ソーラシミュレータ
【課題】被照射面に照射される光についての光量測定をより正確に行うことを可能とし、また被照射面に照射される光について損失を生じさせない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（１）は、疑似太陽光を発するランプ（３）と、疑似太陽光を被照射面（５）に導くための光学系（７）とを含む。光学系は、疑似太陽光を被照射面（５）に向けて反射させるための反射板（１５）を備える。反射板はこれに設けられた採光窓（１７）を有する。採光窓は、反射板（１５）に入射する光の一部の通過を許す。採光窓（１７）を通過した光は光量の測定に用いられる。
【解決手段】ソーラシミュレータ（１）は、疑似太陽光を発するランプ（３）と、疑似太陽光を被照射面（５）に導くための光学系（７）とを含む。光学系は、疑似太陽光を被照射面（５）に向けて反射させるための反射板（１５）を備える。反射板はこれに設けられた採光窓（１７）を有する。採光窓は、反射板（１５）に入射する光の一部の通過を許す。採光窓（１７）を通過した光は光量の測定に用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の特性を評価すべくその性能を検査するために用いられる太陽光に近似した光（疑似太陽光）を生じさせるためのソーラシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラシミュレータは疑似太陽光を発するランプと、該ランプが発する光を検査対象である太陽電池の受光面が配置される被照射面に導くための光学系とを備える。前記ランプから放射された光（放射光）は、前記光学系を通過する間にその光量を整えられ、前記被照射面に到達する。光量調整は、たとえば前記光学系を通過中の光からその一部を取り出してその光度を測定し、その測定値を例えばフィードバック制御により前記ランプの出力に反映させる、あるいは光学的絞り機構に反映させることにより行われる。
【０００３】
従来、光量測定のために前記放射光の一部を取り出すべく、前記光学系を構成するライトガイド（照明用ライトガイド）の出力端面に透光板を取り付けることが提案されている（特許文献１）。この提案によれば、前記照明用ライトガイドの出力端面に到達した光が、前記透光板を介して、前記被照射面を照射するものと、光量測定に用いられるものとに分岐される。光量測定に用いられる測定用光は、他のライトガイド（モニタ用ライトガイド）を介して光センサに送られ、その光度が測定される。
【０００４】
ところで、ソーラシミュレータは、これを構成する光学部品に経時的な劣化が生じたときにはこれを取り替えて使用継続される。前記従来のソーラシミュレータにあっては、光学部品である前記透光板又は前記モニタ用ライトガイドが交換されると、交換の前後における部品品質のバラツキや取付位置のズレ等によってこれらの光透過率に変化が生じ、この変化のために光量の正確な測定が阻害されるという問題がある。さらに、前記被照射面を照射するための光は前記透光板を経て空気中に放射されるところ、前記照明用ライトガイドの出力端面とこれに取り付けられた前記透光板との間には前記透光板とは屈折率を異にする空気層が存するため、前記照明用ライトガイドの出力端面から放出された光は前記空気層及び前記透光板に入射するとき、並びに前記透光板から空中に放射されるときにこれらに当たってその一部が反射をする。このため、前記被照射面に照射される光の損失を招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４２３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、被照射面に照射される光についての光量測定をより正確に行うことを可能とするソーラシミュレータを提供することにある。また、本発明の他の目的は、被照射面に照射される光について損失を生じさせないソーラシミュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（請求項１に記載の発明の特徴）
請求項１に記載に発明は、ソーラシミュレータに係り、太陽光に近似した光を発するランプと、前記ランプが発する光を被照射面に導くための光学系とを含み、前記光学系は、前記光を前記被照射面に向けて反射させるための反射板を備え、前記反射板はこれに設けられた採光窓であって前記反射板に入射する光についての光量を測定するために用いられる前記光の一部の通過を許す採光窓を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明にあっては、前記ランプから放射され前記反射板に入射する光についての光量の測定に用いられる前記光の一部（測定用光）を取り出すための手段が前記反射板に設けられた採光窓からなる。前記採光窓は空気で満たされた空間からなり、該空間中の空気の光透過率は、前記採光窓を規定する光学部品である前記反射板の交換によって変化しない（空気にも僅かなバラツキはあるが、それは部品品質のバラツキに比べて無視できる程度に小さい）。このことから、光透過率の変化に起因する測定値の変化を回避することができ、これにより、前記光量測定及びその測定値に基づく調光をより正確に行うことができる。
【０００９】
また、前記反射板に設けられた採光窓は前記反射板で反射された光（照射用光）の進行路内に存しない（通過を許すのは、反射板に入射する光であって反射光ではない）ことから、前記照射用光すなわち前記被照射面に向かう反射光に対してこれに損失が生じるような影響を及ぼさない。
【００１０】
さらに、前記採光窓の形成箇所を、前記被照射面に向けて直接に光を反射する前記反射板としたことから、光量測定に供される光は前記被照射面に入射直前の光であり、これは、実質的に、前記被照射面への入射光に相当する。
【００１１】
（請求項２に記載の発明の特徴）
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成要素を備えた上で、前記採光窓が光軸と平行な軸線を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、光の導孔である前記採光窓の軸線が光軸と平行であるように設定することにより、非平行に設定する場合と比べて、前記採光窓の周壁面における光の反射を低減し、これにより、前記採光窓を通過する光の減衰をより少なくすることができる。
【００１３】
（請求項３に記載の発明の特徴）
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明の構成要素を備えた上で、前記光学系が、前記光を前記反射板に向けて反射させるための反射鏡と、前記反射板と前記反射鏡との間に配置された、前記光の面照度を均一にするためのレンズとを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、前記ランプが放射する光は、前記反射鏡での反射により前記レンズに通されてその面照度を均一にされた状態で前記反射板に入射するため、前記反射板の採光窓から取り出される光について、前記被照射面に到達する光と同一のものとすることができる。
【００１５】
（請求項４に記載の発明の特徴）
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明の構成要素を備えた上で、前記光学系が、前記反射鏡と前記レンズとの間に配置された、前記光についての光量を調整するための絞り機構を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、前記反射板の採光窓から射出される光についての光量の測定値の大きさに基づき、前記絞り機構を操作して前記ランプから放射された光についての光量を低減し、また低減前の光量に戻すことができ、これにより、前記反射板に到達し、該反射板から前記被照射面に反射される光についての光量を調節することができる。
