価時には、光照射面２０を取り外して、別の天板を置いてもよい。
【００２５】
光源１０からの光は、光量調整部１３を介して照射され、光照射面２０の照射範囲２０ａを照明する。照射範囲２０ａは、太陽電池ＰＶの評価時に、太陽電池ＰＶが載置されて、光源１０からの光によって照明される範囲である。光照射面２０上の図の左から右にｘ軸を、紙面手前から紙面奥にｙ軸をとり、以下の説明では、この座標系を用いる。
【００２６】
２次元画像撮像部３０は、レンズ等からなる撮像光学系３１、エリア型撮像素子３３および感度補正フィルタ３５等で構成され、光照射面２０を挟んで照明部１０と対向する位置に配置されて、光照射面２０を透過した光の照射範囲２０ａの２次元画像を撮像し、２次元画像の画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）を取得する。２次元画像撮像部３０による撮像時には、太陽電池ＰＶは載置されていない。
【００２７】
なお、ここでは、撮像素子３３は２次元マトリクス状に画素が配置されたモノクロのエリア型撮像素子としたが、それに限るものではなく、１次元に画素が配置されたモノクロのライン型撮像素子であってもよい。その場合、ライン型撮像素子を画素の配列方向と垂直な方向に走査する必要がある。撮像素子３３の分光応答度は、感度補正フィルタ３５によって、分光視感度または測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度に一致するように補正されている。
【００２８】
また、２次元画像撮像部３０は、光照射面２０の照明部１０と同じ側に、例えば照明部１０に隣接して配置されて、光照射面２０で反射された光の照射範囲２０ａの２次元画像を撮像してもよい。
【００２９】
制御部４０は、２次元画像撮像部３０から入力される２次元画像の各画素の出力値Ｌ（ｘ，ｙ）に基づいて、光照射面２０の照射範囲２０ａの照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）と、照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）の平均値ＡＬｔと、照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）と平均値ＡＬｔとの差ｄＬｔとを演算し、演算された平均値ＡＬｔに基づいて、照明部１０の光量を調整する調整信号４０ａを出力して、照明部１０の光量調整部１３を動作させて照明部１０の光量を調整する。
【００３０】
また、制御部４０は、演算された照度と平均値ＡＬｔとの差ｄＬｔに基づいて、ソーラシミュレータの調整の可否を判定し、ソーラシミュレータの調整の可否に関する判定結果に基づいて、警告および／または表示を行う。動作の詳細は、図３で述べる。
【００３１】
ここで、ソーラシミュレータの調整方法について、図２を用いて説明する。図２は、ソーラシミュレータの調整方法を説明するための模式図である。ここでは、簡単のために１次元（ｘ軸）で考える。
【００３２】
まず、図２（ａ）に示すように、太陽電池ＰＶの面上の照度Ｌｔ（ｘ）と太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｓｃとは正比例の関係にあり、例えばＬｔ（ｘ）＝Ｌ０（例えば１０００Ｗ／ｍ２）の時に、Ｉｓｃ＝Ｉ０である。一方、図２（ｂ）に示すように、ソーラシミュレータＳＳの光照射面２０の面上の照度Ｌｔ（ｘ）が、光照射面２０の面上の位置ｘに対して図中に実線で示したように照度ムラを持っていたとする。そして、太陽電池ＰＶは、光照射面２０の面上のｘ１からｘ２の間に載置されるとする。よって、位置ｘ１からｘ２の間が照射範囲２０ａである。
【００３３】
この場合に、図２（ｂ）に示すように、照射範囲２０ａのソーラシミュレータＳＳの照度Ｌｔ（ｘ）の平均値ＡＬｔが照度Ｌ０に等しくなるように、ソーラシミュレータＳＳの光量を調節する。光量の調節は、絞りや濃度フィルタを用いてソーラシミュレータＳＳの色温度が変わらないようにすることが望ましいが、調節の範囲が狭くて色温度の変化が無視できるのであれば、光源１１の点灯電圧または電流を調節してもよい。
【００３４】
