JPH0457208B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、人工衛星等の飛翔体の姿勢検出等
に使用される太陽センサに関し、詳しくは極めて
簡単は構造の冗長構成を有するヘツドを備えた太
陽センサに関する。

〔従来の技術〕

太陽センサは、人工衛星等の飛翔体から太陽方
向ベクトルを検出する光学姿勢センサであり、方
向基準としての太陽のターゲツト特性、すなわち
光源強度、一様性、真円度等の特性が優れている
ため、基本的且つ不可欠の姿勢センサとして多用
されている。

そして、かかる太陽センサは、その動作原理、
機能、性能、コスト等により種々の方式が提案さ
れ、実用化されているが、そのヘツド部の構成に
より、アナログ方式、デジタル方式、多重空間フ
イルタ方式、固体撮像素子方式等に分類される。

太陽センサは、前述のように、第３図Ａに示す
太陽方向ベクトルOSのXZ平面への射影OS₁とOZ
のなす角ａ、及びYZ平面への射影OS₂とOZのな
す角ｂの両角度を検出するものであるが、多くの
太陽センサでは、第３図Ｂ，Ｃに示すような角度
ａ検出用ヘツド部１１及び角度ｂ検出用ヘツド部
１２をそれぞれ備えており、各ヘツド部１１，１
２は１軸検出用太陽センサとして用いられてい
る。

次に、かかる１軸検出用太陽センサのヘツド部
として、アナログ方式と固体撮像素子方式の各構
成例と、その動作原理について簡単に説明する。

まずアナログ方式の太陽センサヘツド部の構成
例について説明する。アナログ方式の太陽センサ
は、３軸安定衛星の捕捉モード、クルージングモ
ード、セーフテイモード等で用いられる粗精度、
広角太陽センサであり、このヘツド部の基本構成
を第４図Ａ，Ｂに示す。すなわちアナログ方式太
陽センサのヘツド部２１は、基本的には、溶融石
英、合成石英等の石英ガラスからなるプリズム２
２と、該プリズム２２の表面にクロムあるいは酸
化クロムの蒸着などにより形成したスリツト２３
ａを有する遮光部２３と、プリズム２２の裏面に
配置された検出素子２４とで構成されている。検
出素子２４は先端傾斜部を有する２個のシリコン
フオトセル２４ａ，２４ｂを、その傾斜部を互い
に対抗させて配置し構成している。

そして、このように構成されている太陽センサ
のヘツド部２１における感度軸視野α及び、非感
度軸視野τ内に太陽があるとき、太陽センサは太
陽方向のα−成分を、フオトセル２４ａ，２４ｂ
の出力信号の大きさの差に基づき検出することが
できるようになつている。なお感度軸視野αと
は、第４図Ｃに示すように、太陽センサをスリツ
ト２３ａの長さ方向のＹ軸を中心にヘツド部２１
を回転させた時に、太陽方向を検出しうる最大範
囲を指し、非感度軸視野τとは、太陽センサをス
リツト２３ａの長さ方向と直交する方向のＸ軸を
中心にヘツド部２１を回転させた時に、太陽方向
を検出しうる最大範囲を指す。

次に固体撮像素子方式の太陽センサは、高精度
三軸衛星の慣性姿勢基準（ジヤイロ等）の基準更
新用等にも使用できる高精度、広角太陽センサ
で、一次元CCD等を検出器として採用するもの
で近年注目されているものであり、そのヘツド部
３１の基本構成例を第５図Ａの斜視図と、第５図
Ｂの断面図で示す。ヘツド部３１は石英ガラスな
どからなるプリズム３２と、該プリズム３２の上
面に配設されたスリツト３３ａを有する遮光部３
３と、該遮光部３３の上面に配置された石英等か
らなる減光用フイルタ３４と、前記プリズム３２
の下面に配置された色ガラス等からなるバンドパ
スフイルタ３５と、該バンドパスフイルタ３５の
下面に配設された一次元固体撮像素子３６とで構
成されている。

そして、アナログ太陽センサの場合と同様に、
第５図Ｃに示す感度軸視野α、非感度軸視野τ内
に太陽があるとき、太陽センサは太陽方向のα−
成分を第６図Ａ〜Ｃに示す検出原理で検出するも
のである。すなわち、第６図Ａに示すように、太
陽センサヘツド部３１に対してα₀の角度で太陽光
が入射した場合、固体撮像素子３６上に撮影され
たスリツト３３ａの像は、Ｘ軸方向に広がつた回
折像となる。この回折像の光強度分布に対応した
固体撮像素子３６からの出力信号は第６図Ｂに示
すようになる。この出力信号に対して中心位置計
算処理を行うことにより、第６図Ｃに示すよう
に、高精度に中心位置ｘを求めることができる。
このｘの位置から入射角α₀を、基本的にα₀≒
tan^-1xで表される較正曲線から求めることがで
き、太陽方向のα−成分を検出することができる
ようになつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記の如き構成の太陽センサを実際
に人工衛星に搭載する場合には、該人工衛星が太
陽指向衛星あるいはスピン衛星でない場合、太陽
は人工衛星に対してさまざまな方向に位置するこ
とになり、したがつて通常太陽センサヘツド部は
衛星外壁等の数個所に取り付けられ、太陽センサ
システムとして運用されるようになつている。

