KR980010375A - 디지탈 태양센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광선의 입사각을 측정하는 디지탈 태양센서에 관한 것이다. 유리판의 상면에 형성된 슬릿을 통해 광을 수광하는 수광부, 소정크기의 투광창으로 마련된 패턴이 다수 나란하게 상기 유리판의 바닥면에 배열되어, 그레이코드의 비트에 해당하는 상기 패턴은 상기 슬릿의 시야각범위를 소정의 균등각도로 다수분할하여 각 분할각도내로 입사되는 광경로에 대응되는 상기 유리판의 바닥면상의 위치영역에 상기 투광창이 교번으로 배치되어, 상기 분할각도를 서로 달리하는 각 패턴에 상기 슬릿의 광축에 대해 소정의 각도로 입사되는 태양광선을 선택적으로 투과시킴으로써, 상기 비트의 온/오프의 정보를 제공하는 그레이코드 패턴부, 그레이코드패턴부를 통과하여 입사된 태양광선을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 각각 출력하는 광전 변환부 및 상기 전기적 신호로부터 상기 입사각을 계산하고 표시하는 전자 회로부로구성되어, 태양의 입사각의 측정 분해능 및 측정정밀도가 향상된다.

Description

디지탈 태양센서

본 발명은 태양광선의 입사각을 측정하는 디지탈 태양센서에 관한 것이다.

태양센서는 위성체의 자세제어시스템에 포함되는 센서중의 하나로서, 태양광선을 이용하여 위성의 자세를 판단하는데 사용된다. 즉, 위성체에 부착되어 있는 태양센서의 수광면에 수직한 방향에 대해 입사되는 태양광선의 입사각을 판단하여 태양과 위성체와의 방위각을 판단하는데 태양센서가 이용된다.

이와 같은 태양센서의 제작에 있어서, 고려해야할 사항들은 조성구조가 간단할 것, 경량일 것, 소형일 것, 우주공간에서 입자복사선의 복사를 받은후에도 재료의 변질이 없을 것, 자외선 복사를 받은후 투과율이 감소하지 말야야 할 것등이다. 또한, 태양센서는 위성의 표면에 탑재되가 때문에 온도차가 큰 우주환경속에서 그 특성이 변하지 말아야 하며 지구 반사광의 영향도 고려하여야 한다.

종래의 태양센서는 태양광선의 입사각을 측정하는데 아날로그 태양센서를 사용하였다.

도1의 (a) 및 (b)는 종래의 아날로그 태양센서가 위성에 대한 태양광선의 입사각을 측정하기 위한 방법을 설명하기 위해 도시한 것이다.

도1의 (a) 및 (b)를 참조하여 아날로그 태양센서가 위성체에 대한 태양광선의 입사각 측정방법을 간략히 설명한다.

수광면이 입사되는 태양광선을 감지하도록 광검출기(2)가 구성되어 입사각에 따라 수광면에 입사되는광량의 변화를 측정하여 이 값으로부터 입사각을 측정한다.

도1의 (a)에서는 태양광선의 입사각을 측정하기 용이하도록 광을 차폐시키는 마스크(1)로 태양광선의 입사광량을 조절하고, 입사광량을 광검출기(2)로서 검출한다. 도1의 (b)에서는 광검출기(3)가 4분할되어 태양광선의 입사각에 따른 광량을 각각의 분할면(a, b, c, d)에서 검출하도록 구성된다. 태양광선이 수광면에 수직으로 입사되면 분할된 수광면(a, b, c, d)의 각각에서 검출된 태양광선의 광량이 같게되고, 소정의 각도로 태양광선이 입사되면 분할된 수광면(a, b, c, d)의 각각에서 검출된 광량이 서로 다르게 된다. 따라서, 각 분할된 수광면(a, b, c, d)으로부터 검출된 태양광선의 광량변화를 통해 입사각의 변화를 측정할 수 있다. 이와 같은 광검출기로부터 검출된 광량신호는 컴퓨터에 의해 입사각이 계산된다.

도시된 방법의 아날로그 태양센서들은 광검출기에 입사되는 태양광선의 입사광량으로부터 태양광선의 입사각을 측정하기 때문에 제작이 간단한 반면 다음과 같은 여러 가지 문제점을 안고 있다.

첫째, 광검출기의 각 요소가 서로 감도특성 및 온도변화에 따른 열화 특성이 일치되지 않는다.

