特許第5826597号(P5826597)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ シャープ株式会社の特許一覧
<>
  • 特許5826597-擬似太陽光照射装置 図000002
  • 特許5826597-擬似太陽光照射装置 図000003
  • 特許5826597-擬似太陽光照射装置 図000004
  • 特許5826597-擬似太陽光照射装置 図000005
  • 特許5826597-擬似太陽光照射装置 図000006
  • 特許5826597-擬似太陽光照射装置 図000007
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5826597
(24)【登録日】2015年10月23日
(45)【発行日】2015年12月2日
(54)【発明の名称】擬似太陽光照射装置
(51)【国際特許分類】
   F21S 2/00 20060101AFI20151112BHJP
   F21Y 101/00 20060101ALN20151112BHJP
   F21Y 103/00 20060101ALN20151112BHJP
【FI】
   F21S2/00 441
   F21S2/00 431
   F21Y101:00
   F21Y103:00
【請求項の数】7
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2011-239820(P2011-239820)
(22)【出願日】2011年10月31日
(65)【公開番号】特開2013-98011(P2013-98011A)
(43)【公開日】2013年5月20日
【審査請求日】2014年10月1日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005049
【氏名又は名称】シャープ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
(72)【発明者】
【氏名】南 功治
(72)【発明者】
【氏名】多田野 宏之
(72)【発明者】
【氏名】藤原 紀人
【審査官】 宮崎 光治
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2010/143329(WO,A1)
【文献】 特開2010−164917(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F21S2/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光に指向性を付与して出射する光導入部と、
上記光導入部から射光を導光する導光板と、
上記光導入部と上記導光板との間に配置された光結合部材と、
上記導光板に設けられ、上記導光板に入射した上記出射光を上方の照射面に取り出す光取り出し部材と、
上記導光板の上方に配置された、光透過領域と該光透過領域を取り囲む遮光部とからなり、照射光の照射領域を制限する開口部材と、を備え、
上記光結合部材は、光導入部側の入射面が導光板側の出射面よりも大きくなっており、
上記導光板の入射側面の位置が、上記光透過領域と上記遮光部との境界部よりも光結合部材の入射面に近くなっており、
上記光取り出し部材は、複数設けられており、
上記導光板における上記遮光部と重なる領域に設けられた上記光取り出し部材の密度が相対的に高くなっていることを特徴とする擬似太陽光照射装置。
【請求項2】
上記光結合部材は、上記導光板の厚さ方向に互いに対向するテーパ状の面を有し、
上記光結合部材の入射面における上記厚さ方向の大きさは、上記光結合部材の出射面における上記厚さ方向の大きさの2倍以上であり、
上記光結合部材の入射面から出射面までの長さは、上記光結合部材の入射面における上記厚さ方向の大きさの3倍以下であ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】
上記開口部材は、上記遮光部が上記導光板と上記光結合部材との離間部分を覆うように配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の擬似太陽光照射装置。
【請求項4】
上記光結合部材および上記導光板における上記厚さ方向上方の面に接触し、上記導光板と上記光結合部材との離間部分を覆う遮光部材を備えたことを特徴とする請求項に記載の擬似太陽光照射装置。
【請求項5】
上記光取り出し部材は、上記導光板における厚さ方向上方の面に設けられていることを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の擬似太陽光照射装置。
【請求項6】
上記光導入部は、
光源と、
上記光源からの出射光に指向性を付与する光学部材と、
上記指向性が付与された上記出射光の発光スペクトルを調整する光学フィルタと、を備えたことを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の擬似太陽光照射装置。
【請求項7】
上記光導入部は、
第1の光を出射する第1の光源と、
上記第1の光に指向性を付与する第1の光学部材と、
上記指向性が付与された上記第1の光の発光スペクトルを調整する第1の光学フィルタと、
上記第1の光とは異なる第2の光を照射する第2の光源と、
上記第2の光に指向性を付与する第2の光学部材と、
上記指向性が付与された上記第2の光の発光スペクトルを調整する第2の光学フィルタと、
上記第1の光学フィルタによりスペクトルが調整された上記第1の光と、上記第2の光学フィルタによりスペクトルが調整された上記第2の光とが入射され、入射した第1の光および第2の光から選択した光を混合して上記光結合部材へ出射する波長選択部材と、を備えたことを特徴とする請求項1〜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として、例えば、特許文献1および2に開示された装置が挙げられる。特許文献1に開示された擬似太陽光照射装置は、擬似太陽光の照射範囲よりも小面積の光放射面に光学フィルタが取り付けられている。そして、内部にキセノンランプが設置されたランプハウジングと、該ランプハウジングの光学フィルタに対向する側に設置された反射板とを具備している。特許文献1に開示された擬似太陽光照射装置では、キセノンランプ(光源)の下側(光学フィルタに対向する側)にある反射鏡により、光源からの光をできるだけ多く照射面側に向けて放射するようになっている。そして、光源と光照射面側との間に設けられた光学フィルタにより、照射スペクトルを制御し、光照射面上で擬似太陽光を合成するようになっている。
【0007】
また、特許文献2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いう2つの光源を備え、これら光源の出射部に広範囲にわたって光学フィルタが配置された構成である。この光学フィルタで照射光のスペクトルを合わせこむようになっている。また、これら2つの光源はそれぞれ、異なるランプ室に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2003−28785号公報(2003年01月29日公開)
【特許文献2】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】
【0009】
