照射光量控制装置及太阳模拟器的制造方法
【专利摘要】照射光量控制装置具备：机械性减光滤光器，将来自光源的光束的一部分截断而减光；积分仪元件，设置在该机械性减光滤光器的光射出侧，形成光学上均匀的分布的光；以及光扩散元件，插入在机械性减光滤光器与上述积分仪元件之间，具有光扩散功能及光的高阶衍射光成分截断功能。
【专利说明】照射光量控制装置及太阳模拟器
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有照射光的减光功能的照射光量控制装置及太阳模拟器。
【背景技术】
[0002]例如用于对太阳电池面板等的利用太阳能的照射对象照射所产生的模拟太阳光而进行光电变换特性的测定或进行劣化特性试验的太阳模拟器(solar simulator,太阳光模拟器)是周知的。
[0003]在这种太阳模拟器中，使照射光量变化(减光)的最一般的方法是改变(降低)在装置内使用的光源(多数情况下是放电灯)的驱动功率的方法。但是，如果这样使驱动功率变化，则照射面内的均匀性不怎么变化，但光源自身的发光特性改变，所以照射光的光谱分布大幅变化。
[0004]还有不改变驱动功率、而在作为用于提高照射光的均匀性的元件的积分仪(积分仪光学系统)的近前插入机械性减光滤光器而减光的方法。但是，在此情况下，由于向积分仪入射的光的入射角紊乱，所以有照射光的面内的均匀性变差的问题。特别是，如果机械性减光滤光器的减光率变大(例如透过率50%以下)，则与该值对应地在向积分仪入射的光线中发生由衍射带来的颜色像差，有穿过积分仪后的照射光的光谱分布及面内均匀性大幅地变化的不良状况。
[0005]在专利文献I中，公开了通过使从光源部或积分仪照射的光穿过安装在滤光器用框上的由金属线或树脂线构成的网状滤光器、由金属等构成的遮光滤光器、由彩色玻璃滤光器等构成的机械性减光滤光器，来提高光均匀性的太阳模拟器。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2007 - 311085号公报
[0009]发明概要
[0010]发明要解决的问题
[0011]但是，通过专利文献I所记载的照射光量的减光方法，也发生在照射光的光谱分布及面内均匀性上发生相当大的变化的问题，进而，由于机械性减光滤光器的结构较特殊，所以成本增大。
【发明内容】
[0012]用于解决问题的手段
[0013]因而，本发明的目的是提供一种照射光的光谱分布及面内均匀性几乎不变化的照射光量控制装置及太阳模拟器。
[0014]本发明的另一目的是提供一种制造成本较便宜的照射光量控制装置及太阳模拟器。
[0015]根据本发明，提供一种照射光量控制装置，具备:机械性减光滤光器，将来自光源的光束的一部分截断而减光；积分仪兀件，设置在该机械性减光滤光器的光射出侧，形成光学上均勻的分布的光；以及光扩散兀件，插入在机械性减光滤光器及积分仪兀件间，具有光扩散功能及光的高阶衍射光成分截断功能。
[0016]根据本发明，还提供一种太阳模拟器，具备:光源；反射镜，将光源的光进行反射；照射光量控制装置，包括将来自光源及反射镜的光束的一部分截断而减光的机械性减光滤光器、设置在该机械性减光滤光器的光射出侧并形成光学上均匀的分布的光积分仪元件、以及插入在机械性减光滤光器及积分仪元件间、具有光扩散功能及光的高阶衍射光成分截断功能的光扩散元件；以及准直透镜元件，设置在积分仪元件的光射出侧，将入射光变换为平行光。
[0017]通过使用机械性减光滤光器，能够使向积分仪元件入射的光量任意地减少(变化)。在此情况下，通过在积分仪元件的近前插入具有光扩散功能及光的高阶衍射光成分截断功能的光扩散元件，使机械性减光滤光器的通过光扩散并且将高阶衍射光截断而使其向积分仪元件入射，所以能够防止颜色不匀的发生及贯通孔径的图像(image)成像的发生。例如，在机械性减光滤光器是在遮光板上设有多个贯通孔的冲孔式减光滤光器的情况下，由于不包含高阶衍射光的扩散光进入到积分仪元件，所以不会因穿过各贯通孔时的衍射而相互干涉并发生颜色不匀、或发生贯通孔径的图像成像。此外，在机械性减光滤光器是具有可变光圈的光圈式减光滤光器的情况下，也由于不包含高阶衍射光的扩散光进入到积分仪元件，所以不会因光圈径变小时的衍射而发生颜色不匀。进而，在机械性减光滤光器是在遮光板上设有单一的贯通孔的环式减光滤光器的情况下，由于不包含高阶衍射光的扩散光进入到积分仪元件，所以不会因环径较小时的衍射而发生颜色不匀。
[0018]优选的是，光扩散元件具有光扩散功能和高阶衍射光截断功能的光学元件。
[0019]优选的是，积分仪元件是通过将由多个透镜生成的许多光源像错开位置地重叠而制作均匀的光分布的复眼透镜式的积分仪元件。
[0020]还优选的是，光扩散元件与积分仪元件之间的距离可变。通过使该距离变化，向积分仪元件入射的光量微小变化，结果能够进行减光率的微调。
