高均一照度が得られる照明装置及び照明方法
【課題】大面積照射面を持つ分光器やソーラシミュレータからの照度均一性が標準測定法の最高等級クラスＡに適合する±２％以内となる高均一照明装置を提供する。
【解決手段】光源２１から放射された光の照射面３３における高均一照度を高速に実現する照明装置であって、矩形状の光束を出射する光源２１と、光源２１からの出射光を入射し、該入射光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤ２６と、ＤＭＤ２６によって反射された光を整形する光学系２８と、光学系２８からの出射光を照射光とモニタ光に分けるハーフミラー３０と、前記照射光が照射される照射面３３と、前記モニタ光の照度を測定するモニタ部３４と、モニタ部３４で測定された測定結果に基づいて、ＤＭＤ２６の各微小な鏡の開閉を制御する制御信号をＤＭＤ２６に送信する制御部３５と、を備え、照射面３３における照度分布を所定値に調整する照明装置である。
【解決手段】光源２１から放射された光の照射面３３における高均一照度を高速に実現する照明装置であって、矩形状の光束を出射する光源２１と、光源２１からの出射光を入射し、該入射光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤ２６と、ＤＭＤ２６によって反射された光を整形する光学系２８と、光学系２８からの出射光を照射光とモニタ光に分けるハーフミラー３０と、前記照射光が照射される照射面３３と、前記モニタ光の照度を測定するモニタ部３４と、モニタ部３４で測定された測定結果に基づいて、ＤＭＤ２６の各微小な鏡の開閉を制御する制御信号をＤＭＤ２６に送信する制御部３５と、を備え、照射面３３における照度分布を所定値に調整する照明装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高均一照度が高速で得られる照明装置及び照明方法に係わり、特に、太陽電池モジュール級の大面積分光器やソーラシミュレータ等の大面積照射に適用される照射面において、高均一照度を高速で実現することのできる照明装置及び照明方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラシミュレータによる太陽電池の正確な測定のためには、照射面における照度が高い均一度、例えば、標準測定法の最高等級クラスＡにおいて±２％以内の均一度が必要である。
図７は、従来技術に係る標準的な太陽電池測定に用いられてきたソーラシミュレータの光学システムの概要を示す図である。
同図に示すように、この光学システムにおいて、放電ランプ１０１から出射された光は、楕円反射鏡１０２によって反射されて、楕円反射鏡１０２の開口部に向けて放射される。放射された放射光は、平面反射鏡１０３、照度を均一化するインテグレータレンズ１０４、平面反射鏡１０５、及び拡散光を平行光化するコリメーションレンズ１０６を介して、照射面１０７（太陽電池モジュール表面）に照射される。
【０００３】
しかし、上記の光学システムでは、光学系中にコリメーションレンズ１０６が用いられている。しかし、コリメーションレンズ１０６は球面収差を持つ。そのために、照射面１０７には同心円状に照度ムラが生じ、太陽電池モジュール級の大面積の照射面１０７における照度の均一度を上げることが非常に困難であった。この照度ムラは、コリメーションレンズ１０６の形状を変えることである程度緩和することができるが、全く無くすことは原理的にできない。さらに、上記の球面収差以外にも、コリメーションレンズ１０６の両面と照射面１０７（太陽電池モジュール表面）との間に生ずる多重反射により、コリメーションレンズ１０６の光軸中心部分の照度が他の部分より高くなる現象があり、これによる均一度の乱れは、従来のいかなる手段を用いても解消することはできなかった。
【０００４】
つまり、従来技術を用いられているソーラシミュレータでは、球面収差と多重反射の影響による照度ムラが大きく、照度ムラが、標準測定法の最高等級クラスＡにおける±２％よりもはるかに大きな値になる。特に、多重反射による影響は、照射面（太陽電池表面）が品種ごとに異なる反射率を有するため、たとえある品種の太陽電池に対し、ある光学系を用いて照度の均一度を所期の範囲内に収めたとしても、別品種に対しては、照度均一度が所期の範囲を逸脱するおそれがある。つまり、異なる反射率という変動要因に対して、固定した装置によって問題に対処することはできないということである。すなわち、異なる表面反射率を持つ品種ごとに、光学系を変える必要が生じるため、従来方式を踏襲する限り、実用的な高均一照度が得られる照明装置及び照明方法の実現可能性は極めて低いものであった。
【０００５】
また、従来、太陽電池モジュール級の大面積分光器から分光された光を、照射面において高均一照度に調整するためには、分光波長掃引の回折格子を含む光学系配置中における調整と、出射スリットの後の光学インテグレータによる調整の２つの調整手段が採られていた。しかし、第１の調整手段では、いかなる光学系配置を採用しても、分光波長掃引の目的で回折格子を回転させる際、出射スリットで得られるビーム均一度が波長に対し変化し、また、出射スリットの幅も波長に対して一定とは限らないため、これを入射光とし光学系でいかに調整しても、大面積の照射面の照度均一度を上げることは難しかった。また、第２の調整手段については、光学インテグレータとして使用するフライアイレンズの色収差・球面収差が原因となり、やはり得られる照度均一度が波長に対して変化する。つまり、第１及び第２のいずれの調整手段によっても、波長という変動要因に対し、固定した装置をもって問題に対処することはできなかった。
【０００６】
更に、従来の分光器においては、この分光の照射均一度の波長変化を実際に測定し、調整する技術も存在しなかった。これは、従来の分光感度測定対象が、５ｃｍ平方程度の太陽電池セル級以下の小面積の試料に限られ、その照度均一度が、それほど問題とされなかったことにもよる。しかし近年では、分光感度測定対象が、太陽電池セル級の小型試料から太陽電池モジュール級の大型試料に広がっており、照射面積を数十ｃｍ平方程度まで広げる必要があるが、そのような太陽電池モジュール級の大面積分光器の照度均一度に対処する技術は存在していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１８３８５１号公報
【特許文献２】特開平８−１４６９１１号公報
【特許文献３】特開２００２−１８９１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、分光器から出射されるような異なる波長毎の照射光の照度分布をリアルタイムでモニタし、ＤＬＰ（登録商標）（Digital Light Processing）に利用される、平面基板上に複数個の開閉制御可能な微小ミラーを２次元的に配列して構成されたＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いて照射面の微少部分の照度を制御することにより、太陽電池の標準測定に必要な、最高等級クラスＡに適合する±２％以下の照度均一度の高い単色照射光を得ることのできる照明装置及び照明方法を提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、種々の品種からなる太陽電池毎に、照射光をリアルタイムにＤＭＤを制御することにより、従来技術におけるコリメーションレンズの収差や多重反射の影響を解消して、太陽電池の標準測定の最高等級クラスＡに適合する±２％以下の照度均一度の高い照射光を得ることのできる照明装置及び照明方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光源から放射された光の照射面において高均一照度が得られる照明装置であって、矩形状の光束を出射する光源と、該光源から出射した光を入射し、該入射された光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤと、該ＤＭＤによって反射された光を整形する光学系と、該光学系から出射した光を照射光とモニタ光に分けるモニタ用ハーフミラーと、前記照射光が照射される照射面と、前記モニタ光の照度を測定するモニタ部と、該モニタ部で測定された測定結果に基づいて、前記ＤＭＤの各微小な鏡の開閉を制御する制御信号を前記ＤＭＤに送信する制御部と、を備え、前記照射面における照度分布を所定の値に調整することを特徴とする照明装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記光源から出射する光が、分光器から出射する分光光であることを特徴とする照明装置である。
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記光源と前記ＤＭＤとの間に、前記光源から出射した光を反射された主光と透過光に分ける制御用ハーフミラーと、該制御用ハーフミラーを透過した透過光を反射する反射鏡とを配置し、前記ＤＭＤは、前記反射鏡で反射された反射光を入射し、該入射された反射光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤであって、前記光学系は、前記主光と前記ＤＭＤによって反射された副光とが加算された光を整形する光学系であることを特徴とする照明装置である。
請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記光源が、ソーラシミュレータ用光源であることを特徴とする照明装置である。
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１つの請求項において、前記モニタ部が、ＣＣＤで構成されることを特徴とする照明装置である。
請求項６に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の照明装置において、光源から放射された光の照射面における高均一照度を高速に実現するための高均一照明方法であって、前記光源からの光を前記ＤＭＤに向けて出射するステップ１と、前記モニタ部に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡と呼ぶ）を選別するステップ２と、前記ＤＭＤの全ての鏡を閉じた迷光状態において、前記各選別鏡の位置に対応する迷光照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ３と、前記選別鏡を順次１個ずつ開くと同時に、それ以外の選別鏡は閉じ、順次開いた選別鏡の位置に対応する照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ４と、前記選別鏡毎に、前記ステップ４で取得した照度から、前記ステップ３で取得した迷光照度を差し引いて、全ての選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ５と、前記選別鏡の中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡を選択し、前記選択された４個の選別鏡が形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡と呼ぶ）の位置に対応する照度を、前記選択された各選別鏡の位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、該算出処理を、全ての非選別鏡の位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての非選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ６と、前記ＤＭＤの全ての鏡を開いて、前記モニタ部において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置を算出するステップ７と、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定するステップ８と、前記条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるステップ９と、再び、前記ステップ８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ９の処理を繰り返し、前記照射面における照度分布を所定の値に迅速に調整することを特徴とする照明方法である。
