照射光量控制裝置及太陽模擬器的制造方法
【專利摘要】照射光量控制裝置具備：機械性減光濾光器，將來自光源的光束的一部分截斷而減光；積分儀元件，設(shè)置在該機械性減光濾光器的光射出側(cè)，形成光學(xué)上均勻的分布的光；以及光擴散元件，插入在機械性減光濾光器與上述積分儀元件之間，具有光擴散功能及光的高階衍射光成分截斷功能。
【專利說明】照射光量控制裝置及太陽模擬器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有照射光的減光功能的照射光量控制裝置及太陽模擬器。

【背景技術(shù)】
[0002]例如用于對太陽電池面板等的利用太陽能的照射對象照射所產(chǎn)生的模擬太陽光而進(jìn)行光電變換特性的測定或進(jìn)行劣化特性試驗的太陽模擬器(solar simulator,太陽光模擬器)是周知的。
[0003]在這種太陽模擬器中，使照射光量變化(減光)的最一般的方法是改變(降低)在裝置內(nèi)使用的光源(多數(shù)情況下是放電燈)的驅(qū)動功率的方法。但是，如果這樣使驅(qū)動功率變化，則照射面內(nèi)的均勻性不怎么變化，但光源自身的發(fā)光特性改變，所以照射光的光譜分布大幅變化。
[0004]還有不改變驅(qū)動功率、而在作為用于提高照射光的均勻性的元件的積分儀(積分儀光學(xué)系統(tǒng))的近前插入機械性減光濾光器而減光的方法。但是，在此情況下，由于向積分儀入射的光的入射角紊亂，所以有照射光的面內(nèi)的均勻性變差的問題。特別是，如果機械性減光濾光器的減光率變大(例如透過率50%以下)，則與該值對應(yīng)地在向積分儀入射的光線中發(fā)生由衍射帶來的顏色像差，有穿過積分儀后的照射光的光譜分布及面內(nèi)均勻性大幅地變化的不良狀況。
[0005]在專利文獻(xiàn)I中，公開了通過使從光源部或積分儀照射的光穿過安裝在濾光器用框上的由金屬線或樹脂線構(gòu)成的網(wǎng)狀濾光器、由金屬等構(gòu)成的遮光濾光器、由彩色玻璃濾光器等構(gòu)成的機械性減光濾光器，來提高光均勻性的太陽模擬器。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007 - 311085號公報
[0009]發(fā)明概要
[0010]發(fā)明要解決的問題
[0011]但是，通過專利文獻(xiàn)I所記載的照射光量的減光方法，也發(fā)生在照射光的光譜分布及面內(nèi)均勻性上發(fā)生相當(dāng)大的變化的問題，進(jìn)而，由于機械性減光濾光器的結(jié)構(gòu)較特殊，所以成本增大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]用于解決問題的手段
[0013]因而，本發(fā)明的目的是提供一種照射光的光譜分布及面內(nèi)均勻性幾乎不變化的照射光量控制裝置及太陽模擬器。
[0014]本發(fā)明的另一目的是提供一種制造成本較便宜的照射光量控制裝置及太陽模擬器。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，提供一種照射光量控制裝置，具備:機械性減光濾光器，將來自光源的光束的一部分截斷而減光；積分儀兀件，設(shè)置在該機械性減光濾光器的光射出側(cè)，形成光學(xué)上均勻的分布的光；以及光擴散兀件，插入在機械性減光濾光器及積分儀兀件間，具有光擴散功能及光的高階衍射光成分截斷功能。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，還提供一種太陽模擬器，具備:光源；反射鏡，將光源的光進(jìn)行反射；照射光量控制裝置，包括將來自光源及反射鏡的光束的一部分截斷而減光的機械性減光濾光器、設(shè)置在該機械性減光濾光器的光射出側(cè)并形成光學(xué)上均勻的分布的光積分儀元件、以及插入在機械性減光濾光器及積分儀元件間、具有光擴散功能及光的高階衍射光成分截斷功能的光擴散元件；以及準(zhǔn)直透鏡元件，設(shè)置在積分儀元件的光射出側(cè)，將入射光變換為平行光。
[0017]通過使用機械性減光濾光器，能夠使向積分儀元件入射的光量任意地減少(變化)。在此情況下，通過在積分儀元件的近前插入具有光擴散功能及光的高階衍射光成分截斷功能的光擴散元件，使機械性減光濾光器的通過光擴散并且將高階衍射光截斷而使其向積分儀元件入射，所以能夠防止顏色不勻的發(fā)生及貫通孔徑的圖像(image)成像的發(fā)生。例如，在機械性減光濾光器是在遮光板上設(shè)有多個貫通孔的沖孔式減光濾光器的情況下，由于不包含高階衍射光的擴散光進(jìn)入到積分儀元件，所以不會因穿過各貫通孔時的衍射而相互干涉并發(fā)生顏色不勻、或發(fā)生貫通孔徑的圖像成像。此外，在機械性減光濾光器是具有可變光圈的光圈式減光濾光器的情況下，也由于不包含高階衍射光的擴散光進(jìn)入到積分儀元件，所以不會因光圈徑變小時的衍射而發(fā)生顏色不勻。進(jìn)而，在機械性減光濾光器是在遮光板上設(shè)有單一的貫通孔的環(huán)式減光濾光器的情況下，由于不包含高階衍射光的擴散光進(jìn)入到積分儀元件，所以不會因環(huán)徑較小時的衍射而發(fā)生顏色不勻。
[0018]優(yōu)選的是，光擴散元件具有光擴散功能和高階衍射光截斷功能的光學(xué)元件。
[0019]優(yōu)選的是，積分儀元件是通過將由多個透鏡生成的許多光源像錯開位置地重疊而制作均勻的光分布的復(fù)眼透鏡式的積分儀元件。
[0020]還優(yōu)選的是，光擴散元件與積分儀元件之間的距離可變。通過使該距離變化，向積分儀元件入射的光量微小變化，結(jié)果能夠進(jìn)行減光率的微調(diào)。
