JPH1151637A - 太陽方向検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い範囲で太陽を捕捉し、かつ高精度で太陽
方向を検出することを目的とする。 【解決手段】 太陽方向角が大きくない場合、太陽光５
は、スリット３を通ってセンサ部内底面１４に設置した
鏡１６で反射し、センサ部内上面１５に並設されている
太陽電池に到達し、起電力を生じる。この情報はエンコ
ーダ９を経て信号処理部７に伝えられ、どの太陽電池に
起電力が発生したのかがわかる。さらに、電荷の発生し
た太陽電池の位置より、太陽光の到達点とスリット３と
の距離ｄを求め、この距離およびセンサ部内上面１５と
鏡１６との距離とを用いて、センサ部内底面１４に垂直
な方向１７と太陽の方向とのなす角を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば宇宙機に
搭載され、広い視野範囲で太陽を捕捉し、太陽の方向を
検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、従来のこの種の検出装置について
説明する。図９は、従来の検出装置を示す図で、図にお
いて１は検出装置を示し、２はこの検出装置１を構成す
るセンサ部である。このセンサ部２は、箱型をなし、そ
の上部には所定の幅のスリット３が設けられている。こ
の箱型のセンサ部２の内部底面には、センサとして機能
する例えば太陽電池Ｓ１〜Ｓ９が、後述する信号処理と
の関係のもとに並設されている。すなわち、太陽４の光
５は、上記スリット３を通って前記した太陽電池Ｓ１〜
Ｓ９のいずれかに当たり、それによって、太陽電池Ｓ１
〜Ｓ９のいずれかが起電力を生ずる。この起電力は、信
号線６を通り、信号処理部７に伝えられる。信号処理部
７は、起電力を生じた太陽電池と上記スリット３の相対
位置関係をもとに、あらかじめ決められた信号処理を行
い、太陽方向を検出する。

【０００３】次に、上記検出装置１の内部接続とその動
作を図１０を用いて詳しく説明する。図１０は上記太陽
電池Ｓ１〜Ｓ９と信号処理部７の接続を示す。まず、太
陽４がスリット３の真上、すなわち、イの位置にあると
仮定する。この時、太陽光５は、スリット３を真上から
通り、スリット３の真下に位置する太陽電池Ｓ５に当た
り、この太陽電池Ｓ５に起電力が生じる。この起電力
は、前記した信号線６を通り、受光信号８として、信号
処理部７に伝えられる。信号処理部７は、まず、受光信
号８をエンコーダ９で２進数に符号化し、その数値つま
り受光位置が太陽電池Ｓ５の位置であるという情報をプ
ロセッサ（ＣＰＵ）１０に伝える。このプロセッサ（Ｃ
ＰＵ）１０は、これを読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１
１に書かれた所定の太陽方向計算式に従って、読み書き
メモリ（ＲＡＭ）１２のメモリ領域を使って信号処理
し、太陽の方向が真上であることを求め、その結果、例
えば０度という数値を太陽方向信号１３として出力す
る。

【０００４】次に、時間が経過し、太陽４が検出装置１
の斜め上方、すなわち、ロの位置に移動したと仮定する
と、この時、太陽光５は、スリット３を斜めに通り、例
えば太陽電池Ｓ１に当たり、太陽電池Ｓ１に起電力が生
じる。この起電力は、同様に前記した信号線６を通り、
受光信号８として、信号処理部７に伝えられる。信号処
理部７は、今度は、受光位置が太陽電池Ｓ１の位置であ
るという情報を上記と同様に信号処理し、太陽の方向が
斜め上方であることを求め、その結果、例えば＋２５度
という数値を太陽方向信号１３として出力する。他の位
置に太陽がある時も同様にして、太陽方向を検出するこ
とができる。また、この検出装置を２つ直角に配置する
ことにより二軸方向について太陽方向を検出することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、宇宙機はロ
ケットから分離されたあと、できるだけ早いうちに太陽
電池パドルによって電力を発生させ、それによって、各
種機能を動作させなければならない。そのためには、一
刻も早く太陽の方向を検出して、その方向に太陽電池パ
ドルを向ける必要がある。この太陽電池パドルを太陽に
向けさせるための宇宙機の姿勢を決定する際に用いられ
るのが太陽方向検出装置である。したがって、この太陽
方向検出装置は、より広い視野をもったものが望まし
い。しかしながら、従来の太陽方向検出装置には、次に
述べるような問題点がある。

