(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本的に平らなターゲット面(6)を放射源（１）を用いて直接照射する際に放射源の照度分布を変える方法において、
放射線に対して透過性のある複数の透過性プレート（４）を、各プレート（４）の間に空間を介して、放射源（１）とターゲット面（６）との間でターゲット面（６）より放射源（１）に近い方に、透過性プレート（４）を放射源（１）とターゲット面（６）との間に円錐状に積み重ねて設置して、透過性プレート（４）の反射および吸収を利用して所望領域への放射量を減衰させることを特徴とする方法。
【請求項２】
透過性プレートをターゲット面（６）に対して平行に配置する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
放射源と透過性プレートとの間に少なくとも１枚の拡散器（３）を配置する請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ターゲット面（６）をソーラーパネルにする請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項５】
放射源（１）に１番近い透過性プレート（４）を放射源（１）から放射源（１）とターゲット面（６）との間の距離（ｅ）の５〜２０％の距離（ｄ）の所に配置する請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
平らなターゲット面上へ放射線を送る放射源（１）の照度分布を変える装置において、
放射線に対して透過性のある複数の透過性プレート（４）を各プレート（４）の間に空間を介して、放射源（１）とターゲット面（６）との間でターゲット面（６）より放射源（１）に近い方に、透過性プレート（４）を放射源（１）とターゲット面（６）との間に円錐状に積み重ねて設置して、透過性プレート（４）の反射および吸収を利用して所望領域への放射量を減衰させることを特徴とする装置。
【請求項７】
透過性プレートをターゲット面（６）に対してほぼ平行に配置する請求項６に記載の装置。
【請求項８】
放射源と透過性のプレートとの間に少なくとも１つの拡散器（３）を配置する請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
ターゲット面（６）をソーラーパネルにする請求項６、７または８に記載の装置。
【請求項１０】
放射源（１）に１番近い透過性プレート（４）を放射源（１）から放射源（１）とターゲット面（６）との間の距離（ｅ）の５〜２０％の距離（ｄ）に配置する請求項６〜９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、基本的に平らなターゲット面を放射源を用いて直接照射する際に放射源の照度分布を変える方法と装置に関するものである。
本発明の好ましい１つの用途は大型の平らなターゲット面上での放射源の照度分布を均一にすることにある。
【０００２】
【従来の技術】
多くの用途、特に写真の照射や加熱の分野では大型平面を均一に照射することが望まれており、また必要である。
等方性点放射源から平面上に向かった放射線の照明強度は下記の式で表される：
【０００３】
Ｉ＝Ｉ0ｃｏｓ3（θ）        （１）
（ここで、θは平面に対する照射光の入射角であり、Ｉ0は円形照射パターンの対称軸上の照度である）
例えば、直径１．６ｍの平らな面積上での強度変化を±５％以下にするには点放射源を４．３ｍの距離に位置しなければならない。
対応するランバート（Lambertian）の面光源の式は下記で表される：
Ｉ＝Ｉ0ｃｏｓ4（θ）        （２）
同一強度変動距離は５．０ｍである。実際にはランプは点放射源で、ランプ反射器はランバート面光源の式を有すると仮定する。
【０００４】
均一な照射を得るための従来法では、光源アレーとその後方に配置した反射器とを用いたり（例えば米国特許第３，７６３，３４８号、第４，０２７，１５１号）、光源と平面との間にレンズを用いたり（例えば米国特許第５，５５５，１９０号）、光源で平面を走査している。
しかし、光源アレーと面−面照射系と組み合せたものは場所をとり、高価になり、電力浪費が大きくなるため大抵の用途では使えない。後方反射器の主たる欠点は得られる照度分布が光源および反射器の寸法、特に反射器に対する光源の位置に影響されることである。このことはレンズ系の場合にも当てはまる。レンズ系は大抵の用途でコストが高くなり過ぎるというさらに別の欠点がある。走査法が適用できる用途は限定され、走査に複雑な機構が必要になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記従来法の欠点を克服した、放射源からのパワー分布を変える方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、非吸収プレートおよび／または吸収プレートを組み合わせて、光学軸の近傍領域へ入射する放射線の反射および／または吸収によって、光学軸の近傍領域の照射量を減衰させ、光学的拡散板を用いて光源からの入射光を拡散させ且つプレートからの反射光を広角度の分布にして戻すことによって達成される。