また、一般に人工衛星に用いる基本機器は、実
際に搭載して利用するに当たつては、必ず冗長構
成、すなわち同一機能並びに同一性能のものを２
台以上搭載し、１台が故障しても系統の故障には
至らないようにする構成を採用している。

以上の２つの理由から、人工衛星に搭載される
太陽センサヘツド部の個数はかなり多いものとな
つている。そして従来この冗長構成をとるため
に、太陽センサはそのヘツド部を、１個所に全く
同じ構成のものをそれぞれ２台ずつ取り付ける方
法を採つており、したがつて重量としては、太陽
センサヘツド部の１システム分の重量の２倍とな
つていた。

したがつて、従来から太陽センサの冗長構成を
改善し、小型・軽量化を計ることが強く望まれて
いた。

上記従来の構成の太陽センサヘツド部を一体冗
長構成化しようとするとき、第７図に示すよう
に、スリツト遮光部４１及びプリズム４２を共用
し、能動的なクリテイカル部である、フオトセ
ル、一次元固体撮像素子等からなる２つの検出器
４３，４４を、プリズム４２の下面に並列に配置
する構成が考えられる。

ところが、このような冗長構成を採用した場
合、第８図に示すように、各検出器４３，４４の
それぞれの非感度軸視野４５，４６が異なるた
め、衛星搭載時の非妨害視野（人工衛星の構体、
アンテナ、太陽電池パドル等が入らないようにし
た視野）を確保する際に不利になると共に、太陽
センサシステム運用上においても煩雑さが伴うと
いう問題点が生ずる。そのような冗長系を構成す
る２つの検出器の視野特性が異なるという問題点
は、太陽センサヘツド部の外側にフード等を取り
付けても改善されないものである。

本発明は、従来の太陽センサに対する冗長構成
を採用する場合の上記問題点を解消するためにな
されたもので、視野特性が等しく、重量を軽減化
した簡単な構造の冗長構成の太陽センサを提供す
ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

上記問題点を解決するため、本発明は、光学部
材及びスリツト遮光部を介して入射される太陽光
を検出するための検出器を２個並列に配設してな
る冗長構成の太陽センサにおいて、光学部材と検
出器間に開口部を備えたフイールドストツパを配
置して両検出器の視野特性を等しくなるように構
成するものである。

このように構成することにより、視野特性が等
しく且つ重量の軽減化された冗長構成の太陽セン
サを簡単な構造で得ることが可能となる。

〔実施例〕

以下実施例について説明する。第１図Ａ，Ｂは
本発明に係る太陽センサの一実施例の一部切欠き
斜視図及びその断面図である。図において、１は
石英ガラス等からなる光学部材たるプリズム、２
は該プリズム１の上面に配設されたスリツト３を
備えた遮光部、４及び５は前記プリズム１の下方
において互いに平行に配設した、フオトセルある
いは固体撮像素子等からなる検出器、６は前記プ
リズム１と検出器４，５の間において遮光部２と
各検出器４，５に平行に配設されたフイールドス
トツパである。該フイールドストツパ６は各検出
器４，５に対応させて長方形状の２つの開口部６
ａ，６ｂを備えており、そして該開口部６ａ，６
ｂは、それらによつて制限される各検出器４，５
の非感度軸視野７，８が無限遠方において全く等
しくなるように設定されている。そしてこれらの
プリズム１、検出器４，５及びフイールドストツ
パ６は、太陽センサヘツド部のフレーム９等でそ
れぞれ所定の位置に保持されるように構成してい
る。

このようにフイールドストツパ６を配設して太
陽センサヘツド部を構成した場合、各検出器４，
５の各非感度軸視野７，８は並行移動しただけの
差異になり、第７図及び第８図に示したものの如
く非感度軸視野が異なつてしまうという欠点は除
去される。これは太陽センサにおける光学部材た
るプリズム１が非感度軸視野τ方向に対して焦点
を有しないことにより、無限遠方からの太陽光に
対して並進対称性をもつているという特殊事情に
より達成されるものである。