しかしながら、上述のような従来技術では、照射領域が広範囲である擬似太陽光照射装置において、照射光のスペクトル合致度が大きく変化してしまうという問題がある。
【0010】
まず、特許文献1に開示された技術では、光源から光学フィルタ(エアマスフィルタ)を通過して出射した光のスペクトルを擬似太陽光照射装置の照射面で一致させる構成となっている。このような構成では、照射面上のある1つの照射点を通過する光は、異なる角度でエアマスフィルタを通過する複数の光の重ね合わせになる。エアマスフィルタから出射する光のスペクトルは、エアマスフィルタに入射する光の指向性と関連がある。それゆえ、光が異なる角度でエアマスフィルタを通過する場合、エアマスフィルタから出射された光は、様々なスペクトルの光が混じり合い、スペクトル合致度が低い。それゆえ、このような光を装置の照射面でスペクトルを合致させることが困難である。それゆえ、特許文献1の技術では、スペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置を実現することが困難である。
【0011】
また、特許文献2のような、ハロゲンランプとキセノンランプという2つの光源を備えた擬似太陽光照射装置においては、照射面上のある1つの照射点を通過する光が波長域の面でも合致しなくなる。それゆえ、特許文献2の技術では、スペクトルを照射面内で一様にすることが難しく、スペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置を実現することがさらに困難になる。
【0012】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より広範囲の照射面においてスペクトル合致度が大きく変化しない擬似太陽光を照射することが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】
【0013】
本発明の擬似太陽光照射装置は、上記の課題を解決するために、光に指向性を付与して出射する光導入部と、上記光導入部から出射された光を導光する導光板と、上記光導入部と上記導光板との間に配置された光結合部材と、上記導光板に設けられ、上記導光板に入射した上記出射光を上方の照射面に取り出す光取り出し部材と、上記導光板の上方に配置された、光透過領域と該光透過領域を取り囲む遮光部とからなり、照射光の照射領域を制限する開口部材と、を備え、上記光結合部材は、光導入部側の入射面が導光板側の出射面よりも大きくなっており、上記導光板の入射側面の位置が、上記光透過領域と上記遮光部との境界部よりも光結合部材の入射面に近くなっていることを特徴としている。
【0014】
上記の構成では、光導入部からの光(擬似太陽光)は、指向性が付与されて光結合部材に入射される。光結合部材は、上記光導入部と上記導光板との間に配置されており、光導入部からの出射光を導光板へ光結合するための部材である。光結合部材から光導光板へ入射した光は、光取り出し部材により、導光板の照射面から被照射体に向けて出射される。
【0015】
導光板の入射側面に斜めに入射する光は、漏れ光となりやすい。入射角度が大きいほど漏れ光になりやすくなる。このように導光板の入射側面に対し斜め方向で入射する光は、上記光導入部からの出射光のうち指向性がずれた不要光である。このような不要光は、スペクトル設計からずれた透過率が付与された光である。このような不要光が導光板内を伝搬し、光取り出し部材によって導光板の照射面から出射された結果、照射面から出射した照射光のスペクトルが所望のスペクトルからずれることになり、スペクトル合致度が低くなってしまう。
【0016】
ここで、上記の構成によれば、上記光結合部材は、光導入部側の入射面が導光板側の出射面よりも大きくなった構成になっており、光が光結合部材の側面(入射面及び出射面を上面及び下面としたときの側面)で反射して出射した場合、出射角度が入射角度よりも大きくなる。それゆえ、上記不要光は、光結合部材に斜め入射すると、入射角度よりも大きな出射角度で出射することになる。そして、導光板の入射側面に入射して、該入射側面近傍部分で光取り出し部材によって取り出される。
【0017】
そして、上記の構成によれば、上記開口部材は、上記導光板の上方に配置され、光透過領域と該光透過領域を取り囲む遮光部とからなり、照射光の照射領域を制限する。そして、上記導光板の入射側面の位置が、上記光透過領域と上記遮光部との境界部よりも光結合部材の入射面に近くなっているので、上記入射側面近傍部分で光取り出し部材によって取り出された上記不要光由来の照射光が上記遮光部によって被照射体に到達しなくなる。
【0018】
その結果、上記の構成によれば、照射される擬似太陽光のスペクトル合致度の低下を防ぐことができる。よって、上記の構成によれば、より広範囲の照射面においてスペクトル合致度が大きく変化しない擬似太陽光を照射することができる擬似太陽光照射装置を実現することができる。
【0019】
なお、本発明の擬似太陽光照射装置は、上記光導入部からの出射光のうち指向性がずれた不要光を導光板の入射側面の近傍位置に当て外部へ出射させる光結合部材と、外部へ出射した上記不要光を遮光する枠状の遮光部及び該遮光部により囲まれた光透過領域を有する開口部材と、を備えた構成であるともいえる。
【0020】
また、本発明の擬似太陽光照射装置では、上記光結合部材は、上記導光板の厚さ方向に互いに対向するテーパ状の面を有し、上記光結合部材の入射面における上記厚さ方向の大きさは、上記光結合部材の出射面における上記厚さ方向の大きさの2倍以上であり、上記光結合部材の入射面から出射面までの長さは、上記光結合部材の入射面における上記厚さ方向の大きさの3倍以下であることが好ましい。
【0021】
これにより、上記光導入部からの出射光が光結合部材の側面に複数回衝突して導光板へ入射することを防ぐことができる。それゆえ、光結合部材の側面に複数回当ることで導光板への光の入射角度が必要以上に大きくなることがない。その結果、上記の構成によれば、導光板への光の入射角度の増大に起因する、導光板の入射側面近傍での光の急激な減衰を防止することができる。よって、上記の構成によれば、照射光のスペクトル合致度を制御しやすいという効果がある。
【0022】
また、本発明の擬似太陽光照射装置では、上記開口部材は、上記遮光部が上記導光板と上記光結合部材との離間部分を覆うように配置されていることが好ましい。
【0023】
上記導光板と上記光結合部材との離間部分においては、各部材の形状誤差等により、光が種々の方向に放射される。このため、指向性がずれスペクトル制御されていない不要光が被照射体(例えば太陽電池)の方へ放射されるおそれがある。上記の構成によれば、上記開口部材は、上記遮光部が上記導光板と上記光結合部材との離間部分を覆うように配置されているので、指向性がずれスペクトル制御されていない不要光が被照射体(例えば太陽電池)の方へ放射されることを確実に防止することができる。
【0024】
また、本発明の擬似太陽光照射装置では、上記光結合部材および上記導光板における上記厚さ方向上方の面に接触し、上記導光板と上記光結合部材との離間部分を覆う遮光部材を備えたことが好ましい。
【0025】
これにより、例えば、上記導光板と上記開口部材との距離が大きい場合に、上記遮光部材により、指向性がずれスペクトル制御されていない不要光が被照射体(例えば太陽電池)の方へ放射されることを確実に防止することができる。
【0026】
