專利名稱：模擬太陽光照射裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種模擬太陽光照射裝置，特別涉及一種能夠實現小型化、且能夠減少維護成本的模擬太陽光照射裝置。
背景技術：
近幾年，從重視環(huán)境保護的角度開展了所謂的清潔能源的研究開發(fā)。其中，由于太陽能電池能將太陽能直接轉換成電能，所以與以往其他發(fā)電裝置相比是無公害的，并且作為其資源的太陽光實際上具備能夠無限利用等優(yōu)勢，因此太陽能電池作為清潔能源的王牌受到廣泛期待。模擬太陽光照射裝置是用于將自然陽光的光譜分布高精度地再現的光源裝置，被廣泛應用在太陽能電池模塊的光轉換特性、各種應用太陽能的設備的性能檢測以及加速老化試驗等領域。模擬太陽光照射裝置公知的有在專利文獻1的代表圖與非專利文獻1的光源光學結構圖中記載的裝置。其基本結構表示在圖2中。在圖2中，由橢圓聚光鏡22會聚從光源燈21照射的光，由第一平面反射鏡23將照射的光的照射方向變成水平方向，由波長選擇濾光器(氣團過濾器(air mass filter)) M將照射的光轉變成近似于自然陽光的光譜分布， 然后由積分透鏡(integrator lens)(積分光學系統(tǒng))25使照度分布均勻，再由第二平面反射鏡沈將照射方向變成垂直方向，然后由準直透鏡(collimator lens) 27使照射光平行， 使模擬太陽光向照射面觀照射。此外，作為燈光源的氙短弧燈(以下稱為“氙燈”)為了防止因地磁場造成弧光的擴展，光源燈使用豎向的照明燈。如上所述，模擬太陽光照射裝置存在下面的問題，S卩因為需要多個光學構成部件，因此導致裝置大型化、實際光路長度過長、還會產生光量損失。此外，為了得到規(guī)定的照射量，會使光源燈的使用壽命縮短，還會增加光源燈的更換頻率。此外，還存在以下問題，即模擬太陽光照射裝置的輻照度會隨著光源燈的使用時間變長而降低，因此需要利用受光量檢測裝置檢測光源燈的衰減，然后通過燈電流來補償光源燈的衰減。由于所述受光量檢測裝置設置在光路上或裝置的側面，所以會造成光量損失以及照射光分布不均勻。專利文獻1 日本專利公開公報特開平9-306201。非專利文獻1 互聯(lián)網 <URL :http://www. san-eielectric. co. jp/sangyo5. htm>。
實用新型內容鑒于所述問題，本實用新型提供一種能夠實現小型化、高性能以及維護成本低的新型模擬太陽光照射裝置。為了解決所述問題，本實用新型的模擬太陽光照射裝置包括光源部，包括光源和
3橢圓反射鏡，所述光源含有紫外線，配置在所述橢圓反射鏡的第一焦點，所述橢圓反射鏡將從所述光源發(fā)出的照射光會聚到第二焦點；分束鏡，具有分束面，該分束面將來自所述光源部的照射光分為透射光和反射光；照射透鏡單元，包括單一棒透鏡，該棒透鏡在長軸方向上的一個端部為入射面，另一個端部為照射面，以使所述入射面位于所述橢圓反射鏡的第二焦點的方式配置該棒透鏡；以及準直透鏡，配置在所述棒透鏡的后方；平面反射鏡，作為來自所述照射透鏡單元的照射光的光軸變更裝置；以及波長選擇濾光器，按照所述光源部、 所述分束鏡、所述照射透鏡單元、所述平面反射鏡以及所述波長選擇濾光器的順序進行配置。按照所述結構，由于可以使平面反射鏡為一個，所以能縮短光路長，并可以使裝置小型化。此外，還可以減少光量損失。另外，通過代替積分透鏡(積分光學系統(tǒng))而設置單一棒透鏡，相對于在積分透鏡(積分光學系統(tǒng))中只在出口存在光混合，由于在單一棒透鏡的透鏡內部進行光混合，所以能使照度分布更加均勻。此外，本實用新型的模擬太陽光照射裝置能夠以下述方式1至方式8的方式進行實施。(方式1)在所述模擬太陽光照射裝置中，所述光源部、所述分束鏡以及所述照射透鏡單元配置在同一光軸上。通過將光源部、分束鏡以及照射透鏡單元配置在同一光軸上， 能將平面反射鏡減少到一個。光軸相對于被檢查試樣的照射面既可以平行也可以垂直。