しかも、このように太陽センサの冗長系を構成
することにより、従来の１ヘツド部・１検出器構
成から、１ヘツド部・２検出器構成となるため、
従来の太陽センサシステムに比べ重量的に20〜40
％程度軽減することができる。

この実施例における具体的な数値例を述べる
と、２つの検出器４，５の中心間の離間距離を15
mm、各検出器とフイールドストツパ間の距離を６
mm、フイールドストツパの開口幅を８mmとする
と、各検出器の非感度軸全視野各68゜の太陽セン
サヘツド部が得られる。

上記実施例は、各検出器の非感度軸視野の両側
をフイールドストツパでマクスして制限するよう
に構成したものを示したが、フイールドストツパ
で非感度軸視野の片側のみをマスクする方式で本
発明を実施することもできる。第２図Ａ，Ｂは、
かかる実施例を示す一部切欠き斜視図と断面図で
ある。この実施例では断面Ｔ字形のフイールドス
トツパ１０を、その突出縁部１０ａ，１０ｂがピ
リズム１と検出器４，５の載置面との間におい
て、しかも両検出器４，５の中間に位置するよう
に配置するものである。そして各検出器４，５に
対する非感度軸視野７，８の一方側は、それぞれ
Ｔ字型フイールドストツパ１０の突出縁部１０
ａ，１０ｂでそれぞれ規制されるようにし、一方
該視野の他側はそれぞれスリツト３の両端部３
ａ，３ｂで規制されるようにし、そして、このＴ
字型フイールドストツパ１０及びスリツト３の両
端部３ａ，３ｂで規制される各検出器４，５の非
感度軸視野が無限遠方において等しくなるよう
に、Ｔ字型フイールドストツパ１０の配置位置を
設定するものである。

このように非感度軸視野の片側のみを制限する
Ｔ字型フイールドストツパを用いて、太陽センサ
ヘツド部を構成しても、第１図Ａ，Ｂに示した実
施例と全く同様に動作させることができる。

上記各実施例におけるフイールドストツパの材
質としては、太陽センサヘツド部のフレームと同
じチタン又はアルミニウム等を用いることがで
き、そしてその表面に黒色塗装を施し、プリズム
と検出器との間にフレーム等で一体的に保持する
ことにより太陽センサヘツド部が形成される。

なお、上記各実施例においては、スリツト３を
備えた遮光部２をプリズム１の表面に配設したも
のを示したが、スリツト３を有する遮光部２は、
プリズム１とフイールドストツパ１０の間に配設
することもでき、この場合も全く同様な作用効果
を奏しうるものである。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて説明したように、本発明
によれば、１個のヘツド部で視野特性の等しい冗
長構成の太陽センサを容易に得ることができ、そ
れにより小型化されると共に重量が軽減化され、
非妨害視野の確保が容易となり、しかも視野特性
の相違に基づく太陽センサ運用上の煩雑さを回避
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは、本発明に係る太陽センサの一実施
例の一部切欠き斜視図、第１図Ｂは、その断面
図、第２図Ａは、本発明の他の実施例の一部切欠
き斜視図、第２図Ｂは、その断面図、第３図Ａ
は、太陽センサの原理を示す説明図、第３図Ｂ及
びＣは、１軸検出用太陽センサヘツド部を示す斜
視図、第４図Ａは、従来のアナログ方式太陽セン
サの構成例を示す斜視図、第４図Ｂは、その断面
図、第４図Ｃは、視野角を示す説明図、第５図Ａ
は、従来の固体撮像素子方式の太陽センサの構成
例を示す斜視図、第５図Ｂは、その断面図、第５
図Ｃは、視野角を示す説明図、第６図Ａは、第５
図Ａに示した太陽センサによる太陽方向の検出原
理を示す説明図、第６図Ｂは、固体撮像素子によ
る出力信号波形を示す図、第６図Ｃは、中心位置
計算処理後の信号波形を示す図、第７図は、１ヘ
ツド２検出器構成の太陽センサを示す斜視図、第
８図は、第７図に示した太陽センサの各検出器の
非感度軸視野を示す説明図である。 図において、１はプリズム、２は遮光部、３は
スリツト、４，５は検出器、６はフイールドスト
ツパ、７，８は非感度軸視野、９はフレーム、１
０はＴ字型フイールドストツパを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プリズム等の光学部材と、該光学部材の裏面
   側に互いに平行に配設した２個の検出器と、前記
   光学部材と検出器との間に配置した開口部を備え
   たフイールドストツパと、該フイールドストツパ
   の上方に配設したスリツトを有する遮光部とから
   なり、該フイールドストツパは前記２個の検出器
   のそれぞれの非感度視野を無限遠方において等し
   くするように設定されていることを特徴とする太
   陽センサ。