本発明方法の特徴は請求項１の特徴部分に記載され、本発明装置の特徴は請求項６の特徴部分に記載されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下で説明する本発明の基本原理では、後方に反射器を用いない点光源の論理モデルが用いられるが、実際のシステム設計ではさらに別のファクターも考慮しなければならないということは理解できよう。
本発明では純粋に反射するプレートと、部分的に吸収するプレートとを適当に組み合わせて光源と平面との間に設置する。各プレートは、距離の関数で選択的に組み合せられた光源／拡散器からの光を、反射および／または減衰させるような寸法になっている。このプレートに適した材料は例えば鉄を含まないソーダガラスおよびポリカーボネートである。ガラス板は空気中で入射光の８％を反射し、ポリカーボネート板は１０％を反射する。点放射源を用いる場合はプレートを円形にし、各プレートを光源からの同一光学軸上に同心状且つそれに直角に配置しなければならない。
【０００８】
各プレートの相対位置を任意に変えて照度を変ることができるが、同じ目的はプレートの直径および厚さを調整しても達成することができる。実際には各プレートを互いに接近して設置する。各プレート毎に確実に反射させるためにプレート間には小さい空隙を開けなければならない。プレートの厚さが均一でない場合には大きな入射角の光が完全反射されないように、積層プレートの距離と最大プレートの最大直径とを決める。ガラスおよびポリカーボネートの場合の完全反射角度は約４５°である。また、入射角を小さくするために例えばプレートの端部を湾曲させることもできる。プレートの全体数および直径は均一照射の度合いおよび式（１）および（２）で与えられる放射密度の減衰度を考慮して決める。ガラス板での点光源論理を用いた場合、１枚のプレートのエッジに起因して平面での照度段階に８％の段階がある。実際の系では光源が一定の大きさを有する点を考慮しなければならない。その結果、光源が各プレートのエッジの後方で徐々に「見える」ようになるため強度段階はなだらかになる。例えば、点光源を用いた場合、面上での照度は４５°の入射角で角度０°の強度の３５％である。式（１）を用いて直径が規定された１２枚のガラス板を用いることによって平面照度の最小変化度を９％未満に滑らかにすることができる。ポリカーボネート板を用いて得られ最小照度変化は９枚のプレートで１０％である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例をさらに詳細に説明する。
【０００９】
【実施例】
図１は光源１を備えた本発明の典型的な装置を示している。図示した例では光源１は後方に反射器２を有する円形放電管である。図では光源からの光はターゲットパネル６に向かって右側を向いて出る。図示した場合、ターゲットパネル６はソーラーパネル（日光浴パネル）６である。放電管１の最も近くには拡散器３が配置されている。この拡散器３は放電管１の強度を近距離で均一にするためのものである。拡散器３は拡散管５で取り囲まれている。本発明では拡散器の使用は任意である。拡散管５の最後（右端）の拡散器３を通った放射線は透過性、吸収性および反射性を有するプレート群４へ進む。プレート群４は各面からの反射が確実に行なえるように互いに離れている。反射板４の形は光源の形に依存する。ターゲット面６から見た反射板４の形は、例えば論理的点光源の場合には円形になり、細長い光源の場合は楕円形であり、正確な形は構造と形状に依存する。
【００１０】
拡散器３は光源が回転対称でない場合には必要である。反射器２の形を変えることによって放電管１／反射器２ユニットからの非回転対称分布を回転対称分布に変えることによって、拡散器３を用いる必要を無くすこともできる。
放射照度の回転対称分布は反射板４を円錐状に重ねることによって任意に変更することができる。円錐状とは反射板４を積み重ねた時の断面での形状分布が円錐状であることを意味する。図１では、積み重ねた最も大きな反射板４が光源１に最も近い所にあるが、本発明では積み重ねた反射板４の順番は光学上または構造上の要求から自由に選択することができる。また、原理的には積層吸収体は１枚の厚さが可変な吸収体に代えることができる。
【００１１】
本発明の実施例では下記の相対寸法を考慮する：
ａ：反射器２の直径
ｂ：光源１の直径
ｃ：光源１と最後の拡散器３との間の距離
ｄ：光源１と第１のプレート４との間の距離
ｅ：光源１とターゲット面６との間の距離
ｆ：拡散器３の直径
ｇ：最大プレート４の直径
【００１２】
１）  ｃは基本的にａより小さい。
２）  ｄはｅの５０％以下、一般にはｅの５〜２０％、特にｅの約１０％である。
３）  ｆはｂより大きく、一般には２ａより小さい。
４）  ｇはｂより大きく、一般には２ａより小さい。
【００１３】
以下、図１とわずかに違う本発明の実施例を説明する。この実施例が主として図１と異なる点は拡散器が２つしかない点である。
反射器２の直径は１５０ｍｍである。円形放電管１は外径が７０ｍｍで、厚さ（管の直径）が１０ｍｍで、放電管１と反射器２との距離は２０ｍｍである。拡散器管５は１５０ｍｍの内径の艶消し白色内面を有する。放電管１と最も近い拡散器３との距離は３０ｍｍであり、２番目に近い拡散器３と放電管１との距離は５０ｍｍである（２つの拡散器のみ）。拡散器管５は第２の拡散器で終わる（ここが図１とは異なる）。放電管１と吸収プレート４との距離は２２０ｍｍである。プレート４の材料はSchott NG12であるが、吸収が十分な他の任意の材料を用いることができる。プレート４は以下の寸法を有する（第１のプレートが放電管１に最も近い）：