둘째, 지구에서 반사된 광등 외부의 노이즈원에 의해 측정오차가 쉽게 유발된다.

또한, 태양이 위성체에 가까이 있는 관계로 별처럼 점원으로 볼 수 없고, 위성체에 대해 시야각이 약 0.52도의 각도내에 있는 원으로 볼 수 있다. 따라서, 광검출기의 감도특성에 의해 그 분해능이 좌우되는 아날로그 태양센서에서는 통상적으로 그 각도의 분해능이 1도범위로 제한된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 태양광선의 입사각 분해능이 향상된 디지탈 태양센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1의 (a) 및 (b)는 태양광선의 입사각을 측정하기위한 종래의 방법을 설명하기 위해 도시한 것이다.

도2는 본 발명에 따른 디지탈 태양센서의 동작설명을 위한 부분 분해 사시도이다.

도3은 도2의 그레이 코드 패턴부의 구성을 도시한 것이다.

도4는 전자회로부의 블록 구성도이다.

* 도면의 주요부호에 대한 설명

1 : 마스크 2, 3 : 광검출기

4 : 실린더렌즈 5 : 슬릿

6 : 유리판 7 : 그레이코드 패턴부

11 : 자동문턱조정비트부 12 : 사인비트부

13 : 개략비트부 14 : 파인비트부

30 : 광전변환부 31 : 태양전지

50 : 전자회로부 51 : 시야처리부

52, 53, 62, 63 : 증폭기 60 : 개략비트 연산부

61 : 스위칭수단 64 : 비교기

65 : 그레이코드 변환부 66 : 비교부

70 : 파인비트 연산부 71 : 위상제어부

72 : 직류제어수단 73 : 밴드패스 필터부(BPF)

74 : 구형파 변환부 75 : 게이트 조정부

76 : 이진 변환부 80 : 버퍼

90 : 표시기 100 : 제어부

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디지탈 태양센서는 균일한 두께를 갖는 유리판의 상면에 실린더렌즈가 설치되고, 상기 실린더렌즈의 종축을 따라 균일한 폭을 갖는 슬릿이 상기 유리판의 상면과 실린더렌즈 사이에 형성된 수광부; 소정크기의 투광창으로 하나 또는 그 이상이 일렬로 마련된 패턴이 다수 나란하게 배열된 투광제어판이 상기 유리판의 바닥면에 마련되고, 그레이코드의 비트에 해당하는 상기 패턴은 상기 슬릿의 시야각범위를 소정의 균등각도로 다수분할하여 각 분할각도내로 입사되는 광경로에 대응되는 상기 유리판의 바닥면상의 위치영역에 상기 투광창이 교번으로 배치되어, 상기 분할각도를 서로 달리하는 각 패턴에 상기 슬릿의 광축에 대해 소정의 각도로 입사되는 태양광선을 선택적으로 투과시킴으로써, 상기 비트의 온/오프의 정보를 제공하는 그레이코드 패턴부; 상기 패턴 각각에 대응하게 광전변환소자가 배치되어 상기 패턴의 투광창을 통과하여 입사된 상기 태양광선을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 광전 변환부; 및 상기 전기적 신호로부터 상기 입사각을 계산하고 표시하는 전자 회로부; 를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 그레이 코드 패턴부는 상기 태양광선의 방위를 판단하도록 패턴들이 형성된 사인 비트부; 상기 입사각 정보를 제공하도록 패턴들이 형성된 그레이 코드부; 및 상기 그레이코드부 패턴의 투광창을 통과한 태양광선의 온/오프를 판정하기 위한 비교기준이 되는 신호를 제공하기 위해 패턴이 형성된 자동문턱 조정 비트부;를 포함하고, 상기 그레이 코드부는, 상기 균등분할각도가 광축을 중심으로 하여 64도, 32도, 16도, 8도, 4도, 2도씩인 6개의 패턴으로 이루어진 개략 비트부; 및 상기 균등분할각도가 상기 광축을 중심으로 하여 1도인 제1파인패턴, 상기 균등분할각도가 1도이면서 상기 제1파인패턴의 투광창 배치에 대해 상기 종축을 기준으로 순차적으로 이동 배치되어 상기 제1파인패턴의 1도범위를 0.25도씩 처리하도록 패턴이 형성된 제2파인 패턴, 제3파인 패턴 및 제4 파인패턴을 갖는 파인 비트부;를 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 디지탈 태양센서를 보다 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕도록 입사각 측정방법을 설명하기 쉽게 디지탈 태양센서의 각 부를 분리하여 연관시킨 제2도를 참조하여 설명한다.