図２（ｃ）に示すように、光量を調節したソーラシミュレータＳＳの照射範囲２０ａに載置された太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｓｃは、図中に右上がりのハッチングで示した面積に比例するが、このハッチング部の面積は、図中に太い破線で示した、均一な照度ＡＬｔで照明された時の太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｓｃに比例する矩形の面積に等しい。そして、この場合、ソーラシミュレータＳＳの照度Ｌｔ（ｘ）の平均値ＡＬｔは照度Ｌ０（例えば１０００Ｗ／ｍ２）に等しくなるように調節されているので、結局、太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｓｃ＝Ｉ０となる。
【００３５】
従って、ソーラシミュレータＳＳの光照射面２０の面上の照度Ｌｔ（ｘ）が照度ムラを持っていたとしても、照度Ｌｔ（ｘ）の平均値ＡＬｔを調節して規定の照度の範囲（１０００±５０Ｗ／ｍ２）に合わせることで、太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｓｃを正確に測定することができる。実際のソーラシミュレータＳＳについては、この考えを２次元に拡張すればよい。
【００３６】
次に、ソーラシミュレータの第１の実施の形態における照度調整の動作を、図３から図５を用いて説明する。図３は、ソーラシミュレータの第１の実施の形態における照度調整の動作を示すフローチャートのメインルーチンであり、図４および図５は、図３のサブルーチンである。
【００３７】
図３において、ステップＳ１１で、予め測定されて記憶されてあった光照射面２０の透過率Ｔ（ｘ，ｙ）が読み込まれる。透過率Ｔ（ｘ，ｙ）には、角度依存性も含まれ、２次元画像撮像部３０で撮像される光照射面２０の透過画像から光照射面上の照度が換算可能な透過率となっている。
【００３８】
ステップＳ１３で、予め測定されて記憶されてあった、２次元画像撮像部３０で撮像される２次元画像の、画素バラツキを補正するための画素バラツキ補正データＵ（ｘ，ｙ）と、画素出力のゲインを補正するためのゲイン補正データＧ（ｘ，ｙ）とが読み込まれる。
【００３９】
画素バラツキ補正データＵ（ｘ，ｙ）は、均一な光量の面を２次元画像撮像部３０で撮像し、その時の２次元画像の画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）の最大値で各画素出力値を正規化した値の逆数として決定され、記憶される。
【００４０】
また、ゲイン補正データＧ（ｘ，ｙ）は、光量の異なる２つの画面を順次撮像した時の、それぞれの２次元画像の画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）の傾きを、基準の傾きで正規化して求められ、記憶される。
【００４１】
ステップＳ１５で、２次元画像撮像部３０によって光照射面２０の照射範囲２０ａの２次元画像が撮像され、２次元画像の画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）が取得される。
【００４２】
続いて、図４に示す、ステップＳ２０「演算サブルーチン」が実行される。図４において、ステップＳ２１で、制御部４０によって、下記の（１式）に基づいて、画素バラツキ補正データＵ（ｘ，ｙ）およびゲイン補正データＧ（ｘ，ｙ）を用いて、２次元画像の画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）に画素バラツキ補正およびゲイン補正が施され、補正画素出力Ｌ’（ｘ，ｙ）が得られる。ここに、
Ｌ’（ｘ，ｙ）＝Ｇ（ｘ，ｙ）×Ｌ（ｘ，ｙ）×Ｕ（ｘ，ｙ）・・・（１式）
である。ここに、画素バラツキ補正データＵ（ｘ，ｙ）およびゲイン補正データＧ（ｘ，ｙ）を用いた画素バラツキ補正およびゲイン補正は、本発明における補正手段として機能する。
【００４３】
続いて、ステップＳ２３で、制御部４０によって、２次元画像の補正画素出力Ｌ’（ｘ，ｙ）が、下記の（２式）に基づいて、光照射面２０の面上の照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）に換算される。ここに、
Ｌｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌ’（ｘ，ｙ）×Ｔ（ｘ，ｙ）・・・（２式）
である。
【００４４】
もし、２次元画像撮像部３０が光照射面２０の照明部１０と同じ側に配置されて、光照射面２０で反射された光を撮像する場合は、光照射面２０の透過率Ｔ（ｘ，ｙ）の代わりに光照射面２０の反射率Ｒ（ｘ，ｙ）を用いればよい。
【００４５】
ステップＳ２５で、制御部４０によって、光照射面２０の面上の照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）の単純平均による平均値ＡＬｔと、照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）と平均値ＡＬｔとの差ｄＬｔ（ｘ，ｙ）とが演算され、メインルーチンに戻る。
【００４６】
図３に戻って、ステップＳ３１で、制御部４０によって、照度ムラを示す、照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）と平均値ＡＬｔとの差ｄＬｔ（ｘ，ｙ）の絶対値が、所定値よりも大きいか否かが判断される。この所定値は、上述した非特許文献１から３で定められた所定値である必要はなく、ソーラシミュレータＳＳとして許容できる照度ムラから決定されればよい。
【００４７】
照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）と平均値ＡＬｔとの差ｄＬｔ（ｘ，ｙ）の絶対値が所定値よりも大きい場合（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）、照度ムラが大きいとみなされて、ステップＳ３３で、制御部４０によって、ソーラシミュレータＳＳの照度ムラの調整が不可能である旨の警告が行われ、ステップＳ３５で、所定値を越えた光照射面２０の面上の座標（ｘ，ｙ）とその照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）とが表示され、一連の動作が終了される。
【００４８】
ステップＳ３３での警告は、ソーラシミュレータＳＳに備えられた表示部に警告表示を行ってもよいし、その他に、音声あるいは音で警告してもよいし、通常行われる警告方法の何れを用いてもよい。
【００４９】
また、ここでは、照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）と平均値ＡＬｔとの差ｄＬｔ（ｘ，ｙ）の絶対値が所定値よりも大きいか否かで、照度ムラの調整の可否を判断したが、その代わりに、照度のバラツキを示す、照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）の分布の幅（例えば３σ）が所定値よりも大きいか否かで、照度ムラの調整の可否を判断してもよい。
【００５０】
照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）と平均値ＡＬｔとの差ｄＬｔ（ｘ，ｙ）の絶対値が所定値よりも小さいか所定値に等しい場合（ステップＳ３１；Ｎｏ）、図５に示す、ステップＳ４０「調整サブルーチン」が実行される。
【００５１】
図５において、ステップＳ４１で、照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）の平均値ＡＬｔが、背景技術で述べた規定の照度の下限（１０００−５０＝９５０Ｗ／ｍ２）よりも小さいか否かが判断される。
【００５２】
小さい場合（ステップＳ４１；Ｙｅｓ）、ステップＳ４３で、照明部１０の光量を明るく調整する旨を指示する調整信号４０ａが制御部４０から出力され、光量調整部１３が動作されて照明部１０の光量が明るく調整されて、メインルーチンに戻り、以降上述した各動作が継続される。
【００５３】
照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）の平均値ＡＬｔが、規定の照度の下限よりも大きいか下限に等しい場合（ステップＳ４１；Ｎｏ）、ステップＳ４５で、照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）の平均値ＡＬｔが、背景技術で述べた規定の照度の上限（１０００＋５０＝１０５０Ｗ／ｍ２）よりも大きいか否かが判断される。