【００１７】
（請求項５に記載の発明の特徴）
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明の構成要素を備えた上で、さらに、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の値に基づき、前記ランプの出力を調整するためのフィードバック制御機構を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の測定値を前記フィードバック制御機構に入力することにより、前記ランプの出力を調整し、前記被照射面に向かう光についての光量を調整することができる。
【００１９】
（請求項６に記載の発明の特徴）
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明の構成要素を備えた上で、さらに、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の値に基づき、前記絞り機構を制御するためのフィードバック制御機構を含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の測定値を前記フィードバック制御機構に入力することにより、前記絞り機構を制御し、前記被照射面に向かう光についての光量を調整することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ソーラシミュレータについて、検査対象である太陽電池の受光面に照射される疑似太陽光についての光量の測定をより正確に行うことできる。また、前記被照射面に照射される疑似太陽光についての光量の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るソーラシミュレータの概念図である。
【図２】ソーラシミュレータにおける反射板及びその採光窓並びに光センサ及び光拡散板を概念的に示す拡大図である。
【図３】ソーラシミュレータにおけるフィードバック制御機構の回路図である。
【図４】制御機構のランプドライバにおけるランプ出力と制御入力との関係を示すグラフである。
【図５】絞り機構を含むソーラシミュレータの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１を参照すると、本発明に係るソーラシミュレータの概要が全体に符号１で示されている。ソーラシミュレータ１は、太陽光に近似した放射光（疑似太陽光）Ｌを発するランプ３と、ランプ３から放射された光（放射光）Ｌを仮想平面である被照射面５に導くための光学系７とを備える。被照射面５には、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するための太陽電池（図示せず）の性能試験に際し、その受光面がおかれる。
【００２４】
図示のランプ３は放電灯からなる。この放電灯は、キセノンのような希ガスが封入された石英ガラス管９と、該石英ガラス管９の両端に配置された陽極１１及び陰極１３とを有する。両極１１，１３への電圧の印加により、両極１１，１３間にアーク放電が生じ、これが前述した疑似太陽である放射光Ｌを発する。ランプ３が放射する放射光Ｌについての光量は、両極１１，１３に加えられた電力の大きさに比例する。ランプ３は、前記放電灯に代えて、例えばハロゲン灯のようなフィラメント電球とすることができる。
【００２５】
ランプ３の放射光Ｌを被照射面５に導くための光学系７は、放射光Ｌを受けてこれを被照射面５に向けて反射させるための反射板１５を含む。反射板１５は光学的反射物質の蒸着層の一方の面を反射面とする例えば矩形状のガラス板からなる。図１に示す例では、反射板１５は、放射光Ｌが９０度の反射角度をもって反射するように配置されている。
【００２６】
反射板１５には、これに入射する放射光Ｌの一部の通過を許す空気で満たされた非密閉空間である採光窓１７が設けられている。採光窓１７を通過した放射光Ｌの一部Ｌ１は、反射板１５への入射光Ｌについての光量を測定するために用いられる（以下、「放射光の一部Ｌ１」を「測定用光Ｌ１」という。）。他方、反射板１５で反射される放射光Ｌの残りの一部Ｌ２は、被照射面５に至り、該被照射面を照射する（以下、「放射光の残りの一部Ｌ２」を「照射用光Ｌ２」という。）。したがって、測定用光Ｌ１と照射用光Ｌ２とは光量を同じにするものであり、測定用光Ｌ１の測定により得られる光量の値は、照射用光Ｌ２のそれに等しい。
【００２７】
また、採光窓１７は、前記したように、反射板１５自体に設けられており、照射用光Ｌ２の進行路内に存しない。このことから、採光窓１７は、照射用光Ｌ２に対してこれに損失が生じるような悪影響を及ぼさない。
【００２８】
採光窓１７は、これを通しての放射光Ｌからの測定用光Ｌ１の抜き取りが、被放射面５に「放射照度の場所むら」（ＪＩＳ Ｃ８９１２）を生じさせない程度の大きさとすることが望ましい。この観点から、採光窓１７は、例えば２ｍｍの直径を有する円形孔とすることができる。また、採光窓１７の横断面形状は、円形に限らず、他の任意の形状、例えば多角形や楕円形とすることができる。さらに、本実施形態における採光窓１７は、図２に示すように、反射板１５の中央部に設けてあるが、後述するように光が当たっている範囲内の任意の箇所に設けることができる。
【００２９】
採光窓１７は、好ましくは、図１に示す例におけるように、その軸線が光軸ｌに平行であるように、具体的には光軸ｌの延長上に位置するように位置決められている。これによれば、採光窓１７に進入した測定用光Ｌ１が採光窓１７をその軸線に沿って直進することができ、光軸ｌと非平行な採光窓とした場合に生じる該採光窓の壁面（周壁）での反射とこれに伴う減衰とを回避することができる。
【００３０】
反射板１５の反射面と反対の側には、測定用光Ｌ１を検出し、該測定用光についての光量に対応する電圧に変換するための光センサ１９が配置されている。光センサ１９は、例えば太陽光スペクトルに感応するシリコンフォトダイオードからなるものとすることができる。光センサ１９は好ましくは採光窓１７の軸線の延長上に配置される。
【００３１】
図１及び図２に示す例においては、さらに、採光窓１７を規定する反射板１５と光センサ１９との間に、採光窓１７から射出する測定用光Ｌ１を受けてこれを光センサ１９に向けて拡散させる機能を有する拡散板２１が配置されている。これによれば、光センサ１９に届く光が拡散光であるため、光センサ１９の配置位置や受光面の角度に多少の誤差があっても光センサ１９による測定用光Ｌ２の検出を可能とすることができる。
【００３２】
本実施形態における採光窓１７は、上述したように反射板１５を厚み方向に貫通する貫通孔によって構成してあるが、次の構成を採用することによって、採光窓１７の作用効果に近似する作用効果を生じさせることができる。まず第１の構成として、反射板本体（図示を省略）の全体若しくは採光窓周辺を、たとえば、透明な合成樹脂やガラスのような透光性部材によって構成し、その反射板本体の一方の表面に光学的反射物質層を蒸着等によって形成する。ここで、この光学的反射物質層の一部を欠損させて（省略して）反射板本体を露出させれば、この露出部分を採光窓とすることができる。露出部分であれば反射されないので、光は、露出部分を、さらに、反射板本体を通過して反射板本体の裏側へ到達する。第２の構成として、上記欠損させる代わりに欠損部分を、いわゆるハーフミラー部分とし、透光性を確保するようにしてもよい。最後の第３の構成として、上記貫通孔を取付孔として、そこに光センサを直接埋設することもできる。上記第３の構成によれば、光センサの受光面が直接、光を受けることになるので、本実施形態のそれと同様な作用効果を期待することができる。
【００３３】