디지탈 태양센서는 수광부, 그레이코드 패턴부(7), 광전 변환부(30), 전자 회로부(50)로 대별된다.

먼저, 태양광선의 입사각을 계산하는 방법을 간략히 설명한다.

광축에 대해 태양광선이 의 각도로 슬릿(5)을 통해 그레이코드 패턴부(7)에 입사되면 패턴의 바닥에 마련된 광전소자인 태양전지(31)의 출력이 입사광의 유무에 따라 온/오프에 해당하는 전기적 신호로써 출력되고, 이 신호들의 조합에 의해 나타난 그레이코드값을 판독하여 입사각의 정보를 처리한다.

슬릿(5)을 통해 소정의 각도로 입사된 태양광선은 슬릿(5)의 광축을 중심으로 유리판(6)의 바닥면에서 입사각에 상응하는 위치를 경유하게 되는데, 이 위치를 알아내면 유리판(6)의 두께를 이용하여 입사각을 구할 수 있다. 따라서 슬릿(5)의 광축을 중심으로 태양광선의 입사각(θ)으로부터 유리판(6)의 바닥면에서 결정되는 대응 위치에 입사각(θ)의 정보를 처리할 수 있는 그레이코드 패턴부(7)가 놓여진다.

이 그레이코드 패턴부(7)는 실린더렌즈(4)의 길이방향(이하 종축이라고 한다)에 수직으로 유리판(6)의 바닥면에 배치되어 유리판(6)의 바닥면상에서의 태양광선의 광로에 대한 실린더렌즈(4)의 광축으로부터의 거리에 따라 입사각을 처리하도록 배치된다. 이러한 패턴 각각은 온/오프를 나타내는 비트에 해당하고, 이 비트들의 온/오프로 나타나는 그레이코드를 판독하여 그 값을 각도로 환산하면 된다.

상기와 같이 동작되는 디지탈 태양센서의 각 부를 구분하여 설명한다.

수광부는 실린더렌즈(4), 슬릿(5), 유리판(6)으로 구성된다.

실린더렌즈(4)는 태양광선의 입사각도에 따라 효율적인 결상을 유도하기 위한 것으로, 우주 공간속으로 전파되는 태양광선을 처리하기 쉬운 형태의 결상을 만들기 위해 구비된다. 이러한 슬릿(5)은 실린더렌즈(4)의 종축을 따라 균일한 폭을 갖고, 유리판(6)의 상면에 설정된 슬릿(5)의 폭을 제외한 부분에 광을 차단하는 피복물질로 코팅함으로써 쉽게 만들 수 있다. 또한, 슬릿(5)의 폭은 원하는 정밀도, 광전변환소자인 태양전지(31)의 감도, 회절의 정도에 영향을 받는데, 충분한 신호의 크기를 원하면 슬릿(5)의 폭이 커야 되지만, 너무 크면 정확도에 문제가 있게 된다. 따라서, 관찰가능영역인 시야각 내에서 회절의 영향이 충분히 작을 만큼 슬릿(5)의 폭을 결정해야 한다.

그레이코드 패턴부(7)는 슬릿(5)의 광축을 기준으로 입사되는 태양광선의 방위를 판단하도록 패턴들이 형성된 사인 비트부(12), 태양광선의 입사각 정보를 제공하도록 패턴들이 형성된 그레이 코드부(13, 14), 그레이코드부(13, 14)의 투광창을 통과한 태양광선의 온/오프를 판정하기 위한 비교기준이 되는 신호를 제공하기 위해 패턴이 형성된 자동문턱 조정 비트부(11)로 구성된다.

이와 같은 그레이코드 패턴부(7)는 총14비트의 패턴으로 구성되고, 각각의 패턴(이하 비트로 칭함)은 1개 내지 여러개의 빛을 투과하는 투광창으로 구성되며, 바람직한 그레이 코드 패턴부(7)를 도시한 제3도를 통해 상세히 설명한다.

그레이 코드 패턴부(7)는 유리판(6)의 두께와 입사각 와의 관계에 의해 설계되는데 각 비트부의 특성은 다음과 같다.