[0021]還優(yōu)選的是，機械性減光濾光器是在遮光板上設(shè)有多個貫通孔的沖孔式減光濾光器、或具有可變光圈的光圈式減光濾光器、或在遮光板上設(shè)有單一的貫通孔的環(huán)式減光濾光器。
[0022]發(fā)明效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，通過使用機械性減光濾光器，能夠使向積分儀元件入射的光量減少(變化)。在此情況下，通過在積分儀元件的近前插入光擴散元件，使機械性減光濾光器的通過光擴散并將高階衍射光截斷而使其向積分儀元件入射，所以能夠防止顏色不勻的發(fā)生及貫通孔徑的圖像成像的發(fā)生。例如，在機械性減光濾光器是沖孔式減光濾光器的情況下，由于不包含高階衍射光的擴散光進(jìn)入到積分儀元件，所以不會因穿過各貫通孔時的衍射而相互干涉并發(fā)生顏色不勻、或發(fā)生貫通孔徑的圖像成像。此外，在機械性減光濾光器是光圈式減光濾光器的情況下，由于不包含高階衍射光的擴散光進(jìn)入到積分儀元件，所以不會因光圈徑變小時的衍射而發(fā)生顏色不勻。進(jìn)而，在機械性減光濾光器是環(huán)式減光濾光器的情況下，由于不包含高階衍射光的擴散光進(jìn)入到積分儀元件，所以不會因環(huán)徑較小時的衍射而發(fā)生顏色不勻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是概略地表示本發(fā)明的太陽模擬器的一實施方式的結(jié)構(gòu)的圖。
[0025]圖2是概略地表示圖1的太陽模擬器的照射光量控制裝置部分的結(jié)構(gòu)的圖。
[0026]圖3是圖2的一部分的放大圖。
[0027]圖4是說明將光擴散元件移動而使其與積分儀元件的距離變化的實驗的裝置結(jié)構(gòu)例的圖。
[0028]圖5是說明積分儀元件的I個透鏡的一般的動作概念的圖。
[0029]圖6是說明在圖1的太陽模擬器中插入了機械性減光濾光器的情況下的積分儀元件的作用的圖。
[0030]圖7是在圖1的太陽模擬器的一例中說明照度測定條件的圖。
[0031]圖8是表示不插入機械性減光濾光器及光擴散元件的非減光時的太陽模擬器的照射光的光譜分布特性的測定結(jié)果的曲線圖。
[0032]圖9是表示僅插入了機械性減光濾光器的減光時的太陽模擬器的照射光的光譜分布特性的測定結(jié)果的曲線圖。
[0033]圖10是表示插入了機械性減光濾光器及光擴散元件的減光時的太陽模擬器的照射光的光譜分布特性的測定結(jié)果的曲線圖。
[0034]圖11是表示太陽模擬器的照射光的光譜分布特性的測定結(jié)果的曲線圖。
[0035]圖12是概略地表示本發(fā)明的太陽模擬器的其他實施方式的照射光量控制裝置部分的結(jié)構(gòu)的圖。
[0036]圖13是圖12的一部分的放大圖。
[0037]圖14是概略地表示本發(fā)明的太陽模擬器的另一實施方式的照射光量控制裝置部分的結(jié)構(gòu)的圖。
[0038]圖15是圖14的一部分的放大圖。
[0039]圖16是概略地表示太陽模擬器的一例的結(jié)構(gòu)的圖。

【具體實施方式】
[0040]圖1概略地表不本發(fā)明的太陽模擬器的一實施方式的結(jié)構(gòu)，圖2概略地表不該照射光量控制裝置部分的結(jié)構(gòu)，圖3將圖2的一部分放大表示。
[0041]在圖1中，10表示例如由氙放電燈等構(gòu)成的光源，11表示配置在光源10的后方及周圍的例如具有橢圓或拋物線狀的軸截面的光源反射鏡，12表示被入射來自光源10的直接光及光源反射鏡11的反射光、將其向大致垂直方向反射的例如鋁制的第I平面反射鏡，13表不被入射來自第I平面反射鏡12的反射光的機械性減光濾光器,14表不被入射機械性減光濾光器13的射出光的光擴散兀件，15表不被入射光擴散兀件14的射出光的積分儀兀件，16表不被入射積分儀兀件15的射出光、將其向大致垂直方向反射的例如招制的第2平面反射鏡，17表示被入射來自第2平面反射鏡16的反射光、將該光變換為平行光的準(zhǔn)直透鏡，18表示被入射準(zhǔn)直透鏡17的射出光的例如作為太陽電池單元表面的照射面。
[0042]如圖2及圖3所示，機械性減光濾光器13、光擴散元件14及積分儀元件15構(gòu)成本發(fā)明的照射光量控制裝置。
[0043]機械性減光濾光器13是具有光量調(diào)整用的多個小的開口(貫通孔13b)的遮光板，通過在空間上調(diào)整光透過的面積，使射出的光的絕對量變化。該機械性減光濾光器13在本實施方式中由在遮光板13a上設(shè)有多個貫通孔13b的沖孔式減光濾光器構(gòu)成。更詳細(xì)地講，該沖孔式減光濾光器使用在縱橫為90mmX 70mm、厚度為I?2mm左右的不銹鋼板或鋁板上以交錯狀開出了多個圓孔的結(jié)構(gòu)。特別是使用將光截斷的部分(非開口部)盡可能散亂的結(jié)構(gòu)。在本實施方式中，具體而言，使用株式會社〃夕一(punting-center)的60°交錯的具有希望的減光率的沖孔金屬。該60°交錯的沖孔金屬以將相鄰的3個圓貫通孔的中心間連結(jié)的3條線所成的角為60°的方式排列成交錯狀。
[0044]積分儀元件15是復(fù)眼透鏡(fly-eye lens)式的積分儀光學(xué)系統(tǒng)，在該【技術(shù)領(lǐng)域】中是周知的光學(xué)元件。該積分儀光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成為，使由多個透鏡生成的許多光源像錯開位置而重疊，從而形成均勻的光分布。