在光軸與被照射的面平行的情況下，能將光源燈的點燈用電源部與控制電路部設置在裝置內 (更詳細地說，隔著擋熱遮光板設置在光源部的下部)，從而能減少設置空間。(方式2、在所述模擬太陽光照射裝置中，在所述光源部與所述照射透鏡單元之間設置有遮光裝置。通過設置該遮光裝置，在因更換被檢查試樣等而停止向照射面照射光的情況下，也無需打開、關閉光源，從而能維持穩(wěn)定的照射光量。(方式3)在所述模擬太陽光照射裝置中，使用在光源一側設有光散射結構的遮光板作為所述遮光裝置。如果遮光裝置的光源一側是平滑面，則來自遮光裝置的反射光會直接照射光源燈。因此，因受熱會促進光源燈的電接觸部氧化。同樣，光源燈的電極部也受熱， 使光源燈本身損壞。在所述任意情況下都會縮短光源燈的使用壽命。在本實用新型中，通過使用在光源一側設有光散射結構的遮光板，可以防止縮短所述光源燈的使用壽命。其中，作為光散射結構，可以是使遮光快門板在一邊彎曲的房蓋形或棱錐(角錐)形。此外，也可以是覆蓋耐熱性纖維的形狀。(方式4)在所述模擬太陽光照射裝置中，在所述光源部中，使用磁性體作為聚光位置調整裝置。在將光源燈設成橫向照射(水平設置光源燈)的情況下，地磁場的影響會對光源燈的弧光產生影響，使弧光更加擴展。因此，通過在光源燈的適當位置設置與地磁場相反的磁性體，可以抑制地磁場的影響。(方式幻在所述模擬太陽光照射裝置中，所述單一棒透鏡的所述照射面的形狀與試樣面的形狀相似，所述試樣面是被檢查面。由于在棒透鏡內進行光混合，在棒透鏡的照射面上射出照度分布已均勻化的光，所以優(yōu)選的是棒透鏡的照射面的形狀與試樣面(被檢查面)的形狀相同。由于被檢查面通常為方形，所以采用棱柱狀棒透鏡。(方式6)在所述模擬太陽光照射裝置中，設置有能夠改變所述棒透鏡與所述準直透鏡的距離的裝置。本實用新型的模擬太陽光照射裝置由單一棒透鏡與數組小口徑準直透鏡構成。通過改變數組準直透鏡與棒透鏡的間隙寬度，對任意大小的區(qū)域都能對準焦點，因此可以準確地決定照射范圍。(方式7)在所述模擬太陽光照射裝置中，通過接收來自所述分束鏡的反射光來控制光源的光量。為了修正伴隨點燈時間的變長而導致的光源燈性能的下降，并修正光源燈的閃爍從而維持穩(wěn)定的光量，需要設置光量反饋回路來控制光源的光量。此外，需要總是對光源的光量進行控制。在將構成光量反饋回路的光電轉換元件配置在光源燈的光束中時，會由于配置位置而對照射面產生光學影響，或者因光電轉換元件受熱而造成元件損壞和性能劣化。在本實用新型的模擬太陽光照射裝置中，在光源燈與照射透鏡單元之間配置分束鏡，通過將所述反射光束引導至光電轉換元件，不遮擋從光源燈到照射面的光束，就可以總是對光源燈的光量進行控制。此外，通過使所述反射光束通過光擴散板和光衰減濾光器，可以防止光電轉換元件的熱劣化。(方式8)在所述模擬太陽光照射裝置中，所述分束鏡是在分束面上層疊有防止反射層的平面型分束鏡。通過設置低反射率的防止反射層，能將對照射面的光束衰減(光量下降的影響)抑制為最小限度，并且能確保對光源燈的光量進行控制所需要的足夠的光
束ο其中，優(yōu)選的是防止反射層的反射率為5%以下，更優(yōu)選的是為3%以下，特別優(yōu)選的是為2%以下。按照所述裝置，能夠提供小型化、高性能，并且維護成本低的新型模擬太陽光照射
直ο

圖1是表示本實用新型的模擬太陽光照射裝置的光學系統(tǒng)整體結構的一個實施方式的側剖視圖。圖2是表示以往的模擬太陽光照射裝置整體結構的側剖視圖。圖3是在本實用新型的模擬太陽光照射裝置中使用遮光快門時的側剖視圖。圖4是表示本實用新型的遮光快門結構的一個實施方式的俯視圖。圖5是表示以往的遮光快門結構的俯視圖。附圖標記說明1…框體；2…光源燈；3…橢圓反射鏡；4…磁性體；5…分束鏡；6…照射透鏡單元； 7···棒透鏡；8…小口徑準直透鏡組；9…照射頭；10…平面反射鏡；11…波長選擇濾光器； 12…照射區(qū)域；13…照射光束；14…透射光束；15…反射光束；16…擴散板；17…光衰減濾光器；18…光電轉換元件；19…帶有XYZ電動機的光軸調整單元。21…光源燈；22…橢圓聚光鏡；23…第一平面反射鏡；對…波長選擇濾光器；25… 積分透鏡；26…第二平面反射鏡；27…準直透鏡；觀…照射面。31…遮光快門。41…玻殼(glass bulb)部；42…橢圓聚光鏡；43…電極套管部；44…遮光快門板； 45…照射光束；46…反射光束。51…玻殼部；52…橢圓聚光鏡；53···電極套管部力4…遮光快門板；55…照射光束；56…反射光束。
