JP2793309B2

JP2793309B2 - 太陽センサ

Info

Publication number: JP2793309B2
Application number: JP1334804A
Authority: JP
Inventors: 英輔奥村; 克彦津野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH03195921A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、宇宙航行体の姿勢制御や軌道制御に用いら
れる太陽センサに関する。

（従来の技術）以下、図面を用いて従来の太陽センサについて説明す
る。

第８図は、従来の太陽センサのヘッド部の構成を示す
図である。第８図において、10はスリットであり、太陽
光Ｓを導き入れる細長い透孔である。11はレティクルで
あり、スリット10が所定の間隔を有して形成されてい
る。12はリニアアレイセンサであり、上記スリット10を
通過して入射した太陽光の入射位置を検出するものであ
る。

このリニアアレイセンサ12には、上記スリット10の長
手方向と概略直交する方向に撮像素子13がレティクル11
と平行に直線上に配置されている。

いま、第８図に示す太陽センサに太陽光が入射される
と、太陽光は、スリットを通過してリニアアレイセンサ
12上に入射される。リニアアレイセンサ12上には、第９
図に示すようなスリットの配置と太陽光入射角に応じた
太陽光強度分布が生じ、図示しない撮像素子の転送駆動
により、その強度分布に応じた時系列信号が出力され
る。

この太陽光入射角を求めるには、リニアアレイセンサ
12より出力される時系列信号を予め設定した前記時系列
信号と同期した基準信号14と比較し、両信号の位相の違
いを検出すれば求められる。なお、この基準信号は14
は、太陽光がレティクル11に垂直に入射したときにリニ
アアレイセンサ12より出力される時系列信号と同位相で
ある。

ところが、第８図に示した太陽センサでは、第９図に
示すように、太陽光がＡのようにレティクル11に入射角
θ_１で入射した場合と、点線で示すＢのように入射角θ
_２で入射した場合と撮像素子上の強度分布が等しくな
る。従って、実際に検出された入射角と、真の入射角が
異なってしまう場合があった。

この検出された入射角と真の入射角との関係をグラフ
に示すと第10図のようになる。第10図で、横軸は入射し
た太陽光の真の入射角を示す。また、縦軸は太陽センサ
が実際に検出した検出角を示す。第10図を見てわかるよ
うに、この検出特性は、所定の周期を有している。

この周期をθ_ｆとし、レティクルとリニアアレイセン
サとの間隔をH,スリットどうしの間隔をＷとすれば、θ
_ｆは次式で表される。

θ_ｆ＝tan^-1（W/H）いま、このセンサで太陽光入射角がθ_１と検出された
とき、真の入射角はθ_１あるいはθ_２の場合が考えられ
る。真の入射角がθ_１かθ_２かを判別するためには、そ
の真の入射角が大体どの程度の角度を有しているかがわ
かっていれば判別ができる。

そのために大まかな入射角（以下粗の太陽角という）
を知る必要がある。この粗の太陽角をもとに、精密に計
測された入射角（以下精の太陽角という）であるθ_１あ
るいはθ_２のいずれかが真の太陽角かが判別される。即
ち、第10図で、粗の太陽角が繰り返される周期のうちい
ずれの周期に属するかを判別することによって真の太陽
角を得る。

従来、この粗の太陽角は別体のセンサを用いて、検出
されていた。この場合太陽センサ全体の重量や寸法が大
きくなってしまい、宇宙航行体の重量を少くするという
観点から問題があった。また、新たに粗太陽センサを製
作するのは面倒であるという欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）上記したように、従来の太陽センサでは精の太陽角
が、太陽センサの検出特性のいずれと周期に属するかを
判定するため、別体のセンサを用いて粗の太陽角を検出
して真の太陽角を測定していた。この場合、センサの重
量や寸法が大きくなり、宇宙航行体の重量の増加を招く
という欠点があった。また、新たな粗太陽角のセンサの
製作が面倒であるという欠点を有していた。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、一つの
センサで精，粗の太陽角が検出でき、小型で製作が容易
な太陽センサを提供することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決するために本発明の太陽センサは、隣
りあうスリットどうしの少くとも一部の間隔が、他のス
リットどうしの間隔と異なるように形成されているレテ
ィクルと、前記スリットの長手方向に対して概略直交す
るように直線上に撮像素子が配列され、前記スリットを
通過した太陽光が照射されるリニアアレイセンサと、こ
のリニアアレイセンサから導出される出力信号のうち、
前記レティクル上に形成されたスリットどうしの少くと
も一部の間隔が他のスリットどうしの間隔と異なること
によって定まる信号成分を抽出する出力抽出手段と、前
記出力抽出手段で抽出された信号成分から他と異なる太
陽光強度分布が生ずる前記リニアアレイセンサ上の位置
を検出し、この位置から、太陽角を検出する検出手段に
より構成されることを第１の特徴とする。