また、本発明の擬似太陽光照射装置では、上記光取り出し部材は、複数設けられており、上記導光板における上記遮光部と重なる領域に設けられた上記光取り出し部材の密度が相対的に高くなっていることが好ましい。
【0027】
上記の構成によれば、上記光取り出し部材は、複数設けられており、上記導光板における上記遮光部と重なる領域に設けられた上記光取り出し部材の密度が相対的に高くなっているので、光取り出し部材による光取り出し効率は、上記導光板における上記遮光部と重なる領域が相対的に高くになっている。それゆえ、上記の構成によれば、上記入射側面近傍部分での不要光由来の光の取り出し効率が向上し、さらに照射光のスペクトル合致度を向上させることができる。
【0028】
また、本発明の擬似太陽光照射装置では、上記光取り出し部材は、上記導光板における厚さ方向上方の面に設けられていることが好ましい。
【0029】
上記の構成によれば、上記光取り出し部材は、上記導光板における厚さ方向上方の面に設けられているので、光取り出し部材が上記導光板における厚さ方向下方の面に設けられている場合に比べ、導光板に入射した光が導光板内部を伝搬する光になりにくくなる。その結果、上記の構成によれば、指向性がずれた不要光をさらに効率的に除去することができる。
【0030】
また、本発明の擬似太陽光照射装置では、上記光導入部は、光源と、上記光源からの出射光に指向性を付与する光学部材と、上記指向性が付与された上記出射光の発光スペクトルを調整する光学フィルタと、を備えていてもよい。
【0031】
また、本発明の擬似太陽光照射装置では、上記光導入部は、第1の光を出射する第1の光源と、上記第1の光に指向性を付与する第1の光学部材と、上記指向性が付与された上記第1の光の発光スペクトルを調整する第1の光学フィルタと、上記第1の光とは異なる第2の光を照射する第2の光源と、上記第2の光に指向性を付与する第2の光学部材と、上記指向性が付与された上記第2の光の発光スペクトルを調整する第2の光学フィルタと、上記第1の光学フィルタによりスペクトルが調整された上記第1の光と、上記第2の光学フィルタによりスペクトルが調整された上記第2の光とが入射され、入射した第1の光および第2の光から選択した光を混合して上記光結合部材へ出射する波長選択部材と、を備えていてもよい。
【0032】
上記の構成によれば、より広範囲の照射面においてスペクトル合致度が大きく変化しない擬似太陽光を照射することができる擬似太陽光照射装置を実現することができる。
【発明の効果】
【0033】
本発明の擬似太陽光照射装置は、以上のように、光に指向性を付与して出射する光導入部と、上記光導入部から出射された光を導光する導光板と、上記光導入部かと上記導光板との間に配置された光結合部材と、上記導光板に設けられ、上記導光板に入射した上記出射光を上方の照射面に取り出す光取り出し部材と、上記導光板の上方に配置された、光透過領域と該光透過領域を取り囲む遮光部とからなり、照射光の照射領域を制限する開口部材と、を備え、上記光結合部材は、光導入部側の入射面が導光板側の出射面よりも大きくなっており、上記導光板の入射側面の位置が、上記光透過領域と上記遮光部との境界部よりも光結合部材の入射面に近くなっている構成である。
【0034】
それゆえ、より広範囲の照射面においてスペクトル合致度が大きく変化しない擬似太陽光を照射することができる擬似太陽光照射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
図1】(a)は、本発明の実施の一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り、(b)は、(a)に示された擬似太陽光照射装置の光導入部を導光板の照射面(上面)側から見た図であり、(c)は、(a)に示された擬似太陽光照射装置の光結合部材を通過する擬似太陽光の光路を模式的に示した上面図である。
図2】(a)は、図1(a)に示された擬似太陽光照射装置を上方からみた上面図であり、(b)は、光結合部材と開口部材との位置関係の一例を示した側面図であり、(c)は、光結合部材と開口部材との位置関係の他の例を示した側面図である。
図3図1(a)に示された擬似太陽光照射装置を大面積照射に適用した一適用例を示した上面図である。
図4】変形例1としての擬似太陽光照射装置の構成を示す側面図である。
図5】変形例2としての擬似太陽光照射装置の構成を示す側面図である。
図6】(a)は、本発明の実施の他の形態に係る擬似太陽光照射装置の要部構成を示す側面図であり、(b)は、(a)に示された擬似太陽光照射装置の光導入部における一部の構成をz方向から見た上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
〔実施の形態1〕
(1)擬似太陽光照射装置100の構成
以下、本発明の実施の一形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、擬似太陽光を被照射体18に照射する擬似太陽光照射装置100について、図1を参照して説明する。図1(a)は、本発明の擬似太陽光照射装置100の概略構成を示す図である。被照射体18としては、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)が挙げられる。ここで、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。
【0037】
図1(a)に示されるように、擬似太陽光照射装置100は、光導入部20a・20bと、導光板8と、光取り出し部(光取り出し部材)9と、プリズムシート10と、開口部材15とを備えている。擬似太陽光照射装置100は、導光板8の上面(照射面)から擬似太陽光(図中矢印)を、被照射体18に向けて出射する。なお、以下の説明では、導光板8の照射面側を上方、照射面とは反対側(裏側)を下方とする。
【0038】
光導入部20a・20bは、光源から出射された光のスペクトルを調整することにより擬似太陽光を生成し、生成した擬似太陽光を導光板8に出射する。擬似太陽光照射装置100では、導光板8の両側面(側端面)にそれぞれ、光導入部20a・20bが配置されている。換言すると、導光板8は、互いに対向して配置される光導入部20a・20bの間に設けられている。そのため、より多くの光量(照度)の擬似太陽光を、導光板8の照射面から出射することができる。ここで、光導入部20a及び光導入部20bが互いに対向する方向(光導入部20a、導光板8、及び光導入部20bが並ぶ方向)をx方向とし、導光板8における法線方向をz方向とし、x方向及びz方向の両方に垂直な方向をy方向とする。
【0039】
なお、光導入部20a・20bは、導光板8の両端面に設ける必要はなく、導光板8の一方の側端面にのみ設けられていてもよい。すなわち、擬似太陽光照射装置100は、光導入部20bを備えていなくてもよい。
【0040】
導光板8には、被照射体18に向けて照射面から擬似太陽光が出射されるように、下方の面に光取り出し部9が設けられている。光取り出し部9は、導光板8の下面に形成されており、光導入部20a・20bから出射された擬似太陽光を、導光板8の照射面に取り出すものである。具体的には、光導入部20a・20bから導光板8に入射した擬似太陽光は、導光板8の内部を伝搬する。このとき、光取り出し部9に当たった擬似太陽光は、導光板8の照射面から出射される。これにより、広い面積の照射面から、均等に分布した擬似太陽光を出射することが可能となる。
【0041】