[0021]还优选的是，机械性减光滤光器是在遮光板上设有多个贯通孔的冲孔式减光滤光器、或具有可变光圈的光圈式减光滤光器、或在遮光板上设有单一的贯通孔的环式减光滤光器。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明，通过使用机械性减光滤光器，能够使向积分仪元件入射的光量减少(变化)。在此情况下，通过在积分仪元件的近前插入光扩散元件，使机械性减光滤光器的通过光扩散并将高阶衍射光截断而使其向积分仪元件入射，所以能够防止颜色不匀的发生及贯通孔径的图像成像的发生。例如，在机械性减光滤光器是冲孔式减光滤光器的情况下，由于不包含高阶衍射光的扩散光进入到积分仪元件，所以不会因穿过各贯通孔时的衍射而相互干涉并发生颜色不匀、或发生贯通孔径的图像成像。此外，在机械性减光滤光器是光圈式减光滤光器的情况下，由于不包含高阶衍射光的扩散光进入到积分仪元件，所以不会因光圈径变小时的衍射而发生颜色不匀。进而，在机械性减光滤光器是环式减光滤光器的情况下，由于不包含高阶衍射光的扩散光进入到积分仪元件，所以不会因环径较小时的衍射而发生颜色不匀。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是概略地表示本发明的太阳模拟器的一实施方式的结构的图。
[0025]图2是概略地表示图1的太阳模拟器的照射光量控制装置部分的结构的图。
[0026]图3是图2的一部分的放大图。
[0027]图4是说明将光扩散元件移动而使其与积分仪元件的距离变化的实验的装置结构例的图。
[0028]图5是说明积分仪元件的I个透镜的一般的动作概念的图。
[0029]图6是说明在图1的太阳模拟器中插入了机械性减光滤光器的情况下的积分仪元件的作用的图。
[0030]图7是在图1的太阳模拟器的一例中说明照度测定条件的图。
[0031]图8是表示不插入机械性减光滤光器及光扩散元件的非减光时的太阳模拟器的照射光的光谱分布特性的测定结果的曲线图。
[0032]图9是表示仅插入了机械性减光滤光器的减光时的太阳模拟器的照射光的光谱分布特性的测定结果的曲线图。
[0033]图10是表示插入了机械性减光滤光器及光扩散元件的减光时的太阳模拟器的照射光的光谱分布特性的测定结果的曲线图。
[0034]图11是表示太阳模拟器的照射光的光谱分布特性的测定结果的曲线图。
[0035]图12是概略地表示本发明的太阳模拟器的其他实施方式的照射光量控制装置部分的结构的图。
[0036]图13是图12的一部分的放大图。
[0037]图14是概略地表示本发明的太阳模拟器的另一实施方式的照射光量控制装置部分的结构的图。
[0038]图15是图14的一部分的放大图。
[0039]图16是概略地表示太阳模拟器的一例的结构的图。
【具体实施方式】
[0040]图1概略地表不本发明的太阳模拟器的一实施方式的结构，图2概略地表不该照射光量控制装置部分的结构，图3将图2的一部分放大表示。
[0041]在图1中，10表示例如由氙放电灯等构成的光源，11表示配置在光源10的后方及周围的例如具有椭圆或抛物线状的轴截面的光源反射镜，12表示被入射来自光源10的直接光及光源反射镜11的反射光、将其向大致垂直方向反射的例如铝制的第I平面反射镜，13表不被入射来自第I平面反射镜12的反射光的机械性减光滤光器,14表不被入射机械性减光滤光器13的射出光的光扩散兀件，15表不被入射光扩散兀件14的射出光的积分仪兀件，16表不被入射积分仪兀件15的射出光、将其向大致垂直方向反射的例如招制的第2平面反射镜，17表示被入射来自第2平面反射镜16的反射光、将该光变换为平行光的准直透镜，18表示被入射准直透镜17的射出光的例如作为太阳电池单元表面的照射面。
[0042]如图2及图3所示，机械性减光滤光器13、光扩散元件14及积分仪元件15构成本发明的照射光量控制装置。
[0043]机械性减光滤光器13是具有光量调整用的多个小的开口(贯通孔13b)的遮光板，通过在空间上调整光透过的面积，使射出的光的绝对量变化。该机械性减光滤光器13在本实施方式中由在遮光板13a上设有多个贯通孔13b的冲孔式减光滤光器构成。更详细地讲，该冲孔式减光滤光器使用在纵横为90mmX 70mm、厚度为I?2mm左右的不锈钢板或铝板上以交错状开出了多个圆孔的结构。特别是使用将光截断的部分(非开口部)尽可能散乱的结构。在本实施方式中，具体而言，使用株式会社〃夕一(punting-center)的60°交错的具有希望的减光率的冲孔金属。该60°交错的冲孔金属以将相邻的3个圆贯通孔的中心间连结的3条线所成的角为60°的方式排列成交错状。
[0044]积分仪元件15是复眼透镜(fly-eye lens)式的积分仪光学系统，在该【技术领域】中是周知的光学元件。该积分仪光学系统构成为，使由多个透镜生成的许多光源像错开位置而重叠，从而形成均匀的光分布。
[0045]光扩散元件14是具有本来的光扩散功能(也是光衰减功能)和高阶衍射光截断功能的元件。即，通过该光扩散元件14所具备的光学频带截断特性，能够截断来自机械性减光滤光器13的入射光所具有的空间频率分布中的高阶衍射光成分，仅使低频成分透过。此外，构成为，不仅仅是光的扩散，还具有应用了折射的圆形的扩散特性，能够以较大的动态范围调整光的衰减且具有约96%的高透过率。
[0046]如果机械性减光滤光器13的各个开口径比积分仪元件15的各个透镜的直径小，则在机械性减光滤光器13的开口的边缘部附近发生衍射光现象，由此来自光源的白色光在光谱上分离而发生光的分散。在没有设置光扩散元件14的情况下，通过该衍射分离的光谱成分按每个光谱以不同的角度向积分仪元件15的复眼透镜入射。在复眼透镜内导波的光重复全反射而被向射出方向引导，但如果通过光的波长的差异而向复眼透镜入射的角度相互不同，则从复眼透镜出来时的角度会不同，不能形成平行的光，发生颜色像差。这样由于颜色像差而成为非平行的光从积分仪元件15射出，其在准直透镜17中也不被修正为平行光，结果，不能照射近似于太阳光的光谱。