光学系７は、さらに、被照射面１５に到達する照射用光Ｌ２が被照射面１５において均一な照度を有するものであるようにする、すなわち放射光Ｌの面照度を均一にするために用いられる光学部品である例えばフライアイレンズ２３を含むものとすることが望ましい。
【００３４】
図１に示す例においては、フライアイレンズ２３はこれを経た放射光Ｌが反射板１５に入射するように配置されている。フライアイレンズ２３は反射板１５と被照射面５との間に配置することも可能であるが、図示のようにランプ３と反射板１５との間に配置することにより、ソーラシミュレータ１の使用期間中に経時的に劣化したフライアイレンズ２３を交換した場合における交換前後のフライアイレンズの透過率の相違に拘らず、反射板１５中央部の採光窓１７を通過する測定用光Ｌ１と、被照射面５に到達する照射用光Ｌ２との間に光量の変化が生じることが回避される。また、フライアイレンズ２３を経ることで反射板１５に照射される光が均一な照度となるため採光窓１７を、照射範囲の中央部を含めた同範囲内の任意の箇所に設けることが出来るという効果がある。
【００３５】
また、本実施例においてはランプ９の放射光Ｌをフライアイレンズ２３に導くために、反射板１７と同様の反射鏡２５が配置されている。反射鏡２５は光学系７の一部をなす。ランプ９から放射された光Ｌは、これを受けた反射鏡２５において９０度の反射角度で反射板１７に向けて反射される。反射鏡２５で反射された光Ｌはフライアイレンズ２３を経て反射板１５に到達する。なお、反射鏡２５は、本発明においては必須の構成要素ではなく、ランプ９と集光鏡２７からの光を直接にフライアイレンズ２３に入射させる機構として反射鏡２５を省略してもよい。
【００３６】
また、図示の例では、ランプ３が放射する光Ｌを集め、これを反射鏡２５に導くための集光鏡２７が配置されている。集光鏡２７はランプ９の一部を取り囲む半球面からなる反射面を有する。図示の集光鏡２７はガラス材料で形成され、その半球面にこれを反射面とするための光学的反射物質が蒸着されている。これによれば、ランプ３から放射された光Ｌは、集光鏡２７の半球状の反射面内に集められ、該反射面において反射鏡２５に向けて反射される。また、集光鏡２７は、反射鏡２５により反射された光Ｌがフライアイレンズ２３に集光するように位置決められている。集光鏡２７もまた光学系７の一部をなす。
【００３７】
さらに、光学系７の一部として、被照射面５に入射する照射用光Ｌ２を平行にするためのレンズを配置することが望ましい。図１に示す例では、２枚のレンズ２９，３１がフライアイレンズ２３と反射鏡１５との間に互いに間隔をおいて配置され、かつ、一枚のコリメーションレンズ３３が反射板１５と被照射面５との間に配置されている。これらのレンズ２９，３１，３３は、協働して、これらのレンズ２９，３１，３３を通過した光である照射用光Ｌ２が平行光であるようにする。
【００３８】
反射板１５の採光窓１７から放出され、光センサ１９により検出された測定用光Ｌ１の光量に係る電気信号（電圧）は、これをランプ３の出力調整、又は光学的絞り機構の駆動を行うためのフィードバック信号として用いることができる。
【００３９】
図３を参照すると、ランプ３の前記出力調整を行うためのフィードバック制御機構の一例が全体に符号３５で示されている。フィードバック制御機構３５は、演算増幅器と呼ばれる電気回路であるオペアンプ(operational amplifier)３７と、これに電気的に接続されたランプドライバ３９とを備える。
【００４０】
オペアンプ３７は、正入力端子４１及び負入力端子４３と、出力端子４５とを備え、両入力端子４１，４３と出力端子４５とがそれぞれ演算素子４７に電気的に接続されている。演算素子４７は、両入力端子４１，４３にそれぞれ加えられる２つの入力電圧の比較演算を行い、正入力端子４１への入力電圧が負入力端子４３への入力電圧より高ければ出力端子４５の電圧を上げ、反対に低ければ電圧を下げる。
【００４１】
オペアンプ３７の負入力端子４３には、増幅器４９を介して、光センサ１９が電気的に接続されている。増幅器４９は、光センサ１９が発する電気信号である電圧をオペアンプ３７の動作に適合する大きさに増幅する作用をなす。
【００４２】
また、オペアンプ３７の正入力端子４１には、可変抵抗器と呼ばれる電気部品であるボリューム５１が電気的に接続されている。ボリューム５１は、オペアンプ３７の動作基準となる制御電圧を発生させる。ボリューム５１には、これを手動操作するためのつまみ（図示せず）が設けられている。操作者は、前記つまみを操作することにより、前記制御電圧の大きさを調整することができる。
【００４３】
ランプドライバ３９はランプ３を駆動するための電気回路であって、制御入力端子５３と、正出力端子５５及び負出力端子５７とを有する。制御入力端子５３は、オペアンプ３７の出力端子４５に電気的に接続されており、オペアンプ３７の出力端子４５に出力された電圧が制御入力端子５３に印加される。また、正出力端子５５及び負出力端子５７は、それぞれ、ランプ３の正電極１１及び負電極１３に電気的に接続されている。ランプドライバ３９は、ランプ３の点灯開始時に高電圧を発生し、ランプ３における放電を開始させ、放電の開始後、制御入力端子５３に加えられる電圧の大きさに従って、ランプ３の定電力制御を行う。
【００４４】
図４に、前記制御入力電圧と、ランプ３の出力との関係の一例をグラフで示す。このグラフは、前記制御入力電圧が０〜５Ｖの範囲で変化するとき、これに応じてランプ３の出力が０〜１００％の範囲で変化することを示す。ただし、実際には、放電灯からなるランプ３は、その出力を低くすると、放電が不安定になったり、あるいは停止することがあるため、制御領域は、ランプ３の出力の７０〜１００％の範囲とすることが望ましい。
【００４５】
ソーラシミュレータ１のランプ３は、ランプドライバ３９により電力を供給することにより点灯させることができる。ランプ３を点灯させた後、被照射面５に対する照射用光Ｌ２の光量の設定を行う。光量の設定（調光）は、例えば被照射面５上に照度計を置いて、該照度計が所望の指示値を示すように、ボリューム５１を操作し、これによりオペアンプ３７の正入力端子４１に加えられる前記制御圧力を調整することにより行うことができる。前記したように、前記制御圧力の値はオペアンプ３７において光センサ１９からの圧力の値と比較され、その結果、光センサ１９の圧力値が制御圧力値より低いとき、すなわち被照射面５に対する照射光量が設定光量より低いとき、オペアンプ３７はその出力電圧値を上げて、逆の場合には下げる。これに対応して、ランプドライバ３９はランプ３をその出力が上がり、あるいは下がるように駆動する。
【００４６】
前記照射光量は、ランプ３の経時的劣化、光学系７を構成する光学部品への汚れの付着によるその透過率や反射率の低下等を原因として低下し、また、前記ランプ、前記光学部品等の新品への交換を原因として増大する。前記照射光量の低下又は増大を原因とする前記照射光量の変化は、これをフィードバック制御機構３５により前記したようにして調整し、前記照射光量を所望の値に設定することができる。
【００４７】
前記した例におけるランプドライバ３９によるランプ３の出力制御に代えて、例えば液晶シャッター（図示せず）を使用した出力制御とすることができる。前記液晶シャッターは、反射鏡２５とフライアイレンズ２３との間、又はフライアイレンズ２３と反射板１５との間に配置することができる。前記液晶シャッターは、オペアンプ３７の出力端子４５からの電気信号を受けて、その透過率を０〜１００％の範囲で変化させる。この変化のために、前記液晶シャッターを通過する照射光Ｌについての光量変化が実現される。
【００４８】
