JPS62297712A - 太陽センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、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な構造の冗
長構成を有するヘッ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
太陽のターゲット特性、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、そのヘッド部の構成により、アナロ
グ方式、デジタル方式、多重空間フィルタ方式、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（８）に示す太陽
方向ベクトルＯ８のＸＺ平面への射影ＯＳ。

とＯＺのなす角ａ１及びｙｚ平面への射影Ｏ３２とＯＺ
のなす角すの両角度を検出するものであるが、多（の太
陽センサでは、第３図＋Ｂ１．　（Ｃ１に示すような角
度ａ検出用ヘッド部１１及び角度す検出用ヘッド部１２
をそれぞれ備えており、各ヘッド部Ｉ＋。

１２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ｌ軸検出用太陽センサのヘッド部として、
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ッ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、セーフティモー
ド等で用いられる粗精度。

広角太陽センサであり、そのヘッド部の基本構成を第４
図＾、（Ｂ）に示す。すなわちアナログ方式太陽センサ
のヘッド部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２２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ット２３ａ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は先細傾斜部を有する２個
のシリコンフォトセル２４ａ、２４ｂを、その傾斜部を
互いに対向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ッド
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、
フォトセル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っている。なお感度
軸視野αとは、第４図（Ｃ１に示すように、太陽センサ
をスリット２３ａの長さ方向のＹ軸を中心にヘッド部２
１を回転さゼた時に、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、太陽センサをスリット２
３ａの長さ方向と直交する方向のＸ軸を中心にヘッド部
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、高精度三輪衛星
の慣性姿勢基準（ジャイロ等）の基準更新用等にも使用
できる高精度９広角太陽センサで、−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、そのヘッド部３１の基本構成例を第５図（８）の斜
視図と、第５図ＦＢ）の断面図で示す。ヘッド部３１は
石英ガラスなどからなるプリズム３２と、該プリズム３
２の上面に配設されたスリット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
減光用フィルタ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ィルタ３５と、
該バンドパスフィルタ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（８）
〜（Ｃ）に示す検出原理で検出するものである。すなわ
ち、第６図四に示すように、太陽センサヘッド部３１に
対してα。の角度で太陽光が入射した場合、固体撮像素
子３６上に投影されたスリット３３ａの像は、Ｘ軸方向
に広がった回折像となる。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■）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（Ｃ１に示すように、高精
度に中心位ｆｉｘを求めることができる。このＸの位置
から入射角α。を、基本的にα。＃ｔａｎ−’ｘ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っている。

〔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、したがって通常太
陽センサヘッ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ってい
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っては、必ず冗長構成、すなわち同
−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
サヘッド部の個数はかなり多いものとなっている。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
ッド部を、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っており、したがって重量とし
ては、太陽センサヘソド部の１システム分の重量の２倍
となっていた。

したがって、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ッ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、スリット遮光
部４１及びプリズム４２を共用し、能動的なりリティカ
ル部である、フォトセル、−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。こ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
ンサヘッ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、光学部材及びスリット遮光部
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ィールドストッ
パを配置して雨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（ハ）、田）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
に配設されたスリット３を備えた遮光部、４及び５は前
記プリズムｌの下方において互いに平行に配設した、フ
ォ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ィールドストッパ
である。該フィールドストッパ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６ａ、６ｂを備えてお
り、そして該開口部６ａ、６ｂは、それらによって制限
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及びフィールドスト
ッパ６は、太陽センサヘッド部のフレーム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机 このようにフィールドストッパ６を配設して太陽センサ
ヘッ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ってし
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が非感度軸視野で方向に対し
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っ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ヘッド部・ｌ検出器構成から、１ヘッ
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１５ｍ、各検出器と
フィールドストッパ間の距離を６ｆｉ、フィールドスト
ッパの開口幅を８ｆｉとすると、各検出器の非感度軸全
視野角６８″の太陽センサへ。

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ィー
ルドストッパでマスクして制限するように構成したもの
を示したが、フィールドストッ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図四、田）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丁字形のフィ
ールドストッパｌＯを、その突出縁部１０ａ、１０ｂが
プリズムｌと検出器４．５の配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字型フィールドストッパ
１０の突出縁部１０ａ、１０ｂでそれぞれ規制されるよ
うにし、一方線視野の他側はそれぞれスリット３の両端
部３ａ、３ｂで規制されるようにし、そして、このＴ字
型フィールドストッパ１０及びスリット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字型フィールドス
トッパｌＯ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
ィールドストッパを用いて、太陽センサヘッド部を構成
しても、第１図＾、（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ィールドストッパの材質として
は、太陽センサヘッ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ッド部が形成
される。

なお、上記各実施例においては、スリット３を備えた遮
光部２をプリズムｌの表面に配設したものを示したが、
スリット３を有する遮光部２は、プリズム１とフィール
ドストッパ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個のヘッ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
と共に重滑が軽減化され、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連用上の
煩雑さを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図へは、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図へ
は、本発明の他の実施例の一部切欠き斜視図、第２図山
）は、その断面図、第３図＾は、太陽センサの原理を示
す説明図、第３図（Ｂ）及びｆｃ）は、ｌ軸検出用太陽
センサヘッド部を示す斜視図、第４図＾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開山）
は、その断面図、第４図（Ｃ１は、視野角を示す説明図
、第５図＾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＋Ｂｌは、その断面図、第
５図（Ｃ）は、視野角を示す説明図、第６図＾は、第５
図へ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（Ｂｌは、固体撮像素子による出力信
号波形を示す図、第６図（Ｃ１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はスリット
、４．５は検出器、６はフィールドストッパ、７．８は
非感度軸視野、９はフレーム、１゜はＴ字型フィールド
ストッパを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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ィールドストッパと
   、該フィールドストッパの上方に配設したスリットを有
   する遮光部とからなり、該フィールドストッパは前記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。