(57)【要約】【課題】現実的な手段で、安価に、時間的に安定した光を被照射物に照射する方法および装置を提供することにある。特に、大光量で大面積を照射する必要がある擬似太陽光を時間的に安定した光量やスペクトルで照射する方法および装置を提供することにある。【解決手段】複数個の光源を用いて被照射物に擬似太陽光を照射する方法において、発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して被照射物に擬似太陽光を照射する。【選択図】      図１
2004273245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の光源を用いて被照射物に擬似太陽光を照射する方法において、発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して被照射物に擬似太陽光を照射する方法。
【請求項２】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源は、時定数の異なる複数の発光種を有する光源であることを特徴とする請求項１に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項３】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源は、放電灯であることを特徴とする請求項１又は２に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項４】
前記放電灯は、水銀灯またはメタルハライドランプであることを特徴とする請求項３に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項５】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の出力波形は、略相似形であることを特徴とする請求項１乃至４に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項６】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の出力波形は、略周期的であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項７】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源のエネルギー供給源は、単相交流、二相交流、または三相交流であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項８】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の発光出力ピークの位相差は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数をｎとしたとき、１８０度のｎ分の１の整数倍であることを特徴とする請求項１乃至７に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項９】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数をｎとしたとき、ｍ角形の配置を含み、ｍはｎの整数倍であることを特徴とする請求項１乃至８に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項１０】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の配置は、直線上であることを特徴とする請求項１乃至８に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項１１】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数を２としたとき、被照射物において、あるひとつの発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和と、他の発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和の比が、０．８２〜１．２２となることを基準に設定することを特徴とする請求項１乃至１０に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項１２】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数を３としたとき、被照射物において、あるひとつの発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和と、他の各々の発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和の比が、１：０．７５〜１．３３となることを基準に設定することを特徴とする請求項１乃至１０に記載の擬似太陽光を照射する方法。
【請求項１３】
半導体素子の特性試験に用いられる光照射装置において、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して半導体素子に照射することを特徴とする光照射装置。
【請求項１４】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源は、時定数の異なる複数の発光種を有する光源であることを特徴とする請求項１３に記載の光照射装置。
【請求項１５】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源は、放電灯であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光照射装置。
【請求項１６】
前記放電灯は、水銀灯またはメタルハライドランプであることを特徴とする請求項１５に記載の光照射装置。
【請求項１７】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の出力波形は、略相似形であることを特徴とする請求項１３乃至１６に記載の光照射装置。
【請求項１８】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の出力波形は、略周期的であることを特徴とする請求項１３乃至１７に記載の光照射装置。
【請求項１９】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源のエネルギー供給源は、単相交流、二相交流、または三相交流であることを特徴とする請求項１３乃至１８に記載の光照射装置。