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記ステップ９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じることを特徴とする照明方法である。
請求項８に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の高均一照明装置において、光源から放射された光の照射面における高均一照度を高速に実現するための高均一照明方法であって、前記光源からの光を前記制御用ハーフミラーに向けて出射するステップ１１と、前記モニタ部に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡と呼ぶ）を選別するステップ１２と、前記ＤＭＤの全ての鏡を閉じた迷光状態において、前記各選別鏡の位置に対応する迷光照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ１３と、前記選別鏡を順次１個ずつ開くと同時に、それ以外の選別鏡は閉じ、順次開いた選別鏡の位置に対応する照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ１４と、前記選別鏡毎に、前記ステップ１４で取得した照度から、前記ステップ１３で取得した迷光照度を差し引いて、全ての選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ１５と、前記選別鏡の中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡を選択し、前記選択された４個の選別鏡が形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡と呼ぶ）の位置に対応する照度を、前記選択された各選別鏡の位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、該算出処理を、全ての非選別鏡の位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての非選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ１６と、前記ＤＭＤの全ての鏡を開いて、前記モニタ部において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置を算出するステップ１７と、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定するステップ１８と、前記条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるステップ１９と、再び、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ１９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記照射面における照度分布を所定の値に迅速に調整することを特徴とする照明方法である。
請求項９に記載の発明は、請求項８において、前記ステップ１９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を開く処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じることを特徴とする照明方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る高均一照度が得られる照明装置及び照明方法によれば、ソーラシミュレータや大面積分光器から出射される照射光を、太陽電池モジュール級大面積試料に適用される標準測定法の最高等級クラスＡに適合する照射面均一度を有する高均一照明装置及び高均一化照明方法を高速に実現することができる。すなわち、本発明に係る高均一照度が得られる照明装置及び照明方法によれば、太陽電池における照射面均一度を標準測定法の最高等級クラスＡで定める照度均一度、±２％以内に高速に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＤＬＰを用いたプロジェクタのスクリーン制御を模式化した図である。
【図２】第１の実施形態に係る太陽電池モジュール級の大面積分光器に適用される高均一照度が得られる照明装置の概要を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る高均一照度が得られる照明方法を説明するための模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る高均一照度が得られる照明方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態に係るソーラシミュレータ等の大面積照射に適用される高均一照度が得られる照明装置の概要を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る高均一照度が得られる照明方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】従来技術に係る標準的な太陽電池測定に用いられてきたソーラシミュレータの光学システムの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
はじめに、本発明の下記に詳述する各実施形態の説明に先立って、各実施形態に適用されるＤＬＰについて図１を用いて説明する。 図１は、ＤＬＰを用いたプロジェクタのスクリーン制御を模式化した図である。
同図において、ＤＬＰ１は、典型的にはプロジェクタ２に応用されている。光ビーム３は、ＤＬＰ１のディジタル制御されたＩＣ上の微少な複数の鏡（ＤＭＤ）１１に照射され、この微小な複数の鏡（ＤＭＤ）１１の開閉によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、微小な複数の鏡（ＤＭＤ）１１で反射された光はスクリーン４上に投影され、画像を投影表示することができる。プロジェクタの投影システムとしては、他に液晶使用のシステムもあるが、動作速度、光の使用効率、耐久性等の点では、ＤＬＰを用いるシステムが優れている。
【００１３】
更に、図１に示したＤＬＰによるプロジェクタのスクリーン制御について詳述する。なお、ここでは、簡単のためにＤＭＤ１１の微少な鏡の数は４つとした。
同図に示すように、点光源５を出た光は、第１のレンズ６で平行光となり、ＤＬＰ１に入射する。この光ビーム３は、ＩＣ上の微少な鏡（ＤＭＤ）１１に入り、個々の鏡（ＤＭＤ）１１の開閉によって、１本ずつＯＮ／ＯＦＦされて画像を反映した平行光線７の束となる。その後、この光線７の束は第２のレンズ８によって拡大され、スクリーン４上に白（開）黒（閉）の像として投影される。この場合、点光源５を出てＤＬＰ１上のある位置の鏡（ＤＭＤ）１１を経由しスクリーン４に到達する光線の光路は、他の位置の鏡（ＤＭＤ）１１を経由した光の光路と交わることはない。したがって、点光源５、ＤＭＤ１１、スクリーン４の組み合わせを更に模式化すると、点光源５の光が、無数のピンホールが並ぶ壁（ＤＭＤ）を経由して、スクリーン４に到達するモデルに置き換えることができる。このとき、スクリーン４上に写る像は、壁（ＤＭＤ）のピンホールの開閉により、その形が定まる。
【００１４】
次に、本発明の第１の実施形態を図２〜図４を用いて説明する。
図２は、太陽電池モジュール級の大面積分光器に適用される高均一照度が得られる照明装置の概要を示す図である。
同図において、分光器２１の、例えば、光学スリットからなる出射口２２から出射した分光光２３は、平面反射鏡２４によって反射され、反射光２５となって、各鏡面サイズが１０数μｍで、数十から数百万個にも及ぶ格子状に形成された微小な鏡からなるＤＭＤ２６に入射される。ＤＭＤ２６の微小な鏡の開閉により、入射した反射光２５は制御されて反射光２７となって、照射面３３に向けて出射される。反射光２７は、コリメーションレンズ等からなる光学系２８で整形され平行光２９となって、モニタ用ハーフミラー３０に入射される。モニタ用ハーフミラー３０に入射した平行光２９は、照射光３１とモニタ光３２に分岐される。分岐したモニタ光３２は、その照度を照射面３３と等価な位置で、２次元イメージセンサからなるＣＣＤ等で構成されるモニタ部３４により測定される。モニタ部３４で測定されたＣＣＤの各画素に対応するＣＣＤ素子から得られる測定データは、制御部３５に入射される。制御部３５では、測定データに基づいて、ＤＭＤ２６の各微小な鏡の開閉制御データを計算し、例えば、照度の高い領域に属する微小な鏡の反射光２５は照射面３３側に反射させないように、ＤＭＤ２６の各微小な鏡開閉を制御する。このＤＭＤ２６の鏡開閉制御により、モニタ部３４により測定される照度分布は、均一な照度分布に近づき、この処理手順を何度か繰り返すことにより、照射面３３における照度分布を、所期の均一な値、すなわち、太陽電池の標準測定の最高等級クラスＡに規定する±２％以下の高均一照度を有する単色照射光に調整することができる。
【００１５】
図３は、本実施形態に係る高均一照明方法を説明するための模式図である。
同図に示すように、分光器２１の、例えば、光学スリットからなる出射口２２から出射した分光光２３は、ＤＭＤ２６の多数のピンホール（鏡面サイズが１０数μｍで、数十から数百万個にも及ぶ格子状に形成された多数の微小な鏡に相当）を通り、拡大されてＣＣＤ等のモニタ部３４表面に照射される場合に置き換えることができる。なお、モニタ部３４表面の照度の均一化を図ることによって、照射面３３における照度の均一化を図ることができる。ここで、出射口２２から出射した光は、ＤＭＤ２６全体に照射されるが、ＤＭＤ２６を複数のピンホール（複数の微小鏡）によって形成されているとすると、まず、選別された複数のピンホール（複数の選別鏡ａ）の位置に対応するモニタ部３４に映し出される複数個の光源像群Ａの照度を測定する。一方、選別されない複数のピンホール（複数の非選別鏡ｂ）の位置に対応する照度は、制御部３５において、測定された複数の各選別鏡ａの位置に対応する照度に基づいて、平面状に線形補間処理により算出する。これによって、制御部３５において、選別鏡ａ及び非選別鏡ｂの各位置に対応する照度を取得することができる。複数の選別鏡ａによる照度測定は、１枚１枚の選別鏡ａによる照度測定をしなければならないため時間を要する。つまり、制御部３５における処理はコンピュータ処理されるので処理時間は問題とならないが、ＤＭＤ２６における数十から数百万個にも及ぶ格子状に形成された多数の微小な鏡を逐次開閉制御するためには多大な処理時間を要する。そのため、ＤＭＤ２６における多数の微小な鏡の逐次開閉制御するための時間を短縮するために、全体として照度の均一化処理に悪影響を与えない範囲で、複数の各選別鏡ａを開閉制御するものである。その結果、本実施形態に係る高均一化照明方法によれば、例えば、開閉制御に要する時間を、選別鏡ａの数Ｎ／微小鏡の全数（数十から数百万個）付近に短縮することができる。より具体的には、１枚の選別鏡による光源像データのモニタによる取り込みの所要時間は１秒程度、１万枚程度の非選別鏡光源像に共通な補間係数計算の所要時間も１秒程度である。