【００５４】
大きい場合（ステップＳ４５；Ｙｅｓ）、ステップＳ４７で、照明部１０の光量を暗く調整する旨を指示する調整信号４０ａが制御部４０から出力され、光量調整部１３が動作されて照明部１０の光量が暗く調整されて、ステップＳ１３に戻り、以後、上述した動作が継続される。
【００５５】
照度Ｌｔ（ｘ，ｙ）の平均値ＡＬｔが、規定の照度の上限よりも小さいか上限に等しい場合（ステップＳ４５；Ｎｏ）、照明部１０の光量が規定の照度の範囲（１０００±５０Ｗ／ｍ２）に入った、即ち調整が完了したと判断されて、そのまま一連の動作が終了される。
【００５６】
なお、上述した第１の実施の形態の説明では、照射範囲２０ａを、１個の太陽電池ＰＶを載置して照明する範囲として説明したが、複数個の太陽電池ＰＶを一度に載置して測定できる大きな光照射面２０の場合には、照射範囲２０ａを、複数個の太陽電池ＰＶを載置して照明する範囲と考えればよい。
【００５７】
上述したように、第１の実施の形態によれば、ソーラシミュレータの２次元画像撮像部によって、光照射面を高解像度で撮像して、照射範囲の全ての照度を平均することで、短時間に照度ムラの測定ができ、細かな照度ムラまで検出でき、細かな照度ムラまでを照度の平均値に寄与させることができるので、光照射面上の照度ムラを調整する必要がなく、光量を調整するだけで、短時間に正確に太陽電池の発電量の評価を行うことができるソーラシミュレータを提供することができる。
【００５８】
次に、本発明におけるソーラシミュレータの第２の実施の形態について、図６から図９を用いて説明する、図６は、ソーラシミュレータの第２の実施の形態の２次元画像撮像部の構成の１例を示すブロック図である。また、図７は、第２の実施の形態の分光部３５の構成の１例を示す模式図である。
【００５９】
第２の実施の形態では、２次元分光画像撮像部を用い、光照射面上の照明の色ムラ（実際には、可視光以外の波長も含まれるので、照度の波長に依存するムラである）が大きい場合に警告を行う。色ムラの評価は、太陽電池ＰＶの定格を保証する上で最も重要な短絡電流Ｉｓｃの波長依存性で評価する。以下、λを、光の波長を意味する符号として用いる。
【００６０】
図６において、第２の実施の形態における２次元画像撮像部である２次元分光画像撮像部６０は、図１の２次元画像撮像部３０に示したレンズ等からなる撮像光学系３１、エリア型撮像素子３３に加えて、分光部６５と駆動部６７とを有する。撮像光学系３１を通った光照射面２０の照射範囲２０ａからの光は、分光部６５により分光され、撮像素子３３で２次元分光画像の分光画素出力値Ｌ（λ，ｘ，ｙ）に変換されて、制御部４０に送られる。
【００６１】
制御部４０は、駆動部６７を制御する駆動部制御信号４０ｂを出力し、駆動部制御信号４０ｂに従って、駆動部６７は分光部６５の分光動作を切り替える。
【００６２】
図７（ａ）において、２次元分光画像撮像部６０の分光部６５は、回転軸６５３、ローレット６５５および駆動部であるモータ６７等で構成される。
【００６３】
図７（ｂ）において、ローレット６５５には、例えば４箇所の穴が設けられており、その内の３箇所の穴には、透過波長λ１のフィルタＦ１、透過波長λ２のフィルタＦ２および透過波長λ３のフィルタＦ３が嵌め込まれている。残る１箇所の穴には何も嵌め込まれておらず、素通しである。これを便宜上フィルタＦ０（ゼロ）と呼ぶ。２次元分光画像撮像部６０の動作については、図８で詳述する。
【００６４】
次に、ソーラシミュレータの第２の実施の形態における照度調整の動作を、図８および図９を用いて説明する。図８は、ソーラシミュレータの第２の実施の形態における照度調整の動作を示すフローチャートのメインルーチンであり、図９は、図８のサブルーチンである。なお、図３から図５に示した第１の実施の形態のフローチャートと同じ動作を表す各ステップには、同じステップ番号を付す。
【００６５】
図８において、ステップＳ１１で、予め測定されて記憶されてあった光照射面２０の透過率Ｔ（ｘ，ｙ）が読み込まれる。透過率Ｔ（ｘ，ｙ）には、角度依存性も含まれ、２次元画像撮像部３０で撮像される光照射面２０の透過画像から光照射面上の照度が換算可能な透過率となっている。