【請求項２０】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の発光出力ピークの位相差は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数をｎとしたとき、１８０度のｎ分の１の整数倍であることを特徴とする請求項１３乃至１９に記載の光照射装置。
【請求項２１】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数をｎとしたとき、ｍ角形の配置を含み、ｍはｎの整数倍であることを特徴とする請求項１３乃至２０に記載の光照射装置。
【請求項２２】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の配置は、直線上であることを特徴とする請求項１３乃至２０に記載の光照射装置。
【請求項２３】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数を２としたとき、被照射物において、あるひとつの発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和と、他の発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和の比が、０．８２〜１．２２となることを基準に設定することを特徴とする請求項１３乃至２２に記載の光照射装置。
【請求項２４】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数を３としたとき、被照射物において、あるひとつの発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和と、他の各々の発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和の比が、１：０．７５〜１．３３となることを基準に設定することを特徴とする請求項１３乃至２２に記載の光照射装置。
【請求項２５】
前記半導体素子は、太陽電池であることを特徴とする請求項１３乃至２４に記載の光照射装置。
【請求項２６】
光照射工程を有する半導体素子の特性試験方法において、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して半導体素子に照射する工程を有する半導体素子の特性試験方法。
【請求項２７】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源は、時定数の異なる複数の発光種を有する光源であることを特徴とする請求項２６に記載の特性試験方法。
【請求項２８】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源は、放電灯であることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の特性試験方法。
【請求項２９】
前記放電灯は、水銀灯またはメタルハライドランプであることを特徴とする請求項２８に記載の特性試験方法。
【請求項３０】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の出力波形は、略相似形であることを特徴とする請求項２６乃至２９に記載の特性試験方法。
【請求項３１】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の出力波形は、略周期的であることを特徴とする請求項２６乃至３０に記載の特性試験方法。
【請求項３２】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源のエネルギー供給源は、単相交流、二相交流、または三相交流であることを特徴とする請求項２６乃至３１に記載の特性試験方法。
【請求項３３】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の発光出力ピークの位相差は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数をｎとしたとき、１８０度のｎ分の１の整数倍であることを特徴とする請求項２６乃至３２に記載の特性試験方法。
【請求項３４】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数をｎとしたとき、ｍ角形の配置を含み、ｍはｎの整数倍であることを特徴とする請求項２６乃至３３に記載の特性試験方法。
【請求項３５】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の配置は、直線上であることを特徴とする請求項２６乃至３３に記載の特性試験方法。
【請求項３６】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数を２としたとき、被照射物において、あるひとつの発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和と、他の発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和の比が、０．８２〜１．２２となることを基準に設定することを特徴とする請求項２６乃至３５に記載の特性試験方法。
【請求項３７】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数を３としたとき、被照射物において、あるひとつの発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和と、他の各々の発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和の比が、１：０．７５〜１．３３となることを基準に設定することを基準に設定することを特徴とする請求項２６乃至３５いずれかに記載の特性試験方法。
【請求項３８】