具體實施方式
下面，參照圖1說明本實用新型的模擬太陽光照射裝置的實施方式。圖1是表示本實用新型的模擬太陽光照射裝置中的光學系統(tǒng)整體結構的一個實施方式的側剖視圖。在圖1中，光源燈2、將從該光源燈2發(fā)出的光束引導向照射面的橢圓反射鏡3以及將來自該橢圓反射鏡3的光束分為透射光束和反射光束的分束鏡5，分別水平地收容在框體1內，光源部包括光源燈2和橢圓反射鏡3。在框體1中設有用于對光源燈2進行空氣冷卻的風扇(未圖示)和用于更換光源燈2等進行檢查維護的門(未圖示)。光源燈2以橫放的方式配置，并由支承棒固定(未圖示)。該支承棒通過由框體固定的帶有XYZ電動機的光軸調整單元19被框體支承。通過帶有XYZ電動機的光軸調整單元19能夠上下左右地調整光源燈2的位置。作為含有紫外線的光源，可以使用鹵素燈、氙燈，在照射模擬太陽光時，可以采取以一定照度使光源連續(xù)點燈來照射的方式及以脈沖方式使光源發(fā)光照射的方式中的任意一種方式。此外，也可以組合使用點燈用的專用電源裝置。橢圓反射鏡3用于使從光源燈照射的光會聚，通過將光源燈配置在橢圓反射鏡3 的第一焦點上，能將光源燈發(fā)出的照射光聚焦到橢圓反射鏡3的第二焦點上。聚光位置調整裝置是本實用新型用于將光源燈水平配置所必須的結構要素，聚光位置調整裝置是用于抵消地磁場對光源燈弧光的影響的裝置。在圖1中使用磁性體4作為聚光位置調整裝置。照射透鏡單元6由單一的棒透鏡7和小口徑準直透鏡組8構成。棒透鏡7是呈棱柱形狀的透鏡，在長軸方向上的一方是入射面，另一方是照射面。 來自光源燈2的、以不規(guī)則的角度入射的透射光束14在棒透鏡內邊反復進行全反射邊沿長軸方向前進，在到達另一端面時變成均勻的光束。為了抑制在入射面發(fā)生亂反射，并使照射區(qū)域的輪廓清楚，優(yōu)選的是，棒透鏡在長軸方向上的端部邊緣形成棱角。在以往技術所采用的積分透鏡中，由于從透鏡的另一端面照射的光的聚焦點有多個，所以焦點范圍大而單位面積的光量變少，但在本實用新型中采用的棒透鏡具備從透鏡另一端面照射的聚焦點單一、焦點范圍窄、單位面積的光量變多的特征。小孔徑準直透鏡組8由多個透鏡構成，通過改變與棒透鏡7的間隙寬度，對任意大小的區(qū)域都能對準焦點。因此能夠準確地決定照射范圍。平面反射鏡10及波長選擇濾光器11收納在照射頭9中。在本實用新型中，由于使模擬太陽光向照射區(qū)域12照射，因此，以將光軸從橫向改變?yōu)榭v向為目的，只使用一個平面反射鏡。波長選擇濾光器11是用于使光源燈的波長分布近似于太陽光的波長分布的波長光譜調節(jié)濾光器。來自橢圓反射鏡3的照射光束13被分束鏡5分為透射光束14和反射光束15。反射光束15通過擴散板16和光衰減濾光器17，由光電轉換元件18接收。反射光束15的光量只需要在光電轉換中所需的極少量的光量即可。通過隔著擴散板16和光衰減濾光器17， 可以避免對光電轉換元件18產生熱的影響。在本實用新型中，通過將分束鏡5配置在光源燈2及橢圓反射鏡3與遮光快門