また、前記した例においては、オペアンプ３７が行う演算によるアナログ制御が用いられているが、これに代えて、コンピュータ回路を用いたデジタル制御を用いることができる。オペアンプ３７に設けられる前記コンピュータ回路は、例えば、制御及び演算を行うＣＰＵ(Central Processing Unit)と、記憶を行うＲＯＭ(Read Only Memory)と、ＲＡＭ(Random Access Memory)と、アナログ入力を行うA/D変換器と、アナログ出力を行うD/A変換器とを備える。このコンピュータ回路においては、光センサ１９とボリューム５１とが前記A/D変換器に電気的に接続され、ランプドライバ３９に前記D/A変換器が電気的に接続される。光センサ１９および、ボリューム５１からのアナログ電気信号はA/D変換器によりそれぞれデジタル信号に変換されてＣＰＵに入力される。ＣＰＵは２つの信号を比較してランプドライバ３９の制御入力端子５３に与える制御電圧値を計算してその結果をD/A変換器に出力する。D/A変換器でアナログ電気信号に変換された制御電圧値は制御入力端子５３に加わりランプ３の出力を制御する。なお、前記ＲＯＭには前記ＣＰＵが実行するための制御プログラムが記憶され、前記ＲＡＭにはＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアが展開される。
【００４９】
さらに、前記フィードバック制御においては、比例制御又はＰ制御と呼ばれる制御手法をもちいるが、これに代えて、ＰＩＤ制御やロバスト制御のような現代制御手法を採用することができる。前記したフィードバック制御機構３５においては、オペアンプ３７の正入力端子４１に入力された制御電圧が、光センサ１９からの信号電圧より高いか、又は低いかによってオペアンプ３７の出力端子４５における出力電圧の高下を決定する。しかし、このような比例制御によると、例えばランプ３に印加される電圧の変化に対してランプ３の発光量の変化が時間的に遅れるという特性がある場合、発光量の振動といった不都合が発生する恐れがある。このような不都合の発生に対する対処のため、例えば、Ｐ（比例定数）、Ｉ（積分定数）、Ｄ（微分定数）を好ましい値に設定したＰＩＤ制御を行うことが望ましい。
【００５０】
ところで、前記調光は、これをフィードバック制御機構３５を用いて電気的に行うことに代えて、図５に示すような絞り機構６１を用いて機械的に行うことが可能である。
【００５１】
絞り機構６１は互いに相対する一対の円板である調光板６３及びシャッター板６５を備える。
調光板６３は、該円板内の円周上に複数の大径孔６７及び複数の小径孔６９が設けられており、絞り機構６１を通過する光の光量を円板の回転角度位置を制御することによって１００％（全開）から０％（遮光）まで段階的に減じる機能を持つ。シャッター板６５は円板上にそれぞれ９０度の角度をもち中心部がフライアイレンズ２３の光軸の中心と一致する円周上に配された４つの同径の孔である開口部７１と、開口部７１からそれぞれ４５度の角度をもって配された遮光部をもち、絞り機構６１を通過する光を円板の回転角度位置を制御することによって通過と遮断を行う機能を持つ。
【００５２】
両円板６３，６５は反射鏡２５とフライアイレンズ２３との間に配置され、これらの軸線が前記光軸上に位置する。ここで、調光板６３は反射鏡２５に面し、シャッター板６５はフライアイレンズ２３に面している。したがって、反射鏡２５で反射された放射光Ｌは、調光板６３の孔６７，６９及びシャッター板６５の孔７１を順次に経て、フライアイレンズ２３に入射する。
【００５３】
調光板６３とシャッター板６５はその円板の中心にそれぞれステッピングモータ７３，７４が取り付けられており、ステッピングモータ７３，７４それぞれを駆動することによって別個に回転制御可能であるように支持されている。
【００５４】
ステッピングモータ７３，７４はそれぞれコンピュータ回路７５に電気的に接続されている。コンピュータ回路７５は制御及び演算を行うＣＰＵ(Central Processing Unit)と、記憶を行うＲＯＭ(Read Only Memory)と、ＲＡＭ(Random Access Memory)と、アナログ入力を行うA/D変換器を備える。光センサ１９とボリューム５１とがコンピュータ回路７５のA/D変換器に電気的に接続される。光センサ１９および、ボリューム５１からのアナログ電気信号はA/D変換器によりそれぞれデジタル信号に変換されてＣＰＵに入力される。ＣＰＵは２つの信号を比較、演算し、その結果に基づき、所望の光量の照射用光Ｌ２が得られるように、ステッピングモータ７３，７４それぞれに対してその回転方向及び回転角度を含む駆動信号を発する。前記ＲＯＭには前記ＣＰＵが実行するための制御プログラムが記憶される。また、前記ＲＡＭにはＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアが展開される。上記では操作者がボリューム５１を手動操作して動作基準となる制御電圧を発生したが、コンピュータ回路７５にデジタル表示器及び入力操作スイッチを含む操作手段７７を設けて操作者がこれらを操作して動作基準となる値を設定しても良い。例えば被照射面５の光エネルギーを１ＳＵＮ（１０００Ｗ／平方ｍ）になるようにフィードバック制御を行う場合には、操作者はテンキーなどの入力操作スイッチを操作して、デジタル表示器に目標値が１０００Ｗ／平方ｍとなるように設定を行う。コンピュータ回路７５は被照射面５の光エネルギーが目標値になるように制御を行う。コンピュータ回路７５は例えば１ｃｈｉｐＣＰＵのように小型なものをソーラシミュレータ内に組み込んで使用しても良い。また、パーソナルコンピュータやシーケンサをコンピュータ回路７５として良い。
【符号の説明】
【００５５】
１ ソーラシミュレータ
３ ランプ
５ 被照射面
７ 光学系
９ 石英ガラス管
１１ 陽極
１３ 陰極
１５ 反射板
１７ 採光窓
１９ 光センサ
２１ 拡散板
２３ フライアイレンズ
２５ 反射鏡
２７ 集光鏡
２９，３１ レンズ
３３ コリメーションレンズ
３５ フィードバック制御機構
３７ オペアンプ
３９ ランプドライバ
４１ 正入力端子
４３ 負入力端子
４５ 出力端子
４７ 演算素子
４９ 増幅器
５１ ボリューム
５３ 制御入力端子
５５ 正出力端子
５７ 負出力端子
６１ 絞り機構
６３ 調光板
６５ シャッター板
６７ 大径孔
６９ 小径孔
７１ 開口部
７３ ステッピングモータ
７５ コンピュータ回路
Ｌ 照射光
Ｌ１ 測定用光
Ｌ２ 照射用光
ｌ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の特性を評価すべくその性能を検査するために用いられる太陽光に近似した光（疑似太陽光）を生じさせるためのソーラシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラシミュレータは疑似太陽光を発するランプと、該ランプが発する光を検査対象である太陽電池の受光面が配置される被照射面に導くための光学系とを備える。前記ランプから放射された光（放射光）は、前記光学系を通過する間にその光量を整えられ、前記被照射面に到達する。光量調整は、たとえば前記光学系を通過中の光からその一部を取り出してその光度を測定し、その測定値を例えばフィードバック制御により前記ランプの出力に反映させる、あるいは光学的絞り機構に反映させることにより行われる。
【０００３】
従来、光量測定のために前記放射光の一部を取り出すべく、前記光学系を構成するライトガイド（照明用ライトガイド）の出力端面に透光板を取り付けることが提案されている（特許文献１）。この提案によれば、前記照明用ライトガイドの出力端面に到達した光が、前記透光板を介して、前記被照射面を照射するものと、光量測定に用いられるものとに分岐される。光量測定に用いられる測定用光は、他のライトガイド（モニタ用ライトガイド）を介して光センサに送られ、その光度が測定される。
【０００４】