前記半導体素子は、太陽電池であることを特徴とする請求項２６乃至３７に記載の特性試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時間的に安定した光を被照射物に照射する方法および装置に関する。特に、大光量で大面積を照射する必要がある擬似太陽光を時間的に安定した光量やスペクトルで照射する方法および装置に関する。また、感度のある波長範囲の光量の時間的な変動に対し時間的な応答が比較的はやい被照射物である半導体素子に時間的に安定した光を照射する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば半導体素子に擬似太陽光を照射しようとした場合、光源としてキセノンランプを用い、スペクトル分布調整用に高価なエアマスフィルタを用い、電力供給源として高価な直流安定化電源を用いて点灯し、照射する場合が多い。この方法は光量の時間的な安定性も比較的確保しやすく、被照射物が小さく、高価とはいえ総額として許容される価格におさまっている場合には適している。しかしながらこの方法は、必要とする照射面積が大面積になるにつれて加速度的に高価になってくる。これは、被照射物の大面積化に伴い、被照射物全面にほぼ均一な光を照射しようとすれば、構成部品であるエアマスフィルタやその他の光学系も大型化する必要があり、加速度的に製作が困難になってくること、加えてもともと高価なランプ用直流安定化電源も更に大容量化する必要がある等の理由による（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
大面積化を実現する一方法として、ランプをパルス点灯する方法も試みられている。この方法はランプ用電源を小容量化する部分については効果がある。しかし構成部品であるエアマスフィルタやその他の光学系の大型化が必要なこと自体は同様であり、やはり高価である。また、パルス点灯時間内の光量の時間的な安定性は考慮されていても、非点灯時間を含む連続的な光量の時間安定性は無視されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−２６９８０１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６７８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の技術では、時間的に安定した光を被照射物に照射しようとしても、大光量で大面積になるにつれ装置は高価なものとなるか、もしくは時間的安定性を無視せざるを得なくなり、現実的に困難である。
【０００６】
本発明は、現実に実現可能な手段で、安価に、時間的に安定した光を被照射物に照射する方法および装置を提供することにある。特に、大光量で大面積を照射する必要がある擬似太陽光を時間的に安定した光量やスペクトルで照射する方法および装置を提供することにある。また、感度のある波長範囲の光量の時間的な変動に対し時間的な応答が比較的はやい被照射物である半導体素子に時間的に安定した光を照射する方法および装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る光照射方法および装置によれば、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して被照射物に擬似太陽光を照射することを特徴とする。
【０００８】
また、半導体素子の特性試験に用いられる光照射装置において、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して半導体素子に照射することを特徴とする。
【０００９】
また、光照射工程を有する半導体素子の特性試験方法において、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して半導体素子に照射する工程を有することを特徴とする。
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源は、時定数の異なる複数の発光種を有する光源であるが好適である。
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源は、放電灯であることが好ましく、水銀灯またはメタルハライドランプが好適である。
【００１０】
また、前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の出力波形は、略相似形、略周期的であることが好ましい。
【００１１】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源のエネルギー供給源は、単相交流、二相交流、または三相交流であることが好適である。
【００１２】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の発光出力ピークの位相差は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数をｎとしたとき、１８０度のｎ分の１の整数倍であることが好ましい。
【００１３】
前記発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数をｎとしたとき、ｍ角形の配置を含み、ｍはｎの整数倍であることが好ましい。直線状に配置することも好ましい。
【００１４】
前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数を２としたとき、被照射物において、あるひとつの発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和と、他の発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和の比が、０．８２〜１．２２となることを基準に設定することが好ましい。
【００１５】
また、前記発光出力がピークとなる時刻が互いに異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数を３としたとき、被照射物において、あるひとつの発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和と、他の各々の発光出力がピークとなる時刻が異なる光源もしくは光源群の照射光量の総和の比が、１：０．７５〜１．３３となることを基準に設定することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
［光学系］
光源としては、複数個の光源を用いることを前提に、必要とする光量、必要とする照射面積、必要とするスペクトル分布などを考慮し、各種の光源を選択することができる。本発明によれば、安定器を通して交流で点灯した際、電源変動への時間的な応答性が良く、交流で点灯することに伴い交流周波数の二倍の周期で発光出力も敏感に変動してしまう光源を使用することができる。例えば大光量が得られやすい水銀灯などの放電灯も使用することができる。また例えば、大光量が得られやすくスペクトル分布の改善も進められているメタルハライドランプなども好ましい。メタルハライドランプのような時定数の異なる複数の発光種を有する光源は、本発明によれば、スペクトル分布についても必要な時間的安定性を確保でき、好適な光源である。なお、本明細書中の発光種の時定数とは、ピーク強度から一定の割合（例えば、その１／ｅ）の値に減衰するのに要する時間を意味する。