【０００６】すなわち、従来の太陽方向検出装置１は、
上面中央部に太陽光５が通るスリット３を設けた箱体で
センサ部２を構成し、その内側底面に複数の太陽電池Ｓ
１〜Ｓ９を並設した構成となっているため、その視野角
には、おのずと限界がある。つまり、センサ部２の内底
面の長さＬとセンサ部２の内底面から上面までの高さＨ
の比によって、一意に、太陽光を受光できる視野角は決
まってしまう。従来の太陽方向検出装置の視野角を、後
述する捕捉用太陽方向検出装置と、通常運用用太陽方向
検出装置を例にとって示すと、前者が約５０度、後者が
約３０度と狭く、太陽を捕捉する際にも、衛星の姿勢を
かなり変えて全天球を探さなければならない。

【０００７】したがって、従来の太陽方向検出装置の構
成のままで広い視野を確保するには、上記長さＬを長く
し、太陽電池をより多く配置するか、あるいは、スリッ
ト３と太陽電池Ｓ１〜Ｓ９の距離を小さくする、つま
り、上記高さＨを低くするという方法が考えられる。し
かし、センサ部２の底面を長くし太陽電池をたくさん配
置すると、センサ部２が大きくなり、大きさ、重量の両
面について制限が厳しい人工衛星にとって、搭載するに
は不向きなものとなってしまう。一方、スリット３と太
陽電池Ｓ１〜Ｓ９の距離を小さくすると、単位当たりの
視野角に対する太陽電池数の比率が下がり、結果とし
て、分解能が落ち、通常運用時において精度が悪くなっ
てしまう。

【０００８】そのため、いままでの人工衛星は、互いに
直交する二つの軸それぞれに、前述したような精度は悪
いが視野は広い捕捉用太陽方向検出装置、つまり、上記
高さＨの低い太陽方向検出装置と、精度は良いが視野は
狭い通常運用用の太陽方向検出装置、つまり、上記高さ
Ｈの高い太陽方向検出装置を、組にして取付け、太陽方
向を検出している。このように、従来の人工衛星は、計
４つの太陽方向検出装置を搭載しているため、大きさ、
重量、コストの面で問題となっていた。

【０００９】この発明は、このような従来の太陽方向検
出装置における課題を解決するためになされたものであ
り、以下に詳述する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明による太陽方
向検出装置は、上面に所定の幅のスリットを有する箱型
のセンサ部と、上記スリットを通して箱内に入射する所
定の範囲の太陽光を反射するためにセンサ部内底面に設
置された鏡と、上記鏡で反射された太陽光を検知して起
電力を発生するために、センサ部内上面に並設された複
数の太陽電池と、上記スリットを通して箱内に入射した
太陽光のうち上記鏡に反射されない範囲の太陽光を検知
して起電力を発生するために、センサ部内底面に並設さ
れた複数の太陽電池と、上記の複数の太陽電池のいずれ
かから発生した起電力を受光信号として導入し、２進数
に符号化するエンコーダ、所定の太陽方向計算式の書か
れた読み出し専用メモリ、上記太陽方向計算式等を演算
するためのメモリ領域を有する読み書きメモリ、および
上記エンコーダの出力する２進数を入力し、上記読み出
し専用メモリに書かれた所定の太陽方向計算式に従っ
て、上記読み書きメモリのメモリ領域を使って信号処理
するプロセッサによって構成された信号処理部とを設け
たものである。

【００１１】第２の発明による太陽方向検出装置は、セ
ンサ部において、スリットを通して箱内に入射する太陽
光のうち、センサ部内底面に設置された鏡に反射されな
い範囲の太陽光を検知して起電力を発生するための太陽
電池を上記鏡の縁とセンサ部上面の縁をスリットと平行
に結ぶ平面上に並設するようにしたものである。

【００１２】第３の発明による太陽方向検出装置は、セ
ンサ部において、スリットを通して箱内に入射する所定
の範囲の太陽光を反射するためのセンサ部内底面の鏡を
その反射光がスリットから遠ざかるようにセンサ部上面
と所定の角度をなすように設置したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１を説明
するブロック図であり、３〜１３は図９および図１０と
同じものである。Ｓａ１〜ＳａｎおよびＳｃ１〜Ｓｃｎ
はセンサ部内底面１４に並設した太陽電池、Ｓｂ１〜Ｓ
ｂｍおよびＳｄ１〜Ｓｄｍはセンサ部内上面１５に並設
した太陽電池、１６はセンサ部内底面１４に設置した鏡
である。