【００６６】
ステップＳ２１３で、予め測定されて記憶されてあった、画素バラツキを補正するための画素バラツキ補正データＵ（ｘ，ｙ）、画素出力のゲインを補正するためのゲイン補正データＧ（ｘ，ｙ）、透過波長λ１のフィルタＦ１の分光透過率Ｑ（Ｆ１）、透過波長λ２のフィルタＦ２の分光透過率Ｑ（Ｆ２）および透過波長λ３のフィルタＦ３の分光透過率Ｑ（Ｆ３）、撮像素子３３の分光応答度Ｄ（λ）、素通しのフィルタＦ０（ゼロ）をかけた状態での太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）および基準太陽光（ＡＭ１．５の太陽光）の分光スペクトルＳ（λ）が読み込まれる。
【００６７】
画素バラツキ補正データＵ（ｘ，ｙ）は、均一な光量の面を素通しのフィルタＦ０（ゼロ）をかけた２次元分光画像撮像部６０で撮像し、その時の２次元画像の画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）の最大値で各画素出力値を正規化した値の逆数として決定され、記憶される。
【００６８】
また、ゲイン補正データＧ（ｘ，ｙ）は、光量の異なる２つの均一な照度の面を素通しのフィルタＦ０（ゼロ）をかけた２次元分光画像撮像部６０で順次撮像した時の、それぞれの対応する２次元画像の画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）の傾きを、基準の傾きで正規化して求められ、記憶される。
【００６９】
透過波長λ１のフィルタＦ１の分光透過率Ｑ（Ｆ１）、透過波長λ２のフィルタＦ２の分光透過率Ｑ（Ｆ２）および透過波長λ３のフィルタＦ３の分光透過率Ｑ（Ｆ３）も、撮像素子３３の分光応答度Ｄ（λ）および素通しのフィルタＦ０（ゼロ）をかけた状態での太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）も、事前に測定されて記憶される。基準太陽光（ＡＭ１．５の太陽光）の分光スペクトルＳ（λ）は、国際標準として与えられている。
【００７０】
ステップＳ２１５で、フィルタを切り替えながら、光照射面２０の照射範囲２０ａを撮像する。詳細には、図７で、最初に、モータ６７によりローレット６５５が回転軸６５３の周りに回転され、フィルタＦ１が撮像素子３３の前に来たところで、モータ６７が停止される。この状態で、撮像素子３３によって、光照射面２０の照射範囲２０ａの波長λ１での２次元画像が撮像され、波長λ１での２次元画像の分光画素出力Ｌ（λ１，ｘ，ｙ）が取得される。
【００７１】
同様にして、フィルタＦ２およびＦ３を撮像素子３３の前に置いた状態で、光照射面２０の照射範囲２０ａの２次元画像が撮像され、波長λ２での２次元画像の分光画素出力Ｌ（λ２，ｘ，ｙ）および波長λ３での２次元画像の分光画素出力Ｌ（λ３，ｘ，ｙ）が取得される。
【００７２】
さらに、素通しの穴Ｆ０を撮像素子３３の前に置いた状態で、光照射面２０の照射範囲２０ａの２次元画像が撮像され、フィルタを通さない２次元画像の画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）が取得される。
【００７３】
続いて、図９に示す、ステップＳ２２０「色ムラ警告サブルーチン」が実行される。ここでは、色ムラを、太陽電池ＰＶの短絡電流値Ｉｓｃと理想短絡電流値Ｉｓｃｒｅｆとの差で定義する。
【００７４】
図９において、ステップＳ２２１で、制御部４０によって、下記の（３式）に基づいて、２次元分光画像の分光画素出力値Ｌ（λ１，ｘ，ｙ）、Ｌ（λ２，ｘ，ｙ）およびＬ（λ３，ｘ，ｙ）と、撮像素子６３０の分光応答度Ｄ（λ）、素通しのフィルタＦ０（ゼロ）をかけた状態での太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）とを用いて、各フィルタをかけた状態での太陽電池ＰＶの短絡電流値Ｉｓｃ（λｋ）が演算される。ここに、
Ｉｓｃ（λｋ）＝∫｛Ｌ（λｋ，ｘ，ｙ）／Ｄ（λ）｝×Ｐ（λ）ｄｘｄｙ・・・（３式）
ただし、
ｋ＝１、２、３
である。
【００７５】
次に、ステップＳ２２３で、制御部４０によって、下記の（４式）に基づいて、各フィルタをかけた状態での太陽電池ＰＶの理想短絡電流値Ｉｓｃｒｅｆ（λｋ）が演算される。ここに、