[0047]相对于此,如本实施方式那样,通过在机械性减光滤光器13与积分仪兀件15之间设置不仅仅将光扩散、还作为高阶衍射光截断滤光器发挥功能的光扩散元件14，能够将通过在机械性减光滤光器13的开口的边缘部附近发生的高阶衍射光而产生的颜色像差除去。即，通过使光扩散元件14具有空间频率滤光器的功能而将高阶衍射光除去，能够不引起光谱变化而稳定地保持均匀度及平行度。
[0048]另外，本实施方式的光扩散元件14的尺寸根据太阳模拟器的尺寸和积分仪元件15的尺寸而不同，但例如纵横为约60mmX约60mm,厚度为约3mm左右。另外,该光扩散元件14是石英板低角度光扩散元件,例如能够作为美国Luminit公司的High TemperatureQuartz Substrate SOLGEL Type 的 Light Shaping Diffuser 获得。
[0049]该光扩散元件14由于具有使高阶衍射光截断或减少的作为空间频率滤光器的功能，还具有通过折射等使光扩散的功能，所以在其射出光中不会伴随衍射现象，不发生光谱分散。此外，光扩散元件14优选的是能够使光(相干光及非相干光)在半光谱幅值上约10?30°的范围内扩散，更优选的是能够在10?20°的范围内扩散。如果半光谱幅值较窄，则不能使由高阶衍射光产生的颜色像差均匀化，在想要使光减光到最低水平的情况下有可能不能消除由高阶衍射光产生的颜色像差。此外，该光扩散元件14优选的是能够形成具有大致理想的高斯分布的射出光。进而，光扩散元件14优选的是随机地配置有无数的凹凸图案的构造体，通过具有随机的特性，还具有高阶的衍射光相互抵消的效果。此外，该光扩散元件14优选的是承受热的能力较强、能够在500°C左右的温度下动作。
[0050]光扩散元件14能够通过未图示的轴向移动机构在光轴方向上移动，由此，能够将光扩散元件14与积分仪元件15之间的距离Cl1可变控制。在此情况下，机械性减光滤光器13及积分仪元件15的位置被固定。通过使距离dl变化(这也使机械性减光滤光器13与光扩散元件14的距离d2变化)，向积分仪元件15入射的光量微小变化，结果，能够进行减光率的微调。
[0051]实际使光扩散元件14及积分仪元件15间的距离Cl1变化，测定了照射面18的照度。图4说明在该实验中使用的装置结构例。如该图所示，在光扩散元件14的光源侧没有配置机械性减光滤光器，设有波长变换滤光器21。该实验是确认减光率相对于距离Cl1的关系的，所以机械性减光滤光器省略。此外，在积分仪兀件15与光扩散兀件14之间配置有快门22。
[0052]首先，使光扩散元件14相对于积分仪元件15的距离Cl1为Cl1 = 29mm,测定减光率，得到35%。将光扩散元件14移动而使光扩散元件14'相对于积分仪元件15的距离Cl1为(I1 = 40mm,测定减光率,得到40%。
[0053]因此可知，如果使光扩散元件14靠近积分仪元件15则减光率变小，如果远离积分仪元件15则减光率变大。即，如果距离Cl1变化约10mm，则减光率变化5%。
[0054]准直透镜17是用于对入射光进行校直的在该【技术领域】中周知的光学元件。
[0055]接着，说明本实施方式的太阳模拟器的动作。
[0056]从光源10放射的光直接或被光源反射镜11反射再被第I平面反射镜12反射而向照射光量控制装置的机械性减光滤光器13入射。入射到机械性减光滤光器13中的光通过透过多个较小的贯通孔13b，其一部分被截断而被减光，向光扩散元件14入射。机械性减光滤光器13的射出光被该光扩散元件14扩散，在其全光谱域上均匀地进行减光。进而，即使在机械性减光滤光器13的贯通孔13b的边缘部附近发生衍射光现象，也由于在该光扩散元件14中进行高阶衍射光的截断，所以在其射出光中不发生颜色像差。光扩散元件14的射出光向积分仪元件15入射，由其复眼透镜将许多光源像错开位置来重叠，从而形成均匀的光分布。这样形成的面内均匀且均匀的光谱分布的光在被第2平面反射镜16反射后，在准直透镜17中被变换为完全的平行光后，照射到作为太阳电池单元表面的照射面18。
[0057]图5说明作为复眼透镜的积分仪元件15的I个透镜的一般的动作概念。
[0058]在均匀照射光学系统中，最大的目的是将光源10的光束(光通量)最大限度地取出并将光源10的像(例如灯电极的像)去除，因此通常使用具有椭圆或抛物线状的轴截面的光源反射镜11及积分仪元件15。在不使用积分仪元件15而将仅由光源反射镜11聚光后的光束利用准直透镜17变换为平行光束而照射的情况下，在照射面上出现灯电极的像。因而，为了将这样的像去除，需要使用积分仪元件15。为了有效地使用这样的积分仪元件15，相对于来自光源反射镜11的入射角ΘΙΝ，使射出角Θ.为同角，由此不仅能够抑制积分仪元件15内部的光量损失，还能够进行积分仪元件15的设计，以通过使灯电极的像成像在积分仪元件15的内部而在射出侧不形成像。