なお、光取り出し部9は、例えば、散乱体から形成することができ、これにより、導光板8の内部の擬似太陽光を散乱させて、全反射条件を外れた擬似太陽光が、導光板8の照射面から外部に取り出され、被照射体18に向けて出射できるようになる。さらに、散乱体のパターンを変更すれば、擬似太陽光の照度ムラを調整することもできる。
【0042】
また、光取り出し部9は、印刷、金型などで形成してもよい。この場合、導光板8の下面に形成するドットの形状、大きさ、ピッチ、間隔などのパターンは、太陽電池Bの受光面全域に擬似太陽光が均等に照射されるように、被照射体18のサイズなど考慮して、適宜設定される。
【0043】
導光板8の上方の面には、プリズムシート10が配置されている。このプリズムシート10は、導光板8側の面にプリズム構造10aが形成されており、光の屈折効果で、導光板5の照射面に垂直な光の成分を多く作り出すことができる。そのため、導光板8から被照射体18に向けて、より効率よく擬似太陽光を照射することができる。
【0044】
このように、擬似太陽光照射装置100においては、光取り出し部9により、光導入部20a・20bから出射された擬似太陽光が導光板8の照射面へ取り出される。さらに、導光板8の上面に配置された光屈折部材としてのプリズムシート10により、導光板8に対し垂直な方向(z方向)に近くなるように、導光板8から出射された光の照射方向が制御される。
【0045】
次に、光導入部20a・20bの構成について、図1(a)〜(c)を参照して説明する。図1(b)は、光導入部20aを導光板8の照射面(上面)側から見た図である。ここで、光導入部20aおよび光導入部20bの構成は同一である。そのため、ここでは光導入部20aの構成についてのみ説明する。
【0046】
図1(a)・(b)に示されるように、光導入部20aは、光源1と、集光部材2と、反射部材16a・16bと、テーパカプラ3と、光学フィルタ4とを備えている。
【0047】
光源1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を出射する光源である。光源1としては、例えば、キセノンランプ、あるいはハロゲンランプなどが用いられる。また、光源1は、y方向に延びる棒状光源である。しかし、光源1は、棒状光源に限らず、例えば点光源であってもよい。
【0048】
集光部材2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楕円形状のミラーである。集光部材2は、光源1におけるテーパカプラ3への出射方向以外の部分を包囲するように設けられている。これにより、集光部材2によって、光源1から出射された光のうち、テーパカプラ3に向かわない光を、テーパカプラ3に向けて反射させることができる。光源1がハロゲンランプである場合、集光部材2は、アルミニウムからなり、その楕円状反射面には金の蒸着膜が形成されている。
【0049】
その結果、光源1から直接出射された光、および集光部材2によって反射された光を、テーパカプラ3の入射面に入射させることが可能となるので、光源1からの出射された光の利用効率を向上せることができる。
【0050】
反射部材16a・16bは、テーパカプラ3の入射面を包囲して設けられており、光源1から直接出射された光、および集光部材2で反射された光のうち、テーパカプラ3の入射面に入射されなかった光を、集光部材2に向けて反射させる。これにより、テーパカプラ3の入射面に入射されなかった光を、再度、集光部材2に導くことが可能となるので、光源1から出射された光の利用効率をさらに向上せることができる。
【0051】
テーパカプラ3は、光導入部20a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4に近接して配置されている。テーパカプラ3は、y方向に対向する2つの面がテーパ形状に形成されている。そして、入射した光を内部で全反射させることで、光源1から出射した光に所定の指向性を付与することができる。なお、光導入部20a・20bにおける指向性の制御については後述する。
【0052】
光学フィルタ4は、光源1から出射された光のスペクトルを基準太陽光のスペクトル分布に近くするよう調整(透過率を制御)する光学素子である。光学フィルタ4は、テーパカプラ3の出射面に対向して配置され、テーパカプラ3の出射面から出射された光を透過する。光学フィルタ4は、ガラス基板上に光学多層膜を形成したものである。光学フィルタ4は、波長に応じて変化する透過率を有し、透過する光(光源1から出射された光)のスペクトルを、基準太陽光のスペクトルに近似させる。光学フィルタ4は、通常、エアマスフィルタ(スペクトル調整フィルタ)と称される。
【0053】
具体的には、光学フィルタ4は、光源1に対応するテーパカプラ3の出射面に近接して設けられており、テーパカプラ3から出射される光のスペクトル分布を調整する。これにより、光学フィルタ4によってスペクトル調整された光が、擬似太陽光として光導入部20aから出射される。
【0054】
(2)光導入部における指向性の改善
次に、光導入部20a.20bにおける指向性改善の原理について説明する。
【0055】
擬似太陽光照射装置100において、光源1の出射光は、集光部材2によって、放射指向性が制御される。これにより、光源1の出射光は、xy面の指向性が付与される。集光部材2は、例えば楕円ミラーである。この場合、集光部材2の性質として楕円面の焦点に光が集まり、その集光時の集光角の分だけの指向性が得られることになる。また、擬似太陽光照射装置100では、反射部材16a・16bが設けられている。そのため、テーパカプラ3に入射せずに導光板8に入射するような指向性が悪い光が除去される。また、テーパカプラ3に入射しなかった光が、反射部材16a・16bによって反射された後、集光部材2で再反射され、テーパカプラ3の入射面に入射することになる。よって、光源1からの出射光が有効に利用されると共に、指向性の高い光を選択的に取り出すことができる。
【0056】
さらに、光源1から出射された光は、テーパカプラ3によっても放射指向性が制御される。このように指向性が制御された光は、さらにxz面の指向性が付与される。
【0057】
テーパカプラ3は、図1(b)に示されるように、z方向に対向する2つの面が、テーパ形状(台形形状)になっている。すなわち、テーパカプラ3の入射面から出射面に向かって、テーパカプラ3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から出射された光は、テーパカプラ3の側面で複数回反射するうちに、指向性(放射角)が改善される。これにより、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の出射面から出射される。
【0058】
擬似太陽光照射装置100は、光結合部材7と開口部材15とを備えたことを特徴とする。光結合部材7は、導光板8と光導入部20a・20bとの間に配置されており、主に入射してくる指向性が悪い光(光学フィルタ4を通過した光のうち指向性が悪い光)を取り除く機能を有する。また、開口部材15は、開口部15aと遮光部15bとからなり、導光板8からの照射光の照射範囲を制限する機能を有する。擬似太陽光照射装置100では、光結合部材7の機能と開口部材15の機能とにより、スペクトル合致度が悪い擬似太陽光が被照射体18(例えば太陽電池)へ照射されるのを防止することができる。その結果、導光板8から被照射体18へ照射される擬似太陽光のスペクトル合致度を向上させることが可能になる。以下、光結合部材7及び開口部材15の機能について、詳述する。