【００１４】信号処理部７では、プロセッサ（ＣＰＵ）
１０が読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１１に書かれた太
陽方向計算式に従って、エンコーダ９から出力される２
進数を入力し、読み書きメモリ（ＲＡＭ）１２のメモリ
領域を使って信号処理し、太陽方向信号１３を出力す
る。

【００１５】図２は、センサ部２内部の太陽電池などの
配置を立体的に示した図である。１〜７は図９と、１４
〜１６及びＳａ１〜Ｓａｎ、Ｓｃ１〜Ｓｃｎ、Ｓｂ１〜
Ｓｂｍ、Ｓｄ１〜Ｓｄｍは図１と同じものである。

【００１６】図３は、太陽方向角が大きくない場合の信
号処理部７での太陽方向の決定方法を説明する図であ
る。太陽光５は、スリット３を通ってセンサ部内底面１
４に設置した鏡１６で反射し、センサ部内上面１５に並
設されている太陽電池（ここでは、単に符号Ｓで示して
ある）に到達し、起電力を生じる。この情報はエンコー
ダ９を経て信号処理部７に伝えられ、どの太陽電池に起
電力が発生したのかがわかる。さらに、電荷の発生した
太陽電池の位置より、太陽光の到達点とスリット３との
距離ｄがわかる。従って、センサ内部上面１５と鏡１６
との距離をｈとすると、センサ内部底面１４に垂直な方
向１７と太陽の方向とのなす角θは数１で計算できる。

【００１７】

【数１】

【００１８】すなわち、センサ部２の高さを２倍にした
場合と同等の分解能が得られる。通常の場合、高い精度
が要求される領域は太陽方向角が大きくない領域、例え
ば太陽方向を指向している場合や、太陽捕捉の終了段階
である。従って、太陽方向角の小さい領域で高精度が得
られることは本装置の使用目的に合致したものである。

【００１９】上記した数１の演算を信号処理部７で行な
い、それによって太陽方向を求め、θの値を太陽方向信
号１３として、この信号を必要とする図示していない制
御回路等へ出力する。

【００２０】図４は、太陽方向角が大きい場合の信号処
理部７での太陽方向の決定方法を説明する図である。太
陽光５は、スリット３を通ってセンサ部内底面１４に並
設されている太陽電池（ここでは、単に符号Ｓで示して
ある）に到達し、起電力を生じる。この情報はエンコー
ダ９を経て信号処理部７に伝えられ、どの太陽電池に起
電力が発生したのかがわかる。さらに、電荷の発生した
太陽電池の位置より、太陽光の到達点とスリット３直下
との距離ｄがわかる。従って、センサ部内底面１４に垂
直な方向１７と太陽の方向とのなす角θは数２で計算で
きる。

【００２１】

【数２】

【００２２】実施の形態２．実施の形態２による太陽方
向検出装置は、図５に示すように、実施の形態１のセン
サ部２において、鏡１６の縁とセンサ部内上面１５の縁
をスリット３と平行に結ぶ平面上に太陽電池を並設する
ようにしたものである。図５において、１〜７は図９
と、１４〜１６及びＳａ１〜Ｓａｎ、Ｓｃ１〜Ｓｃｎ、
Ｓｂ１〜Ｓｂｍ、Ｓｄ１〜Ｓｄｍは図１と同じである。

【００２３】図６は太陽方向角が非常に大きい場合の動
作を示す図である。図６において、太陽電池がセンサ部
内上面１５の近くまで並設されているため、計測可能な
範囲が広くなっている。また、入射光が太陽電池にあた
る角度がセンサ部内底面１４に並設されている場合より
垂直に近いため、発生する起電力を高くできるメリット
がある。

【００２４】実施の形態２において、Ｓａ１〜Ｓａｎあ
るいはＳｃ１〜Ｓｃｎの太陽電池が受光した場合、太陽
電池によってセンサ部内上面１５との距離が異なるた
め、信号処理部７ではエンコーダ９から入力した２進数
をもとに、スリット３直下からの距離ｄに加えてセンサ
部内上面１５との距離ｈを得て数２により太陽方向角を
計算する。

【００２５】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
よる太陽方向検出装置は、図７に示すように、実施の形
態１のセンサ部内底面１４に設置されている鏡１６を、
反射光がスリット３から遠ざかるようにセンサ部内底面
１４と角度αをなすように設置したものである。