[0059]在图5中，如果设O1为积分仪元件15的I个透镜的入射侧球面15a的球心，设O2为射出侧球面15b的球心，则入射侧的焦点距离ASf1 = O1XZ,射出侧的焦点距离f2为02X2。根据作为透镜的公式的l/a+1/b = Ι/f，在射出侧的物距是a〈f(比焦点距离短)的情况下，射出侧的像距为b(-)，所以射出光在射出面15b不聚光，而被扩散射出，决不会聚光。
[0060]图6说明在本实施方式的太阳模拟器中将机械性减光滤光器13插入在近前(光源侧)的情况下的积分仪元件15的作用。
[0061]在上述条件下设计的积分仪元件15的光源10侧、以减光为目的而配置有由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13的情况下，在积分仪元件15的近前，作为2次光源而产生机械性减光滤光器13的贯通孔13b的像。
[0062]在此情况下，如图6所示，根据折射的法则，P点的入射角ΘΙΝ为ΘΙΝ= θ1+α，从P点从空气向折射率NI的介质内入射，所以其折射角为另一方面，射出面15b的入射角用Θ2+Υ表示，从射出面15b的折射角度用θ2+β表示。在此情况下，从机械性减光滤光器13的贯通孔13b的像向积分仪元件15入射的角度为多种多样，在入射角较大的情况下，入射到P点的光被折射率NI的介质折射(从空气向石英)而不成像到光轴上，而成像到射出面15b上，再次折射(从石英向空气)，在射出面15b外成像。该现象根据光学式l/a+1/b = Ι/f,在射出面15b上认为物距是或O的情况下1/b = 1/f成立，因而射出面侧的像距为(+)，在射出面15b的右侧成像。
[0063]为了确认该现象，进行了以下的实验。
[0064](实验装置及测定器)
[0065]太阳模拟器:山下电装株式会社制的太阳模拟器(YSS - 1800AA)，规格AAA
[0066]基准光伏单兀(solar cell,太阳能电池):400nm?IlOOnm用的娃电池,校正值=142.6mA
[0067]数字万用表>卜f ^ 7 口夕一株式会社制(34401A)，在基准光伏单元的短路电流的测定中使用
[0068]照度不匀测定用照度计:山下电装株式会社制热电堆(q)6mm)式照度计(MIR -101Q)，JIS标准的入射角±15°以内
[0069]照度变动测定用照度计:々 '> 才电机株式会社制照度计(UIT - 101)中心频率436nm
[0070](减光率)
[0071]基准光伏单元中设置为标准1000W/m2( = I SUN) (142.6mA)的照度。设置了由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13时的减光后的照度是106W/m2 (约0.1SUN)，在由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13的后面配置由石英光扩散元件形成的光扩散元件14时的减光后的照度是70.2ff/m2 (约0.07SUN)。
[0072](实验方法)
[0073]在太阳模拟器的比透镜遮光罩靠下方400mm的照射面18上，如图7所示，设定180mmX 180mm(A □)的有效区域18a。对于该有效区域18a的JIS标准的17个点的测定位置19(位置I?17)，通过不遮挡入射角±15°内的光的上述照度不匀测定用照度计依次进行照度测定(照度不匀测定)。同时，通过上述照度变动测定用照度计20测定有效区域18a的I个点的照度，测定照度不匀测定中的光的变动。
[0074](测定结果)
[0075]在表I中表不不插入机械性减光滤光器13及光扩散兀件14的非减光时的测定结果。照度不匀测定用照度计针对测定位置I?17的测定结果被表示为测定照度值Ei (i =I?17)，该各测定时的照度变动测定用照度计20的测定结果被表示为变动照度值ei(i =I?17)。关于测定位置I的基准的变动照度值ei进行补偿后的测定照度值Ei被表示为相对照度值Ei' (i = I?17)。即，相对照度值Ei'利用Ei' = (ei/ei) XEi计算。
[0076][表 I]
[0077]
~~ 测定照度值(Ei)~变动照度值(ei)~相对照度值(E/ )
测疋k直 I,ο., ητι( ητι ο.、
(mW/cnT)CmW/cnT)(mW/cirT)
1102.907.25102.90
2102.407.25102,40
3101.807.25101.80
4102.707.24102.84
5101.607.26101.46
6102.80_125__102.80
7103.707.24103.84
8103.007.25103.00
9101.807.25101.80
10102.107.26101.96
11101.207.25101.20
12101.507.26101.36
13101.007.26100.86
14101.407.25101.40
15102.007.25102,00
16102.607.25102.60
17丨 02.50_724__102.64
[0078]根据这样求出的17个点的相对照度值Ei',通过Euni= (Ei' max — Ei' min)/(E/ max+E/ min) X 100计算出面内均勻性Euni。其中，Ei' max是相对照度值Ei'的最大值，Ei' min是相对照度值Ei'的最小值。得到的面内均匀性Euni是Euni = 1.46 (% )。