631 (參照圖3)之間，與遮光快門31的關閉、打開無關，可以構成總是能夠進行控制的穩(wěn)定的光量控制回路。此外，由于分束鏡5由低反射率的反射層構成，因此能夠抑制透射光束14的衰減。圖3表示使用遮光快門31時的本實用新型的模擬太陽光照射裝置的實施方式。參照圖4說明本實用新型的遮光快門的結構。另外，圖5是以往技術的遮光快門的結構圖。遮光快門部由驅動源(未圖示)、正時帶輪(timing pulley)(未圖示)以及遮光快門板構成。驅動源是步進式電動機、直流電動機及氣缸中的任意一種。遮光快門的材料是輕金屬，但并不局限于輕金屬。在圖4所示的實施方式中，本實用新型的遮光快門板44呈在一邊彎曲的房蓋形或棱錐形。通過設置成所述形狀，使來自光源燈的照射光束(通過分束鏡的透射光束)45以遮光板的彎曲角度的法線為軸進行全反射，反射光束46不返回光源燈的電極套管部43和玻殼部41。因此，能抑制光源燈的過熱劣化。作為其結果，能延長光源燈的壽命。另一方面，對于圖5所示的以往技術的遮光快門板M，來自光源燈的照射光束(通過分束鏡的透射光束)陽被遮光快門板M反射成為反射光束56，返回光源燈的電極套管部 53和玻殼部51。因此，光源燈的電極套管部53和玻殼部51被過度加熱，成為伴隨電極套管部53氧化的進行而導致電接觸不良，以及使玻殼部的溫度超過容許值而造成光源燈損壞的主要原因。作為本實用新型的使用的例子，可以列舉應用于由非晶硅太陽能電池等太陽能電池單元構成的太陽能電池組模塊的電流-電壓特性測定法。
權利要求1.一種模擬太陽光照射裝置，其特征在于包括光源部，包括光源和橢圓反射鏡，所述光源含有紫外線，配置在所述橢圓反射鏡的第一焦點，所述橢圓反射鏡將從所述光源發(fā)出的照射光會聚到第二焦點；分束鏡，具有分束面，該分束面將來自所述光源部的照射光分為透射光和反射光；照射透鏡單元，包括單一棒透鏡，該棒透鏡在長軸方向上的一個端部為入射面，另一個端部為照射面，以使所述入射面位于所述橢圓反射鏡的第二焦點的方式配置該棒透鏡； 以及準直透鏡，配置在所述棒透鏡的后方；平面反射鏡，作為來自所述照射透鏡單元的照射光的光軸變更裝置；以及波長選擇濾光器，按照所述光源部、所述分束鏡、所述照射透鏡單元、所述平面反射鏡以及所述波長選擇濾光器的順序進行配置。
2.根據權利要求1所述的模擬太陽光照射裝置，其特征在于，所述光源部、所述分束鏡以及所述照射透鏡單元配置在同一光軸上。
3.根據權利要求1或2所述的模擬太陽光照射裝置，其特征在于，在所述光源部與所述照射透鏡單元之間設置有遮光裝置。
4.根據權利要求3所述的模擬太陽光照射裝置，其特征在于，使用在光源一側設有光散射結構的遮光板作為所述遮光裝置。
5.根據權利要求1或2所述的模擬太陽光照射裝置，其特征在于，在所述光源部中，使用磁性體作為聚光位置調整裝置。
6.根據權利要求1或2所述的模擬太陽光照射裝置，其特征在于，所述單一棒透鏡的所述照射面的形狀與試樣面的形狀相似，所述試樣面是被檢查面。
7.根據權利要求1或2所述的模擬太陽光照射裝置，其特征在于，設置有能夠改變所述棒透鏡與所述準直透鏡的距離的裝置。
8.根據權利要求1或2所述的模擬太陽光照射裝置，其特征在于，通過接收來自所述分束鏡的反射光來控制光源的光量。
9.根據權利要求1或2所述的模擬太陽光照射裝置，其特征在于，所述分束鏡是在分束面上層疊有防止反射層的平面型分束鏡。
專利摘要本實用新型提供一種小型化、高性能及維護成本低的新型模擬太陽光照射裝置。該模擬太陽光照射裝置包括光源部，包括光源和橢圓反射鏡，所述光源含有紫外線，配置在所述橢圓反射鏡的第一焦點，所述橢圓反射鏡將從所述光源發(fā)出的照射光會聚到第二焦點；分束鏡，具有分束面，該分束面將來自所述光源部的照射光分為透射光和反射光；照射透鏡單元，包括單一棒透鏡，該棒透鏡在長軸方向上的端部的一方為入射面，另一方為照射面，該棒透鏡配置成使所述入射面位于所述橢圓反射鏡的第二焦點；以及準直透鏡，配置在所述棒透鏡的后方；平面反射鏡，是使來自所述照射透鏡單元的照射光的光軸改變的光軸改變裝置；以及波長選擇濾光器，按上述順序配置各部分。
文檔編號F21V5/04GK202008060SQ20112003888
公開日2011年10月12日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權日2010年3月1日
發(fā)明者山口幸信, 新宮干夫, 池上和志 申請人:派克絲路科技股份有限公司, 納達特光電公司