【0059】
(3)光結合部材7の機能
図1(c)は、光結合部材7を通過する擬似太陽光の光路を模式的に示した上面図である。
【0060】
図1(a)及び(c)に示されるように、光結合部材7は、入射面から内部に入射された光を壁面で全反射させて対向する出射面まで導光し、出射する光学素子である。光結合部材7の入射面は、光学フィルタ4に近接して配置されている。光結合部材7は、z方向において対向する1対の面7c・7dがテーパ状に傾斜している。すなわち、光結合部材6の入射面から出射面に向かって、光結合部材7の断面積は徐々に減少する。これにより、光学フィルタ4から光結合部材7に入射されたz方向に広がった光は、入射面7aよりz方向の幅が狭い出射面7bから出射される。光結合部材7の出射面7bから出射された光は、導光板8の端面に入射する。
【0061】
導光板8の端面が光結合部材7の出射面7bに対向するように、導光板8は、光結合部材7に近接して配置される。光結合部材7によって入射する光のz方向の幅を狭くすることができるので、導光板8のz方向の厚さを薄くすることができる。導光板8は、透過率を高くするために好ましくは石英ガラス等で構成される。石英ガラスはコストも高いが、光結合部材7を用いると、光の利用効率を高めながら導光板8の厚さを薄くすることができるので、コストを下げることができる。
【0062】
ここで、光結合部材7は、入射面7a(入射端開口部)が出射面7b(出射端開口部)よりもz方向(導光板8の厚さ方向)に面積が大きくなった構造になっている。すなわち、光結合部材7の構造は、z方向において、入射面7aの寸法は、出射面7bよりも大きくなっており、y方向においては、入射面7a及び出射面7bともに寸法が同じになっている。
【0063】
このような構造とすることで、光結合部材7内部での光の反射回数を適度に制限する。そして、光結合部材7に入射時点で、指向性が悪い光は光結合部材7にて取り除かれることになる。
【0064】
まず、入射面7aに対し略垂直に入射する光は、テーパ状の面7cまたは面7dへの反射回数が0であるか、あるいは1回まで制約された状態で、光結合部材7を通過する。さらに、もともと、指向性が悪い光(例えば入射面に対する入射角度θ=30°)は、光学フィルタ4でスペクトル調整された時点で、指向性が良好な光と比較してスペクトルがずれている。このような入射角度θで入射した指向性が悪い光は、図1(c)に示されるように、光結合部材7に入射するとテーパ状の面7cで反射する。そして、これにより、出射面7bから出射するときには、出射面7bに対する出射角度θがさらに大きくなる(入射角度θ<出射角度θ)。そして、その出射角度θで導光板8に入射する。
【0065】
具体的には、導光板のz方向の厚さが16mm、光結合部材7における入射面7a(入射開口部)のz方向の厚さが30mm、x方向の長さが70mm、出射面7b(出射開口部)のz方向の厚さが15mmとしている。そして、光結合部材が屈折率1.45の石英で構成されている場合、入射角度θ=30°で入射した光は、光結合部材7中を伝搬して、光結合部材7のテーパ状の面7cで1回反射することで、出射面7bから出射角度θ=51°で出射する。そして、この光が導光板8に入射することになる。
【0066】
導光板8に入射する光のうち、図1(c)に示すような光(出射角度θ=51°)は、導光板8に一旦入射しても、そこから1度の光取り出し部9への衝突することにより全反射条件からずれる。それゆえ、図1(c)に示すような光は、導光板8に入射しても、導光板8から漏れ出る割合が急増する。この結果、光学フィルタ4への入射角度の大きく指向性が悪い光は、光結合部材7内部を伝搬することで、そのままの入射角度で導光板8内部を伝搬する割合が低下する。
【0067】
この結果、光導入部20a・20bから出射した光のうち、指向性が悪くスペクトルがずれた光(スペクトル合致度低下につながる光)は、導光板8に入射直後、導光板8外部に除かれることになる。よって、導光板8を伝搬する光は、スペクトル合致度の高い光の割合が相対的に増加する。
【0068】
ここで、光結合部材7は、導光板8の厚さ方向(z方向)に互いに対向するテーパ状の面7c・7dを有する。そして、光結合部材7の入射面7aにおけるz方向の大きさは、光結合部材7の出射面7bにおけるz方向の大きさの2倍以上である。そして、光結合部材7の入射面7aから出射面7bまでの長さは、光結合部材7の入射面7aにおけるz方向の大きさの3倍以下である。
【0069】
これにより、光導入部20aからの出射光が光結合部材7の面7c・7dに複数回衝突して導光板8へ入射することを防ぐことができる。それゆえ、光結合部材7の面7c・7dに複数回当ることで導光板8への光の入射角度が必要以上に大きくなることがない。その結果、導光板8への光の入射角度の増大に起因する、導光板8の入射側面近傍での光の急激な減衰を防止することができる。よって、照射光のスペクトル合致度を制御しやすいという効果がある。
【0070】
(4)開口部材15による導光板8の一部遮光機能
次に、開口部材15の機能について、図2(a)〜(c)を参照して、説明する。図2(a)は、擬似太陽光照射装置100を上方からみた上面図であり、図2(b)は、光結合部材7と開口部材15との位置関係の一例を示した側面図であり、図2(c)は、光結合部材7と開口部材15との位置関係の他の例を示した側面図である。
【0071】
開口部材15は、導光板8から照射する光の照射領域を規定する部材であり、導光板8の上方に設けられている。開口部材15は、開口部15a及び遮光部15bからなる。遮光部15bは、開口部15aを取り囲む枠状に設けられている。開口部15aは、開口部材15における光透過領域を構成する。この開口部15aは、擬似太陽光のスペクトルを維持して透過する機能があればよい。具体的には、開口部15aは、擬似太陽光を透過する透明な部材で構成されていてもよい。また、開口部15aは、空気であってもよい。すなわち、開口部材15は、開口部15aの領域がくり抜かれた構成であってもよい。擬似太陽光照射装置100においては、導光板8から照射面から出射した擬似太陽光のうち、開口部8aを通過した光が被照射体18に照射されるようになっている。本明細書において、「開口」とは、物理的な開口(穴等)に加え、遮光部分に対して光を透過する部分という意味も含まれる。
【0072】
図2(a)および(b)に示されるように、開口部材15における遮光部15bは、光結合部材7と導光板8との離間部分(境界部)を覆うように配置されている。また、光結合部材7と導光板8との離間部分(境界部)は、開口部材15の開口部15aのx方向端部よりも光結合部材の入射面7aに近くなっている。遮光部15bは、導光板8の照射面における入射側面近傍の領域を覆うように設けられている。
【0073】
例えば、出射角度θ=51°といった出射面7bに対する出射角度θが大きな光(スペクトルが設計よりもずれている光)は、導光板8に入射し伝搬しても、導光板8における入射側面(光結合部材7との対向面)の近傍で漏れ出る。このとき、導光板8の照射面における、光結合部材7の出射光の入射側面近傍の領域を覆うように遮光部15bが配置されているので、漏れ出た光は遮光部15bにて遮光される。その結果、出射角度θが大きな光(スペクトルが設計よりもずれている光)は、被照射体18(例えば太陽電池)に向かうことがない。
【0074】