[0079]接着，在插入了由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13的减光时进行了同样的测定。将测定结果表示在表2中。
[0080][表2]
[0081]
~~ 测定照度值(E1)~变动照度值Ce1)~相对照度值(E1')
测疋位直 I ,，?r/ ,、, ，、
(mW/cm")(mW/cnT)( mW/cm")
19.660.749.66
210.020.74丨 0.02
[0082] 3I9.73I 0.74I 9.73
49.960,749.96
59.260.749.26
69.610,749.61
79.800.749.80 _8__^63__0J4__^63_
99.490,749.49
109.440.749.44
119.670,749.67
129.680.749.68
139.580,749.58
149.430.749.43
159.760.749.76
1610.220.7410.22
179.860,749.86
[0083]根据这样求出的17个点的相对照度值Ei'，与上述情况同样地计算出面内均匀性Eun1得到的面内均匀性Euni是Euni= 4.93(% )。
[0084]接着，在由该冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13的后面插入了由石英光扩散元件形成的光扩散元件14的减光时进行同样的测定。将测定结果表示在表3中。
[0085][表3]
[0086]
^^测定照度值(Ei)^变动照度值Ce1)^相对照度值CE/ )
测疋位置1.，、.，、，、
CmW/cnT)(mW/cnr)(mW/ατΓ)
16.660.486.66
26.850.486.85
36.650.486.65
46.83_OM__6.83
56.600.486.60
66.800,486.80
76.690.486.69
86.840.486.84
96.620.486.62
106.670.486.67
U6.640,486.64
126.650.486.65
136.640.486.64
146.630,486.63
156.630.486.63
166.660.486.66
[0087]
17I6 68I 0,48I 6 68
[0088]根据这样求出的17个点的相对照度值Ei'，与上述情况同样地计算出面内均匀性Eun1得到的面内均匀性Euni是Euni = 1.86(% )0
[0089]根据以上的实验结果，通过将由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13插入到积分仪元件15的近前(光源侧)，面内均匀性Euni从1.46 (% )恶化为4.93 (% )，这证明发生了积分仪元件15的前方的冲孔式减光滤光器的像(2次光源像)，如上述理论那样，在积分仪元件15的射出侧形成了像。通过在机械性减光滤光器13的后面插入由石英光扩散元件形成的光扩散元件14，面内均匀性Euni从4.93(% )改善为1.86(% )，这证实了积分仪元件15的射出侧的像被去除。
[0090]如上述那样，根据本实施方式，均匀的光谱分布的光照射到照射面18上，为了确认这一点，进行了以下的实验。
[0091](实验装置及测定器)
[0092]太阳模拟器:山下电装株式会社制的太阳模拟器(YSS - 1800AA)，规格AAA
[0093]基准光伏单元:400nm?IlOOnm用的娃电池,校正值=142.6mA
[0094]数字万用表>卜f ^ 7 口夕一株式会社制(34401A)，在基准光伏单元的短路电流的测定中使用
[0095]多目的分光放射计:株式会社才卜1J寸一 f制(MSR - 7000)
[0096]照度变动测定用照度计:々 '> 才电机株式会社制照度计(UIT - 101)中心频率436nm
[0097](实验方法)
[0098]在太阳模拟器的比透镜遮光罩靠下方400mm的照射面18上，如图7所示，设定180mmX 180mm (A □)的有效区域18a。基准光伏单元中设置为标准1000W/m2( = I SUN)(142.6mA)的照度，对于有效区域18a通过上述多目的分光放射计测定光谱分布。实际对有效区域18a的JIS标准的17个点的测定位置19(位置I?17)中的一部分的位置(位置1、5及16)分别测定光谱分布，求出其强度特性和光谱一致度。另外，关于减光量，对测定值乘以由照度计测定出的减光倍率进行了修正。
[0099](测定结果)