【００１８】
光学系には、必要に応じ、集光鏡、反射鏡、インテグレータ、コリメータレンズ、スペクトル補正フィルタ、拡散フィルタ、遮光板などの光学部品を用いることができる。また投光器のような比較的大型化が容易な光学ユニットを用いて、そのひとつのユニット内に上記複数の光源を組み込むことも好ましい。
【００１９】
［エネルギー供給系］
エネルギー供給系としては、各種のエネルギーが使用できる。安定的には電力会社から供給される電力を設備一次側交流電源として供給するのが好ましい。また、石油、ガスなどの各種燃料を用いて発電機によって電力を供給することも、例えば二相交流を容易に供給することができ好ましい。また、蓄電池などから直流電力を供給することもできる。
【００２０】
エネルギー供給に、単相交流、二相交流、三相交流などの交流電源を用いることは、略相似形で略周期的なエネルギーを供給することができ、好ましい。必要に応じ、エネルギー供給経路の一部に光源の発光出力ピークを時間的にずらす機構を設けることも好ましい。二相交流、三相交流はもともと位相の異なる成分をもっており好ましい。
【００２１】
また、例えば一時的にコンデンサに電荷を蓄積するなどにより、パルス状にエネルギーを供給することもできる。
【００２２】
［発光出力］
各種の光源、光学系、エネルギー供給系の組み合わせにより、様々な発光出力が得られる。そして、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源からの光を重畳することにより、時間的に安定した光を被照射物に照射することができる。着目する発光出力としては、この光照射方法および装置の使用目的により、全波長範囲での光量、規格などで定められたある所定波長範囲ごとの光量、被照射物に感度のある波長範囲での光量など、適宜設定することができる。
【００２３】
発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の出力波形は、制御の容易さを考慮すると、略相似形であることが好ましい。また略周期的であることが好ましい。このような波形は、例えばエネルギー供給系として交流電力を選択し、光源として交流で点灯することに伴い交流周波数の二倍の周期で発光出力も敏感に変動する光源を組み合わせることにより、容易に得ることができ好ましい。
【００２４】
発光出力がピークとなる時刻が異なる光源からの光を重畳させて照射される光量の時間的な安定性は、その使用目的により、様々なレベルが選択される。例えば、光起電力素子の試験に用いられるソーラシミュレータ（光起電力素子用の擬似太陽光照射装置）では、ＩＥＣ６０９０４−９に、その被照射面の使用エリアにおいて満たすべきスペクトル合致度、放射照度の面内バラツキおよび時間的な安定性の要求性能が記載されている。時間的な安定性についていえば、クラスＡが±２％以内、クラスＢが±５％以内、クラスＣが±１０％以内である。ＩＥＣ６０９０４−９に準拠し、その要求性能を満たした試験を実施したとするためには、光量の時間的な安定性についても、性能を満足した光照射装置を用いる必要がある。
【００２５】
このように、被照射物に照射される光量の時間的な安定性は、±１０％以内であることが望ましい。
【００２６】
この時、時間的に安定した光量の光を被照射物に照射するために複数個の光源の配置をトライアンドエラーで設定してもよいが、適切な配置基準を設定できれば、トータルの調整負荷を大幅に減らすことができ好ましい。発光出力の変動は、発光出力の最低値としてのグランド発光分とそれに加わる変動分として分けて考えることができるが、グランド発光分がほぼ０の発光出力がより敏感に供給されるエネルギーの変化に応答する場合に対し、グランド発光分が大きくなるにつれて発光出力の変動幅の平均的発光出力への効き率はグランド発光分の効果により改善され小さくなる。別の言い方をすれば、グランド発光の部分に着目した場合、グランド発光分がほぼ０の発光出力を基本として想定しておくことで、より適切な基準を設定することができる。
【００２７】
また発光出力がピークとなる時刻が異なる光源からの光を重畳させて照射されるスペクトル分布の時間的な安定性も、その使用目的により、様々なレベルが選択される。前記ＩＥＣ６０９０４−９において、所定の波長範囲ごとに設定されているスペクトル合致度については、クラスＡが０．７５〜１．２５の範囲内、クラスＢが０．６〜１．４の範囲内、クラスＣが０．４〜２．０の範囲内である。ＩＥＣ６０９０４−９に準拠し、その要求性能を満たした試験を実施したとするためには、スペクトル合致度の時間的な安定性についても、性能を満足した光照射装置を用いる必要がある。
【００２８】
このように、被照射物に照射されるスペクトル合致度の時間的な安定性は、０．４〜２．０の範囲内であることが望ましい。
【００２９】
この時スペクトル分布に着目すれば、時定数の異なる複数の発光種を有する光源においては、時定数がほぼ０の発光種の発光出力がより敏感に供給されるエネルギーの変化に応答し、発光種の時定数が大きくなるにつれて発光出力の変動幅は時定数による時間的平均化効果により改善され小さくなる。別の言い方をすれば、時定数の差の部分に着目した場合、時定数がほぼ０の発光出力を基本として想定しておくことで、より適切な基準を設定することができる。
【００３０】
エネルギー供給系からサイン波の二乗のエネルギーが供給され、そのエネルギーに従って発光出力が得られる場合において、つまりグランド発光分および時定数がほぼ０とみなせる場合において、発光出力がピークとなる時刻が異なるふたつの光源からの光を重畳した場合の一例は下記のようになる。
【００３１】
【表１】
2004273245.tif 000003
【００３２】
片方の光源の略サイン波の位相を基準として０度とし、もう片方の光源の略サイン波の位相を９０度とした。表１では、９０度とした略サイン波光源と０度とした略サイン波光源との振幅比を変えた場合に、重畳した光の照射光量の時間安定性がどうなるかを確認した。つまり０度の略サイン波光源と９０度の略サイン波光源は振幅が異なるだけで略相似形である。±１０％以内を満足するためには、０．８２までの振幅比が許容される。基準を逆にとれば、１．２２までの振幅比が許容される。
【００３３】
エネルギー供給系からサイン波の二乗のエネルギーが供給され、そのエネルギーに従って発光出力が得られる場合において、つまりグランド発光分および時定数がほぼ０とみなせる場合において、発光出力がピークとなる時刻が異なるみっつの光源からの光を重畳した場合の一例は下記のようになる。
【００３４】
【表２】
2004273245.tif 000004
【００３５】