ところで、ソーラシミュレータは、これを構成する光学部品に経時的な劣化が生じたときにはこれを取り替えて使用継続される。前記従来のソーラシミュレータにあっては、光学部品である前記透光板又は前記モニタ用ライトガイドが交換されると、交換の前後における部品品質のバラツキや取付位置のズレ等によってこれらの光透過率に変化が生じ、この変化のために光量の正確な測定が阻害されるという問題がある。さらに、前記被照射面を照射するための光は前記透光板を経て空気中に放射されるところ、前記照明用ライトガイドの出力端面とこれに取り付けられた前記透光板との間には前記透光板とは屈折率を異にする空気層が存するため、前記照明用ライトガイドの出力端面から放出された光は前記空気層及び前記透光板に入射するとき、並びに前記透光板から空中に放射されるときにこれらに当たってその一部が反射をする。このため、前記被照射面に照射される光の損失を招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４２３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、被照射面に照射される光についての光量測定をより正確に行うことを可能とするソーラシミュレータを提供することにある。また、本発明の他の目的は、被照射面に照射される光について損失を生じさせないソーラシミュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（請求項１に記載の発明の特徴）
請求項１に記載に発明は、ソーラシミュレータに係り、太陽光に近似した光を発するランプと、前記ランプが発する光を被照射面に導くための光学系とを含み、前記光学系は、前記光を前記被照射面に向けて反射させるための反射板を備え、前記反射板はこれに設けられた採光窓であって前記反射板に入射する光についての光量を測定するために用いられる前記光の一部の通過を許す採光窓を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明にあっては、前記ランプから放射され前記反射板に入射する光についての光量の測定に用いられる前記光の一部（測定用光）を取り出すための手段が前記反射板に設けられた採光窓からなる。前記採光窓は空気で満たされた空間からなり、該空間中の空気の光透過率は、前記採光窓を規定する光学部品である前記反射板の交換によって変化しない（空気にも僅かなバラツキはあるが、それは部品品質のバラツキに比べて無視できる程度に小さい）。このことから、光透過率の変化に起因する測定値の変化を回避することができ、これにより、前記光量測定及びその測定値に基づく調光をより正確に行うことができる。
【０００９】
また、前記反射板に設けられた採光窓は前記反射板で反射された光（照射用光）の進行路内に存しない（通過を許すのは、反射板に入射する光であって反射光ではない）ことから、前記照射用光すなわち前記被照射面に向かう反射光に対してこれに損失が生じるような影響を及ぼさない。
【００１０】
さらに、前記採光窓の形成箇所を、前記被照射面に向けて直接に光を反射する前記反射板としたことから、光量測定に供される光は前記被照射面に入射直前の光であり、これは、実質的に、前記被照射面への入射光に相当する。
【００１１】
（請求項２に記載の発明の特徴）
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成要素を備えた上で、前記採光窓が光軸と平行な軸線を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、光の導孔である前記採光窓の軸線が光軸と平行であるように設定することにより、非平行に設定する場合と比べて、前記採光窓の周壁面における光の反射を低減し、これにより、前記採光窓を通過する光の減衰をより少なくすることができる。
【００１３】
（請求項３に記載の発明の特徴）
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明の構成要素を備えた上で、前記光学系が、前記光を前記反射板に向けて反射させるための反射鏡と、前記反射板と前記反射鏡との間に配置された、前記光の面照度を均一にするためのレンズとを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、前記ランプが放射する光は、前記反射鏡での反射により前記レンズに通されてその面照度を均一にされた状態で前記反射板に入射するため、前記反射板の採光窓から取り出される光について、前記被照射面に到達する光と同一のものとすることができる。
【００１５】
（請求項４に記載の発明の特徴）
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明の構成要素を備えた上で、前記光学系が、前記反射鏡と前記レンズとの間に配置された、前記光についての光量を調整するための絞り機構を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、前記反射板の採光窓から射出される光についての光量の測定値の大きさに基づき、前記絞り機構を操作して前記ランプから放射された光についての光量を低減し、また低減前の光量に戻すことができ、これにより、前記反射板に到達し、該反射板から前記被照射面に反射される光についての光量を調節することができる。
【００１７】
（請求項５に記載の発明の特徴）
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明の構成要素を備えた上で、さらに、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の値に基づき、前記ランプの出力を調整するためのフィードバック制御機構を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の測定値を前記フィードバック制御機構に入力することにより、前記ランプの出力を調整し、前記被照射面に向かう光についての光量を調整することができる。
【００１９】
（請求項６に記載の発明の特徴）
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明の構成要素を備えた上で、さらに、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の値に基づき、前記絞り機構を制御するためのフィードバック制御機構を含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の測定値を前記フィードバック制御機構に入力することにより、前記絞り機構を制御し、前記被照射面に向かう光についての光量を調整することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ソーラシミュレータについて、検査対象である太陽電池の受光面に照射される疑似太陽光についての光量の測定をより正確に行うことできる。また、前記被照射面に照射される疑似太陽光についての光量の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るソーラシミュレータの概念図である。
【図２】ソーラシミュレータにおける反射板及びその採光窓並びに光センサ及び光拡散板を概念的に示す拡大図である。
【図３】ソーラシミュレータにおけるフィードバック制御機構の回路図である。
【図４】制御機構のランプドライバにおけるランプ出力と制御入力との関係を示すグラフである。
【図５】絞り機構を含むソーラシミュレータの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１を参照すると、本発明に係るソーラシミュレータの概要が全体に符号１で示されている。ソーラシミュレータ１は、太陽光に近似した放射光（疑似太陽光）Ｌを発するランプ３と、ランプ３から放射された光（放射光）Ｌを仮想平面である被照射面５に導くための光学系７とを備える。被照射面５には、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するための太陽電池（図示せず）の性能試験に際し、その受光面がおかれる。