遮光部15bの端部(遮光部15bと開口部15aとの境界部)は、例えば導光板8の入射側面から50mm内側へ向かった位置に来るように設定される。この位置は、次の想定から設定される。すなわち、導光板8における入射側面の近傍で漏れ出る光は、内面との反射角度φが40°近くで、導光板8内部を伝搬している。このため、2回目の光取り出し部9との衝突により十分不要な光が取り除かれることを想定して設定した位置である。
【0075】
また、擬似太陽光照射装置100においては、光導入部20a・20bから出射した擬似太陽光は、導光板8内部を伝搬し、光取り出し部9により導光板の照射面から被照射体18に向けて取り出される。図2(c)に示されるように、光取り出し部9は、遮光部15bの真下の部分(導光板8と遮光部15bとが重複する部分)で密度が相対的に高くなるように形成されることが好ましい。
【0076】
これにより、導光板8における入射側面近傍において、1回の光取り出し部9との衝突による光取り出し効率が向上する。その結果、導光板8から照射面に照射される光の中から、指向性が悪くスペクトル合致度が低い光を、より効率的に除去することができる。
【0077】
また、開口部材15の遮光部15bは、導光板8の照射面における入射側面近傍の領域に加え、光結合部材7と導光板8との離間部分(境界部)を覆うように配置されていることが好ましい。光結合部材7と導光板8との離間部分においては、各部材のエッジ部分での反射光等といった強い迷光が発生する可能性が高い。このため、光結合部材7と導光板8との離間部分から、全くイレギュラーな光路で光が導光板8の照射面に入射するおそれがある。このような迷光を遮光するために、図2(a)に示されるように、遮光部15bは、光結合部材7と導光板8との離間部分(境界部)を覆うことが好ましい。
【0078】
(5)大面積照射時における開口部材15の機能
擬似太陽光照射装置100を大面積照射に適用した例について、図3を参照して説明する。図3は、擬似太陽光照射装置100を大面積照射に適用した一適用例を示した上面図である。
【0079】
図3に示されるように、擬似太陽光照射装置100を大面積照射に適用した場合、その装置構成は、図1(a)に示される構成のうち開口部材15を除く基本の単位構成(主要部)がy方向に並べられた構成となっている。図3に示された構成では、開口部材15を除く基本の構成(主要部)が8セット並べられている。ここで、導光板8(一光路)のy方向の幅を225mmとしており、導光板のx方向の全長を1200mmとすれば、図3のような8列構成では、擬似太陽光を照射できる照射範囲は、最大1100mm×1600mm程度までとなる。
【0080】
図3に示す構成では、8個のy方向に並列する導光板50a〜50hをそれぞれ挟むように、光導入部51a〜51h、及び光導入部52a〜52hが互いに対向して配置されている。また、光導入部51a〜51hはそれぞれ、光源56a〜56hを備えている。また、光導入部52a〜52hはそれぞれ、光源57a〜57hを備えている。導光板50a〜50hと光導入部51a〜51hとの間にはそれぞれ、光結合部材53a〜53hが配置されている。また、導光板50a〜50hと光導入部52a〜52hとの間にはそれぞれ、光結合部材54a〜54hが配置されている。
【0081】
図3に示される構成において、基本の単位構成となる擬似太陽光照射ユニットは、例えば、導光板50aと、光源56a・57aを備え、該光源56a・57aの出射光に指向性を付与するための光導入部51a・52aと、光導入部51a・52aから出射した光を導光板50aへ光結合する光結合部材53a・54aとから構成されている。
【0082】
ここで、開口部材55は、開口部55a及び開口部55aを取り囲む遮光部55bから構成されており、開口部55aが導光板50a〜50hをy方向にまたがるように配置されている。これにより、いくら照射面積が広くなっても、開口部材55は、開口部55aの周辺にある遮光部55bにて、装置に対して固定可能になる。
【0083】
また、上述したように、大型の開口部材55の遮光部55bによって、基本の擬似太陽光照射ユニット8セット分の光結合部材と導光板との離間部分(例えば光結合部材53aと導光板50aとの離間部分や光結合部材54aと導光板50aとの離間部分)を覆うことが可能である。このような場合、開口部材55のy方向の長さは、光導入部51a〜51hのy方向の幅以上となる。すなわち、開口部材55は、開口部55aの中に導光板50a〜50hが収まるように設けられる。また、遮光部55bは、図3に示されるように、8セット分の光結合部材53a〜53hと導光板50a〜50hとの離間部分、及び光結合部材54a〜54hと導光板50a〜50hとの離間部分を一度に覆うことになる。また、同図に示されるように、開口部材55は、開口部55aの完全に外側で、擬似太陽光照射装置に固定されている。
【0084】
このようにして設けられた開口部材55により、大面積照射においても、開口部材55の機能が有効に作用し、擬似太陽光照射装置の照射光のスペクトル合致度低下を防止することができる。
【0085】
(6)遮光効果について
次に、図1に示す擬似太陽光照射装置100の変形例について、説明する。図4は、変形例1としての擬似太陽光照射装置の構成を示す側面図である。
【0086】
上述したように、光結合部材7と導光板8との離間部分では、光結合部材7の出射面7bに対する出射角度θが極めて大きくなるため、光結合部材7から導光板8へ入射しない光がある。このような導光板8へ入射しなかった光は、光結合部材7と導光板8との離間部分から漏れた漏れ光となり、予測不可能な光路で被照射体18に向かって放射されることがある。
【0087】
そこで、変形例1の擬似太陽光照射装置100では、開口部材15の遮光部15bの下方に遮光部材30が設けられている。この遮光部材30は、光結合部材7と導光板8との離間部分を覆うとともに、光結合部材7のz方向上方の面7c及び導光板8の入射側面近傍の照射面の両方に接触して配置されている。これにより、光結合部材7と導光板8との離間部分からの漏れ光(光結合部材7から導光板8へ入射しなかった光)を遮光することができ、照射光のスペクトル合致度をさらに向上させることができる。
【0088】
擬似太陽光照射装置100の構成によっては、プリズムシート10のような導光板8の真上に設けられた部材と、開口部材15との間を離間させ空間を設ける必要がある場合がある。このような場合、光結合部材7と導光板8との離間部分からの漏れ光は、遮光部15bにより遮光されにくくなる。ここで、遮光部材30が設けられていることにより、漏れ光の低減効果が顕著になる。
【0089】
具体的には、プリズムシート10と開口部材15とが離間した構成では、プリズムシート10と開口部材15との間の空間に別途スペクトル調整部材等を配置できるという利点がある。さらに、遮光部材30が設けられていることにより、光結合部材7から導光板8へ入射せずに漏れ光となった光を完全に遮光できるという利点がある。これら2つの利点を両立することができる。
【0090】
次に、図1に示す擬似太陽光照射装置100のさらに変形例について、説明する。図5は、変形例2としての擬似太陽光照射装置の構成を示す側面図である。
【0091】
光取り出し部9は、例えば、微小散乱体の印刷パターンとして形成されていてもよい。この場合、例えば導光板8上に溝やドットを加工することで、微小散乱体の印刷パターンが形成される。微小散乱体の印刷パターンは、厚さが0.1mm以下である。