자동문턱조정비트부(11)에 해당하는 자동문턱조정비트(11)는 입사각의 정보를 담당하는 개략비트들(제1사인비트, 제1개략비트 내지 제6개략비트 및 제1파인비트)에 해당하는 투광창에 태양광선의 입사여부를 결정하는 즉, 각 비트의 온/오프를 판정하기 위한 기준이되는 비트이다.

태양광선의 입사각이 인 경우 태양전지의 출력전압은 COS 에 비례하므로 각 비트의 온/오프를 결정하는 기준값을 특정값으로 고정 할 수 없다. 따라서 입사각에 따라 가변적인 기준값을 갖는 비트가 필요하다. 이러한 자동문턱 조정비트(11)는 입사각도를 처리하는 비트들의 패턴폭의 반에 해당하는 폭으로 슬릿(5)의 종축을 가로질러 슬릿(5)의 시야각에 대응되게 형성된다. 따라서, 자동문턱 조정비트(11)의 폭을 통해 출력되는 태양전지의 출력전류도 입사각도를 처리하는 비트의 출력전류의 반이 된다. 따라서, 입사각정보를 담당하는 각 비트를 거쳐 태양전지에서 출력되는 전압이 자동문턱 조정비트(11)를 통해 출력되는 태양전지의 출력전압의 반 이상이면 해당 비트는 온으로 판단하고, 반 이하이면 오프로 판단처리한다.

또 다른 방법은 다른 비트와 동일한 폭으로 투광창를 형성시킨 다음 전자 회로부(50)에서 자동문턱 조정비트(11)를 통해 출력되는 전류의 반에 해당하는 값으로 타 비트와 비교해도 된다.

사인 비트부(12)는 태양광선이 디지탈 태양센서의 수광면에 대해 올바른 방향으로 놓여있는지를 결정하기 위한 비트로서, 슬릿(5)의 광축을 중심으로 태양광선의 좌. 우. 상. 하의 방위를 결정하도록 형성된다.

이러한 사인 비트부(12)는 제1사인비트(12a), 제2사인비트(12b) 및 제3사인비트(12c)로 된 3개의 비트로 구성된다.

디지탈 태양센서 시야의 반에 해당하는 시야를 갖는 비트는 제1사인비트(12a)로 실린더렌즈(4)의 광축을 중심으로 절반이 빛을 투과하는 하나의 투광창(12a)으로 형성되고, 그레이 코드 패턴부(7)의 제일 바깥에 위치한 제2사인비트(12b) 및 제3사인비트(12c)는 슬릿(5) 상하 방향의 태양광선을 감지하기 위한 비트이다.

제2사인비트(12b) 및 제3사인비트(12c) 모두에 태양광선이 입사해야만, 제1사인비트(12a)를 거쳐 출력되는 전기적신호로부터 입사각의 좌.우(이하 각도표기시에 좌는 +로, 우는-로 표기한다)를 판단하도록 전자 회로부(50)가 구성된다.

즉, 제2사인비트(12b) 및 제3사인비트(12c)의 출력신호가 온일경우는 디지탈 태양센서의 광축에 수직인 면안의 시야각범위내에 태양이 있음을 나타낸다. 제2사인비트(12a) 및 제3사인비트(12c)는 폭이 반이므로 입사광량의 기준을 삼는데 이용된다.

그레이코드부는 개략 비트부(13) 및 파인비트부(14)로 구성되어 태양광선의 입사각 정보를 판독하도록 형성된다. 이러한 그레이코드부는 슬릿(5)의 시야각을 설정된 각도로 다수 분할하여 이 분할된 각도에 해당하는 유리판(6)의 바닥면상에서의 위치영역에 투광창를 교번으로 배치함으로써, 입사각 정보를 얻는다. 즉, 설정된 각도 폭에 해당되는 투광창으로 형성된 패턴(즉, 비트)에 태양광선이 투과되면 온이되고, 투광창의 각도측정 범위(이하 시야로 칭함)내에 입사각이 있음을 알 수있다. 이때 각각의 비트는 서로 다른 시야를 갖고, 서로 조합에 의해 측정각의 정밀도를 높일 수 있는 다수의 투광창으로 구성된다.

개략비트부(13)는 제1개략비트(13a) 내지 제6개략비트(13f)로 된 총 6개의 비트로 구성되고, 입사각의 정보를 1도단위까지 처리하도록 비트에 해당하는 패턴이 형성된다.

제1개략비트(13a)는 +32도 및 -32도의 시야를 가지며 1개의 투광창으로 배치된다.