【００１６】
図４は、本実施形態に係る図２記載の照明装置において、高均一照度を迅速に得るための照明方法の処理手順を示すフローチャートである。なお、本実施形態に係る高均一照明方法においては、分光器２１から出射する分光光は、通常、ソーラシミュレータ用の光源から出射する光等より弱いので、照射面３３における光の不均一度を助長する光のピーク値を削除する、いわゆる山均し制御を行う。
まず、測定が開始されると、ステップＳ１において、分光器２１（出射口２２）から分光光をＤＭＤ２６に向けて出射する。
次に、ステップＳ２において、モニタ部３４に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源群像のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡ａと呼ぶ）を選別する。
次に、ステップＳ３において、ＤＭＤ２６の全ての鏡を閉じた迷光状態において、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する迷光照度（Φｐ０１）、（Φｐ０２）・・・（Φｐ０ｍ×ｎ）をモニタ部３４において測定して制御部３５に記憶する。
次に、ステップＳ４において、各選別鏡ａを順次１個ずつ開き（ある１個の鏡が開いている時は、他の全ての鏡は閉じる）、モニタ部３４において、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度（Φｐ１）、（ΦＰ２）・・・（Φｐｍ×ｎ）を測定して制御部３５に記憶する。
次に、ステップＳ５において、制御部３５において、ステップＳ４において測定した各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度（Φｐ１）、（Φｐ２）・・・（Φｐｍ×ｎ）から、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する迷光照度（Φｐ０１）、（Φｐ０２）・・・（Φｐ０ｍ×ｎ）を差し引いて、全ての各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する（真の）照度（Φｐ１−Φｐ０１）、（ΦＰ２−Φｐ０２）・・・（Φｐｍ×ｎ−Φｐ０ｍ×ｎ）を算出し、全ての選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する（真の）照度からなる対応表を作成し、記憶する。
次に、ステップＳ６において、制御部３５において、選別鏡ａの中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡ａを選択し、選択された４個の選別鏡ａが形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡ｂと呼ぶ）の位置に対応する照度を、選択された各選別鏡ａの位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、この算出処理を、全ての非選別鏡ｂの位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡ｂの位置（ｘｅ１，ｙｅ１）、（ｘｅ１，ｙｅ２）・・・（ｘｅｋ，ｙｅｌ）に対応する照度（Φｑ１）、（Φｑ２）・・・（Φｑｋ×ｌ）を算出し、全ての非選別鏡ｂの位置（ｘｅ１，ｙｅ１）、（ｘｅ１，ｙｅ２）・・・（ｘｅｋ，ｙｅｌ）に対応する照度（Φｑ１）、（Φｑ２）・・・（Φｑｋ×ｌ）からなる対応表を作成し、記憶する。
次に、ステップＳ７において、ＤＭＤ２６の全ての鏡を開いて、モニタ部３４において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）を算出する。
次に、ステップＳ８にいて、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定する。
次に、ステップＳ９において、ステップＳ８の条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から（ステップ５及びステップ６によって得られた全ての鏡の位置に対応する照度からなる対応表から）、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる。
次に、再び、前記ステップ８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ８の処理を繰り返し、照射面３３における照度分布を所定の値に迅速に調整する。
【００１７】
なお、前記ステップ９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡を閉じるようにしてもよい。これによって、処理速度をより一層向上させることができる。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施形態を図５〜図６を用いて説明する。
図５は、ソーラシミュレータ等の大面積照射に適用される高均一照明装置の概要を示す図である。
同図において、不図示の放電ランプ等から出射し、不図示の楕円反射鏡によって反射された光源４１の出射口４２から出射した太陽光並の放射光４３は、制御用ハーフミラー４４によって、反射された主光４５と透過光４６とに分かれる。透過光４６は、低反射率である平面反射鏡４７によって反射され、低強度の反射光４８となって、各鏡面サイズが１０数μｍで、数十から数百万個の格子状に形成された微小な鏡からなるＤＭＤ４９に入射される。低反射率の平面反射鏡４７を用いるのは、ＤＭＤ４９への入射光強度を太陽光よりもずっと小さく抑え、ＤＭＤ４９への入射光による劣化を防止するためである。ＤＭＤ４９で反射された副光５０は、制御用ハーフミラー４４を透過し、先に制御用ハーフミラー４４によって反射された主光４５と共に、コリメーションレンズ等からなる光学系５１で整形されて、モニタ用ハーフミラー５３に入射される。モニタ用ハーフミラー５３に入射した主光４５と副光５０とからなる平行光５２は、照射光５４とモニタ光５５に分岐される。分岐したモニタ光５５は、その照度を照射面５６と等価な位置で、２次元イメージセンサからなるＣＣＤ等で構成されるモニタ部５７により測定される。モニタ部５７で測定されたＣＣＤの各画素に対応するＣＣＤ素子から得られる測定データは、制御部５８に入力される。制御部５８では、測定データに基づいて、ＤＭＤ４９の各微小な鏡の開閉制御データを計算し、例えば、照度の低い領域に属する鏡の反射光４８は照射面５６側には反射させるように、ＤＭＤ４９の各微小な鏡の開閉を制御する。ＤＭＤ４９の鏡開閉制御により、モニタ部５７において測定された照度分布は、均一な照度分布に近づき、この処理手順を何度か繰り返すことにより、照射面５６における照度分布を、所期の均一な値、すなわち、太陽電池の標準測定の最高等級クラスＡに規定する±２％以下の均一な照度分布に調整することができる。
【００１９】
図６は、本実施形態に係る図５に記載の照明装置において、高均一照度を迅速に得るための照明方法の処理手順を示すフローチャートである。
なお、本実施形態に係る高均一化照明方法においては、光源４１から出射する光は、ソーラシミュレータ用の光源である場合は、分光光等に比べて出射する光が強いので、照射面５６における光の不均一度を助長する光のボトム値を底上げする、いわゆる谷埋め制御を行うことも出来る。
まず、測定が開始されると、ステップＳ１１において、光源４１（出射口４２）からの光を制御用ハーフミラー４４に向けて出射する。
次に、ステップＳ１２において、モニタ部５７に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡ａと呼ぶ）を選別する。
次に、ステップＳ１３において、ＤＭＤ４９の全ての鏡を閉じ、制御用ハーフミラー４４で反射されている迷光状態において、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する迷光照度（Φｐ０１）、（Φｐ０２）・・・（Φｐ０ｍ×ｎ）をモニタ部５７において測定して制御部５８に記憶する。
次に、ステップＳ１４において、各選別鏡ａを順次１個ずつ開き（ある１個の鏡が開いている時は、他の全ての鏡は閉じる）、モニタ部５７において、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度（Φｐ１）、（ΦＰ２）・・・（Φｐｍ×ｎ）を測定して制御部５８に記憶する。
次に、ステップＳ１５において、制御部５８において、ステップＳ４において測定した各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度（Φｐ１）、（Φｐ２）・・・（Φｐｍ×ｎ）から、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する迷光照度（Φｐ０１）、（Φｐ０２）・・・（Φｐ０ｍ×ｎ）を差し引いて、全ての各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する（真の）照度（Φｐ１−Φｐ０１）、（ΦＰ２−Φｐ０２）・・・（Φｐｍ×ｎ−Φｐ０ｍ×ｎ）を算出し、全ての選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度からなる対応表を作成し、記憶する。
次に、ステップＳ１６において、制御部５８において、選別鏡ａの中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡ａを選択し、選択された４個の選別鏡ａが形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡ｂと呼ぶ）の位置に対応する照度を、選択された各選別鏡ａの位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、この算出処理を、全ての非選別鏡ｂの位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡ｂの位置（ｘｅ１，ｙｅ１）、（ｘｅ１，ｙｅ２）・・・（ｘｅｋ，ｙｅｌ）に対応する照度（Φｑ１）、（Φｑ２）・・・（Φｑｋ×ｌ）を算出し、全ての非選別鏡ｂの位置（ｘｅ１，ｙｅ１）、（ｘｅ１，ｙｅ２）・・・（ｘｅｋ，ｙｅｌ）に対応する照度（Φｑ１）、（Φｑ２）・・・（Φｑｋ×ｌ）からなる対応表を作成し、記憶する。
次に、ステップＳ１７において、ＤＭＤ４９の全ての鏡を開いて、モニタ部５７において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１８にいて、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定する。
次に、ステップＳ１９において、ステップＳ１８の条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から（ステップ１５及びステップ１６によって得られた全ての鏡の位置に対応する照度からなる対応表から）、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる。
次に、再び、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ１９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ１８の処理を繰り返し、照射面５６における照度分布を所定の値に迅速に調整する。
【００２０】
なお、前記ステップ１９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるようにしてもよい。これによって、処理速度をより一層向上させることができる。