Ｉｓｃｒｅｆ（λｋ）＝∫Ｑ（Ｆｋ）×Ｓ（λ）×Ｐ（λ）ｄλ・・・（４式）
ただし、
ｋ＝１、２、３
である。
【００７６】
ステップＳ２２５で、制御部４０によって、下記の（５式）に基づいて、色ムラを示す色ムラ値ｄＣ（ｋ）が演算される。ここに、
ｄＣ（λｋ）＝Ｉｓｃ（λｋ）／Ｉｓｃｒｅｆ（λｋ）・・・（５式）
ただし、
ｋ＝１、２、３
である。
【００７７】
ステップＳ２２７で、制御部４０によって、色ムラ値ｄＣ（λｋ）が、所定値よりも大きいか否かが判断される。この所定値は、ソーラシミュレータＳＳとして許容できる色ムラから決定されればよい。
【００７８】
色ムラ値ｄＣ（λｋ）が所定値よりも大きい場合（ステップＳ２２７；Ｙｅｓ）、色ムラが大きいとみなされて、ステップＳ２２９で制御部４０によって、ソーラシミュレータＳＳの色ムラが大きい旨の警告が行われ、一連の動作が終了される。
【００７９】
ステップＳ２２９での警告は、ソーラシミュレータＳＳに備えられた表示部に警告表示を行ってもよいし、その他に、音声あるいは音で警告してもよいし、通常行われる警告方法の何れを用いてもよい。
【００８０】
色ムラ値ｄＣ（λｋ）が所定値よりも小さいか所定値に等しい場合（ステップＳ２２７；Ｎｏ）、そのまま、図８のメインルーチンに戻る。
【００８１】
図８に戻って、図４に示したステップＳ２０「演算サブルーチン」が実行される。以下の各動作は、図３の各ステップと同じであるので、説明は省略する。
【００８２】
なお、第２の実施の形態では、分光部を透過波長の異なる３つのフィルタとフィルタのない素通しの部分とで構成したが、これに限るものではなく、少なくとも１つの透過波長のフィルタとフィルタのない素通しの部分とがあればよい。また、素通しの部分に、フィルタＦ０（ゼロ）の代わりに第１の実施の形態の感度補正フィルタ３５を配置して、撮像素子３３の分光応答度を、分光視感度または測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度に一致するように補正してもよい。
【００８３】
上述したように、第２の実施の形態によれば、２次元画像撮像部として、異なる透過波長を有する複数のフィルタを用いて分光画像を撮像する２次元分光画像撮像部を用いることによって、第１の実施の形態の効果に加えて、光照射面上の色ムラを検出し、色ムラが大きい場合に警告を行うことで、色ムラの影響による太陽電池の発電量の評価のズレのないソーラシミュレータを提供することができる。
【００８４】
次に、本発明におけるソーラシミュレータの第３の実施の形態について、図１０から図１２を用いて説明する、図１０は、ソーラシミュレータの第３の実施の形態の２次元画像撮像部の構成の１例を示すブロック図である。
【００８５】
第３の実施の形態では、分光部として、回折格子やプリズム、スリット等の分光デバイス６５０を用いる。
【００８６】
図１０において、第３の実施の形態の２次元画像撮像部である２次元分光画像撮像部６００は、撮像光学系３１、第３の実施の形態の分光部である分光デバイス６５０、撮像素子６３０および走査部６６０等で構成される。
【００８７】
ソーラシミュレータＳＳの照明部１０から放射された光は、光照射面２０の照射範囲２０ａに入射し、光照射面２０を透過して２次元分光画像撮像部６００の撮像光学系３１で集光される。分光デバイス６５０は、撮像光学系３１で集光された光を、回折格子やプリズム、スリット等を用いて、波長毎に分光する素子である。
【００８８】
撮像素子６３０は、例えば１次元のモノクロライン型撮像素子であり、分光デバイス６５０で分光された光を各波長毎に検出し、光照射面２０上の座標（ｘ，ｙ）に対応する分光画素出力Ｌ（λ，ｘ，ｙ）を得る。
【００８９】
制御部４０は、走査部６６０を制御する走査部制御信号４０ｃを出力し、走査部６６０は、走査部制御信号４０ｃに従って、分光デバイス６５０と撮像素子６３０とを、撮像光学系３１の光軸に対してｘ方向およびｙ方向に２次元走査することで、２次元分光画像の分光画素出力Ｌ（λ，ｘ，ｙ）を得ることができる。つまり、２次元分光画像撮像部６００は、分光放射計として機能する。また、制御部４０は、例えばパーソナルコンピュータ等を用いて構成してもよい。
【００９０】