[0045]光擴散元件14是具有本來的光擴散功能(也是光衰減功能)和高階衍射光截斷功能的元件。即，通過該光擴散元件14所具備的光學(xué)頻帶截斷特性，能夠截斷來自機械性減光濾光器13的入射光所具有的空間頻率分布中的高階衍射光成分，僅使低頻成分透過。此外，構(gòu)成為，不僅僅是光的擴散，還具有應(yīng)用了折射的圓形的擴散特性，能夠以較大的動態(tài)范圍調(diào)整光的衰減且具有約96%的高透過率。
[0046]如果機械性減光濾光器13的各個開口徑比積分儀元件15的各個透鏡的直徑小，則在機械性減光濾光器13的開口的邊緣部附近發(fā)生衍射光現(xiàn)象，由此來自光源的白色光在光譜上分離而發(fā)生光的分散。在沒有設(shè)置光擴散元件14的情況下，通過該衍射分離的光譜成分按每個光譜以不同的角度向積分儀元件15的復(fù)眼透鏡入射。在復(fù)眼透鏡內(nèi)導(dǎo)波的光重復(fù)全反射而被向射出方向引導(dǎo)，但如果通過光的波長的差異而向復(fù)眼透鏡入射的角度相互不同，則從復(fù)眼透鏡出來時的角度會不同，不能形成平行的光，發(fā)生顏色像差。這樣由于顏色像差而成為非平行的光從積分儀元件15射出，其在準(zhǔn)直透鏡17中也不被修正為平行光，結(jié)果，不能照射近似于太陽光的光譜。
[0047]相對于此,如本實施方式那樣,通過在機械性減光濾光器13與積分儀兀件15之間設(shè)置不僅僅將光擴散、還作為高階衍射光截斷濾光器發(fā)揮功能的光擴散元件14，能夠?qū)⑼ㄟ^在機械性減光濾光器13的開口的邊緣部附近發(fā)生的高階衍射光而產(chǎn)生的顏色像差除去。即，通過使光擴散元件14具有空間頻率濾光器的功能而將高階衍射光除去，能夠不引起光譜變化而穩(wěn)定地保持均勻度及平行度。
[0048]另外，本實施方式的光擴散元件14的尺寸根據(jù)太陽模擬器的尺寸和積分儀元件15的尺寸而不同，但例如縱橫為約60mmX約60mm,厚度為約3mm左右。另外,該光擴散元件14是石英板低角度光擴散元件,例如能夠作為美國Luminit公司的High TemperatureQuartz Substrate SOLGEL Type 的 Light Shaping Diffuser 獲得。
[0049]該光擴散元件14由于具有使高階衍射光截斷或減少的作為空間頻率濾光器的功能，還具有通過折射等使光擴散的功能，所以在其射出光中不會伴隨衍射現(xiàn)象，不發(fā)生光譜分散。此外，光擴散元件14優(yōu)選的是能夠使光(相干光及非相干光)在半光譜幅值上約10?30°的范圍內(nèi)擴散，更優(yōu)選的是能夠在10?20°的范圍內(nèi)擴散。如果半光譜幅值較窄，則不能使由高階衍射光產(chǎn)生的顏色像差均勻化，在想要使光減光到最低水平的情況下有可能不能消除由高階衍射光產(chǎn)生的顏色像差。此外，該光擴散元件14優(yōu)選的是能夠形成具有大致理想的高斯分布的射出光。進(jìn)而，光擴散元件14優(yōu)選的是隨機地配置有無數(shù)的凹凸圖案的構(gòu)造體，通過具有隨機的特性，還具有高階的衍射光相互抵消的效果。此外，該光擴散元件14優(yōu)選的是承受熱的能力較強、能夠在500°C左右的溫度下動作。
[0050]光擴散元件14能夠通過未圖示的軸向移動機構(gòu)在光軸方向上移動，由此，能夠?qū)⒐鈹U散元件14與積分儀元件15之間的距離Cl1可變控制。在此情況下，機械性減光濾光器13及積分儀元件15的位置被固定。通過使距離dl變化(這也使機械性減光濾光器13與光擴散元件14的距離d2變化)，向積分儀元件15入射的光量微小變化，結(jié)果，能夠進(jìn)行減光率的微調(diào)。
[0051]實際使光擴散元件14及積分儀元件15間的距離Cl1變化，測定了照射面18的照度。圖4說明在該實驗中使用的裝置結(jié)構(gòu)例。如該圖所示，在光擴散元件14的光源側(cè)沒有配置機械性減光濾光器，設(shè)有波長變換濾光器21。該實驗是確認(rèn)減光率相對于距離Cl1的關(guān)系的，所以機械性減光濾光器省略。此外，在積分儀兀件15與光擴散兀件14之間配置有快門22。
[0052]首先，使光擴散元件14相對于積分儀元件15的距離Cl1為Cl1 = 29mm,測定減光率，得到35%。將光擴散元件14移動而使光擴散元件14'相對于積分儀元件15的距離Cl1為(I1 = 40mm,測定減光率,得到40%。
[0053]因此可知，如果使光擴散元件14靠近積分儀元件15則減光率變小，如果遠(yuǎn)離積分儀元件15則減光率變大。即，如果距離Cl1變化約10mm，則減光率變化5%。
[0054]準(zhǔn)直透鏡17是用于對入射光進(jìn)行校直的在該【技術(shù)領(lǐng)域】中周知的光學(xué)元件。
[0055]接著，說明本實施方式的太陽模擬器的動作。
[0056]從光源10放射的光直接或被光源反射鏡11反射再被第I平面反射鏡12反射而向照射光量控制裝置的機械性減光濾光器13入射。入射到機械性減光濾光器13中的光通過透過多個較小的貫通孔13b，其一部分被截斷而被減光，向光擴散元件14入射。機械性減光濾光器13的射出光被該光擴散元件14擴散，在其全光譜域上均勻地進(jìn)行減光。進(jìn)而，即使在機械性減光濾光器13的貫通孔13b的邊緣部附近發(fā)生衍射光現(xiàn)象，也由于在該光擴散元件14中進(jìn)行高階衍射光的截斷，所以在其射出光中不發(fā)生顏色像差。光擴散元件14的射出光向積分儀元件15入射，由其復(fù)眼透鏡將許多光源像錯開位置來重疊，從而形成均勻的光分布。這樣形成的面內(nèi)均勻且均勻的光譜分布的光在被第2平面反射鏡16反射后，在準(zhǔn)直透鏡17中被變換為完全的平行光后，照射到作為太陽電池單元表面的照射面18。