【００２１】
ここで、上記の各実施形態の高均一照明装置におけるＤＬＰ（登録商標）の使用と、プロジェクタにおけるＤＬＰの使用との違いについて説明する。
各実施形態の高均一照明装置においても、光源からの光がＤＬＰを経由して、スクリーン相当の試料面に到達するという基本の仕組みは、プロジェクタの場合と同じである。しかし、上記の各実施形態における大面積分光器やソーラシミュレータに利用される高均一照明装置は、以下の２点において、プロジェクタの場合とは異なる。
【００２２】
第１に、各実施形態の高均一照明装置（高均一照明方法）においては、光源の形が広がりを持っている点である。つまり、光源の形は、プロジェクタの場合は、点光源であるのに対して、第１の実施形態の大面積分光器の場合は、長方形のスリット（出射口２２）であり、第２の実施形態のソーラシミュレータの場合は、出口が正方形のインテグレータ（出射口４２）であり、いずれも、点光源ではなく矩形の広がりを持った出射口を有する。そのため、ＤＭＤ上のある１個の鏡位置を経由してスクリーン相当の試料面に描かれるのは、広がりを持つ長方形や正方形の光源像となる。つまり、スクリーン相当の照射面上に全体として描かれるのは、複数の開かれた鏡位置を経由した、長方形や正方形の光源像の重なりである。
【００２３】
第２に、各実施形態の高均一照明装置（高均一照明方法）においては、鏡開閉による照度制御を施さない状態では、光の強さが一定でない点である。つまり、第１の実施形態の大面積分光器の場合は、波長によってスリットの枠内の光の輝度が変化する。また、第２の実施形態のソーラシミュレータの場合は、インテグレータ枠内の光の輝度が変化すると共にコリメーションレンズと太陽電池表面との間に生ずる多重反射により、光軸中心の照度が大きくなるという作用がある。つまり、太陽電池の品種が変わると、実効的な光源の強さが変化する。従って、鏡開閉の最適解は、第１の実施形態の大面積分光器の場合は、波長ごとに、第２の実施形態のソーラシミュレータの場合は、品種ごとに求める必要がある。
【００２４】
つまり、各実施形態の高均一照明装置におけるＤＬＰの鏡開閉の最適解は、ＤＭＤへのフィードバック制御を繰り返すことによって得られる。
上記の各実施形態の照明装置においては、光が一定の広がりを持つ矩形枠の出射口２１（４２）から入射し、枠内の輝度が変化し、さらにその光が光学系の収差の影響を受ける場合に、その光をＤＭＤ２６（４９）の個々の鏡群開閉によってリアルタイムに制御し、個々の光源像の重なりとして得られる照射面の照度を均一化するものである。個々の鏡群制御をリアルタイムに行なうための最適解は、フィードバック制御の繰り返しにより求める。鏡群制御の最適解は、光学系の収差が無ければ数学的に求まるが、実際には収差が有るので、フィードバック制御が必要となる。すなわち、照射面３３（５６）における均一な照度分布を得るためには、照射面３３（５６）と等価の位置に置かれたモニタ部３４（５７）で測定し、その測定データを、より良い鏡群制御のためにＤＭＤ２６（４９）にフィードバックするという手順を所期の照度均一度が得られるまで繰り返すことによって得ることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１ ＤＬＰ
１１ 微少な鏡
２ プロジェクタ
３ 光ビーム
４ スクリーン
５ 点光源
６ 第１のレンズ
７ 平行光線
８ 第２のレンズ
２１ 分光器
２２ 出射口
２３ 分光光
２４ 平面反射鏡
２５ 反射光
２６ ＤＭＤ
２７ 反射光
２８ 光学系（コリメーションレンズ）
２９ 平行光
３０ モニタ用ハーフミラー
３１ 照射光
３２ モニタ光
３３ 照射面
３４ モニタ部
３５ 制御部
４１ 光源
４２ 出射口
４３ 放射光
４４ 制御用ハーフミラー
４５ 主光
４６ 透過光
４７ 平面反射鏡
４８ 反射光
４９ ＤＭＤ
５０ 副光
５１ 光学系（コリメーションレンズ）
５２ 平行光
５３ モニタ用ハーフミラー
５４ 照射光
５５ モニタ光
５６ 照射面
５７ モニタ部
５８ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高均一照度が高速で得られる照明装置及び照明方法に係わり、特に、太陽電池モジュール級の大面積分光器やソーラシミュレータ等の大面積照射に適用される照射面において、高均一照度を高速で実現することのできる照明装置及び照明方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラシミュレータによる太陽電池の正確な測定のためには、照射面における照度が高い均一度、例えば、標準測定法の最高等級クラスＡにおいて±２％以内の均一度が必要である。
図７は、従来技術に係る標準的な太陽電池測定に用いられてきたソーラシミュレータの光学システムの概要を示す図である。
同図に示すように、この光学システムにおいて、放電ランプ１０１から出射された光は、楕円反射鏡１０２によって反射されて、楕円反射鏡１０２の開口部に向けて放射される。放射された放射光は、平面反射鏡１０３、照度を均一化するインテグレータレンズ１０４、平面反射鏡１０５、及び拡散光を平行光化するコリメーションレンズ１０６を介して、照射面１０７（太陽電池モジュール表面）に照射される。
【０００３】
しかし、上記の光学システムでは、光学系中にコリメーションレンズ１０６が用いられている。しかし、コリメーションレンズ１０６は球面収差を持つ。そのために、照射面１０７には同心円状に照度ムラが生じ、太陽電池モジュール級の大面積の照射面１０７における照度の均一度を上げることが非常に困難であった。この照度ムラは、コリメーションレンズ１０６の形状を変えることである程度緩和することができるが、全く無くすことは原理的にできない。さらに、上記の球面収差以外にも、コリメーションレンズ１０６の両面と照射面１０７（太陽電池モジュール表面）との間に生ずる多重反射により、コリメーションレンズ１０６の光軸中心部分の照度が他の部分より高くなる現象があり、これによる均一度の乱れは、従来のいかなる手段を用いても解消することはできなかった。
【０００４】
つまり、従来技術を用いられているソーラシミュレータでは、球面収差と多重反射の影響による照度ムラが大きく、照度ムラが、標準測定法の最高等級クラスＡにおける±２％よりもはるかに大きな値になる。特に、多重反射による影響は、照射面（太陽電池表面）が品種ごとに異なる反射率を有するため、たとえある品種の太陽電池に対し、ある光学系を用いて照度の均一度を所期の範囲内に収めたとしても、別品種に対しては、照度均一度が所期の範囲を逸脱するおそれがある。つまり、異なる反射率という変動要因に対して、固定した装置によって問題に対処することはできないということである。すなわち、異なる表面反射率を持つ品種ごとに、光学系を変える必要が生じるため、従来方式を踏襲する限り、実用的な高均一照度が得られる照明装置及び照明方法の実現可能性は極めて低いものであった。
【０００５】
また、従来、太陽電池モジュール級の大面積分光器から分光された光を、照射面において高均一照度に調整するためには、分光波長掃引の回折格子を含む光学系配置中における調整と、出射スリットの後の光学インテグレータによる調整の２つの調整手段が採られていた。しかし、第１の調整手段では、いかなる光学系配置を採用しても、分光波長掃引の目的で回折格子を回転させる際、出射スリットで得られるビーム均一度が波長に対し変化し、また、出射スリットの幅も波長に対して一定とは限らないため、これを入射光とし光学系でいかに調整しても、大面積の照射面の照度均一度を上げることは難しかった。また、第２の調整手段については、光学インテグレータとして使用するフライアイレンズの色収差・球面収差が原因となり、やはり得られる照度均一度が波長に対して変化する。つまり、第１及び第２のいずれの調整手段によっても、波長という変動要因に対し、固定した装置をもって問題に対処することはできなかった。
【０００６】
更に、従来の分光器においては、この分光の照射均一度の波長変化を実際に測定し、調整する技術も存在しなかった。これは、従来の分光感度測定対象が、５ｃｍ平方程度の太陽電池セル級以下の小面積の試料に限られ、その照度均一度が、それほど問題とされなかったことにもよる。しかし近年では、分光感度測定対象が、太陽電池セル級の小型試料から太陽電池モジュール級の大型試料に広がっており、照射面積を数十ｃｍ平方程度まで広げる必要があるが、そのような太陽電池モジュール級の大面積分光器の照度均一度に対処する技術は存在していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１８３８５１号公報
【特許文献２】特開平８−１４６９１１号公報
【特許文献３】特開２００２−１８９１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、分光器から出射されるような異なる波長毎の照射光の照度分布をリアルタイムでモニタし、ＤＬＰ（登録商標）（Digital Light Processing）に利用される、平面基板上に複数個の開閉制御可能な微小ミラーを２次元的に配列して構成されたＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いて照射面の微少部分の照度を制御することにより、太陽電池の標準測定に必要な、最高等級クラスＡに適合する±２％以下の照度均一度の高い単色照射光を得ることのできる照明装置及び照明方法を提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、種々の品種からなる太陽電池毎に、照射光をリアルタイムにＤＭＤを制御することにより、従来技術におけるコリメーションレンズの収差や多重反射の影響を解消して、太陽電池の標準測定の最高等級クラスＡに適合する±２％以下の照度均一度の高い照射光を得ることのできる照明装置及び照明方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光源から放射された光の照射面において高均一照度が得られる照明装置であって、矩形状の光束を出射する光源と、該光源から出射した光を入射し、該入射された光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤと、該ＤＭＤによって反射された光を整形する光学系と、該光学系から出射した光を照射光とモニタ光に分けるモニタ用ハーフミラーと、前記照射光が照射される照射面と、前記モニタ光の照度を測定するモニタ部と、該モニタ部で測定された測定結果に基づいて、前記ＤＭＤの各微小な鏡の開閉を制御する制御信号を前記ＤＭＤに送信する制御部と、を備え、前記照射面における照度分布を所定の値に調整することを特徴とする照明装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記光源から出射する光が、分光器から出射する分光光であることを特徴とする照明装置である。
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記光源と前記ＤＭＤとの間に、前記光源から出射した光を反射された主光と透過光に分ける制御用ハーフミラーと、該制御用ハーフミラーを透過した透過光を反射する反射鏡とを配置し、前記ＤＭＤは、前記反射鏡で反射された反射光を入射し、該入射された反射光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤであって、前記光学系は、前記主光と前記ＤＭＤによって反射された副光とが加算された光を整形する光学系であることを特徴とする照明装置である。
請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記光源が、ソーラシミュレータ用光源であることを特徴とする照明装置である。