ひとつの光源の略サイン波の位相を基準として０度とし、他の光源の略サイン波の位相を１２０度および２４０度とした。表２では、１２０度および２４０度とした略サイン波光源と０度とした略サイン波光源との振幅比を変えた場合に、重畳した光の照射光量の時間安定性がどうなるかを確認した。つまり０度、１２０度および２４０度の略サイン波光源は振幅が異なるだけで略相似形である。±１０％以内を満足するためには、０．７１〜０．７５までの振幅比が許容される。基準を逆にとれば、１．４１〜１．３３までの振幅比が許容される。
【００３６】
［光学系の配置］
光学系の配置としては、各種の配置をとることができる。発光出力がピークとなる時刻が異なる光源からの光を重畳し、被照射物もしくは被照射面の使用エリアで効率良く所望の時間的な安定性を得るためには、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源同士が互いの照射光路を遮光しない配置とすることが好ましい。
【００３７】
光源の個数は必要に応じ設定することができる。発光出力がピークとなる時刻が異なる光源一組でも良く、発光出力がピークとなる時刻がほぼ一致した複数の光源をひとつの群とし、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源群の組み合わせとしても良く、またさらに他の光源を組み合わせても良い。ひとつひとつの光源の配置は、各照射点に各々の光源から照射される光量や、各々の光源群から照射される光量のバランスを考慮して設定することが望ましい。前項で記載した発光出力がピークとなる時刻が異なる光源からの光を重畳させる時に望ましい数値範囲をもとに設定することがさらに好ましい。
【００３８】
この時、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の配置は、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源の個数もしくは群数をｎとしたとき、ｍはｎの整数倍となるｍ角形を基本とする配置にすると、被照射物もしくは被照射面の使用エリア内で光量のバランスがとりやすく好ましい。また、直線上に配置することも光量のバランスがとりやすく好ましい。
【００３９】
［被照射物］
被照射物としては、各種の被照射物をとることができる。例えば光起電力素子などの半導体素子は、照射光量に対する応答性は重要であり、その目的により、時間的に安定した光を照射することが好ましい。
【００４０】
また本発明によれば、太陽電池セル、太陽電池サブモジュール、太陽電池モジュールや太陽電池アレイなどを含む大型の半導体素子に対しても、時間的に安定した光を照射することができ好ましい。また各層で異なる波長範囲の光を利用しスペクトル分布により敏感に応答する積層形太陽電池のような半導体素子に対しても、時間的に安定したスペクトル分布の光を照射することができ好ましい。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を用いて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
［実施例１］
図１は、本発明の第一の実施例に係る光照射方法および装置の模式図である。図２は、図１の被照射物の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフである。図１４は、比較例１の光照射方法および装置の模式図である。図１５は、図１４の被照射物の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフである。
【００４３】
実施例１および比較例１において、光源としては安定器を通して交流で点灯するメタルハライドランプを使用した。メタルハライドランプは安価な安定器を通して点灯することができ、大光量化およびスペクトル分布の改善も進められ、その部分に限れば有力な擬似太陽光光源である。反面、電源変動への時間的な応答性が良く、交流で点灯することに伴い交流周波数の二倍の周期で発光出力も敏感に変動し、また時定数の異なる複数の発光種を有しスペクトル分布も時間的に変動するという性質がある。
【００４４】
図１４および図１５に示す比較例１において、設備一次側交流電源１０１から供給された電力は、電気配線１０２および安定器１０３を通して、投光器１０４内のランプ１０５に供給される。ランプ１０５は交流で点灯しており、被照射物１０７の位置で測定された照射光量波形１０９も交流周波数の二倍の周期で変動してしまう。
【００４５】
それに対し、図１および図２に示す実施例１において、設備一次側交流電源１から供給された交流は、電気配線２、２ａ、２ｂおよび安定器３ａ、３ｂを通して、ふたつの投光器４ａ、４ｂ内のランプ５ａ、５ｂに供給される。但しランプ５ｂに供給される交流は、電気配線２ｂの途中に９０度位相をずらす機構８を設けることにより、９０度位相をずらしてある。ランプ５ａ、５ｂは交流で点灯しており、それぞれ単独で点灯した場合に得られる被照射物７の位置で測定された照射光量波形９ａ、９ｂも交流周波数の二倍の周期で変動する。照射光量波形９ｂは、位相は異なるが、照射光量波形９ａと略相似の波形である。ランプ５ａ、５ｂを同時に点灯すれば、ふたつのランプ５ａ、５ｂに供給されている交流の位相が９０度ずれているため、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９が得られる。このことはある所定波長範囲内の光量に着目した場合も同様であり、その結果、時間的にほぼ変動のないスペクトル合致度が得られる。
【００４６】
実施例１において、被照射物７とふたつの投光器４ａ、４ｂ及びランプ５ａ、５ｂとの位置関係は、等距離で対称な位置関係とした。ふたつの投光器４ａ、４ｂは被照射物７の方向に向くように傾けた。またそれぞれのランプ５ａ、５ｂ及び投光器４ａ、４ｂから被照射物７への照射光が、相対する投光器及びランプやその他の物体によって遮光されないように配置した。このことにより、それぞれのランプ５ａ、５ｂから照射される時間的に平均した光量は、被照射物７全面にわたってほぼ同等になり、被照射物７全面を小さいエリアに分割して測定しても、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９を得ることができる。
【００４７】
また、重畳した光の照射光量の時間的な安定性を±１０％以内とするため、単独でランプを点灯した場合に得られる被照射物７の位置で測定された照射光量波形９ａの振幅と照射光量波形９ｂの振幅の比を１：０．８２〜１．２２とすることを基準に光学系の配置を設定することは、トータルの調整負荷を大幅に減らすことができ、好適である。
【００４８】