また、本発明の太陽センサは複数のスリットが一定の
間隔で形成されたレティクルと、前記レティクルの上部
又は下部に設けられ、少なくとも一部の領域が他の領域
と異なる光透過度を有する光学系と、前記スリットの長
手方向に対して概略直交するように直線上に撮像素子が
配列され、前記光学系及びスリットを通過した太陽光が
照射されるリニアアレイセンサと、前記リニアアレイセ
ンサ上に生ずる太陽光強度分布に対応する時系列信号か
ら、他と異なる太陽光強度分布が生ずる前記リニアアレ
イセンサ上の位置を検出し、この位置から太陽角を検出
する検出手段により構成されることを第２の特徴とす
る。

（作用）上記第１の特徴の構成による太陽センサでは、レティ
クルに形成されたスリットどうしの少くとも一部の間隔
を他の間隔と異なるようにすると、リニアアレイセンサ
上にこのスリットの間隔に対応した太陽光強度分布が生
じる。リニアアレイセンサからこの強度分布に対応した
時系列信号が出力され、出力抽出手段で、この時系列信
号からスリットどうしの間隔が異なることによって定ま
る信号成分が抽出され、検出手段で他と異なる太陽光強
度分布が生ずる前記リニアアレイセンサ上の位置が検出
されることにより、粗の太陽角が測定できる。

また、第２の特徴の構成による太陽センサでは、複数
のスリットが一定の間隔で形成されたレティクル上のス
リットと少くとも一部の領域が他の領域と異なる光透過
度を有する光学系とを太陽光が透過することにより、リ
ニアアレイセンサ上の一部に他と異なる太陽光強度分布
が生じ、この異なる分布が生じる位置が検出されること
により、粗の太陽角が得られる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照し
て説明する。

第１図は本発明に係る太陽センサのヘッド部の構成
を、第２図は同センサの回路構成を、第３図は太陽強度
分布及び各信号の波形を示す図である。第１図で前記第
８図と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は
省略する。

レティクル11には、複数のスリット10が形成されてい
る。レティクル11の下部には撮像素子（以下CCD）13が
直線上に配列されたリニアアレイセンサ12が配置されて
いる。このレティクル上のスリットどうしの間隔を１と
し、レティクル上のスリット20とスリット21間のスリッ
トを形成しない部分の破線上の一点を図のようにＰと置
く。この点Ｐの真下のCCD13上の点をＯとする。

図示するようにスリット20とスリット21間の間隔は他
のスリット間の間隔と異なる。

スリットを通過した太陽光は、CCD13に入射され、リ
ニアアレイセンサ12上に第３図に示すような太陽光強度
分布が生じる。第３図に示すように、スリット20とスリ
ット21間の間隔が他と異なることから、リニアアレイセ
ンサ12上に強度分布を生じない部分が生じる。リニアア
レイセンサ12からは、太陽光強度分布に対応した第３図
（ａ）に示すような時系列信号が出力される。この時系
列信号は、第２図の精の太陽角検出部30及び粗の太陽角
検出部36に入力される。

第２図で精の太陽角検出部30では、従来と同様にスリ
ットを通過した部分の太陽光強度分布に応じた時系列信
号と、この信号と同期した基準信号との位相比較を行う
ことで精の太陽角を得る。

粗の太陽角検出部36に入力された時系列信号は、スリ
ットどうしの間隔が他と異なることによって定まる信号
成分を抽出する信号抽出手段例えばローパスフィルタ31
に入力される。ローパスフィルタ31を通過した時系列信
号は、第３図（ｂ）のような波形をえがく信号となる。