【００２６】図８は、その動作を示す図であり、スリッ
ト３から入射した太陽光５は鏡１６が角度α傾いている
ために、反射光がセンサ部上面１５に到達する地点はス
リット３から離れた地点となる。従って、スリット３近
くに太陽電池を設置する必要がなくなり、太陽電池の設
置範囲の自由度が高まるという利点がある。

【００２７】

【発明の効果】第１の発明によれば、通常高い精度が要
求される太陽方向角が大きくない場合において、スリッ
トを通った太陽光をセンサ部底面に設置した鏡に反射さ
せてセンサ部上面に並設した太陽電池で受光するので、
２倍の高さを有する場合と同等の分解能を得ることがで
きる。

【００２８】第２の発明によれば、センサ部内上面近く
まで斜めに太陽電池を配置するので、太陽方向角が非常
に大きい場合でも計測が可能になると共に、太陽光が太
陽電池に当たる角度が垂直に近くなるので発生起電力を
高くできる。

【００２９】第３の発明によれば、センサ部内底面に設
置する鏡を反射光がスリットから遠ざかるように角度を
つけて設置するので、センサ部内上面の太陽電池をスリ
ットから離して設置することが可能となり、設置の自由
度が高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による太陽方向検出装置の実施の形
態１を示すブロック図である。

【図２】 この発明による太陽方向検出装置の実施の形
態１を示す図である。

【図３】 実施の形態１において、太陽方向角が大きく
ない場合の動作を示す図である。

【図４】 実施の形態１において、太陽方向角が大きい
場合の動作を示す図である。

【図５】 この発明による太陽方向検出装置の実施の形
態２を示す図である。

【図６】 実施の形態２において、太陽方向角が非常に
大きい場合の動作を示す図である。

【図７】 この発明による太陽方向検出装置の実施の形
態３を示す図である。

【図８】 実施の形態３において、太陽方向角が大きく
ない場合の動作を示す図である。

【図９】 従来の太陽方向検出装置を示す図である。

【図１０】 従来の太陽方向検出装置の内部接続を示す
図である。

【符号の説明】

１ 太陽方向検出装置、２ センサ部、３ スリット、
４ 太陽、５ 太陽光、６ 信号線、７ 信号処理部、
８ 受光信号、９ エンコーダ、１０ プロセッサ、１
１ 読み出し専用メモリ、１２ 読み書きメモリ、１３
太陽方向信号、１４ センサ部内底面、１５ センサ
部内上面、１６ 鏡、１７ センサ部内底面に垂直な方
向。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に所定の幅のスリットを有する箱型
   のセンサ部と、上記スリットを通して箱内に入射する所
   定の範囲の太陽光を反射するためにセンサ部内底面に設
   置された鏡と、上記鏡で反射された太陽光を検知して起
   電力を発生するために、センサ部内上面に並設された複
   数の太陽電池と、上記スリットを通して箱内に入射した
   太陽光のうち上記鏡に反射されない範囲の太陽光を検知
   して起電力を発生するために、センサ部内底面に並設さ
   れた複数の太陽電池と、上記の複数の太陽電池のいずれ
   かから発生した起電力を受光信号として導入し、２進数
   に符号化するエンコーダ、所定の太陽方向計算式の書か
   れた読み出し専用メモリ、上記太陽方向計算式等を演算
   するためのメモリ領域を有する読み書きメモリ、および
   上記エンコーダの出力する２進数を入力し、上記読み出
   し専用メモリに書かれた所定の太陽方向計算式に従っ
   て、上記読み書きメモリのメモリ領域を使って信号処理
   するプロセッサとによって構成された信号処理部とを具
   備したことを特徴とする太陽方向検出装置。
2. 【請求項２】 センサ部において、スリットを通して箱
   内に入射する太陽光のうち、センサ部内底面に設置され
   た鏡に反射されない範囲の太陽光を検知して起電力を発
   生するための太陽電池を上記鏡の縁とセンサ部上面の縁
   をスリットと平行に結ぶ平面上に並設するようになって
   いる請求項１記載の太陽方向検出装置。
3. 【請求項３】 センサ部において、スリットを通して箱
   内に入射する所定の範囲の太陽光を反射するためのセン
   サ部内底面の鏡を、その反射光がスリットから遠ざかる
   ようにセンサ部上面と所定の角度をなすように設置する
   ようになっている請求項１記載の太陽方向検出装置。