【００２４】
図示のランプ３は放電灯からなる。この放電灯は、キセノンのような希ガスが封入された石英ガラス管９と、該石英ガラス管９の両端に配置された陽極１１及び陰極１３とを有する。両極１１，１３への電圧の印加により、両極１１，１３間にアーク放電が生じ、これが前述した疑似太陽である放射光Ｌを発する。ランプ３が放射する放射光Ｌについての光量は、両極１１，１３に加えられた電力の大きさに比例する。ランプ３は、前記放電灯に代えて、例えばハロゲン灯のようなフィラメント電球とすることができる。
【００２５】
ランプ３の放射光Ｌを被照射面５に導くための光学系７は、放射光Ｌを受けてこれを被照射面５に向けて反射させるための反射板１５を含む。反射板１５は光学的反射物質の蒸着層の一方の面を反射面とする例えば矩形状のガラス板からなる。図１に示す例では、反射板１５は、放射光Ｌが９０度の反射角度をもって反射するように配置されている。
【００２６】
反射板１５には、これに入射する放射光Ｌの一部の通過を許す空気で満たされた非密閉空間である採光窓１７が設けられている。採光窓１７を通過した放射光Ｌの一部Ｌ１は、反射板１５への入射光Ｌについての光量を測定するために用いられる（以下、「放射光の一部Ｌ１」を「測定用光Ｌ１」という。）。他方、反射板１５で反射される放射光Ｌの残りの一部Ｌ２は、被照射面５に至り、該被照射面を照射する（以下、「放射光の残りの一部Ｌ２」を「照射用光Ｌ２」という。）。したがって、測定用光Ｌ１と照射用光Ｌ２とは光量を同じにするものであり、測定用光Ｌ１の測定により得られる光量の値は、照射用光Ｌ２のそれに等しい。
【００２７】
また、採光窓１７は、前記したように、反射板１５自体に設けられており、照射用光Ｌ２の進行路内に存しない。このことから、採光窓１７は、照射用光Ｌ２に対してこれに損失が生じるような悪影響を及ぼさない。
【００２８】
採光窓１７は、これを通しての放射光Ｌからの測定用光Ｌ１の抜き取りが、被放射面５に「放射照度の場所むら」（ＪＩＳ Ｃ８９１２）を生じさせない程度の大きさとすることが望ましい。この観点から、採光窓１７は、例えば２ｍｍの直径を有する円形孔とすることができる。また、採光窓１７の横断面形状は、円形に限らず、他の任意の形状、例えば多角形や楕円形とすることができる。さらに、本実施形態における採光窓１７は、図２に示すように、反射板１５の中央部に設けてあるが、後述するように光が当たっている範囲内の任意の箇所に設けることができる。
【００２９】
採光窓１７は、好ましくは、図１に示す例におけるように、その軸線が光軸ｌに平行であるように、具体的には光軸ｌの延長上に位置するように位置決められている。これによれば、採光窓１７に進入した測定用光Ｌ１が採光窓１７をその軸線に沿って直進することができ、光軸ｌと非平行な採光窓とした場合に生じる該採光窓の壁面（周壁）での反射とこれに伴う減衰とを回避することができる。
【００３０】
反射板１５の反射面と反対の側には、測定用光Ｌ１を検出し、該測定用光についての光量に対応する電圧に変換するための光センサ１９が配置されている。光センサ１９は、例えば太陽光スペクトルに感応するシリコンフォトダイオードからなるものとすることができる。光センサ１９は好ましくは採光窓１７の軸線の延長上に配置される。
【００３１】
図１及び図２に示す例においては、さらに、採光窓１７を規定する反射板１５と光センサ１９との間に、採光窓１７から射出する測定用光Ｌ１を受けてこれを光センサ１９に向けて拡散させる機能を有する拡散板２１が配置されている。これによれば、光センサ１９に届く光が拡散光であるため、光センサ１９の配置位置や受光面の角度に多少の誤差があっても光センサ１９による測定用光Ｌ２の検出を可能とすることができる。
【００３２】
本実施形態における採光窓１７は、上述したように反射板１５を厚み方向に貫通する貫通孔によって構成してあるが、次の構成を採用することによって、採光窓１７の作用効果に近似する作用効果を生じさせることができる。まず第１の構成として、反射板本体（図示を省略）の全体若しくは採光窓周辺を、たとえば、透明な合成樹脂やガラスのような透光性部材によって構成し、その反射板本体の一方の表面に光学的反射物質層を蒸着等によって形成する。ここで、この光学的反射物質層の一部を欠損させて（省略して）反射板本体を露出させれば、この露出部分を採光窓とすることができる。露出部分であれば反射されないので、光は、露出部分を、さらに、反射板本体を通過して反射板本体の裏側へ到達する。第２の構成として、上記欠損させる代わりに欠損部分を、いわゆるハーフミラー部分とし、透光性を確保するようにしてもよい。最後の第３の構成として、上記貫通孔を取付孔として、そこに光センサを直接埋設することもできる。上記第３の構成によれば、光センサの受光面が直接、光を受けることになるので、本実施形態のそれと同様な作用効果を期待することができる。
【００３３】
光学系７は、さらに、被照射面１５に到達する照射用光Ｌ２が被照射面１５において均一な照度を有するものであるようにする、すなわち放射光Ｌの面照度を均一にするために用いられる光学部品である例えばフライアイレンズ２３を含むものとすることが望ましい。
【００３４】
図１に示す例においては、フライアイレンズ２３はこれを経た放射光Ｌが反射板１５に入射するように配置されている。フライアイレンズ２３は反射板１５と被照射面５との間に配置することも可能であるが、図示のようにランプ３と反射板１５との間に配置することにより、ソーラシミュレータ１の使用期間中に経時的に劣化したフライアイレンズ２３を交換した場合における交換前後のフライアイレンズの透過率の相違に拘らず、反射板１５中央部の採光窓１７を通過する測定用光Ｌ１と、被照射面５に到達する照射用光Ｌ２との間に光量の変化が生じることが回避される。また、フライアイレンズ２３を経ることで反射板１５に照射される光が均一な照度となるため採光窓１７を、照射範囲の中央部を含めた同範囲内の任意の箇所に設けることが出来るという効果がある。
【００３５】
また、本実施例においてはランプ９の放射光Ｌをフライアイレンズ２３に導くために、反射板１７と同様の反射鏡２５が配置されている。反射鏡２５は光学系７の一部をなす。ランプ９から放射された光Ｌは、これを受けた反射鏡２５において９０度の反射角度で反射板１７に向けて反射される。反射鏡２５で反射された光Ｌはフライアイレンズ２３を経て反射板１５に到達する。なお、反射鏡２５は、本発明においては必須の構成要素ではなく、ランプ９と集光鏡２７からの光を直接にフライアイレンズ２３に入射させる機構として反射鏡２５を省略してもよい。
【００３６】
また、図示の例では、ランプ３が放射する光Ｌを集め、これを反射鏡２５に導くための集光鏡２７が配置されている。集光鏡２７はランプ９の一部を取り囲む半球面からなる反射面を有する。図示の集光鏡２７はガラス材料で形成され、その半球面にこれを反射面とするための光学的反射物質が蒸着されている。これによれば、ランプ３から放射された光Ｌは、集光鏡２７の半球状の反射面内に集められ、該反射面において反射鏡２５に向けて反射される。また、集光鏡２７は、反射鏡２５により反射された光Ｌがフライアイレンズ２３に集光するように位置決められている。集光鏡２７もまた光学系７の一部をなす。
【００３７】
さらに、光学系７の一部として、被照射面５に入射する照射用光Ｌ２を平行にするためのレンズを配置することが望ましい。図１に示す例では、２枚のレンズ２９，３１がフライアイレンズ２３と反射鏡１５との間に互いに間隔をおいて配置され、かつ、一枚のコリメーションレンズ３３が反射板１５と被照射面５との間に配置されている。これらのレンズ２９，３１，３３は、協働して、これらのレンズ２９，３１，３３を通過した光である照射用光Ｌ２が平行光であるようにする。
【００３８】
反射板１５の採光窓１７から放出され、光センサ１９により検出された測定用光Ｌ１の光量に係る電気信号（電圧）は、これをランプ３の出力調整、又は光学的絞り機構の駆動を行うためのフィードバック信号として用いることができる。