[0100]在图8中表不没有插入机械性减光滤光器13及光扩散兀件14的非减光时的测定结果。在非减光时(ISUN)，在位置1、5及16都得到了大致相同的光谱强度分布。另一方面，在图9中表示插入了由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13的减光时的测定结果。在该减光时，相对于非减光(ISUN)的位置I的光谱强度分布，在位置5及16为相当程度变化的光谱强度分布。相对于此，在图10中表示插入了由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13及由石英光扩散元件形成的光扩散元件14的减光时的测定结果。即使是减光时，通过插入光扩散元件14，位置5及16的光谱强度分布也为与非减光(ISUN)的位置I的光谱强度分布近似的特性，通过在机械性减光滤光器13的后面插入由石英光扩散元件形成的光扩散元件14，光谱强度分布被大幅改善，在各位置相互几乎不变化。
[0101]此外，关于光谱一致度也如图11所示，得到了同样的结果。另外，在图11中，横轴表不波长(nm),纵轴表不光谱一致度。根据JIS标准,光谱一致度的上限值被设定为
1.25,下限值被设定为0.75。在不插入机械性减光滤光器13及光扩散兀件14的非减光时(ISUN)，在位置1、5及16，光谱一致度都良好。在插入了由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13的减光时，可知在位置5及16光谱一致度恶化，光谱分布发生了变化。在插入了由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13及由石英光扩散元件形成的光扩散元件14的情况下，可知光谱一致度大幅改善，近似于位置I的光谱强度分布(ISUN)的光谱特性。
[0102]这样，通过实验证实了，通过使用由石英光扩散元件形成的光扩散元件14，与面内的均匀度有关的由减光带来的面内分布的恶化得到改善。另一方面，关于光谱强度分布，也通过使用由石英光扩散元件形成的光扩散元件14，光谱一致度大幅改善。即，通过实验证实了，通过如本实施方式那样使用光扩散元件14，实现了面内分布的改善及局部的颜色不匀的改善。
[0103]如以上说明，根据本实施方式，通过使用由冲孔式减光滤光器形成的机械性减光滤光器13，能够使向积分仪元件15入射的光量减少。在此情况下，通过在积分仪元件15的近前插入光扩散元件14，使机械性减光滤光器13的通过光扩散并将高阶衍射光截断而使其向积分仪元件15入射，所以能够防止颜色不匀的发生、及机械性减光滤光器13的贯通孔径的图像成像的发生。这样，不包含高阶衍射光的扩散光进入到积分仪元件15中，所以不会因穿过各贯通孔时的衍射而相互干涉并发生颜色不匀、或发生贯通孔径的图像成像。结果，面内均匀且没有颜色像差的平行的光照射到例如作为太阳电池单元表面的照射面18。
[0104]图12概略地表示本发明的太阳模拟器的其他实施方式的照射光量控制装置部分的结构，图13将图12的一部分放大表不。
[0105]本实施方式太阳模拟器的除了照射光量控制装置的机械性减光滤光器以外的结构与图1所示的实施方式的情况完全相同。因而，在图12及图13中，关于与图1的实施方式的情况相同的构成要素使用相同的附图标记，省略其说明。
[0106]如图12及图13所示，来自第I平面反射镜12的反射光入射到机械性减光滤光器23,机械性减光滤光器23的射出光入射到光扩散兀件14。光扩散兀件14的射出光入射到积分仪元件15，积分仪元件15的射出光入射到第2平面反射镜16并被反射。机械性减光滤光器23、光扩散元件14及积分仪元件15构成本发明的照射光量控制装置。
[0107]机械性减光滤光器23是具有光量调整用的单一的可变光圈23c的遮光板,通过用该光圈调整在空间上光所透过的面积，使射出的光的绝对量变化。该机械性减光滤光器23在本实施方式中，由设有可变光圈23c的光圈式减光滤光器构成,该可变光圈23c的开口径(光圈的直径)能够通过可动的遮光板23a及23b调整。更详细地讲，该光圈式减光滤光器构成为，将纵横为90mmX 70mm、厚度为I?2mm左右的不锈钢板或招板分割为2,调整分别设有V字状的缺口的遮光板23a及23b的缺口的离开距离，从而调整可变光圈23c的开口径。缺口的形状并不限定于V字状，也可以是半圆形状或其他形状。
[0108]如果机械性减光滤光器23的可变光圈23c的开口径比积分仪元件15的各个透镜的直径小，则在机械性减光滤光器23的可变光圈23c的边缘部附近发生衍射光现象，由此，来自光源的白色光在光谱上分离，发生光的分散。在没有设置光扩散元件14的情况下，通过该衍射而分离后的光谱成分按每个光谱以不同的角度向积分仪元件15的复眼透镜入射。在复眼透镜内导波的光反复全反射而被向射出方向引导，但如果通过光的波长的差异而向复眼透镜入射的角度相互不同，则从复眼透镜出来时的角度不同，不形成平行的光而发生颜色像差。这样因颜色像差而成为非平行的光从积分仪元件15射出，其在准直透镜17中也不被修正为平行光，结果，不能照射与太阳光近似的光谱。
[0109]相对于此，通过如本实施方式那样，在机械性减光滤光器23与积分仪元件15之间设置不仅仅将光扩散、还作为高阶衍射光截断滤光器发挥功能的光扩散元件14，能够除去由在机械性减光滤光器23的单一的可变光圈23c的边缘部附近发生的高阶衍射光引起的颜色像差。即，通过使光扩散元件14具有空间频率滤光器的功能，能够除去高阶衍射光，不引起光谱变化而稳定地保持均匀度及平行度。
[0110]接着，说明本实施方式的太阳模拟器的动作。