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１つの請求項において、前記モニタ部が、ＣＣＤで構成されることを特徴とする照明装置である。
請求項６に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の照明装置において、光源から放射された光の照射面における高均一照度を高速に実現するための高均一照明方法であって、前記光源からの光を前記ＤＭＤに向けて出射するステップ１と、前記モニタ部に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡と呼ぶ）を選別するステップ２と、前記ＤＭＤの全ての鏡を閉じた迷光状態において、前記各選別鏡の位置に対応する迷光照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ３と、前記選別鏡を順次１個ずつ開くと同時に、それ以外の選別鏡は閉じ、順次開いた選別鏡の位置に対応する照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ４と、前記選別鏡毎に、前記ステップ４で取得した照度から、前記ステップ３で取得した迷光照度を差し引いて、全ての選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ５と、前記選別鏡の中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡を選択し、前記選択された４個の選別鏡が形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡と呼ぶ）の位置に対応する照度を、前記選択された各選別鏡の位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、該算出処理を、全ての非選別鏡の位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての非選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ６と、前記ＤＭＤの全ての鏡を開いて、前記モニタ部において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置を算出するステップ７と、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定するステップ８と、前記条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるステップ９と、再び、前記ステップ８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ９の処理を繰り返し、前記照射面における照度分布を所定の値に迅速に調整することを特徴とする照明方法である。
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記ステップ９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じることを特徴とする照明方法である。
請求項８に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の高均一照明装置において、光源から放射された光の照射面における高均一照度を高速に実現するための高均一照明方法であって、前記光源からの光を前記制御用ハーフミラーに向けて出射するステップ１１と、前記モニタ部に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡と呼ぶ）を選別するステップ１２と、前記ＤＭＤの全ての鏡を閉じた迷光状態において、前記各選別鏡の位置に対応する迷光照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ１３と、前記選別鏡を順次１個ずつ開くと同時に、それ以外の選別鏡は閉じ、順次開いた選別鏡の位置に対応する照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ１４と、前記選別鏡毎に、前記ステップ１４で取得した照度から、前記ステップ１３で取得した迷光照度を差し引いて、全ての選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ１５と、前記選別鏡の中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡を選択し、前記選択された４個の選別鏡が形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡と呼ぶ）の位置に対応する照度を、前記選択された各選別鏡の位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、該算出処理を、全ての非選別鏡の位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての非選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ１６と、前記ＤＭＤの全ての鏡を開いて、前記モニタ部において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置を算出するステップ１７と、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定するステップ１８と、前記条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるステップ１９と、再び、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ１９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記照射面における照度分布を所定の値に迅速に調整することを特徴とする照明方法である。
請求項９に記載の発明は、請求項８において、前記ステップ１９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を開く処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じることを特徴とする照明方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る高均一照度が得られる照明装置及び照明方法によれば、ソーラシミュレータや大面積分光器から出射される照射光を、太陽電池モジュール級大面積試料に適用される標準測定法の最高等級クラスＡに適合する照射面均一度を有する高均一照明装置及び高均一化照明方法を高速に実現することができる。すなわち、本発明に係る高均一照度が得られる照明装置及び照明方法によれば、太陽電池における照射面均一度を標準測定法の最高等級クラスＡで定める照度均一度、±２％以内に高速に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＤＬＰを用いたプロジェクタのスクリーン制御を模式化した図である。
【図２】第１の実施形態に係る太陽電池モジュール級の大面積分光器に適用される高均一照度が得られる照明装置の概要を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る高均一照度が得られる照明方法を説明するための模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る高均一照度が得られる照明方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態に係るソーラシミュレータ等の大面積照射に適用される高均一照度が得られる照明装置の概要を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る高均一照度が得られる照明方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】従来技術に係る標準的な太陽電池測定に用いられてきたソーラシミュレータの光学システムの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
はじめに、本発明の下記に詳述する各実施形態の説明に先立って、各実施形態に適用されるＤＬＰについて図１を用いて説明する。 図１は、ＤＬＰを用いたプロジェクタのスクリーン制御を模式化した図である。
同図において、ＤＬＰ１は、典型的にはプロジェクタ２に応用されている。光ビーム３は、ＤＬＰ１のディジタル制御されたＩＣ上の微少な複数の鏡（ＤＭＤ）１１に照射され、この微小な複数の鏡（ＤＭＤ）１１の開閉によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、微小な複数の鏡（ＤＭＤ）１１で反射された光はスクリーン４上に投影され、画像を投影表示することができる。プロジェクタの投影システムとしては、他に液晶使用のシステムもあるが、動作速度、光の使用効率、耐久性等の点では、ＤＬＰを用いるシステムが優れている。
【００１３】
更に、図１に示したＤＬＰによるプロジェクタのスクリーン制御について詳述する。なお、ここでは、簡単のためにＤＭＤ１１の微少な鏡の数は４つとした。
同図に示すように、点光源５を出た光は、第１のレンズ６で平行光となり、ＤＬＰ１に入射する。この光ビーム３は、ＩＣ上の微少な鏡（ＤＭＤ）１１に入り、個々の鏡（ＤＭＤ）１１の開閉によって、１本ずつＯＮ／ＯＦＦされて画像を反映した平行光線７の束となる。その後、この光線７の束は第２のレンズ８によって拡大され、スクリーン４上に白（開）黒（閉）の像として投影される。この場合、点光源５を出てＤＬＰ１上のある位置の鏡（ＤＭＤ）１１を経由しスクリーン４に到達する光線の光路は、他の位置の鏡（ＤＭＤ）１１を経由した光の光路と交わることはない。したがって、点光源５、ＤＭＤ１１、スクリーン４の組み合わせを更に模式化すると、点光源５の光が、無数のピンホールが並ぶ壁（ＤＭＤ）を経由して、スクリーン４に到達するモデルに置き換えることができる。このとき、スクリーン４上に写る像は、壁（ＤＭＤ）のピンホールの開閉により、その形が定まる。
【００１４】
次に、本発明の第１の実施形態を図２〜図４を用いて説明する。
図２は、太陽電池モジュール級の大面積分光器に適用される高均一照度が得られる照明装置の概要を示す図である。
同図において、分光器２１の、例えば、光学スリットからなる出射口２２から出射した分光光２３は、平面反射鏡２４によって反射され、反射光２５となって、各鏡面サイズが１０数μｍで、数十から数百万個にも及ぶ格子状に形成された微小な鏡からなるＤＭＤ２６に入射される。ＤＭＤ２６の微小な鏡の開閉により、入射した反射光２５は制御されて反射光２７となって、照射面３３に向けて出射される。反射光２７は、コリメーションレンズ等からなる光学系２８で整形され平行光２９となって、モニタ用ハーフミラー３０に入射される。モニタ用ハーフミラー３０に入射した平行光２９は、照射光３１とモニタ光３２に分岐される。分岐したモニタ光３２は、その照度を照射面３３と等価な位置で、２次元イメージセンサからなるＣＣＤ等で構成されるモニタ部３４により測定される。モニタ部３４で測定されたＣＣＤの各画素に対応するＣＣＤ素子から得られる測定データは、制御部３５に入射される。制御部３５では、測定データに基づいて、ＤＭＤ２６の各微小な鏡の開閉制御データを計算し、例えば、照度の高い領域に属する微小な鏡の反射光２５は照射面３３側に反射させないように、ＤＭＤ２６の各微小な鏡開閉を制御する。このＤＭＤ２６の鏡開閉制御により、モニタ部３４により測定される照度分布は、均一な照度分布に近づき、この処理手順を何度か繰り返すことにより、照射面３３における照度分布を、所期の均一な値、すなわち、太陽電池の標準測定の最高等級クラスＡに規定する±２％以下の高均一照度を有する単色照射光に調整することができる。