【0092】
よって、光取り出し部9が微小散乱体の印刷パターンとして導光板8に形成されている場合、図5に示されるように、光取り出し部9は、導光板8の上方の照射面に形成されている。
【0093】
厚さ0.1mm以下という極めて薄い印刷パターンが光取り出し部9として形成されているので、図6に示されるように、遮光部材30が印刷パターンに接触しても問題ない。
【0094】
また、出射面7bに対する出射角度θが大きな光(スペクトルが設計よりもずれている光)は、導光板8に入射すると、微小散乱体の印刷パターンに衝突することで、導光板8外部へ出る。光取り出し部9が導光板8の上方の照射面に形成されている場合、導光板8外部へ出る光の光量が高くなる。この理由について、以下に説明する。
【0095】
まず、導光板8の下方の面に光取り出し部9としての微小散乱体の印刷パターンが形成されている場合(例えば図4の構成)、出射面7bに対する出射角度θが大きな光は、導光板8に入射し微小散乱体に衝突した後、導光板8内部を斜めに伝搬して、外部へ出ていく。このとき、導光板8内部の光の伝搬距離は、導光板8のz方向厚さの2倍程度である。一方、導光板8の上方の照射面に光取り出し部9としての微小散乱体の印刷パターンが形成されている場合(例えば図5の構成)、出射面7bに対する出射角度θが大きな光は、導光板8に入射し微小散乱体に衝突した直後に、散乱して外部へ出ていく。その結果、開口部材15が同じ配置である場合を考えると、導光板8の上方の照射面に光取り出し部9としての微小散乱体の印刷パターンが形成されている構成のほうが、相対的にスペクトルが悪くなった光(光結合部材7の入射面7aに入射角度30°以上で入射する光)を多く遮光することができる。
【0096】
〔実施の形態2〕
本発明の擬似太陽光照射装置の他の実施形態について、図6(a)及び(b)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した図面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。
【0097】
本実施形態の擬似太陽光照射装置101は、被照射体に照射される擬似太陽光のスペクトル分布をより実際の太陽光に近いものにするために、スペクトルの異なる2つ光を用いて擬似太陽光を生成する点で、実施形態1の擬似太陽光照射装置100と異なっている。
【0098】
(1)擬似太陽光照射装置101の構成
まず、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置101の構成について説明する。図6(a)は、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置101の要部構成を示す側面図である。図6(a)に示されるように、擬似太陽光照射装置101は、光導入部40a・40bと、光結合部材7と、導光板8と、光取り出し部9と、開口部材15とを備えている。擬似太陽光照射装置101は、実施形態1の擬似太陽光照射装置100の光導入部20a・20bに代えて、光導入部40a・40bを備えた構成である。そのため、以下では、光導入部40a・40bについて詳細に説明し、その他の部材の説明については省略する。
【0099】
(2)光導入部
光導入部40a・40bは、2つの光源から出射された光のスペクトルを調整して混合することで擬似太陽光を生成し、生成した擬似太陽光を導光板8に出射するものである。
【0100】
なお、光導入部40aおよび光導入部40bの構成は同一である。そのため、ここでは光導入部40aの構成についてのみ説明する。図6(b)は、光導入部40aにおける一部の構成をz方向から見た上面図である。
【0101】
光導入部40aは、光源1と、集光部材2と、反射部材16a・16bと、テーパカプラ3と、光学フィルタ4と、光源11と、集光部材12と、反射部材17a・17bと、テーパカプラ13と、光学フィルタ6と、波長選択フィルタ(波長選択部材)5とを備えている。
【0102】
すなわち、光導入部40aは、実施形態1で説明した光導入部20aに、光源11と、集光部材12と、反射部材17a・17bと、テーパカプラ13と、光学フィルタ6と、波長選択フィルタ5とが追加された構成である。光導入部40aにおいて、光源1はハロゲンランプであり、光源11はキセノンランプである。
【0103】
光導入部40aは、光源1および光源11からそれぞれ出射された光を、波長選択フィルタ5で選択して、それぞれを混合することで擬似太陽光を生成し、生成した擬似太陽光を出射する。
【0104】
具体的には、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(分光分布)を有する光を出射する。光源1および光源11から出射された光は、互いに異なるスペクトル分布を有している。光源1は、擬似太陽光に必要な長波長側の光を多く照射する。一方、光源11は、擬似太陽光に必要な短波長側の光を多く出射する。
【0105】
集光部材2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。この集光部材2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、集光部材2によって、光源1から出射された光のうち、テーパカプラ3に向かわない光を、テーパカプラ3に向けて反射させることができる。
【0106】
反射部材16a・16bは、テーパカプラ3の入射面を包囲して設けられており、光源1から直接出射された光、または集光部材2で反射された光のうち、テーパカプラ3の入射面に入射されなかった光を、集光部材2に向けて反射させるものである。
【0107】
テーパカプラ3は、光源1と光学フィルタ4との間に設けられる。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4に近接して配置されている。
【0108】
テーパカプラ3およびテーパカプラ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(z方向)との成す角が、90°になるように、それぞれ配置されている。
【0109】
光学フィルタ4は、光源1に対応するテーパカプラ3の出射面に近接して設けられている。光学フィルタ4は、テーパカプラ3から出射される光源1の光のスペクトル分布を調整する。同様に、光学フィルタ14は、光源11に対応するテーパカプラ13の出射面に近接して設けられている。光学フィルタ14は、テーパカプラ13から出射される光源11の光のスペクトル分布を調整する。光学フィルタ4・14によってスペクトルが調整された光は、波長選択フィルタ5にそれぞれ入射する。
【0110】
波長選択フィルタ5は、波長選択の機能を有する。つまり、波長選択フィルタ15は、光源1および光源11から出射される光から、擬似太陽光に必要な光を選択(抽出)すると共に、選択された光を混合して擬似太陽光を生成する。
【0111】
具体的には、波長選択フィルタ5は、所定の波長未満(所定波長よりも短波長側)の光を反射する一方、所定波長以上(所定波長よりも長波長側)の光を透過する。言い換えれば、波長選択フィルタ5は、擬似太陽光に必要な長波長側の光を透過する一方、短波長側の光を反射する機能を有する。そして、長波長側の光と短波長側の光とを混合して擬似太陽光を生成する。
【0112】