【００３９】
図３を参照すると、ランプ３の前記出力調整を行うためのフィードバック制御機構の一例が全体に符号３５で示されている。フィードバック制御機構３５は、演算増幅器と呼ばれる電気回路であるオペアンプ(operational amplifier)３７と、これに電気的に接続されたランプドライバ３９とを備える。
【００４０】
オペアンプ３７は、正入力端子４１及び負入力端子４３と、出力端子４５とを備え、両入力端子４１，４３と出力端子４５とがそれぞれ演算素子４７に電気的に接続されている。演算素子４７は、両入力端子４１，４３にそれぞれ加えられる２つの入力電圧の比較演算を行い、正入力端子４１への入力電圧が負入力端子４３への入力電圧より高ければ出力端子４５の電圧を上げ、反対に低ければ電圧を下げる。
【００４１】
オペアンプ３７の負入力端子４３には、増幅器４９を介して、光センサ１９が電気的に接続されている。増幅器４９は、光センサ１９が発する電気信号である電圧をオペアンプ３７の動作に適合する大きさに増幅する作用をなす。
【００４２】
また、オペアンプ３７の正入力端子４１には、可変抵抗器と呼ばれる電気部品であるボリューム５１が電気的に接続されている。ボリューム５１は、オペアンプ３７の動作基準となる制御電圧を発生させる。ボリューム５１には、これを手動操作するためのつまみ（図示せず）が設けられている。操作者は、前記つまみを操作することにより、前記制御電圧の大きさを調整することができる。
【００４３】
ランプドライバ３９はランプ３を駆動するための電気回路であって、制御入力端子５３と、正出力端子５５及び負出力端子５７とを有する。制御入力端子５３は、オペアンプ３７の出力端子４５に電気的に接続されており、オペアンプ３７の出力端子４５に出力された電圧が制御入力端子５３に印加される。また、正出力端子５５及び負出力端子５７は、それぞれ、ランプ３の正電極１１及び負電極１３に電気的に接続されている。ランプドライバ３９は、ランプ３の点灯開始時に高電圧を発生し、ランプ３における放電を開始させ、放電の開始後、制御入力端子５３に加えられる電圧の大きさに従って、ランプ３の定電力制御を行う。
【００４４】
図４に、前記制御入力電圧と、ランプ３の出力との関係の一例をグラフで示す。このグラフは、前記制御入力電圧が０〜５Ｖの範囲で変化するとき、これに応じてランプ３の出力が０〜１００％の範囲で変化することを示す。ただし、実際には、放電灯からなるランプ３は、その出力を低くすると、放電が不安定になったり、あるいは停止することがあるため、制御領域は、ランプ３の出力の７０〜１００％の範囲とすることが望ましい。
【００４５】
ソーラシミュレータ１のランプ３は、ランプドライバ３９により電力を供給することにより点灯させることができる。ランプ３を点灯させた後、被照射面５に対する照射用光Ｌ２の光量の設定を行う。光量の設定（調光）は、例えば被照射面５上に照度計を置いて、該照度計が所望の指示値を示すように、ボリューム５１を操作し、これによりオペアンプ３７の正入力端子４１に加えられる前記制御圧力を調整することにより行うことができる。前記したように、前記制御圧力の値はオペアンプ３７において光センサ１９からの圧力の値と比較され、その結果、光センサ１９の圧力値が制御圧力値より低いとき、すなわち被照射面５に対する照射光量が設定光量より低いとき、オペアンプ３７はその出力電圧値を上げて、逆の場合には下げる。これに対応して、ランプドライバ３９はランプ３をその出力が上がり、あるいは下がるように駆動する。
【００４６】
前記照射光量は、ランプ３の経時的劣化、光学系７を構成する光学部品への汚れの付着によるその透過率や反射率の低下等を原因として低下し、また、前記ランプ、前記光学部品等の新品への交換を原因として増大する。前記照射光量の低下又は増大を原因とする前記照射光量の変化は、これをフィードバック制御機構３５により前記したようにして調整し、前記照射光量を所望の値に設定することができる。
【００４７】
前記した例におけるランプドライバ３９によるランプ３の出力制御に代えて、例えば液晶シャッター（図示せず）を使用した出力制御とすることができる。前記液晶シャッターは、反射鏡２５とフライアイレンズ２３との間、又はフライアイレンズ２３と反射板１５との間に配置することができる。前記液晶シャッターは、オペアンプ３７の出力端子４５からの電気信号を受けて、その透過率を０〜１００％の範囲で変化させる。この変化のために、前記液晶シャッターを通過する照射光Ｌについての光量変化が実現される。
【００４８】
また、前記した例においては、オペアンプ３７が行う演算によるアナログ制御が用いられているが、これに代えて、コンピュータ回路を用いたデジタル制御を用いることができる。オペアンプ３７に設けられる前記コンピュータ回路は、例えば、制御及び演算を行うＣＰＵ(Central Processing Unit)と、記憶を行うＲＯＭ(Read Only Memory)と、ＲＡＭ(Random Access Memory)と、アナログ入力を行うA/D変換器と、アナログ出力を行うD/A変換器とを備える。このコンピュータ回路においては、光センサ１９とボリューム５１とが前記A/D変換器に電気的に接続され、ランプドライバ３９に前記D/A変換器が電気的に接続される。光センサ１９および、ボリューム５１からのアナログ電気信号はA/D変換器によりそれぞれデジタル信号に変換されてＣＰＵに入力される。ＣＰＵは２つの信号を比較してランプドライバ３９の制御入力端子５３に与える制御電圧値を計算してその結果をD/A変換器に出力する。D/A変換器でアナログ電気信号に変換された制御電圧値は制御入力端子５３に加わりランプ３の出力を制御する。なお、前記ＲＯＭには前記ＣＰＵが実行するための制御プログラムが記憶され、前記ＲＡＭにはＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアが展開される。
【００４９】
さらに、前記フィードバック制御においては、比例制御又はＰ制御と呼ばれる制御手法をもちいるが、これに代えて、ＰＩＤ制御やロバスト制御のような現代制御手法を採用することができる。前記したフィードバック制御機構３５においては、オペアンプ３７の正入力端子４１に入力された制御電圧が、光センサ１９からの信号電圧より高いか、又は低いかによってオペアンプ３７の出力端子４５における出力電圧の高下を決定する。しかし、このような比例制御によると、例えばランプ３に印加される電圧の変化に対してランプ３の発光量の変化が時間的に遅れるという特性がある場合、発光量の振動といった不都合が発生する恐れがある。このような不都合の発生に対する対処のため、例えば、Ｐ（比例定数）、Ｉ（積分定数）、Ｄ（微分定数）を好ましい値に設定したＰＩＤ制御を行うことが望ましい。
【００５０】
ところで、前記調光は、これをフィードバック制御機構３５を用いて電気的に行うことに代えて、図５に示すような絞り機構６１を用いて機械的に行うことが可能である。
【００５１】
絞り機構６１は互いに相対する一対の円板である調光板６３及びシャッター板６５を備える。
調光板６３は、該円板内の円周上に複数の大径孔６７及び複数の小径孔６９が設けられており、絞り機構６１を通過する光の光量を円板の回転角度位置を制御することによって１００％（全開）から０％（遮光）まで段階的に減じる機能を持つ。シャッター板６５は円板上にそれぞれ９０度の角度をもち中心部がフライアイレンズ２３の光軸の中心と一致する円周上に配された４つの同径の孔である開口部７１と、開口部７１からそれぞれ４５度の角度をもって配された遮光部をもち、絞り機構６１を通過する光を円板の回転角度位置を制御することによって通過と遮断を行う機能を持つ。
【００５２】