[0057]圖5說明作為復(fù)眼透鏡的積分儀元件15的I個透鏡的一般的動作概念。
[0058]在均勻照射光學(xué)系統(tǒng)中，最大的目的是將光源10的光束(光通量)最大限度地取出并將光源10的像(例如燈電極的像)去除，因此通常使用具有橢圓或拋物線狀的軸截面的光源反射鏡11及積分儀元件15。在不使用積分儀元件15而將僅由光源反射鏡11聚光后的光束利用準(zhǔn)直透鏡17變換為平行光束而照射的情況下，在照射面上出現(xiàn)燈電極的像。因而，為了將這樣的像去除，需要使用積分儀元件15。為了有效地使用這樣的積分儀元件15，相對于來自光源反射鏡11的入射角ΘΙΝ，使射出角Θ.為同角，由此不僅能夠抑制積分儀元件15內(nèi)部的光量損失，還能夠進(jìn)行積分儀元件15的設(shè)計，以通過使燈電極的像成像在積分儀元件15的內(nèi)部而在射出側(cè)不形成像。
[0059]在圖5中，如果設(shè)O1為積分儀元件15的I個透鏡的入射側(cè)球面15a的球心，設(shè)O2為射出側(cè)球面15b的球心，則入射側(cè)的焦點距離ASf1 = O1XZ,射出側(cè)的焦點距離f2為02X2。根據(jù)作為透鏡的公式的l/a+1/b = Ι/f，在射出側(cè)的物距是a〈f(比焦點距離短)的情況下，射出側(cè)的像距為b(-)，所以射出光在射出面15b不聚光，而被擴散射出，決不會聚光。
[0060]圖6說明在本實施方式的太陽模擬器中將機械性減光濾光器13插入在近前(光源側(cè))的情況下的積分儀元件15的作用。
[0061]在上述條件下設(shè)計的積分儀元件15的光源10側(cè)、以減光為目的而配置有由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13的情況下，在積分儀元件15的近前，作為2次光源而產(chǎn)生機械性減光濾光器13的貫通孔13b的像。
[0062]在此情況下，如圖6所示，根據(jù)折射的法則，P點的入射角ΘΙΝ為ΘΙΝ= θ1+α，從P點從空氣向折射率NI的介質(zhì)內(nèi)入射，所以其折射角為另一方面，射出面15b的入射角用Θ2+Υ表示，從射出面15b的折射角度用θ2+β表示。在此情況下，從機械性減光濾光器13的貫通孔13b的像向積分儀元件15入射的角度為多種多樣，在入射角較大的情況下，入射到P點的光被折射率NI的介質(zhì)折射(從空氣向石英)而不成像到光軸上，而成像到射出面15b上，再次折射(從石英向空氣)，在射出面15b外成像。該現(xiàn)象根據(jù)光學(xué)式l/a+1/b = Ι/f,在射出面15b上認(rèn)為物距是或O的情況下1/b = 1/f成立，因而射出面?zhèn)鹊南窬酁?+)，在射出面15b的右側(cè)成像。
[0063]為了確認(rèn)該現(xiàn)象，進(jìn)行了以下的實驗。
[0064](實驗裝置及測定器)
[0065]太陽模擬器:山下電裝株式會社制的太陽模擬器(YSS - 1800AA)，規(guī)格AAA
[0066]基準(zhǔn)光伏單兀(solar cell,太陽能電池):400nm?IlOOnm用的娃電池,校正值=142.6mA
[0067]數(shù)字萬用表>卜f ^ 7 口夕一株式會社制(34401A)，在基準(zhǔn)光伏單元的短路電流的測定中使用
[0068]照度不勻測定用照度計:山下電裝株式會社制熱電堆(q)6mm)式照度計(MIR -101Q)，JIS標(biāo)準(zhǔn)的入射角±15°以內(nèi)
[0069]照度變動測定用照度計:々 '> 才電機株式會社制照度計(UIT - 101)中心頻率436nm
[0070](減光率)
[0071]基準(zhǔn)光伏單元中設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)1000W/m2( = I SUN) (142.6mA)的照度。設(shè)置了由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13時的減光后的照度是106W/m2 (約0.1SUN)，在由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13的后面配置由石英光擴散元件形成的光擴散元件14時的減光后的照度是70.2ff/m2 (約0.07SUN)。
[0072](實驗方法)
[0073]在太陽模擬器的比透鏡遮光罩靠下方400mm的照射面18上，如圖7所示，設(shè)定180mmX 180mm(A □)的有效區(qū)域18a。對于該有效區(qū)域18a的JIS標(biāo)準(zhǔn)的17個點的測定位置19(位置I?17)，通過不遮擋入射角±15°內(nèi)的光的上述照度不勻測定用照度計依次進(jìn)行照度測定(照度不勻測定)。同時，通過上述照度變動測定用照度計20測定有效區(qū)域18a的I個點的照度，測定照度不勻測定中的光的變動。
[0074](測定結(jié)果)
[0075]在表I中表不不插入機械性減光濾光器13及光擴散兀件14的非減光時的測定結(jié)果。照度不勻測定用照度計針對測定位置I?17的測定結(jié)果被表示為測定照度值Ei (i =I?17)，該各測定時的照度變動測定用照度計20的測定結(jié)果被表示為變動照度值ei(i =I?17)。關(guān)于測定位置I的基準(zhǔn)的變動照度值ei進(jìn)行補償后的測定照度值Ei被表示為相對照度值Ei' (i = I?17)。即，相對照度值Ei'利用Ei' = (ei/ei) XEi計算。