実施例１の光照射方法および装置を用いると、例えば、光量の時間的な変動に対し時間的な応答がはやい半導体素子である太陽電池モジュールの出力を測定できる。時間的にほぼ変動のない照射光量が得られているため、時間的な応答がはやい太陽電池モジュールにおいても時間的にほぼ変動がない出力が発生する。よって、特に測定タイミングの調整や測定値の平均化処理等をあえてすることなく、太陽電池モジュールの出力を測定することができる。また、例えば、ふたつのランプ５ａ、５ｂと太陽電池モジュールの距離を変更したり、必要に応じ投光器およびランプの個数を追加したりすることにより、太陽電池モジュールへの照射光量の絶対値を変更し、太陽電池モジュールの出力と照射光量との関係を測定することもできる。
【００４９】
［実施例２］
図３は、本発明の第二の実施例に係る光照射方法および装置の模式図である。図２は、実施例１の場合と同様に、図３の被照射物の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフである。本実施例は、図１で示した実施例１に対し、電力の供給の仕方を若干変更している。
【００５０】
図３に示す実施例２において、設備一次側交流電源１から供給された電力は、電気配線２ａ、２ｂおよび安定器３ａ、３ｂを通して、ふたつの投光器４ａ、４ｂ内のランプ５ａ、５ｂに供給される。ここで設備一次側交流電源１としては三相交流を用いている。ランプ５ａに供給される交流の位相を基準（０度）とすると、ランプ５ｂに供給される交流は、１２０度異なる位相を用いており、かつ電気配線２ｂの途中に３０度位相をずらす機構８を設けることにより、総合して９０度位相をずらしてある。ランプ５ａ、５ｂは交流で点灯しており、それぞれ単独で点灯した場合に得られる被照射物７の位置で測定された照射光量波形９ａ、９ｂも交流周波数の二倍の周期で変動する。照射光量波形９ｂは、位相は異なるが、照射光量波形９ａと略相似の波形である。ランプ５ａ、５ｂを同時に点灯すれば、ふたつのランプ５ａ、５ｂに供給されている交流の位相が９０度ずれているため、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９が得られる。
【００５１】
本発明に係る光照射方法および装置を実際の設備として使用する際に、設備一次側交流電源の都合等により、本実施例のような構成をとることもできる。
【００５２】
［実施例３］
図４および図５は、本発明の第三の実施例に係る光照射方法および装置の模式図である。図６は、図４の被照射物の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフである。実施例３においても実施例１と同様に、光源としては安定器を通して交流で点灯するメタルハライドランプを使用した。
【００５３】
図４、図５および図６に示す実施例３において、設備一次側交流電源１から供給された電力は、電気配線２ａ、２ｂ、２ｃおよび安定器３ａ、３ｂ、３ｃを通して、みっつの投光器４ａ、４ｂ、４ｃ内のランプ５ａ、５ｂ、５ｃに供給される。ここで設備一次側交流電源１としては三相交流を用いている。ランプ５ａに供給される交流の位相を基準（０度）とすると、ランプ５ｂに供給される交流は、１２０度異なる位相を用いており、ランプ５ｃに供給される交流は、２４０度異なる位相を用いている。ランプ５ａ、５ｂ、５ｃは交流で点灯しており、それぞれ単独で点灯した場合に得られる被照射物７の位置で測定された照射光量波形９ａ、９ｂ、９ｃも交流周波数の二倍の周期で変動する。照射光量波形９ｂ、９ｃは、位相は異なるが、照射光量波形９ａと略相似の波形である。ランプ５ａ、５ｂ、５ｃを同時に点灯すれば、みっつのランプ５ａ、５ｂ、５ｃに供給されている交流の位相が１２０度および２４０度ずれているため、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９が得られる。
【００５４】
実施例３において、被照射物７とみっつの投光器４ａ、４ｂ、４ｃ及びランプ５ａ、５ｂ、５ｃとの位置関係は、等距離で対称な位置関係とした。みっつの投光器４ａ、４ｂ、４ｃは被照射物７の方向に向くように傾けた。図５に示すとおり、みっつの投光器４ａ、４ｂ、４ｃ及びランプ５ａ、５ｂ、５ｃは、正三角形の頂点に位置するように配置した。またそれぞれのランプ５ａ、５ｂ、５ｃ及び投光器４ａ、４ｂ、４ｃから被照射物７への照射光が、相対する投光器及びランプやその他の物体によって遮光されないように配置した。このことにより、それぞれのランプ５ａ、５ｂ、５ｃから照射される時間的に平均した光量は、被照射物７全面にわたってほぼ同等になり、被照射物７全面を小さいエリアに分割して測定しても、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９を得ることができる。
【００５５】
また、重畳した光の照射光量の時間的な安定性を±１０％以内とするため、それぞれ単独で点灯した場合に得られる被照射物７の位置で測定された照射光量波形９ａの振幅と照射光量波形９ｂ、９ｃの振幅の比を１：０．７５〜１．３３以上とすることを基準に光学系の配置を設定することは、トータルの調整負荷を大幅に減らすことができ、好適である。
【００５６】
［実施例４］
図７および図８は、本発明の第四の実施例に係る光照射方法および装置の模式図である。図７は、実施例４における複数個の投光器及びランプの平面配置を示した模式図である。図８は、図７内の基本単位となるふたつの投光器及びランプの部分を抽出した模式図である。図９は、図７および図８の投光器４ａ及びランプ５ａの直下の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフである。実施例４においても実施例１と同様に、光源としては安定器を通して交流で点灯するメタルハライドランプを使用した。
【００５７】
図７、図８および図９に示す実施例４において、設備一次側交流電源１から供給された電力は、電気配線２ａ、２ｂおよび安定器３ａ、３ｂを通して、それぞれの投光器４ａ、４ｂ内のランプ５ａ、５ｂに供給される。ランプ５ａに供給される交流の位相を基準（０度）とすると、ランプ５ｂに供給される交流は、９０度異なる位相を用いている。ランプ５ａ、５ｂは交流で点灯しており、それぞれ単独で点灯した場合に得られる投光器４ａ及びランプ５ａの直下の位置で測定された照射光量波形９ａ、９ｂも交流周波数の二倍の周期で変動する。照射光量波形９ｂは、位相および振幅が異なるが、照射光量波形９ａと略相似の波形である。
【００５８】