【００１５】
図３は、本実施形態に係る高均一照明方法を説明するための模式図である。
同図に示すように、分光器２１の、例えば、光学スリットからなる出射口２２から出射した分光光２３は、ＤＭＤ２６の多数のピンホール（鏡面サイズが１０数μｍで、数十から数百万個にも及ぶ格子状に形成された多数の微小な鏡に相当）を通り、拡大されてＣＣＤ等のモニタ部３４表面に照射される場合に置き換えることができる。なお、モニタ部３４表面の照度の均一化を図ることによって、照射面３３における照度の均一化を図ることができる。ここで、出射口２２から出射した光は、ＤＭＤ２６全体に照射されるが、ＤＭＤ２６を複数のピンホール（複数の微小鏡）によって形成されているとすると、まず、選別された複数のピンホール（複数の選別鏡ａ）の位置に対応するモニタ部３４に映し出される複数個の光源像群Ａの照度を測定する。一方、選別されない複数のピンホール（複数の非選別鏡ｂ）の位置に対応する照度は、制御部３５において、測定された複数の各選別鏡ａの位置に対応する照度に基づいて、平面状に線形補間処理により算出する。これによって、制御部３５において、選別鏡ａ及び非選別鏡ｂの各位置に対応する照度を取得することができる。複数の選別鏡ａによる照度測定は、１枚１枚の選別鏡ａによる照度測定をしなければならないため時間を要する。つまり、制御部３５における処理はコンピュータ処理されるので処理時間は問題とならないが、ＤＭＤ２６における数十から数百万個にも及ぶ格子状に形成された多数の微小な鏡を逐次開閉制御するためには多大な処理時間を要する。そのため、ＤＭＤ２６における多数の微小な鏡の逐次開閉制御するための時間を短縮するために、全体として照度の均一化処理に悪影響を与えない範囲で、複数の各選別鏡ａを開閉制御するものである。その結果、本実施形態に係る高均一化照明方法によれば、例えば、開閉制御に要する時間を、選別鏡ａの数Ｎ／微小鏡の全数（数十から数百万個）付近に短縮することができる。より具体的には、１枚の選別鏡による光源像データのモニタによる取り込みの所要時間は１秒程度、１万枚程度の非選別鏡光源像に共通な補間係数計算の所要時間も１秒程度である。
【００１６】
図４は、本実施形態に係る図２記載の照明装置において、高均一照度を迅速に得るための照明方法の処理手順を示すフローチャートである。なお、本実施形態に係る高均一照明方法においては、分光器２１から出射する分光光は、通常、ソーラシミュレータ用の光源から出射する光等より弱いので、照射面３３における光の不均一度を助長する光のピーク値を削除する、いわゆる山均し制御を行う。
まず、測定が開始されると、ステップＳ１において、分光器２１（出射口２２）から分光光をＤＭＤ２６に向けて出射する。
次に、ステップＳ２において、モニタ部３４に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源群像のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡ａと呼ぶ）を選別する。
次に、ステップＳ３において、ＤＭＤ２６の全ての鏡を閉じた迷光状態において、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する迷光照度（Φｐ０１）、（Φｐ０２）・・・（Φｐ０ｍ×ｎ）をモニタ部３４において測定して制御部３５に記憶する。
次に、ステップＳ４において、各選別鏡ａを順次１個ずつ開き（ある１個の鏡が開いている時は、他の全ての鏡は閉じる）、モニタ部３４において、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度（Φｐ１）、（ΦＰ２）・・・（Φｐｍ×ｎ）を測定して制御部３５に記憶する。
次に、ステップＳ５において、制御部３５において、ステップＳ４において測定した各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度（Φｐ１）、（Φｐ２）・・・（Φｐｍ×ｎ）から、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する迷光照度（Φｐ０１）、（Φｐ０２）・・・（Φｐ０ｍ×ｎ）を差し引いて、全ての各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する（真の）照度（Φｐ１−Φｐ０１）、（ΦＰ２−Φｐ０２）・・・（Φｐｍ×ｎ−Φｐ０ｍ×ｎ）を算出し、全ての選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する（真の）照度からなる対応表を作成し、記憶する。
次に、ステップＳ６において、制御部３５において、選別鏡ａの中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡ａを選択し、選択された４個の選別鏡ａが形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡ｂと呼ぶ）の位置に対応する照度を、選択された各選別鏡ａの位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、この算出処理を、全ての非選別鏡ｂの位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡ｂの位置（ｘｅ１，ｙｅ１）、（ｘｅ１，ｙｅ２）・・・（ｘｅｋ，ｙｅｌ）に対応する照度（Φｑ１）、（Φｑ２）・・・（Φｑｋ×ｌ）を算出し、全ての非選別鏡ｂの位置（ｘｅ１，ｙｅ１）、（ｘｅ１，ｙｅ２）・・・（ｘｅｋ，ｙｅｌ）に対応する照度（Φｑ１）、（Φｑ２）・・・（Φｑｋ×ｌ）からなる対応表を作成し、記憶する。
次に、ステップＳ７において、ＤＭＤ２６の全ての鏡を開いて、モニタ部３４において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）を算出する。
次に、ステップＳ８にいて、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定する。
次に、ステップＳ９において、ステップＳ８の条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から（ステップ５及びステップ６によって得られた全ての鏡の位置に対応する照度からなる対応表から）、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる。
次に、再び、前記ステップ８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ８の処理を繰り返し、照射面３３における照度分布を所定の値に迅速に調整する。
【００１７】
なお、前記ステップ９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡を閉じるようにしてもよい。これによって、処理速度をより一層向上させることができる。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施形態を図５〜図６を用いて説明する。
図５は、ソーラシミュレータ等の大面積照射に適用される高均一照明装置の概要を示す図である。
同図において、不図示の放電ランプ等から出射し、不図示の楕円反射鏡によって反射された光源４１の出射口４２から出射した太陽光並の放射光４３は、制御用ハーフミラー４４によって、反射された主光４５と透過光４６とに分かれる。透過光４６は、低反射率である平面反射鏡４７によって反射され、低強度の反射光４８となって、各鏡面サイズが１０数μｍで、数十から数百万個の格子状に形成された微小な鏡からなるＤＭＤ４９に入射される。低反射率の平面反射鏡４７を用いるのは、ＤＭＤ４９への入射光強度を太陽光よりもずっと小さく抑え、ＤＭＤ４９への入射光による劣化を防止するためである。ＤＭＤ４９で反射された副光５０は、制御用ハーフミラー４４を透過し、先に制御用ハーフミラー４４によって反射された主光４５と共に、コリメーションレンズ等からなる光学系５１で整形されて、モニタ用ハーフミラー５３に入射される。モニタ用ハーフミラー５３に入射した主光４５と副光５０とからなる平行光５２は、照射光５４とモニタ光５５に分岐される。分岐したモニタ光５５は、その照度を照射面５６と等価な位置で、２次元イメージセンサからなるＣＣＤ等で構成されるモニタ部５７により測定される。モニタ部５７で測定されたＣＣＤの各画素に対応するＣＣＤ素子から得られる測定データは、制御部５８に入力される。制御部５８では、測定データに基づいて、ＤＭＤ４９の各微小な鏡の開閉制御データを計算し、例えば、照度の低い領域に属する鏡の反射光４８は照射面５６側には反射させるように、ＤＭＤ４９の各微小な鏡の開閉を制御する。ＤＭＤ４９の鏡開閉制御により、モニタ部５７において測定された照度分布は、均一な照度分布に近づき、この処理手順を何度か繰り返すことにより、照射面５６における照度分布を、所期の均一な値、すなわち、太陽電池の標準測定の最高等級クラスＡに規定する±２％以下の均一な照度分布に調整することができる。
【００１９】
図６は、本実施形態に係る図５に記載の照明装置において、高均一照度を迅速に得るための照明方法の処理手順を示すフローチャートである。
なお、本実施形態に係る高均一化照明方法においては、光源４１から出射する光は、ソーラシミュレータ用の光源である場合は、分光光等に比べて出射する光が強いので、照射面５６における光の不均一度を助長する光のボトム値を底上げする、いわゆる谷埋め制御を行うことも出来る。
まず、測定が開始されると、ステップＳ１１において、光源４１（出射口４２）からの光を制御用ハーフミラー４４に向けて出射する。
次に、ステップＳ１２において、モニタ部５７に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡ａと呼ぶ）を選別する。
次に、ステップＳ１３において、ＤＭＤ４９の全ての鏡を閉じ、制御用ハーフミラー４４で反射されている迷光状態において、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する迷光照度（Φｐ０１）、（Φｐ０２）・・・（Φｐ０ｍ×ｎ）をモニタ部５７において測定して制御部５８に記憶する。
次に、ステップＳ１４において、各選別鏡ａを順次１個ずつ開き（ある１個の鏡が開いている時は、他の全ての鏡は閉じる）、モニタ部５７において、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度（Φｐ１）、（ΦＰ２）・・・（Φｐｍ×ｎ）を測定して制御部５８に記憶する。
次に、ステップＳ１５において、制御部５８において、ステップＳ４において測定した各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度（Φｐ１）、（Φｐ２）・・・（Φｐｍ×ｎ）から、各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する迷光照度（Φｐ０１）、（Φｐ０２）・・・（Φｐ０ｍ×ｎ）を差し引いて、全ての各選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する（真の）照度（Φｐ１−Φｐ０１）、（ΦＰ２−Φｐ０２）・・・（Φｐｍ×ｎ−Φｐ０ｍ×ｎ）を算出し、全ての選別鏡ａの位置（ｘｄ１，ｙｄ１）、（ｘｄ１，ｙｄ２）・・・（ｘｄｍ，ｙｄｎ）に対応する照度からなる対応表を作成し、記憶する。