[0076][表 I]
[0077]
~~ 測定照度值(Ei)~變動照度值(ei)~相對照度值(E/ )
測疋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]根據(jù)這樣求出的17個點的相對照度值Ei',通過Euni= (Ei' max — Ei' min)/(E/ max+E/ min) X 100計算出面內(nèi)均勻性Euni。其中，Ei' max是相對照度值Ei'的最大值，Ei' min是相對照度值Ei'的最小值。得到的面內(nèi)均勻性Euni是Euni = 1.46 (% )。
[0079]接著，在插入了由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13的減光時進(jìn)行了同樣的測定。將測定結(jié)果表示在表2中。
[0080][表2]
[0081]
~~ 測定照度值(E1)~變動照度值Ce1)~相對照度值(E1')
測疋位直 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]根據(jù)這樣求出的17個點的相對照度值Ei'，與上述情況同樣地計算出面內(nèi)均勻性Eun1得到的面內(nèi)均勻性Euni是Euni= 4.93(% )。
[0084]接著，在由該沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13的后面插入了由石英光擴散元件形成的光擴散元件14的減光時進(jìn)行同樣的測定。將測定結(jié)果表示在表3中。
[0085][表3]
[0086]
^^測定照度值(Ei)^變動照度值Ce1)^相對照度值CE/ )
測疋位置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]根據(jù)這樣求出的17個點的相對照度值Ei'，與上述情況同樣地計算出面內(nèi)均勻性Eun1得到的面內(nèi)均勻性Euni是Euni = 1.86(% )0
[0089]根據(jù)以上的實驗結(jié)果，通過將由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13插入到積分儀元件15的近前(光源側(cè))，面內(nèi)均勻性Euni從1.46 (% )惡化為4.93 (% )，這證明發(fā)生了積分儀元件15的前方的沖孔式減光濾光器的像(2次光源像)，如上述理論那樣，在積分儀元件15的射出側(cè)形成了像。通過在機械性減光濾光器13的后面插入由石英光擴散元件形成的光擴散元件14，面內(nèi)均勻性Euni從4.93(% )改善為1.86(% )，這證實了積分儀元件15的射出側(cè)的像被去除。
[0090]如上述那樣，根據(jù)本實施方式，均勻的光譜分布的光照射到照射面18上，為了確認(rèn)這一點，進(jìn)行了以下的實驗。
[0091](實驗裝置及測定器)
[0092]太陽模擬器:山下電裝株式會社制的太陽模擬器(YSS - 1800AA)，規(guī)格AAA
[0093]基準(zhǔn)光伏單元:400nm?IlOOnm用的娃電池,校正值=142.6mA
[0094]數(shù)字萬用表>卜f ^ 7 口夕一株式會社制(34401A)，在基準(zhǔn)光伏單元的短路電流的測定中使用
[0095]多目的分光放射計:株式會社才卜1J寸一 f制(MSR - 7000)
[0096]照度變動測定用照度計:々 '> 才電機株式會社制照度計(UIT - 101)中心頻率436nm
[0097](實驗方法)
[0098]在太陽模擬器的比透鏡遮光罩靠下方400mm的照射面18上，如圖7所示，設(shè)定180mmX 180mm (A □)的有效區(qū)域18a?；鶞?zhǔn)光伏單元中設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)1000W/m2( = I SUN)(142.6mA)的照度，對于有效區(qū)域18a通過上述多目的分光放射計測定光譜分布。實際對有效區(qū)域18a的JIS標(biāo)準(zhǔn)的17個點的測定位置19(位置I?17)中的一部分的位置(位置1、5及16)分別測定光譜分布，求出其強度特性和光譜一致度。另外，關(guān)于減光量，對測定值乘以由照度計測定出的減光倍率進(jìn)行了修正。
[0099](測定結(jié)果)
[0100]在圖8中表不沒有插入機械性減光濾光器13及光擴散兀件14的非減光時的測定結(jié)果。在非減光時(ISUN)，在位置1、5及16都得到了大致相同的光譜強度分布。另一方面，在圖9中表示插入了由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13的減光時的測定結(jié)果。在該減光時，相對于非減光(ISUN)的位置I的光譜強度分布，在位置5及16為相當(dāng)程度變化的光譜強度分布。相對于此，在圖10中表示插入了由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13及由石英光擴散元件形成的光擴散元件14的減光時的測定結(jié)果。即使是減光時，通過插入光擴散元件14，位置5及16的光譜強度分布也為與非減光(ISUN)的位置I的光譜強度分布近似的特性，通過在機械性減光濾光器13的后面插入由石英光擴散元件形成的光擴散元件14，光譜強度分布被大幅改善，在各位置相互幾乎不變化。