このような信号は所定の基準レベルと比較する比較手
段、例えばディスクリ回路32に入力され、基準レベルで
あるディスクリレベル以下の信号が検出される。ディス
クリ回路32からディスクリレベルに対応した第３図
（ｃ）のようなパルス信号が出力される。

このディスクリ回路32から出力されるパルス信号は、
時刻計測回路34に入力される。この時刻計測回路34に
は、クロック信号発生器33よりクロック信号が入力され
る。

いま、第３図（ｃ）のパリス信号の立上り時間をT₁と
する。ディスクリ回路32から出力された信号が時刻計測
回路34に入力されると、クロック信号発生器33からクロ
ック信号が入り、パルスが立上った時点で、クロック信
号はストップする。クロック信号のクロック数を時刻計
測回路34でカウントすれば、時刻T₁を求めることができ
る。

時刻計測回路34からの時刻情報は、CCD上に位置を検
出する検出手段、例えば時刻・角度変換回路35で時刻T₁
に対応したCCD13上の位置情報に変換され。。時刻T₁に
対応したCCD13上の位置と、基準位置Ｏとの距離をＸと
すれば、粗の太陽角θ_Ｒは、次式で求めることができ
る。

θ_Ｒ＝tan^-1（X/H）精の太陽角検出部で得らた精の太陽角が、第10図の横軸
上のどの点に対応するかを得られた粗太陽角θ_Ｒから判
別することにより、真の入射角を得ることができる。

なお、第１図のレティクル上の破線部分は、スリット
を形成しない部分であるが、この部は存在していたスリ
ットを遮蔽してもよいし、最初からスリットを形成しな
いようにしてもよい。

またスリットは、必らずしも透孔である必要はない。
レティクルが光を透過させることができる部材、例えば
光学系である場合は、スリットを形成しない部分に例え
ば金属を蒸着させて、スリットを形成する部分の光透過
度を他の部分より高くして、スリットが透孔の場合と同
様の作用を得るようにしてもよい。

次に本発明の第２の実施例を第４図及び第５図で説明
する。なお、第４図で前記第１図と同一部分には同一符
号を付している。第４図に示すように、レティクル11上
のスリット40,41,42の幅及びスリット間の間隔を他のス
リットの幅及びスリット間の間隔と異なるように形成す
る。例えば、スリット40とスリット41間の間隔をｍと
し、スリット43とスリット44間の長さｎとすれば、ｍ＜
ｎのような関係になるようスリットを形成する。

また、第４図中のレティクル上の点Ｑの真下にあたる
CCD13上の点をＯとする。リニアアレイセンサ12上に生
ずる太陽光線強度分布に対応した時系列信号は、第５図
（ａ）のようになる。この時系列信号が第１の実施例の
場合と同様に出力抽出手段例えばバンドパスフィルタに
入力され、ここを通過した信号は、第５図（ｂ）のよう
になる。この信号がディスクリ回路でディスクリレベル
に応じた信号処理が行われ、第５図（ｃ）に示すような
パルス信号が出力される。

この信号が時刻計測回路に入力されると、クロック信
号発生器よりクロック信号が時刻計測回路に入り、この
クロックをカウントすることにより第５図（ｃ）の第１
のパルス45の立上り時点までの時刻が得られる。

時刻・角度変換回路で、時刻情報は角度情報に変換さ
れ、第１の実施例の場合と同様に粗の太陽角が得られ
る。

次に第６図は、複数のスリットが一定の間隔で並列に
形成されたレティクルを用いた場合の太陽センサの構成
を示す図である。レティクル11の上部には、透孔51を有
する光学系例えばニュートラルデンシティフィルタ50が
設けられている。このニュートラルデンシティフィルタ
50は、ガラスに金属Crが蒸着され、太陽光を均一に減衰
させる光学系である。

いま、このニュートラルデンシティフィルタ50の透孔
51をレティクル11上の中央のスリット53に合せるよう配
置する。レティクル11上の点Ｒの真下のCCD13上の点を
Ｏとする。太陽光がニュートラルデンシティフィルタ50
上に照射されると、リニアアレイセンサ12上の太陽光強
度分布は第７図（ａ）のようになる。