第１のプレート：直径１５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ
第２のプレート：直径１００ｍｍ、厚さ２．０ｍｍ
第３のプレート：直径７０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ
プレート４間の間隙は約０．５ｍｍである。
【００１４】
実験では上記システムを放電管１とターゲット面積６との距離が２４０ｍｍとなるように配置した。ターゲット面積の直径１８０ｃｍの円形領域を測定した。本発明装置では放射照度が中心で最も高くなる対称円形パターンを生じる。反射板および吸収板４が無い場合、試験円の中心部と端部との照度差は約３５％であるが、反射板および吸収板４を用いると照度差は６％まで下がった。
装置、特にプレート４の寸法は放電管１の形状に大きく影響されることは明らかである。一般には、物理法則（式１、式２）によって最大強度を受ける領域の光を減衰させるために、放電管１がターゲット面６に近くなる程、光学軸に近い光線をより強力に吸収するように積層プレート４を配置する。
【００１５】
本発明の用途では放射源はフラッシュガン、白熱電球、赤外線源等の任意の種類のものにすることができるが、ソーラーパネルのテスト用のフラッシュガンで有利な利点が得られた。放射源は連続放射またはパルス放射のいずれでもよい。
本発明の複数のプレート４で全放射量の７５％までを吸収できるが、積層プレートの典型的な最大吸収率は入射放射線の５〜４０％である。
本発明で透過性という用語は基本的に不拡散性で、７５％以下の吸収率を有すことを意味する。
【００１６】
図２は示すグラフは、横軸がターゲット面の中心からの距離（メートル単位）を表し、縦軸がターゲット面での照度の減衰度を表している。図２の線１０は吸収体を用いない場合のコンピュータシミュレーションを表し、線１１は直径／厚さが７０ｍｍ／３ｍｍ、１００ｍｍ／２ｍｍおよび１５０ｍｍ／１．５ｍｍの吸収板を用いた時のシミュレーションを表す。線１２は線１０に対応する実際の測定値を表し、線１３は線１１に対応する実際の測定値をそれぞれ表す。シミュレーションした放射照度は実測値に対応して湾曲し、本発明の効果は拡散板による拡散光の角度分布を用いた単純物理モデルによって正確に表されるということがこの図を示している。
本発明ではプレート４の相互の順序を自由に選択でき、また、プレート４の放射源１からの距離とその直径とを変えることができる。
【００１７】
図３に示すグラフは横軸がターゲット面６の中心からの距離（メートル単位）を表し、縦軸がターゲット面での照度の減衰量を表している。図３では図２の実施例にさらに３枚のプレートを用いる。これらのプレートは下記の通りである：（直径／厚さ）：１００ｍｍ／１ｍｍ、１２０ｍｍ／３ｍｍおよび１５０ｍｍ／６ｍｍ。線１４は吸収体を用いない時のシミュレーションを示し、線１５は直径／厚さが１００ｍｍ／１ｍｍ、１２０ｍｍ／３ｍｍおよび１５０ｍｍ／６ｍｍの吸収板を用いた時のシミュレーションを表している。
【００１８】
図から明らかなように、より厚い吸収体を用いることで、光学軸から０〜９００ｍｍの範囲での照度分布を±２％以内の平坦なものにすることができる。本発明では各プレートの直径および厚さを適切に組み合わせることによって、ほぼ任意の合成照度分布を得ることができる。特に、プレート材料が光を吸収する、しないに関わらず各プレートが反射によって光を減衰するため、完全透過性のプレートおよび／または部分吸収性のプレートを適切に組み合せて用いることによって距離の関数として所望の減衰度を得ることができる。また、積層プレートの形を変えることによって任意の所望対称度の照度分布を得ることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は従来法に比べて光源と被照射面との間の距離を実質的に短くすることができる。この特徴によって、ソーラーパネルの試験装置を小型にすることができ、使用空間を大幅に節約することができる。透過性部品を主として用いることによって光のパターンを均等にすると光エネルギーの損失は最小になる。光源とターゲット面との間の距離を短くすることによってより低エネルギーの光源を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明装置の断面図。
【図２】  吸収体が無い場合と３つの吸収体を用いた場合との光源からの相対照度を表す本発明の一つの実施例の光分布を示すグラフ。
【図３】  本発明の第２の実施例での照度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
１    放射源
２    反射器
３    拡散器
４    プレート
５    拡散管
６    ターゲット面
【図１】
0004667636.tif 000002
【図２】
0004667636.tif 000003
【図３】
0004667636.tif 000004