[0101]此外，關(guān)于光譜一致度也如圖11所示，得到了同樣的結(jié)果。另外，在圖11中，橫軸表不波長(nm),縱軸表不光譜一致度。根據(jù)JIS標(biāo)準(zhǔn),光譜一致度的上限值被設(shè)定為
1.25,下限值被設(shè)定為0.75。在不插入機械性減光濾光器13及光擴散兀件14的非減光時(ISUN)，在位置1、5及16，光譜一致度都良好。在插入了由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13的減光時，可知在位置5及16光譜一致度惡化，光譜分布發(fā)生了變化。在插入了由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13及由石英光擴散元件形成的光擴散元件14的情況下，可知光譜一致度大幅改善，近似于位置I的光譜強度分布(ISUN)的光譜特性。
[0102]這樣，通過實驗證實了，通過使用由石英光擴散元件形成的光擴散元件14，與面內(nèi)的均勻度有關(guān)的由減光帶來的面內(nèi)分布的惡化得到改善。另一方面，關(guān)于光譜強度分布，也通過使用由石英光擴散元件形成的光擴散元件14，光譜一致度大幅改善。即，通過實驗證實了，通過如本實施方式那樣使用光擴散元件14，實現(xiàn)了面內(nèi)分布的改善及局部的顏色不勻的改善。
[0103]如以上說明，根據(jù)本實施方式，通過使用由沖孔式減光濾光器形成的機械性減光濾光器13，能夠使向積分儀元件15入射的光量減少。在此情況下，通過在積分儀元件15的近前插入光擴散元件14，使機械性減光濾光器13的通過光擴散并將高階衍射光截斷而使其向積分儀元件15入射，所以能夠防止顏色不勻的發(fā)生、及機械性減光濾光器13的貫通孔徑的圖像成像的發(fā)生。這樣，不包含高階衍射光的擴散光進(jìn)入到積分儀元件15中，所以不會因穿過各貫通孔時的衍射而相互干涉并發(fā)生顏色不勻、或發(fā)生貫通孔徑的圖像成像。結(jié)果，面內(nèi)均勻且沒有顏色像差的平行的光照射到例如作為太陽電池單元表面的照射面18。
[0104]圖12概略地表示本發(fā)明的太陽模擬器的其他實施方式的照射光量控制裝置部分的結(jié)構(gòu)，圖13將圖12的一部分放大表不。
[0105]本實施方式太陽模擬器的除了照射光量控制裝置的機械性減光濾光器以外的結(jié)構(gòu)與圖1所示的實施方式的情況完全相同。因而，在圖12及圖13中，關(guān)于與圖1的實施方式的情況相同的構(gòu)成要素使用相同的附圖標(biāo)記，省略其說明。
[0106]如圖12及圖13所示，來自第I平面反射鏡12的反射光入射到機械性減光濾光器23,機械性減光濾光器23的射出光入射到光擴散兀件14。光擴散兀件14的射出光入射到積分儀元件15，積分儀元件15的射出光入射到第2平面反射鏡16并被反射。機械性減光濾光器23、光擴散元件14及積分儀元件15構(gòu)成本發(fā)明的照射光量控制裝置。
[0107]機械性減光濾光器23是具有光量調(diào)整用的單一的可變光圈23c的遮光板,通過用該光圈調(diào)整在空間上光所透過的面積，使射出的光的絕對量變化。該機械性減光濾光器23在本實施方式中，由設(shè)有可變光圈23c的光圈式減光濾光器構(gòu)成,該可變光圈23c的開口徑(光圈的直徑)能夠通過可動的遮光板23a及23b調(diào)整。更詳細(xì)地講，該光圈式減光濾光器構(gòu)成為，將縱橫為90mmX 70mm、厚度為I?2mm左右的不銹鋼板或招板分割為2,調(diào)整分別設(shè)有V字狀的缺口的遮光板23a及23b的缺口的離開距離，從而調(diào)整可變光圈23c的開口徑。缺口的形狀并不限定于V字狀，也可以是半圓形狀或其他形狀。
[0108]如果機械性減光濾光器23的可變光圈23c的開口徑比積分儀元件15的各個透鏡的直徑小，則在機械性減光濾光器23的可變光圈23c的邊緣部附近發(fā)生衍射光現(xiàn)象，由此，來自光源的白色光在光譜上分離，發(fā)生光的分散。在沒有設(shè)置光擴散元件14的情況下，通過該衍射而分離后的光譜成分按每個光譜以不同的角度向積分儀元件15的復(fù)眼透鏡入射。在復(fù)眼透鏡內(nèi)導(dǎo)波的光反復(fù)全反射而被向射出方向引導(dǎo)，但如果通過光的波長的差異而向復(fù)眼透鏡入射的角度相互不同，則從復(fù)眼透鏡出來時的角度不同，不形成平行的光而發(fā)生顏色像差。這樣因顏色像差而成為非平行的光從積分儀元件15射出，其在準(zhǔn)直透鏡17中也不被修正為平行光，結(jié)果，不能照射與太陽光近似的光譜。
[0109]相對于此，通過如本實施方式那樣，在機械性減光濾光器23與積分儀元件15之間設(shè)置不僅僅將光擴散、還作為高階衍射光截斷濾光器發(fā)揮功能的光擴散元件14，能夠除去由在機械性減光濾光器23的單一的可變光圈23c的邊緣部附近發(fā)生的高階衍射光引起的顏色像差。即，通過使光擴散元件14具有空間頻率濾光器的功能，能夠除去高階衍射光，不引起光譜變化而穩(wěn)定地保持均勻度及平行度。
[0110]接著，說明本實施方式的太陽模擬器的動作。
[0111]從光源10放射的光直接或被光源反射鏡11反射再被第I平面反射鏡12反射而入射到照射光量控制裝置的機械性減光濾光器23。入射到機械性減光濾光器23中的光通過透過單一的可變光圈23c，其一部分被截斷而被減光，并入射到光擴散元件14。機械性減光濾光器23的射出光被該光擴散元件14擴散，在其全光譜域上均勻地被減光。進(jìn)而，即使在機械性減光濾光器23的可變光圈23c的邊緣部附近發(fā)生衍射光現(xiàn)象，由于在該光擴散元件14中進(jìn)行高階衍射光的截斷，所以在其射出光中也不發(fā)生顏色像差。光擴散元件14的射出光入射到積分儀元件15，由其復(fù)眼透鏡將許多光源像錯開位置而重疊，由此形成均勻的光分布。這樣形成的面內(nèi)均勻且均勻的光譜分布的光在被第2平面反射鏡16反射后，在準(zhǔn)直透鏡17中被變換為完全的平行光后，照射到作為太陽電池單元表面的照射面18。