さらに具体的には、波長選択フィルタ5には、光源1からのハロゲン光および光源11からのキセノン光が入射する。波長選択フィルタ5は、入射した各光から必要な成分(スペクトル)の光を選択し、その選択した光を混合することにより、擬似太陽光を合成する。
【0113】
より詳細には、光源1からのハロゲン光は、擬似太陽光に必要な長波長側の成分を多く含む。一方、光源11からのキセノン光は、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、波長選択フィルタ15は、600nm以上、800nm以下の範囲で境界波長が設定されており、この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。
【0114】
つまり、光源1からのハロゲン光のうち、境界波長以上の光(長波長側の成分の光)のみが、波長選択フィルタ5により透過する。一方、光源11からのキセノン光のうち、境界波長未満の光(短波長側の成分の光)のみが、波長選択フィルタ5により反射する。
【0115】
例えば、光源11の光を波長700nm未満で使用し、700nm以上の波長の光を光源1の光で使用するとする。この場合、波長選択フィルタ5の反射と透過の境界波長は、波長700nmである。つまり、波長選択フィルタ5は、波長700nmより短波長側の光を反射させ、700nm以上の長波長側の光を透過する特性を持っている。
【0116】
これにより、擬似太陽光の生成に必要な波長の光が、波長選択フィルタ5により選択される。そして、選択された光が混合され、擬似太陽光として導光板8に入射される。
【0117】
なお、波長選択フィルタ5が反射または透過させる光の境界波長は、任意に設定すればよい。また、波長選択フィルタ5は、波長依存性のある鏡やフィルタを用いることができる。例えば、コールドミラー、ホットミラーなどを用いることができる。
【0118】
このように、波長選択フィルタ5は、光源1からのハロゲン光に含まれる擬似太陽光の生成に必要な長波長側の光と、光源11からのキセノン光に含まれる擬似太陽光の生成に必要な短波長側の光とを選択して、擬似太陽光を生成する。この際に、スペクトルが制御されていない光源1の短波長成分の光が除かれ、同様に、スペクトルが制御されていない光源11の長波長成分の光が除かれることになる。
【0119】
このように、擬似太陽光照射装置101では、光導入部40aが、光源1および光源11を備え、各光源からのスペクトルが制御された光を混合することで、擬似太陽光を生成する。そのため、実施形態1の擬似太陽光照射装置100に比べて、実際の太陽光のスペクトルに極めて近いスペクトルを有する擬似太陽光を生成して、被照射体18に照射することができる。
【0120】
なお、擬似太陽光照射装置101では、擬似太陽光を得るための光源として、光源1(ハロゲンランプ)および光源11(キセノンランプ)を用いた。しかしながら、光源の種類および光源の組み合わせはこれらに限定されるものではなく、基準太陽光のスペクトルと近似または同一となるように、任意に選択することができる。
さらに図1の擬似太陽光照射装置100と同様、波長選択手段で合成された光は、導光板8に導入され、この光を導光板8から、導光板8の外部に取り出すための光取り出し手段9、さらに導光板8から取り出された光の大部分を屈折させて照射体への照射する光を増やすためのプリズムシート10より構成される。
【0121】
擬似太陽光照射装置101は、図1の擬似太陽光照射装置100と同様、光結合部材7と開口部材15とを備えたことを特徴とする。光結合部材7は、導光板8と光導入部40a・40bとの間に配置されており、主に入射してくる指向性が悪い光(光学フィルタ4・6を通過した光のうち指向性が悪い光)を取り除く機能を有する。また、開口部材15は、開口部15aと遮光部15bとからなり、導光板8からの照射光の照射範囲を制限する機能を有する。擬似太陽光照射装置101では、実施形態1で述べたとおり、光結合部材7の機能と開口部材15の機能とにより、スペクトル合致度が悪い擬似太陽光が被照射体18(例えば太陽電池)へ照射されるのを防止することができる。その結果、導光板8から被照射体18へ照射される擬似太陽光のスペクトル合致度を向上させることが可能になる。
【0122】
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。
【0123】
〔補足〕
なお、本発明に係る擬似太陽光照射装置は、以下のように表現することもできる。
【0124】
すなわち、本発明の擬似太陽光照射装置は、光源と、光源の出射光に指向性を付与する光学部材と、上記指向性を付与する光学部材の出射光の透過率を調整する光学フィルタ部、上記光学フィルタ部を出射した光が導入され、かつ光導入側開口部が光出射側開口部より大きくなっている光結合部と、上記光結合部の出射光を導入する導光部材と、上記導光部材に設けられ、かつ上記導光部材から光を照射するための光取り出し部とからなり、上記導光部材上に、上記導光部材からの照射光の照射範囲を制限する開口部材が配置され、上記導光部材と上記光結合部との境界部が、上記開口部材の開口部の導光方向の端よりも上記光結合部の入射端寄りに設けられることを特徴としている。
【0125】
また、本発明の擬似太陽光照射装置は、上記光結合部が楔型であり、上記光結合部の光導入側開口部の厚さが、上記光結合部の光出射側開口部の厚さの2倍以上あり、かつ上記光結合部の入射開口部から出射開口部までの長さが上記入射開口部の厚さの3倍以下であることを特徴としている。
【0126】
また、本発明の擬似太陽光照射装置は、上記光結合部と上記導光部材との境界部が、上記、光結合部とともに、上記開口部材の開口部に面する側において遮光されていることを特徴としている。
【0127】
また、本発明の擬似太陽光照射装置は、上記光取り出し部が、上記開口部材の開口部の直下だけでなく、上記導光部材の表面で、かつ上記開口部材の非開口部の直下にも設けられ、かつ非開口部の直下において光取り出し部の密度を高めたことを特徴としている。
【0128】
また、本発明の擬似太陽光照射装置は、上記光取り出し部が、上記導光部材の表面で、かつ上記開口部材が配置された側に形成されたことを特徴としている。
【0129】
また、本発明の擬似太陽光照射装置は、上記光源と、上記光源の出射光に指向性を付与する光学部材と、上記指向性を付与する光学部材の出射光の透過率を調整する上記光学フィルタ部とから構成される光導入部が、第1の光導入部、第2の光導入部の2つ設けられた構成であり、かつ、互いの光源部の発光波長が異なり、かつ互いの光学フィルタ部の透過特性が異なり、かつ、上記第1の光導入部と上記第2の光導入部のうち、一方の出射光を透過し、他方の出射光を反射する光選択手段とを有していることを特徴としている。
【産業上の利用可能性】
【0130】
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】
【0131】
1、11 光源
2、12 集光部材(光学部材)
3、13 テーパカプラ(光学部材)
4、6 光学フィルタ
5 波長選択フィルタ(波長選択部材)
7 光結合部材
7a 入射面
7b 出射面
7c 面
7d 面
8 導光板
9 光取り出し部(光取り出し部材)
10 プリズムシート
15 開口部材
15a 開口部(光透過領域)
15b 遮光部
16a、16b 反射部材(光学部材)
17a、17b 反射部材(光学部材)
20a、20b 光導入部
40a、40b 光導入部
100、101 擬似太陽光照射装置
図1
図2
図3
図4
図5
図6