ソーラシミュレータＳＳのその他の部分については、図１に示した第１の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。
【００９１】
次に、ソーラシミュレータの第３の実施の形態における照度調整の動作を、図１１および図１２を用いて説明する。図１１は、ソーラシミュレータの第３の実施の形態における照度調整の動作を示すフローチャートのメインルーチンであり、図１２は、図１１のサブルーチンである。なお、図３から図５に示した第１の実施の形態および図８から図９に示した第２の実施の形態のフローチャートと同じ動作を表す各ステップには、同じステップ番号を付す。
【００９２】
図１１において、ステップＳ１１で、予め測定されて記憶されてあった光照射面２０の透過率Ｔ（ｘ，ｙ）が読み込まれる。透過率Ｔ（ｘ，ｙ）には、角度依存性も含まれ、２次元分光画像撮像部６００で撮像される光照射面２０の透過画像から光照射面上の照度が換算可能な透過率となっている。
【００９３】
ステップＳ３１３で、予め測定されて記憶されてあった、２次元分光画像撮像部６００で撮像される２次元分光画像の、画素バラツキを補正するための画素バラツキ補正データＵ（ｘ，ｙ）、画素出力のゲインを補正するためのゲイン補正データＧ（ｘ，ｙ）、撮像素子６３０の分光応答度Ｄ（λ）、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）および基準太陽光（ＡＭ１．５の太陽光）の分光スペクトルＳ（λ）が読み込まれる。
【００９４】
画素バラツキ補正データＵ（ｘ，ｙ）は、均一な光量の面を２次元分光画像撮像部６００で撮像して得られた２次元分光画像の分光画素出力値Ｌ（λ，ｘ，ｙ）を波長λで積分して得られた画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）の最大値と各画素出力値との差分として決定され、記憶される。
【００９５】
また、ゲイン補正データＧ（ｘ，ｙ）は、光量の異なる２つの均一な照度の面を２次元分光画像撮像部６００で順次撮像して得られた２次元分光画像の分光画素出力値Ｌ（λ，ｘ，ｙ）を波長λで積分して得られた、それぞれの対応する２次元画像の画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）の傾きを、基準の傾きで正規化して求められ、記憶される。
【００９６】
撮像素子６３０の分光応答度Ｄ（λ）および太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）も、事前に測定されて記憶される。基準太陽光（ＡＭ１．５の太陽光）の分光スペクトルＳ（λ）は、国際標準として与えられている。
【００９７】
ステップＳ３１５で、図１０で説明したように、２次元分光画像撮像部６００によって光照射面２０の照射範囲２０ａの２次元分光画像が撮像され、２次元分光画像の分光画素出力値Ｌ（λ，ｘ，ｙ）が取得される。
【００９８】
続いて、図１２に示す、ステップＳ３２０「色ムラ警告サブルーチン２」が実行される。図１２において、ステップＳ３２１で、制御部４０によって、下記の（３ａ式）に基づいて、光照射面２０上の座標（ｘ，ｙ）での測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｓｃ（ｘ，ｙ）が演算される。ここに、
Ｉｓｃ（ｘ，ｙ）＝∫｛Ｌ（λ，ｘ，ｙ）／Ｄ（λ）｝×Ｐ（λ）ｄλ・・・（３ａ式）
である。
【００９９】
次に、ステップＳ３２３で、制御部４０によって、下記の（４ａ式）に基づいて、光照射面２０上の座標（ｘ，ｙ）での太陽電池ＰＶの理想短絡電流値Ｉｓｃｒｅｆ（ｘ，ｙ）が演算される。ここに、
Ｉｓｃｒｅｆ（ｘ，ｙ）＝∫Ｓ（λ）×Ｐ（λ）ｄλ／ｍ・・・（４ａ式）
ただし、
ｍは、光照射面２０の照射範囲２０ａの２次元分光画像が撮像される画素数、
である。
【０１００】
ステップＳ３２５で、制御部４０によって、下記の（５ａ式）に基づいて、色ムラを示す色ムラ値ｄＣ（ｘ，ｙ）が演算される。ここに、
ｄＣ（ｘ，ｙ）＝Ｉｓｃ（ｘ，ｙ）／Ｉｓｃｒｅｆ（ｘ，ｙ）・・・（５ａ式）
である。
【０１０１】
ステップＳ３２７で、制御部４０によって、色ムラ値ｄＣ（ｘ，ｙ）が、所定値よりも大きいか否かが判断される。この所定値は、ソーラシミュレータＳＳとして許容できる色ムラから決定されればよい。