[0111]从光源10放射的光直接或被光源反射镜11反射再被第I平面反射镜12反射而入射到照射光量控制装置的机械性减光滤光器23。入射到机械性减光滤光器23中的光通过透过单一的可变光圈23c，其一部分被截断而被减光，并入射到光扩散元件14。机械性减光滤光器23的射出光被该光扩散元件14扩散，在其全光谱域上均匀地被减光。进而，即使在机械性减光滤光器23的可变光圈23c的边缘部附近发生衍射光现象，由于在该光扩散元件14中进行高阶衍射光的截断，所以在其射出光中也不发生颜色像差。光扩散元件14的射出光入射到积分仪元件15，由其复眼透镜将许多光源像错开位置而重叠，由此形成均匀的光分布。这样形成的面内均匀且均匀的光谱分布的光在被第2平面反射镜16反射后，在准直透镜17中被变换为完全的平行光后，照射到作为太阳电池单元表面的照射面18。
[0112]如以上说明，根据本实施方式，通过使用由光圈式减光滤光器形成的机械性减光滤光器23，能够使向积分仪元件15入射的光量减少。在此情况下，通过在积分仪元件15的近前插入光扩散元件14，使机械性减光滤光器23的通过光扩散，并将高阶衍射光截断而使其向积分仪元件15入射，所以能够防止颜色不匀的发生、及机械性减光滤光器23的光圈的开口径的图像成像的发生。这样，不包含高阶衍射光的扩散光进入到积分仪元件15，所以不会因穿过可变光圈23c时的衍射而相互干涉并发生颜色不匀、或发生可变光圈23c的图像成像。结果，面内均匀且没有颜色像差的平行的光被照射到例如作为太阳电池单元表面的照射面18上。
[0113]图14概略地表示本发明的太阳模拟器的另一实施方式的照射光量控制装置部分的结构，图15将图14的一部分放大表不。
[0114]本实施方式太阳模拟器的除了照射光量控制装置的机械性减光滤光器以外的结构与图1所示的实施方式的情况完全相同。因而，在图14及图15中，关于与图1的实施方式的情况相同的构成要素使用相同的附图标记，省略其说明。
[0115]如图14及图15所示，来自第I平面反射镜12的反射光入射到机械性减光滤光器33,机械性减光滤光器33的射出光入射到光扩散兀件14。光扩散兀件14的射出光入射到积分仪元件15，积分仪元件15的射出光入射到第2平面反射镜16并被反射。机械性减光滤光器33、光扩散元件14及积分仪元件15构成本发明的照射光量控制装置。
[0116]机械性减光滤光器33是具有光量调整用的单一的贯通孔33b的遮光板33a，通过用该贯通孔33b的开口径设定在空间上光所透过的面积，来设定射出的光的绝对量。该机械性减光滤光器33在本实施方式中由设有固定的贯通孔33b的环式减光滤光器构成。更详细地讲，该环式减光滤光器在由纵横为90_X70mm、厚度为I?2mm左右的不锈钢板或铝板形成的遮光板33a的中央部设置单一的贯通孔33b而构成。贯通孔33b的形状并不限定于圆状，也可以是其他形状。
[0117]如果机械性减光滤光器33的贯通孔33b的开口径比其他积分仪元件15的各个透镜的直径设定得小，则在机械性减光滤光器33的贯通孔33b的边缘部附近发生衍射光现象，由此，来自光源的白色光在光谱上分离而发生光的分散。在没有设置该光扩散元件14的情况下，通过该衍射而分离的光谱成分按每个光谱以不同的角度入射到积分仪元件15的复眼透镜。在复眼透镜内导波的光反复全反射而被向射出方向引导，但如果通过光的波长的差异而向复眼透镜入射的角度相互不同，则从复眼透镜出来时的角度不同，不形成平行的光而发生颜色像差。这样，因颜色像差而成为非平行的光从积分仪元件15射出，其在准直透镜17中也不被修正为平行光，结果，不能照射近似于太阳光的光谱。
[0118]相对于此，通过如本实施方式那样，在机械性减光滤光器33与积分仪元件15之间设置不仅仅将光扩散、还作为高阶衍射光截断滤光器发挥功能的光扩散元件14，能够除去由在机械性减光滤光器33的单一的贯通孔33b的边缘部附近发生的高阶衍射光引起的颜色像差。即，通过使光扩散元件14具有空间频率滤光器的功能，除去高阶衍射光，能够不引起光谱变化而稳定地保持均匀度及平行度。
[0119]本实施方式的机械性减光滤光器33及光扩散元件14的作用与图12的实施方式的情况相同，所以说明省略。
[0120]接着，说明本实施方式的太阳模拟器的动作。
[0121]从光源10放射的光直接或被光源反射镜11反射再被第I平面反射镜12反射，入射到照射光量控制装置的机械性减光滤光器33。入射到机械性减光滤光器33中的光通过透过单一的贯通孔33b，其一部分被截断而被减光，并向光扩散元件14入射。机械性减光滤光器33的射出光被该光扩散元件14扩散，在其全光谱域上均匀地被减光。进而，即使在机械性减光滤光器33的贯通孔33b的边缘部附近发生衍射光现象，由于在该光扩散元件14中进行高阶衍射光的截断，所以在其射出光中也不发生颜色像差。光扩散元件14的射出光入射到积分仪元件15，通过由其复眼透镜将许多光源像错开位置而重叠，来形成均匀的光分布。这样形成的面内均匀且均匀的光谱分布的光在被第2平面反射镜16反射后，在准直透镜17中被变换为完全的平行光后，被照射到作为太阳电池单元表面的照射面18。