リニアアレイセンサ12からはこの強度分布に対応する
時系列信号（第７図（ｂ））が出力され、ディスクリ回
路に入力される。ここで、ディスクリレベルに応じた信
号処理が行われ、第７図（ｃ）のパルス信号を出力す
る。このパルス信号の立上り時刻を時刻測定回路で測定
する。時刻・角度変換回路で、測定した立上り時刻に対
応したCCD13上の位置を求め、CCD13上の基準位置Ｏから
距離を得る。この距離をＸとすれば、粗の太陽角θＲ
は、第１及び第２の実施例の場合と同様に求めることが
できる。

上記の実施例は、ニュートラルデンシティフィルタが
レティクルの上部に設けられた例であるが、ニュートラ
ルデンシティフィルタがレティクルの下部に設けられて
も同様の効果を得ることができる。

上述した構成によれば、従来用いられていた第８図の
ようなレティクルをそのまま用いることができるので、
スリットに特別の成型を加えなくてもよく製造が簡便で
ある。また、第６図の透孔51は、必ずしも透孔でなくて
もよく、例えば透孔51以外の部分の金属の蒸着率を高く
し、透孔51の部分の光透過度を他の部分より高くして、
透孔の場合と同様の作用を得るようにしてもよい。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明の太陽センサにあって
は、レティクル上の一部のスリット間の間隔を他のスリ
ット間の間隔と異なるようにしたことにより、別体の粗
太陽角センサを用いず、容易に粗の太陽角を測定するこ
とができる。さらに、レティクルの上部あるいは下部に
少なくとも一部の領域が他の領域と異なる光透過度を有
する光学系を設けたことによっても、別体の粗太陽角セ
ンサを用いずに一つのセンサで容易に粗太陽角を測定す
ることができる。

従って、センサの重量の削減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の太陽センサのヘッド
部の構成を示す図，第２図は、太陽センサの回路構成を
示す図，第３図は、太陽光強度分布及び各信号の波形を
示す図，第４図は、第２の実施例のヘッド部の構成を示
す図，第５図は、太陽光強度分布及び各信号の波形を示
す図，第６図は、ニュートラルデンシティフィルタを用
いた太陽センサのヘッド部の構成を示す図，第７図は、
太陽光強度分布及び信号の波形を示す図，第８図は、従
来の太陽センサのヘッド部の構成を示す図，第９図は、
従来の太陽センサにおける太陽光強度分布と基準信号の
波形を示す図，第10図は、太陽光入射角と検出角との関
係を示す図である。 10……スリット,11……レティクル 12……リニアレイセンサ,13……CCD 50……ニュートラルデンシティフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01C 1/00 - 1/14 G01B 11/00 - 11/30 G01J 1/02 B64G 1/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】隣りあうスリットどうしの少なくとも一部
の間隔が、他のスリットどうしの間隔と異なるように形
成されているレティクルと、前記スリットの長手方向に
対して概略直交するよう直線上に撮像素子が配列され、
前記スリットを通過した太陽光が照射されるリニアアレ
イセンサと、このリニアアレイセンサから導出される出
力信号のうち、前記レティクル上に形成されたスリット
どうしの少くとも一部の間隔が他のスリットどうしの間
隔と異なることによって定まる信号成分を抽出する出力
抽出手段と、前記出力抽出手段で抽出された信号成分か
ら他と異なる太陽光強度分布が生ずる前記リニアアレイ
センサ上の位置を検出し、この位置から、太陽角を検出
する検出手段とを具備することを特徴とする太陽セン
サ。
【請求項２】複数のスリットが一定の間隔で形成された
レティクルと、前記レティクルの上部又は下部に設けら
れ、少くとも一部の領域が他の領域と異なる光透過度を
有する光学系と、前記スリットの長手方向に対して概略
直交するように直線上に撮像素子が配列され、前記光学
系及びスリットを通過した太陽光が照射されるリニアア
レイセンサと、前記リニアアレイセンサ上に生ずる太陽
光強度分布に対応する時系列信号から、他と異なる太陽
光強度分布が生ずる前記リニアアレイセンサ上の位置を
検出し、この位置から太陽角を検出する検出手段とを具
備することを特徴とする太陽センサ。