実施例４において、被照射面１０と基本単位となるふたつの投光器４ａ、４ｂ及びランプ５ａ、５ｂとの位置関係は、等距離で対称な位置関係とした。投光器４ａ、４ｂは被照射面１０を向くように直下に向けた。図７に示すとおり、最近傍のふたつの基本単位の投光器４ａ、４ｂ及びランプ５ａ、５ｂは、正方形の頂点に位置するように配置した。またそれぞれの投光器４ａ、４ｂ及びランプ５ａ、５ｂから被照射面１０の使用エリアへの照射光が、近傍の投光器及びランプやその他の物体によって遮光されないように配置した。このことにより、それぞれのランプ５ａ、５ｂから照射される時間的に平均した光量は、投光器４ａ及びランプ５ａの直下と投光器４ｂ及びランプ５ｂの直下の中間位置付近ではほぼ同等にできる。この系で光量差の生じやすい片方の投光器及びランプの直下についても、投光器４ａ、４ｂ及びランプ５ａ、５ｂ間の間隔および被照射面１０との距離を、それぞれ単独で点灯した場合に得られるランプ５ａの直下の位置で測定される照射光量波形９ａの振幅と照射光量波形９ｂの振幅の比がほぼ１：０．２５になるように設定することにより適切に調整した。この状態ですべてのランプ５ａ、５ｂを同時に点灯すれば、投光器４ａ及びランプ５ａの直下においても、投光器４ａ及びランプ５ａを取り囲む照射光量に主に寄与する最近傍のよっつの投光器４ｂ及びランプ５ｂからの照射光量が合算されるため、ランプ５ａと最近傍のランプ５ｂ群からの照射光量波形の振幅もほぼ等しくなり、つまりほぼ１：１になり、またランプ５ａ、５ｂに供給されている交流の位相が９０度ずれているため、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９が得られる。このことにより、それぞれのランプ５ａ、５ｂから照射される時間的に平均した光量は、被照射面１０の使用エリア全面にわたってほぼ同等になり、被照射面１０の使用エリアを小さいエリアに分割して測定しても、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９を得ることができる。
【００５９】
また、重畳した光の照射光量の時間的な安定性を±１０％以内とするため、それぞれ単独で点灯した場合に得られる投光器４ａ及びランプ５ａの直下の位置で測定された照射光量波形９ａの振幅と照射光量波形９ｂの振幅の比を１：０．２１（＝０．２５×０．８２）〜０．３０（＝０．２５×１．２２）とすることを基準に光学系の配置を設定することは、トータルの調整負荷を大幅に減らすことができ、好適である。
【００６０】
本実施例においては、基本単位となるふたつの投光器４ａ、４ｂ及びランプ５ａ、５ｂを計１５組用いたが、図７と同様な配置で拡張することにより、任意の面積で時間的にほぼ変動のない照射光量の光を照射することができる。大型の被照射物に光を大光量で照射する際、光源の個数を増やすことが考えられるが、本発明を用いることにより、単純に個数を増やした場合に必要とするコストとほぼ同等のコストで、時間的にほぼ変動のない照射光量の光を照射することができる。本実施例を用いることにより、大型の太陽電池モジュールや複数の太陽電池モジュールを接続した太陽電池アレイの出力測定や光劣化試験等の特性試験を実施することができる。
【００６１】
［実施例５］
図１０および図１１は、本発明の第五の実施例に係る光照射方法および装置の模式図である。図１０は、実施例５における複数個の投光器及びランプの平面配置を示した模式図である。図１１は、図１０内の基本単位となるみっつの投光器及びランプの部分を抽出した模式図である。図１２は、図１０および図１１の投光器４ａ及びランプ５ａの直下の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフである。実施例５においても実施例１と同様に、光源としては安定器を通して交流で点灯するメタルハライドランプを使用した。
【００６２】
図１０、図１１および図１２に示す実施例５において、設備一次側交流電源１から供給された電力は、電気配線２ａ、２ｂ、２ｃおよび安定器３ａ、３ｂ、３ｃを通して、それぞれの投光器４ａ、４ｂ、４ｃ内のランプ５ａ、５ｂ、５ｃに供給される。ここで設備一次側交流電源１としては三相交流を用いている。ランプ５ａに供給される交流の位相を基準（０度）とすると、ランプ５ｂに供給される交流は、１２０度異なる位相を用いており、ランプ５ｃに供給される交流は、２４０度異なる位相を用いている。ランプ５ａ、５ｂ、５ｃは交流で点灯しており、それぞれ単独で点灯した場合に得られる投光器４ａ及びランプ５ａの直下の位置で測定された照射光量波形９ａ、９ｂ、９ｃも交流周波数の二倍の周期で変動する。照射光量波形９ｂ、９ｃは、位相および振幅が異なるが、照射光量波形９ａと略相似の波形である。
【００６３】
実施例５において、被照射面１０と基本単位となるみっつの投光器４ａ、４ｂ、４ｃ及びランプ５ａ、５ｂ、５ｃとの位置関係は、等距離で対称な位置関係とした。投光器４ａ、４ｂ、４ｃは被照射面１０を向くように直下に向けた。図１０に示すとおり、最近傍のみっつの投光器４ａ、４ｂ、４ｃ及びランプ５ａ、５ｂ、５ｃは、正三角形の頂点に位置するように配置した。またそれぞれの投光器４ａ、４ｂ、４ｃ及びランプ５ａ、５ｂ、５ｃから被照射面１０の使用エリアへの照射光が、近傍の投光器及びランプやその他の物体によって遮光されないように配置した。このことにより、それぞれのランプ５ａ、５ｂから照射される時間的に平均した光量は、投光器４ａ及びランプ５ａの直下と投光器４ｂ及びランプ５ｂの直下と投光器４ｃ及びランプ５ｃの直下の中間位置付近ではほぼ同等にできる。この系で光量差の生じやすいどれかひとつの投光器及びランプの直下、例えば投光器４ａ及びランプ５ａの直下についても、投光器４ａ、４ｂ、４ｃ及びランプ５ａ、５ｂ、５ｃ間の間隔および被照射面１０との距離を、それぞれ単独で点灯した場合に得られる投光器４ａ及びランプ５ａの直下の位置で測定された照射光量波形９ａの振幅と照射光量波形９ｂ、９ｃの振幅の比がほぼ１：０．３３になるように設定することにより適切に調整した。この状態ですべてのランプ５ａ、５ｂ、５ｃを同時に点灯すれば、投光器４ａ及びランプ５ａの直下においても、投光器４ａ及びランプ５ａを取り囲む照射光量に主に寄与する最近傍のそれぞれみっつの投光器４ｂ、４ｃ及びランプ５ｂ、５ｃからの照射光量が合算されるため、投光器４ａ及びランプ５ａ群、投光器４ｂ及びランプ５ｂ群、投光器４ｃ及びランプ５ｃ群からの照射光量波形の振幅もほぼ等しくなり、つまりほぼ１：１：１になり、またランプ５ａ、５ｂ、５ｃに供給されている交流の位相が１２０度および２４０度ずれているため、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９が得られる。このことにより、それぞれの投光器４ａ、４ｂ、４ｃ及びランプ５ａ、５ｂ、５ｃから照射される時間的に平均した光量は、被照射面１０の使用エリア全面にわたってほぼ同等になり、被照射面１０の使用エリアを小さいエリアに分割して測定しても、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９を得ることができる。