次に、ステップＳ１６において、制御部５８において、選別鏡ａの中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡ａを選択し、選択された４個の選別鏡ａが形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡ｂと呼ぶ）の位置に対応する照度を、選択された各選別鏡ａの位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、この算出処理を、全ての非選別鏡ｂの位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡ｂの位置（ｘｅ１，ｙｅ１）、（ｘｅ１，ｙｅ２）・・・（ｘｅｋ，ｙｅｌ）に対応する照度（Φｑ１）、（Φｑ２）・・・（Φｑｋ×ｌ）を算出し、全ての非選別鏡ｂの位置（ｘｅ１，ｙｅ１）、（ｘｅ１，ｙｅ２）・・・（ｘｅｋ，ｙｅｌ）に対応する照度（Φｑ１）、（Φｑ２）・・・（Φｑｋ×ｌ）からなる対応表を作成し、記憶する。
次に、ステップＳ１７において、ＤＭＤ４９の全ての鏡を開いて、モニタ部５７において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１８にいて、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定する。
次に、ステップＳ１９において、ステップＳ１８の条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から（ステップ１５及びステップ１６によって得られた全ての鏡の位置に対応する照度からなる対応表から）、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる。
次に、再び、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ１９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ１８の処理を繰り返し、照射面５６における照度分布を所定の値に迅速に調整する。
【００２０】
なお、前記ステップ１９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるようにしてもよい。これによって、処理速度をより一層向上させることができる。
【００２１】
ここで、上記の各実施形態の高均一照明装置におけるＤＬＰ（登録商標）の使用と、プロジェクタにおけるＤＬＰの使用との違いについて説明する。
各実施形態の高均一照明装置においても、光源からの光がＤＬＰを経由して、スクリーン相当の試料面に到達するという基本の仕組みは、プロジェクタの場合と同じである。しかし、上記の各実施形態における大面積分光器やソーラシミュレータに利用される高均一照明装置は、以下の２点において、プロジェクタの場合とは異なる。
【００２２】
第１に、各実施形態の高均一照明装置（高均一照明方法）においては、光源の形が広がりを持っている点である。つまり、光源の形は、プロジェクタの場合は、点光源であるのに対して、第１の実施形態の大面積分光器の場合は、長方形のスリット（出射口２２）であり、第２の実施形態のソーラシミュレータの場合は、出口が正方形のインテグレータ（出射口４２）であり、いずれも、点光源ではなく矩形の広がりを持った出射口を有する。そのため、ＤＭＤ上のある１個の鏡位置を経由してスクリーン相当の試料面に描かれるのは、広がりを持つ長方形や正方形の光源像となる。つまり、スクリーン相当の照射面上に全体として描かれるのは、複数の開かれた鏡位置を経由した、長方形や正方形の光源像の重なりである。
【００２３】
第２に、各実施形態の高均一照明装置（高均一照明方法）においては、鏡開閉による照度制御を施さない状態では、光の強さが一定でない点である。つまり、第１の実施形態の大面積分光器の場合は、波長によってスリットの枠内の光の輝度が変化する。また、第２の実施形態のソーラシミュレータの場合は、インテグレータ枠内の光の輝度が変化すると共にコリメーションレンズと太陽電池表面との間に生ずる多重反射により、光軸中心の照度が大きくなるという作用がある。つまり、太陽電池の品種が変わると、実効的な光源の強さが変化する。従って、鏡開閉の最適解は、第１の実施形態の大面積分光器の場合は、波長ごとに、第２の実施形態のソーラシミュレータの場合は、品種ごとに求める必要がある。
【００２４】
つまり、各実施形態の高均一照明装置におけるＤＬＰの鏡開閉の最適解は、ＤＭＤへのフィードバック制御を繰り返すことによって得られる。
上記の各実施形態の照明装置においては、光が一定の広がりを持つ矩形枠の出射口２１（４２）から入射し、枠内の輝度が変化し、さらにその光が光学系の収差の影響を受ける場合に、その光をＤＭＤ２６（４９）の個々の鏡群開閉によってリアルタイムに制御し、個々の光源像の重なりとして得られる照射面の照度を均一化するものである。個々の鏡群制御をリアルタイムに行なうための最適解は、フィードバック制御の繰り返しにより求める。鏡群制御の最適解は、光学系の収差が無ければ数学的に求まるが、実際には収差が有るので、フィードバック制御が必要となる。すなわち、照射面３３（５６）における均一な照度分布を得るためには、照射面３３（５６）と等価の位置に置かれたモニタ部３４（５７）で測定し、その測定データを、より良い鏡群制御のためにＤＭＤ２６（４９）にフィードバックするという手順を所期の照度均一度が得られるまで繰り返すことによって得ることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１ ＤＬＰ
１１ 微少な鏡
２ プロジェクタ
３ 光ビーム
４ スクリーン
５ 点光源
６ 第１のレンズ
７ 平行光線
８ 第２のレンズ
２１ 分光器
２２ 出射口
２３ 分光光
２４ 平面反射鏡
２５ 反射光
２６ ＤＭＤ
２７ 反射光
２８ 光学系（コリメーションレンズ）
２９ 平行光
３０ モニタ用ハーフミラー
３１ 照射光
３２ モニタ光
３３ 照射面
３４ モニタ部
３５ 制御部
４１ 光源
４２ 出射口
４３ 放射光
４４ 制御用ハーフミラー
４５ 主光
４６ 透過光
４７ 平面反射鏡
４８ 反射光
４９ ＤＭＤ
５０ 副光
５１ 光学系（コリメーションレンズ）
５２ 平行光
５３ モニタ用ハーフミラー
５４ 照射光
５５ モニタ光
５６ 照射面
５７ モニタ部
５８ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から放射された光の照射面において高均一照度が得られる照明装置であって、
矩形状の光束を出射する光源と、
該光源から出射した光を入射し、該入射された光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤと、
該ＤＭＤによって反射された光を整形する光学系と、
該光学系から出射した光を照射光とモニタ光に分けるモニタ用ハーフミラーと、
前記照射光が照射される照射面と、
前記モニタ光の照度を測定するモニタ部と、
該モニタ部で測定された測定結果に基づいて、前記ＤＭＤの各微小な鏡の開閉を制御する制御信号を前記ＤＭＤに送信する制御部と、
を備え、前記照射面における照度分布を所定の値に調整することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源から出射する光が、分光器から出射する分光光であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光源と前記ＤＭＤとの間に、前記光源から出射した光を反射された主光と透過光に分ける制御用ハーフミラーと、該制御用ハーフミラーを透過した透過光を反射する反射鏡とを配置し、前記ＤＭＤは、前記反射鏡で反射された反射光を入射し、該入射された反射光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤであって、前記光学系は、前記主光と前記ＤＭＤによって反射された副光とが加算された光を整形する光学系であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源が、ソーラシミュレータ用光源であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記モニタ部が、ＣＣＤで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つの請求項に記載の照明装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の照明装置において、光源から放射された光の照射面における高均一照度を高速に実現するための照明方法であって、前記光源からの光を前記ＤＭＤに向けて出射するステップ１と、前記モニタ部に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡と呼ぶ）を選別するステップ２と、前記ＤＭＤの全ての鏡を閉じた迷光状態において、前記各選別鏡の位置に対応する迷光照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ３と、前記選別鏡を順次１個ずつ開くと同時に、それ以外の選別鏡は閉じ、順次開いた選別鏡の位置に対応する照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ４と、前記選別鏡毎に、前記ステップ４で取得した照度から、前記ステップ３で取得した迷光照度を差し引いて、全ての選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ５と、前記選別鏡の中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡を選択し、選択された４個の選別鏡が形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡と呼ぶ）の位置に対応する照度を、前記選択された各選別鏡の位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、該算出処理を、全ての非選別鏡の位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての非選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ６と、前記ＤＭＤの全ての鏡を開いて、前記モニタ部において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置を算出するステップ７と、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定するステップ８と、前記条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるステップ９と、再び、前記ステップ８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ９の処理を繰り返し、前記照射面における照度分布を所定の値に迅速に調整することを特徴とする照明方法。
【請求項７】
前記ステップ９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡を閉じることを特徴とする請求項６に記載の照明方法。
【請求項８】