[0112]如以上說明，根據(jù)本實施方式，通過使用由光圈式減光濾光器形成的機械性減光濾光器23，能夠使向積分儀元件15入射的光量減少。在此情況下，通過在積分儀元件15的近前插入光擴散元件14，使機械性減光濾光器23的通過光擴散，并將高階衍射光截斷而使其向積分儀元件15入射，所以能夠防止顏色不勻的發(fā)生、及機械性減光濾光器23的光圈的開口徑的圖像成像的發(fā)生。這樣，不包含高階衍射光的擴散光進(jìn)入到積分儀元件15，所以不會因穿過可變光圈23c時的衍射而相互干涉并發(fā)生顏色不勻、或發(fā)生可變光圈23c的圖像成像。結(jié)果，面內(nèi)均勻且沒有顏色像差的平行的光被照射到例如作為太陽電池單元表面的照射面18上。
[0113]圖14概略地表示本發(fā)明的太陽模擬器的另一實施方式的照射光量控制裝置部分的結(jié)構(gòu)，圖15將圖14的一部分放大表不。
[0114]本實施方式太陽模擬器的除了照射光量控制裝置的機械性減光濾光器以外的結(jié)構(gòu)與圖1所示的實施方式的情況完全相同。因而，在圖14及圖15中，關(guān)于與圖1的實施方式的情況相同的構(gòu)成要素使用相同的附圖標(biāo)記，省略其說明。
[0115]如圖14及圖15所示，來自第I平面反射鏡12的反射光入射到機械性減光濾光器33,機械性減光濾光器33的射出光入射到光擴散兀件14。光擴散兀件14的射出光入射到積分儀元件15，積分儀元件15的射出光入射到第2平面反射鏡16并被反射。機械性減光濾光器33、光擴散元件14及積分儀元件15構(gòu)成本發(fā)明的照射光量控制裝置。
[0116]機械性減光濾光器33是具有光量調(diào)整用的單一的貫通孔33b的遮光板33a，通過用該貫通孔33b的開口徑設(shè)定在空間上光所透過的面積，來設(shè)定射出的光的絕對量。該機械性減光濾光器33在本實施方式中由設(shè)有固定的貫通孔33b的環(huán)式減光濾光器構(gòu)成。更詳細(xì)地講，該環(huán)式減光濾光器在由縱橫為90_X70mm、厚度為I?2mm左右的不銹鋼板或鋁板形成的遮光板33a的中央部設(shè)置單一的貫通孔33b而構(gòu)成。貫通孔33b的形狀并不限定于圓狀，也可以是其他形狀。
[0117]如果機械性減光濾光器33的貫通孔33b的開口徑比其他積分儀元件15的各個透鏡的直徑設(shè)定得小，則在機械性減光濾光器33的貫通孔33b的邊緣部附近發(fā)生衍射光現(xiàn)象，由此，來自光源的白色光在光譜上分離而發(fā)生光的分散。在沒有設(shè)置該光擴散元件14的情況下，通過該衍射而分離的光譜成分按每個光譜以不同的角度入射到積分儀元件15的復(fù)眼透鏡。在復(fù)眼透鏡內(nèi)導(dǎo)波的光反復(fù)全反射而被向射出方向引導(dǎo)，但如果通過光的波長的差異而向復(fù)眼透鏡入射的角度相互不同，則從復(fù)眼透鏡出來時的角度不同，不形成平行的光而發(fā)生顏色像差。這樣，因顏色像差而成為非平行的光從積分儀元件15射出，其在準(zhǔn)直透鏡17中也不被修正為平行光，結(jié)果，不能照射近似于太陽光的光譜。
[0118]相對于此，通過如本實施方式那樣，在機械性減光濾光器33與積分儀元件15之間設(shè)置不僅僅將光擴散、還作為高階衍射光截斷濾光器發(fā)揮功能的光擴散元件14，能夠除去由在機械性減光濾光器33的單一的貫通孔33b的邊緣部附近發(fā)生的高階衍射光引起的顏色像差。即，通過使光擴散元件14具有空間頻率濾光器的功能，除去高階衍射光，能夠不引起光譜變化而穩(wěn)定地保持均勻度及平行度。
[0119]本實施方式的機械性減光濾光器33及光擴散元件14的作用與圖12的實施方式的情況相同，所以說明省略。
[0120]接著，說明本實施方式的太陽模擬器的動作。
[0121]從光源10放射的光直接或被光源反射鏡11反射再被第I平面反射鏡12反射，入射到照射光量控制裝置的機械性減光濾光器33。入射到機械性減光濾光器33中的光通過透過單一的貫通孔33b，其一部分被截斷而被減光，并向光擴散元件14入射。機械性減光濾光器33的射出光被該光擴散元件14擴散，在其全光譜域上均勻地被減光。進(jìn)而，即使在機械性減光濾光器33的貫通孔33b的邊緣部附近發(fā)生衍射光現(xiàn)象，由于在該光擴散元件14中進(jìn)行高階衍射光的截斷，所以在其射出光中也不發(fā)生顏色像差。光擴散元件14的射出光入射到積分儀元件15，通過由其復(fù)眼透鏡將許多光源像錯開位置而重疊，來形成均勻的光分布。這樣形成的面內(nèi)均勻且均勻的光譜分布的光在被第2平面反射鏡16反射后，在準(zhǔn)直透鏡17中被變換為完全的平行光后，被照射到作為太陽電池單元表面的照射面18。
[0122]如以上說明，根據(jù)本實施方式，通過使用由環(huán)式減光濾光器形成的機械性減光濾光器33，能夠使向積分儀元件15入射的光量減少(最大減光率為20%左右)。在此情況下，通過在積分儀元件15的近前插入光擴散元件14，使機械性減光濾光器33的通過光擴散，并將高階衍射光截斷而使其向積分儀元件15入射，所以能夠防止顏色不勻的發(fā)生、及機械性減光濾光器33的貫通孔33b的開口徑的圖像成像的發(fā)生。這樣，不包含高階衍射光的擴散光進(jìn)入到積分儀元件15，所以不會因穿過貫通孔33b時的衍射而相互干涉并發(fā)生顏色不勻、或發(fā)生貫通孔33b的圖像成像。結(jié)果，面內(nèi)均勻且沒有顏色像差的平行的光照射到例如作為太陽電池單元表面的照射面18。