【００６４】
また、重畳した光の照射光量の時間的な安定性を±１０％以内とするため、それぞれ単独で点灯した場合に得られる投光器４ａ及びランプ５ａの直下の位置で測定された照射光量波形９ａの振幅と照射光量波形９ｂ、９ｃの振幅の比を１：０．２５（＝０．３３×０．７５）〜０．４４（＝０．３３×１．３３）とすることを基準に光学系の配置を設定することは、トータルの調整負荷を大幅に減らすことができ、好適である。
【００６５】
本実施例においては、基本単位となるみっつの投光器４ａ、４ｂ及びランプ５ａ、５ｂを計１２組用いたが、図１０と同様な配置で拡張することにより、任意の面積で時間的にほぼ変動のない照射光量の光を照射することができる。大型の被照射物に光を大光量で照射する際、光源の個数を増やすことが考えられるが、本発明を用いることにより、単純に個数を増やした場合に必要とするコストとほぼ同等のコストで、時間的にほぼ変動のない照射光量の光を照射することができる。本実施例を用いることにより、大型の太陽電池モジュールや複数の太陽電池モジュールを接続した太陽電池アレイの出力測定や光劣化試験等の特性試験を実施することができる。
【００６６】
［実施例６］
図１３は、本発明の第六の実施例に係る光照射方法および装置の模式図である。図６は、被照射物の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフである。実施例６においても実施例１と同様に、光源としては安定器を通して交流で点灯するメタルハライドランプを使用した。
【００６７】
図１３に示す実施例６において、設備一次側交流電源１から供給された電力は、電気配線２ａ、２ｂ、２ｃおよび安定器３ａ、３ｂ、３ｃを通して、ひとつの大型の投光器４内のみっつのランプ５ａ、５ｂ、５ｃに供給される。ここで設備一次側交流電源１としては三相交流を用いている。ランプ５ａに供給される交流の位相を基準（０度）とすると、ランプ５ｂに供給される交流は、１２０度異なる位相を用いており、ランプ５ｃに供給される交流は、２４０度異なる位相を用いている。ランプ５ａ、５ｂ、５ｃは交流で点灯しており、それぞれ単独で点灯した場合に得られる被照射物の位置で測定された照射光量波形９ａ、９ｂ、９ｃも交流周波数の二倍の周期で変動する。照射光量波形９ｂ、９ｃは、位相は異なるが、照射光量波形９ａと略相似の波形である。ランプ５ａ、５ｂ、５ｃを同時に点灯すれば、みっつのランプ５ａ、５ｂ、５ｃに供給されている交流の位相が１２０度および２４０度ずれているため、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９が得られる。
【００６８】
実施例６において、被照射物とみっつのランプ５ａ、５ｂ、５ｃとの位置関係は、みっつのランプ５ａ、５ｂ、５ｃがひとつの投光器４内に組み込まれているため、容易に等距離で対称とみなせる位置関係にすることができる。ランプ５ａ、５ｂ、５ｃは、ひとつの投光器４内で正三角形の頂点に位置するように配置した。このことにより、ひとつの投光器４及びランプ５ａ、５ｂ、５ｃから照射される時間的に平均した光量は、被照射物全面にわたってほぼ同等になり、被照射物全面を小さいエリアに分割して測定しても、時間的にほぼ変動のない照射光量波形９を得ることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して被照射物に擬似太陽光を照射させる。また、半導体素子の特性試験に用いられる光照射装置において、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して半導体素子に照射することを特徴とする光照射装置とする。また、光照射工程を有する半導体素子の特性試験方法において、発光出力がピークとなる時刻が異なる光源を含む複数個の光源からの光を重畳して半導体素子に照射する工程を有する半導体素子の特性試験方法とする。
【００７０】
その結果、時間的に安定した光を被照射物に照射できる。特に、大光量で大面積を照射する必要がある擬似太陽光を時間的に安定した光量やスペクトルで照射できる。また、感度のある波長範囲の光量の時間的な変動に対し時間的な応答が比較的はやい被照射物である半導体素子に時間的に安定した光を照射できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係る光照射方法および装置の模式図
【図２】本発明の第一および第二の実施例に係る被照射物の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフ
【図３】本発明の第二の実施例に係る光照射方法および装置の模式図
【図４】本発明の第三の実施例に係る光照射方法および装置の模式図
【図５】本発明の第三の実施例に係る光照射方法および装置の模式図
【図６】本発明の第三の実施例に係る被照射物の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフ
【図７】本発明の第四の実施例に係る光照射方法および装置の模式図
【図８】本発明の第四の実施例に係る光照射方法および装置の模式図
【図９】本発明の第四の実施例に係る投光器４ａ及びランプ５ａの直下の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフ
【図１０】本発明の第五の実施例に係る光照射方法および装置の模式図
【図１１】本発明の第五の実施例に係る光照射方法および装置の模式図
【図１２】本発明の第五の実施例に係る投光器４ａ及びランプ５ａの直下の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフ
【図１３】本発明の第六の実施例に係る光照射方法および装置の模式図
【図１４】比較例１の光照射方法および装置の模式図
【図１５】比較例１の被照射物の位置で得られる照射光量と時間との関係を表すグラフ
【符号の説明】
１、１０１  設備一次側交流電源
２，２ａ，２ｂ，２ｃ、１０２  電気配線
３，３ａ，３ｂ，３ｃ、１０３  安定器
４，４ａ，４ｂ，４ｃ、１０４  投光器
５，５ａ，５ｂ，５ｃ、１０５  ランプ
６，６ａ，６ｂ，６ｃ、１０６  照射光の向き
７  被照射物
８  位相シフト機構
９，９ａ，９ｂ，９ｃ、１０９  照射光量波形
１０  被照射面
【図１】
2004273245.tif 000005
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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