【０１０２】
色ムラ値ｄＣが所定値よりも大きい場合（ステップＳ３２７；Ｙｅｓ）、色ムラが大きいとみなされて、ステップＳ２２９で制御部４０によって、ソーラシミュレータＳＳの色ムラが大きい旨の警告が行われ、ステップＳ３４１で、所定値を越えた光照射面２０の面上の座標（ｘ，ｙ）とその色ムラ値ｄＣ（ｘ，ｙ）とが表示され、一連の動作が終了される。
【０１０３】
ステップＳ２２９での警告は、ソーラシミュレータＳＳに備えられた表示部に警告表示を行ってもよいし、その他に、音声あるいは音で警告してもよいし、通常行われる警告方法の何れを用いてもよい。
【０１０４】
色ムラ値ｄＣが所定値よりも小さいか所定値に等しい場合（ステップＳ３２７；Ｎｏ）、ステップＳ３３１で、制御部４０によって、下記の（６式）に基づいて、２次元分光画像の分光画素出力値Ｌ（λ，ｘ，ｙ）から画素出力値Ｌ（ｘ，ｙ）が演算され、図１１のメインルーチンに戻る。ここに、
Ｌ（ｘ，ｙ）＝∫Ｌ（λ，ｘ，ｙ）ｄλ・・・（６式）
である。
【０１０５】
図１１に戻って、図４に示したステップＳ２０「演算サブルーチン」が実行される。以下の各動作は、図３の各ステップと同じであるので、説明は省略する。
【０１０６】
上述したように、第３の実施の形態によれば、２次元画像撮像部として、回折格子等の分光デバイスを有する２次元分光画像撮像部を用いることによって、第１の実施の形態の効果に加えて、光照射面上の細かな色ムラを検出し、細かな色ムラまでを色ムラの評価値に反映させることができ、色ムラが大きい場合に警告を行うことで、色ムラの影響による太陽電池の発電量の評価のズレのないソーラシミュレータを提供することができる。
【０１０７】
以上に述べたように、本発明によれば、ソーラシミュレータの２次元画像撮像部によって、ソーラシミュレータの照明部で照明された光照射面の２次元画像を撮像し、取得された２次元画像の各画素の出力値の平均値に基づいて照明部の光源を制御することで、光照射面上の照度ムラを調整する必要がなく、光源を制御するだけで、短時間に正確に太陽電池の発電量の評価を行うことのできるソーラシミュレータを提供することができる。
【０１０８】
なお、本発明に係るソーラシミュレータを構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  照明部
１１  光源
１３  光量調整部
２０  光照射面
２０ａ  照射範囲
３０  ２次元画像撮像部
３１  撮像光学系
３３  撮像素子
３５  感度補正フィルタ
４０  制御部
４０ａ  調整信号
４０ｂ  駆動部制御信号
４０ｃ  走査部制御信号
６０、６００  ２次元分光画像撮像部
６５  分光部
６３０  撮像素子
６５０  分光デバイス
６６０  走査部
６７  駆動部、モータ
６５３  回転軸
６５５  ローレット
Ｆ０  素通しの穴
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３  透過波長λ１、λ２、λ３のフィルタ
ＰＶ  太陽電池
ＳＳ  ソーラシミュレータ
Ｌ（ｘ，ｙ）  ２次元画像の画素出力値
Ｌ（λ、ｘ，ｙ）２次元画像の分光画素出力値
Ｄ（λ）  撮像素子の分光応答度
Ｐ（λ）  測定対象の太陽電池の分光感度
Ｓ（λ）  基準太陽光（ＡＭ１．５の太陽光）の分光スペクトル
Ｔ（ｘ，ｙ）  （光照射面２０の）透過率
Ｕ（ｘ，ｙ）  画素バラツキ補正データ
Ｇ（ｘ，ｙ）  ゲイン補正データ
【図１】
2011035244.tif 000003
【図２】
2011035244.tif 000004
【図３】
2011035244.tif 000005
【図４】
2011035244.tif 000006
【図５】
2011035244.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011035244.tif 000009
【図８】
2011035244.tif 000010
【図９】
2011035244.tif 000011
【図１０】
2011035244.tif 000012
【図１１】
2011035244.tif 000013
【図１２】
2011035244.tif 000014