[0122]如以上说明，根据本实施方式，通过使用由环式减光滤光器形成的机械性减光滤光器33，能够使向积分仪元件15入射的光量减少(最大减光率为20%左右)。在此情况下，通过在积分仪元件15的近前插入光扩散元件14，使机械性减光滤光器33的通过光扩散，并将高阶衍射光截断而使其向积分仪元件15入射，所以能够防止颜色不匀的发生、及机械性减光滤光器33的贯通孔33b的开口径的图像成像的发生。这样，不包含高阶衍射光的扩散光进入到积分仪元件15，所以不会因穿过贯通孔33b时的衍射而相互干涉并发生颜色不匀、或发生贯通孔33b的图像成像。结果，面内均匀且没有颜色像差的平行的光照射到例如作为太阳电池单元表面的照射面18。
[0123]图16是概略地表示太阳模拟器的一例的结构的图。
[0124]在该图中，10表示例如由氙放电灯等构成的光源，11表示配置在光源10的后方及周围的例如具有椭圆或抛物线状的轴截面的光源反射镜，12表示被入射来自光源10的直接光及光源反射镜11的反射光、将其向大致垂直方向反射的例如铝制的第I平面反射镜，15表不被入射来自第I平面反射镜12的反射光的积分仪兀件，16表不被入射积分仪兀件15的射出光、将其向大致垂直方向反射的例如铝制的第2平面反射镜，44表示被入射来自第2平面反射镜16的反射光的低角度光扩散元件，17表示将低角度光扩散元件44的射出光变换为平行光的准直透镜，18表示被入射准直透镜17的射出光的例如作为太阳电池单元表面的照射面。
[0125]在可以不考虑最终照射到照射面18上的光的平行度的情况下，如该图16所示，在积分仪元件15与准直透镜17之间配置低角度光扩散元件44，通过改变配置距离，能够改变减光率，进而，通过设定低角度光扩散元件44的扩散率，能够调整减光率。
[0126]以上所述的实施方式全部是例示地表示而不是限定地表示本发明的，本发明能够以其他各种变形形态及变更形态实施。因而，本发明的范围仅由权利要求书及其等价范围规定。
[0127]工业实用性
[0128]本发明不仅是用于进行太阳电池面板的光电变换特性的测定及劣化特性试验的模拟太阳光发生，还能够在其他的、特别是要求制造照射光的光谱分布及面内均匀性不变化、制造成本便宜的照射光量控制装置等的领域中使用。
[0129]附图标记说明
[0130]10 光源
[0131]11光源反射镜
[0132]12第I平面反射镜
[0133]13、23、33机械性减光滤光器
[0134]13a、23a、23b、33a 遮光板
[0135]13b、33b 贯通孔
[0136]14光扩散元件
[0137]15积分仪元件
[0138]16第2平面反射镜
[0139]17准直透镜
[0140]18照射面
[0141]18a有效区域
[0142]19测定位置
[0143]20照度变动测定用照度计
[0144]21波长变换滤光器
[0145]22 快门
[0146]23c可变光圈
【权利要求】
1.一种照射光量控制装置，其特征在于，具备: 机械性减光滤光器，将来自光源的光束的一部分截断而减光； 积分仪兀件，设置在该机械性减光滤光器的光射出侧，形成光学上均勻的分布的光；以及 光扩散兀件，插入在上述机械性减光滤光器与上述积分仪兀件之间，具有光扩散功能及光的高阶衍射光成分截断功能。
2.如权利要求1所述的照射光量控制装置，其特征在于， 上述积分仪元件是通过将由多个透镜生成的许多光源像错开位置地重叠来形成均匀的光分布的复眼透镜式积分仪元件。
3.如权利要求1所述的照射光量控制装置，其特征在于， 上述机械性减光滤光器是在遮光板上设有多个贯通孔的冲孔式减光滤光器。
4.如权利要求1所述的照射光量控制装置，其特征在于， 上述机械性减光滤光器是具有可变光圈的光圈式减光滤光器。
5.如权利要求1所述的照射光量控制装置，其特征在于， 上述机械性减光滤光器是在遮光板上设有单一的贯通孔的环式减光滤光器。
6.如权利要求1所述的照射光量控制装置，其特征在于， 上述光扩散元件与上述积分仪元件的距离可变。
7.一种太阳模拟器，其特征在于，具备: 光源； 反射镜，将该光源的光反射； 照射光量控制装置，包括将来自该光源及该反射镜的光束的一部分截断而减光的机械性减光滤光器、设置在该机械性减光滤光器的光射出侧并形成光学上均匀的分布的光积分仪元件、以及插入在上述机械性减光滤光器与上述积分仪元件之间并具有光扩散功能及光的高阶衍射光成分截断功能的光扩散元件；以及 准直透镜元件，设置在该照射光量控制装置的上述积分仪元件的光射出侧，将入射光变换为平行光。
8.如权利要求7所述的太阳模拟器，其特征在于， 上述积分仪元件是通过将由多个透镜生成的许多光源像错开位置地重叠来形成均匀的光分布的复眼透镜式积分仪元件。
9.如权利要求7所述的太阳模拟器，其特征在于， 上述机械性减光滤光器是在遮光板上设有多个贯通孔的冲孔式减光滤光器。
10.如权利要求7所述的太阳模拟器，其特征在于， 上述机械性减光滤光器是具有可变光圈的光圈式减光滤光器。
11.如权利要求7所述的太阳模拟器，其特征在于， 上述机械性减光滤光器是在遮光板上设有单一的贯通孔的环式减光滤光器。
12.如权利要求7所述的太阳模拟器，其特征在于， 上述光扩散元件与上述积分仪元件的距离可变。
【文档编号】F21S2/00GK104204655SQ201380013598
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2012年3月14日
【发明者】久保修彦, 高桥邦明, 猪狩真一 申请人:山下电装株式会社, 和乐尼克斯国际股份有限公司