[0123]圖16是概略地表示太陽模擬器的一例的結(jié)構(gòu)的圖。
[0124]在該圖中，10表示例如由氙放電燈等構(gòu)成的光源，11表示配置在光源10的后方及周圍的例如具有橢圓或拋物線狀的軸截面的光源反射鏡，12表示被入射來自光源10的直接光及光源反射鏡11的反射光、將其向大致垂直方向反射的例如鋁制的第I平面反射鏡，15表不被入射來自第I平面反射鏡12的反射光的積分儀兀件，16表不被入射積分儀兀件15的射出光、將其向大致垂直方向反射的例如鋁制的第2平面反射鏡，44表示被入射來自第2平面反射鏡16的反射光的低角度光擴散元件，17表示將低角度光擴散元件44的射出光變換為平行光的準(zhǔn)直透鏡，18表示被入射準(zhǔn)直透鏡17的射出光的例如作為太陽電池單元表面的照射面。
[0125]在可以不考慮最終照射到照射面18上的光的平行度的情況下，如該圖16所示，在積分儀元件15與準(zhǔn)直透鏡17之間配置低角度光擴散元件44，通過改變配置距離，能夠改變減光率，進(jìn)而，通過設(shè)定低角度光擴散元件44的擴散率，能夠調(diào)整減光率。
[0126]以上所述的實施方式全部是例示地表示而不是限定地表示本發(fā)明的，本發(fā)明能夠以其他各種變形形態(tài)及變更形態(tài)實施。因而，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書及其等價范圍規(guī)定。
[0127]工業(yè)實用性
[0128]本發(fā)明不僅是用于進(jìn)行太陽電池面板的光電變換特性的測定及劣化特性試驗的模擬太陽光發(fā)生，還能夠在其他的、特別是要求制造照射光的光譜分布及面內(nèi)均勻性不變化、制造成本便宜的照射光量控制裝置等的領(lǐng)域中使用。
[0129]附圖標(biāo)記說明
[0130]10 光源
[0131]11光源反射鏡
[0132]12第I平面反射鏡
[0133]13、23、33機械性減光濾光器
[0134]13a、23a、23b、33a 遮光板
[0135]13b、33b 貫通孔
[0136]14光擴散元件
[0137]15積分儀元件
[0138]16第2平面反射鏡
[0139]17準(zhǔn)直透鏡
[0140]18照射面
[0141]18a有效區(qū)域
[0142]19測定位置
[0143]20照度變動測定用照度計
[0144]21波長變換濾光器
[0145]22 快門
[0146]23c可變光圈
【權(quán)利要求】
1.一種照射光量控制裝置，其特征在于，具備: 機械性減光濾光器，將來自光源的光束的一部分截斷而減光； 積分儀兀件，設(shè)置在該機械性減光濾光器的光射出側(cè)，形成光學(xué)上均勻的分布的光；以及 光擴散兀件，插入在上述機械性減光濾光器與上述積分儀兀件之間，具有光擴散功能及光的高階衍射光成分截斷功能。
2.如權(quán)利要求1所述的照射光量控制裝置，其特征在于， 上述積分儀元件是通過將由多個透鏡生成的許多光源像錯開位置地重疊來形成均勻的光分布的復(fù)眼透鏡式積分儀元件。
3.如權(quán)利要求1所述的照射光量控制裝置，其特征在于， 上述機械性減光濾光器是在遮光板上設(shè)有多個貫通孔的沖孔式減光濾光器。
4.如權(quán)利要求1所述的照射光量控制裝置，其特征在于， 上述機械性減光濾光器是具有可變光圈的光圈式減光濾光器。
5.如權(quán)利要求1所述的照射光量控制裝置，其特征在于， 上述機械性減光濾光器是在遮光板上設(shè)有單一的貫通孔的環(huán)式減光濾光器。
6.如權(quán)利要求1所述的照射光量控制裝置，其特征在于， 上述光擴散元件與上述積分儀元件的距離可變。
7.一種太陽模擬器，其特征在于，具備: 光源； 反射鏡，將該光源的光反射； 照射光量控制裝置，包括將來自該光源及該反射鏡的光束的一部分截斷而減光的機械性減光濾光器、設(shè)置在該機械性減光濾光器的光射出側(cè)并形成光學(xué)上均勻的分布的光積分儀元件、以及插入在上述機械性減光濾光器與上述積分儀元件之間并具有光擴散功能及光的高階衍射光成分截斷功能的光擴散元件；以及 準(zhǔn)直透鏡元件，設(shè)置在該照射光量控制裝置的上述積分儀元件的光射出側(cè)，將入射光變換為平行光。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽模擬器，其特征在于， 上述積分儀元件是通過將由多個透鏡生成的許多光源像錯開位置地重疊來形成均勻的光分布的復(fù)眼透鏡式積分儀元件。
9.如權(quán)利要求7所述的太陽模擬器，其特征在于， 上述機械性減光濾光器是在遮光板上設(shè)有多個貫通孔的沖孔式減光濾光器。
10.如權(quán)利要求7所述的太陽模擬器，其特征在于， 上述機械性減光濾光器是具有可變光圈的光圈式減光濾光器。
11.如權(quán)利要求7所述的太陽模擬器，其特征在于， 上述機械性減光濾光器是在遮光板上設(shè)有單一的貫通孔的環(huán)式減光濾光器。
12.如權(quán)利要求7所述的太陽模擬器，其特征在于， 上述光擴散元件與上述積分儀元件的距離可變。
【文檔編號】F21S2/00GK104204655SQ201380013598
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月14日
【發(fā)明者】久保修彥, 高橋邦明, 豬狩真一 申請人:山下電裝株式會社, 和樂尼克斯國際股份有限公司