請求項３又は請求項４に記載の高均一照明装置において、光源から放射された光の照射面における高均一照度を高速に実現するための照明方法であって、前記光源からの光を前記制御用ハーフミラーに向けて出射するステップ１１と、前記モニタ部に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡と呼ぶ）を選別するステップ１２と、前記ＤＭＤの全ての鏡を閉じた迷光状態において、前記各選別鏡の位置に対応する迷光照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ１３と、前記選別鏡を順次１個ずつ開くと同時に、それ以外の選別鏡は閉じ、順次開いた選別鏡の位置に対応する照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ１４と、前記選別鏡毎に、前記ステップ１４で取得した照度から、前記ステップ１３で取得した迷光照度を差し引いて、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度を算出し、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ１５と、前記選別鏡の中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡を選択し、選択された４個の選別鏡が形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡と呼ぶ）の位置に対応する照度を、前記選択された各選別鏡の位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、該算出処理を、全ての非選別鏡の位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての非選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ１６と、前記ＤＭＤの全ての鏡を開いて、前記モニタ部において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置を算出するステップ１７と、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定するステップ１８と、前記条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるステップ１９と、再び、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ１９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記照射面における照度分布を所定の値に迅速に調整することを特徴とする照明方法。
【請求項９】
前記ステップ１９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を開く処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡を閉じることを特徴とする請求項８に記載の照明方法。
【請求項１】
光源から放射された光の照射面において高均一照度が得られる照明装置であって、
矩形状の光束を出射する光源と、
該光源から出射した光を入射し、該入射された光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤと、
該ＤＭＤによって反射された光を整形する光学系と、
該光学系から出射した光を照射光とモニタ光に分けるモニタ用ハーフミラーと、
前記照射光が照射される照射面と、
前記モニタ光の照度を測定するモニタ部と、
該モニタ部で測定された測定結果に基づいて、前記ＤＭＤの各微小な鏡の開閉を制御する制御信号を前記ＤＭＤに送信する制御部と、
を備え、前記照射面における照度分布を所定の値に調整することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源から出射する光が、分光器から出射する分光光であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光源と前記ＤＭＤとの間に、前記光源から出射した光を反射された主光と透過光に分ける制御用ハーフミラーと、該制御用ハーフミラーを透過した透過光を反射する反射鏡とを配置し、前記ＤＭＤは、前記反射鏡で反射された反射光を入射し、該入射された反射光を微小な鏡の開閉制御により反射・非反射を制御するＤＭＤであって、前記光学系は、前記主光と前記ＤＭＤによって反射された副光とが加算された光を整形する光学系であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源が、ソーラシミュレータ用光源であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記モニタ部が、ＣＣＤで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つの請求項に記載の照明装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の照明装置において、光源から放射された光の照射面における高均一照度を高速に実現するための照明方法であって、前記光源からの光を前記ＤＭＤに向けて出射するステップ１と、前記モニタ部に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡と呼ぶ）を選別するステップ２と、前記ＤＭＤの全ての鏡を閉じた迷光状態において、前記各選別鏡の位置に対応する迷光照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ３と、前記選別鏡を順次１個ずつ開くと同時に、それ以外の選別鏡は閉じ、順次開いた選別鏡の位置に対応する照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ４と、前記選別鏡毎に、前記ステップ４で取得した照度から、前記ステップ３で取得した迷光照度を差し引いて、全ての選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ５と、前記選別鏡の中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡を選択し、選択された４個の選別鏡が形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡と呼ぶ）の位置に対応する照度を、前記選択された各選別鏡の位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、該算出処理を、全ての非選別鏡の位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての非選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ６と、前記ＤＭＤの全ての鏡を開いて、前記モニタ部において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置を算出するステップ７と、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定するステップ８と、前記条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるステップ９と、再び、前記ステップ８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ９の処理を繰り返し、前記照射面における照度分布を所定の値に迅速に調整することを特徴とする照明方法。
【請求項７】
前記ステップ９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じる処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡を閉じることを特徴とする請求項６に記載の照明方法。
【請求項８】
請求項３又は請求項４に記載の高均一照明装置において、光源から放射された光の照射面における高均一照度を高速に実現するための照明方法であって、前記光源からの光を前記制御用ハーフミラーに向けて出射するステップ１１と、前記モニタ部に映る光源像が互いに隣接する複数個の光源像群から成るように、各光源像群のそれぞれに対応する鏡（以下、選別鏡と呼ぶ）を選別するステップ１２と、前記ＤＭＤの全ての鏡を閉じた迷光状態において、前記各選別鏡の位置に対応する迷光照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ１３と、前記選別鏡を順次１個ずつ開くと同時に、それ以外の選別鏡は閉じ、順次開いた選別鏡の位置に対応する照度を前記モニタ部において測定し、記憶するステップ１４と、前記選別鏡毎に、前記ステップ１４で取得した照度から、前記ステップ１３で取得した迷光照度を差し引いて、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度を算出し、全ての選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ１５と、前記選別鏡の中から最小の矩形を形成する４個の選別鏡を選択し、選択された４個の選別鏡が形成する矩形内に位置する残余の鏡（以下、非選別鏡と呼ぶ）の位置に対応する照度を、前記選択された各選別鏡の位置に対応する照度から平面状に線形補間して算出し、該算出処理を、全ての非選別鏡の位置に対応する照度を求めるまで繰り返し行い、全ての非選別鏡毎の位置に対応する真の照度を算出し、全ての非選別鏡の位置に対応する真の照度からなる対応表を作成し、記憶するステップ１６と、前記ＤＭＤの全ての鏡を開いて、前記モニタ部において照度を測定し、測定された照度から、平均照度Φｍｅａｍ、最大照度Φｍａｘ、最小照度Φｍｉｎ、及び最大照度Φｍａｘの位置を算出するステップ１７と、Δを任意の定数として、最大照度Φｍａｘ／平均照度Φｍｅａｍ＜１＋Δ、かつ最小照度Φｍｉｎ／平均照度Φｍｅａｍ＞１−Δの条件を充足するかを判定するステップ１８と、前記条件を充足するときは、処理を終了し、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じるステップ１９と、再び、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記条件を充足するかを判定し、前記条件を充足しないときは、前記ステップ１９において、全ての対応表から、残余の最大照度を呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を閉じて、前記ステップ１８の処理を繰り返し、前記照射面における照度分布を所定の値に迅速に調整することを特徴とする照明方法。
【請求項９】
前記ステップ１９において、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、最大照度Φｍａｘを呈する位置に対応する鏡又は該鏡と該鏡周辺の鏡を開く処理に代えて、前記条件を充足しないときは、全ての対応表から、所定の照度より大きな照度を呈する位置に対応する全ての鏡を閉じることを特徴とする請求項８に記載の照明方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２７１６８５（Ｐ２０１０−２７１６８５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７５９４０（Ｐ２００９−１７５９４０）
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５９１０６０２４５）株式会社相馬光学 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５９１０６０２４５）株式会社相馬光学 (14)
【Ｆターム（参考）】
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