両円板６３，６５は反射鏡２５とフライアイレンズ２３との間に配置され、これらの軸線が前記光軸上に位置する。ここで、調光板６３は反射鏡２５に面し、シャッター板６５はフライアイレンズ２３に面している。したがって、反射鏡２５で反射された放射光Ｌは、調光板６３の孔６７，６９及びシャッター板６５の孔７１を順次に経て、フライアイレンズ２３に入射する。
【００５３】
調光板６３とシャッター板６５はその円板の中心にそれぞれステッピングモータ７３，７４が取り付けられており、ステッピングモータ７３，７４それぞれを駆動することによって別個に回転制御可能であるように支持されている。
【００５４】
ステッピングモータ７３，７４はそれぞれコンピュータ回路７５に電気的に接続されている。コンピュータ回路７５は制御及び演算を行うＣＰＵ(Central Processing Unit)と、記憶を行うＲＯＭ(Read Only Memory)と、ＲＡＭ(Random Access Memory)と、アナログ入力を行うA/D変換器を備える。光センサ１９とボリューム５１とがコンピュータ回路７５のA/D変換器に電気的に接続される。光センサ１９および、ボリューム５１からのアナログ電気信号はA/D変換器によりそれぞれデジタル信号に変換されてＣＰＵに入力される。ＣＰＵは２つの信号を比較、演算し、その結果に基づき、所望の光量の照射用光Ｌ２が得られるように、ステッピングモータ７３，７４それぞれに対してその回転方向及び回転角度を含む駆動信号を発する。前記ＲＯＭには前記ＣＰＵが実行するための制御プログラムが記憶される。また、前記ＲＡＭにはＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアが展開される。上記では操作者がボリューム５１を手動操作して動作基準となる制御電圧を発生したが、コンピュータ回路７５にデジタル表示器及び入力操作スイッチを含む操作手段７７を設けて操作者がこれらを操作して動作基準となる値を設定しても良い。例えば被照射面５の光エネルギーを１ＳＵＮ（１０００Ｗ／平方ｍ）になるようにフィードバック制御を行う場合には、操作者はテンキーなどの入力操作スイッチを操作して、デジタル表示器に目標値が１０００Ｗ／平方ｍとなるように設定を行う。コンピュータ回路７５は被照射面５の光エネルギーが目標値になるように制御を行う。コンピュータ回路７５は例えば１ｃｈｉｐＣＰＵのように小型なものをソーラシミュレータ内に組み込んで使用しても良い。また、パーソナルコンピュータやシーケンサをコンピュータ回路７５として良い。
【符号の説明】
【００５５】
１ ソーラシミュレータ
３ ランプ
５ 被照射面
７ 光学系
９ 石英ガラス管
１１ 陽極
１３ 陰極
１５ 反射板
１７ 採光窓
１９ 光センサ
２１ 拡散板
２３ フライアイレンズ
２５ 反射鏡
２７ 集光鏡
２９，３１ レンズ
３３ コリメーションレンズ
３５ フィードバック制御機構
３７ オペアンプ
３９ ランプドライバ
４１ 正入力端子
４３ 負入力端子
４５ 出力端子
４７ 演算素子
４９ 増幅器
５１ ボリューム
５３ 制御入力端子
５５ 正出力端子
５７ 負出力端子
６１ 絞り機構
６３ 調光板
６５ シャッター板
６７ 大径孔
６９ 小径孔
７１ 開口部
７３ ステッピングモータ
７５ コンピュータ回路
Ｌ 照射光
Ｌ１ 測定用光
Ｌ２ 照射用光
ｌ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光に近似した光を発するランプと、
前記ランプが発する光を被照射面に導くための光学系とを含み、
前記光学系は、前記光を前記被照射面に向けて反射させるための反射板を備え、
前記反射板はこれに設けられた採光窓であって前記反射板に入射する光の光量を測定するために用いられる前記光の一部の通過を許す採光窓を有する
ことを特徴とする、ソーラシミュレータ。
【請求項２】
前記採光窓は前記第１の反射板に入射する前記光の光軸と平行な軸線を有する
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】
前記光学系は、前記光を前記反射板に向けて反射させるための反射鏡と、前記反射板と前記反射鏡との間に配置された、前記被照射面における照度を均一にするためのレンズとを備える
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のソーラシミュレータ。
【請求項４】
前記光学系は、前記反射鏡と前記レンズとの間に配置された、前記光についての光量を調整するための絞り機構を備える
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】
さらに、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の値に基づき、前記ランプの出力を調整するためのフィードバック制御機構を含む
ことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のソーラシミュレータ。
【請求項６】
さらに、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の値に基づき、前記絞り機構を制御するためのフィードバック制御機構を含む
ことを特徴とする、請求項４記載のソーラシミュレータ。
【請求項１】
太陽光に近似した光を発するランプと、
前記ランプが発する光を被照射面に導くための光学系とを含み、
前記光学系は、前記光を前記被照射面に向けて反射させるための反射板を備え、
前記反射板はこれに設けられた採光窓であって前記反射板に入射する光の光量を測定するために用いられる前記光の一部の通過を許す採光窓を有する
ことを特徴とする、ソーラシミュレータ。
【請求項２】
前記採光窓は前記第１の反射板に入射する前記光の光軸と平行な軸線を有する
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】
前記光学系は、前記光を前記反射板に向けて反射させるための反射鏡と、前記反射板と前記反射鏡との間に配置された、前記被照射面における照度を均一にするためのレンズとを備える
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のソーラシミュレータ。
【請求項４】
前記光学系は、前記反射鏡と前記レンズとの間に配置された、前記光についての光量を調整するための絞り機構を備える
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】
さらに、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の値に基づき、前記ランプの出力を調整するためのフィードバック制御機構を含む
ことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のソーラシミュレータ。
【請求項６】
さらに、前記反射板の採光窓を通過した光についての光量の値に基づき、前記絞り機構を制御するためのフィードバック制御機構を含む
ことを特徴とする、請求項４記載のソーラシミュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２５１３８７（Ｐ２０１０−２５１３８７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９６６０１（Ｐ２００９−９６６０１）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（５０５０７５９８３）有限会社ジェイアイエンジニアリング (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（５０５０７５９８３）有限会社ジェイアイエンジニアリング (7)
【Ｆターム（参考）】
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