제2개략비트(13b)는 2개의 투광창으로 배치되고 실린더렌즈(4)의 종축에 대응되는 패턴상의 중심선을 기준으로 왼쪽에서부터 각각 +48도 내지 +16도, -16도 내지 -48도를 담당한다.

제3개략비트(13c)는 4개의 투광창으로 배치되고 중심선을 기준으로 왼쪽에서부터 각각 +56도 내지 +40도, +24도 내지 +8도, -8도 내지 -24도, -40도 내지 -56도의 시야를 담당한다.

제4개략비트(13d)는 8개의 투광창으로 배치되고 중심선을 기준으로 왼쪽에서부터 각각 +60도 내지 +52도, +44도 내지 +36도, +28도 내지 +20도, +12도 내지 +4도, -4도 내지 -12도, -20도 내지 -28도, -36도 내지 -44도, -52도 내지 -60도를 담당한다.

제5개략비트(13e)는 16개의 투광창으로 배치되고 중심선을 기준으로 왼쪽에서부터 각각 +62도 내지 +58도, +54도 내지 +50도, +46도 내지 +42도, +38도 내지 +34도, +30도 내지 +26도, +22도 내지 +18도, +14도 내지 +10도, +6도 내지 +2도, -2도 내지 -6도, -10도 내지 -14도, -18도 내지 -22도, -26도 내지 -30도, -34도 내지 -38도, -42도 내지 -46도, -50도 내지 -54도, -58도 내지 -62도를 담당한다.

제6개략비트(13f)는 32개의 투광창으로 배치되고 2도씩의 시야(즉 +61도 내지 +63도,..., +3도 내지 1도, -1도 내지 -3도,...,-61도 내지 -63도)를 갖고 중심선에 대칭으로 배열된다.

파인 비트부(14)는 개략비트부(13)와는 달리 신호의 온/오프 처리가 아니고 몇 개의 비트에 입사한 태양광선의 입사량을 조합하여 측정 정밀도를 높이게 한다.

디지탈 태양센서 분해능은 비트수(즉, 패턴수)에 의해 제한을 받는데 분해능은 (N:비트수)에 비례하고, 앞서 설명된 바와 같이 태양이 위성체에 가까이 있는 관계로 비트수를 무한정 늘릴 수 없고, 0.52도 이내의 분해능을 갖도록 하기 위해선 별도의 신호처리가 필요하다. 파인비트부(14)는 0.25도 까지 처리할 수 있도록 패턴이 형성된다.

파인 비트부(14)는 제1파인비트(14a) 내지 제4파인비트(14d)로 된 총4개의 비트로 구성되고, 한 개 투광창의 시야범위는 1도에 해당한다. 그리고 입사광선에 대한 각 비트의 해당 투광창은 서로 엇갈리게 배치되어 결과적으로 1도가 4분할된 0.25도의 분해능에 기여한다.

한 투광창이 1도 범위의 시야를 담당하는 파인 비트부(14)를 제외한 나머지 비트는 태양광선의 입사여부만 온/오프 처리하므로 태양전지에 결상되는 상의 모양에는 무관하나, 파인 비트부(14)는 태양전지에 결상하는 에너지량에 의존하므로 결상된 상의 크기가 투광창의 폭보다 같거나 작게 설계해야한다.

광전변환부(30)는 비트에 해당하는 패턴에 각각 정합되게 부착된 광전변환소자인 태양전지(31)로 구성되어, 각 비트를 통과하여 입사되는 광신호를 전류신호로 변환하여 출력한다.

태양광선의 입사각 정보가 그레이코드 패턴부(7)를 통과하여 각 패턴의 비트에 대응되는 태양전지를 통해 전류신호로 출력되고 이 전류신호로부터 입사각을 계산하는 곳이 전자회로부(50)이다.

디지탈 태양센서의 전자회로부를 블록도로 도시한 제4도를 참조하여 설명한다.

전자 회로부(50)는 시야처리부(51), 개략비트 연산부(60), 파인비트 연산부(70), 버퍼(80), 표시기(90), 제어부(100)로 대별된다.

개략비트 연산부(60)는 제1사인비트(12a), 제1개략비트(13a) 내지 제6개략비트(13f) 및 제1 파인비트(14a)에서 각각의 태양전지를 거쳐 동시에 인가되는 8개의 전기적 신호와 자동문턱 조정비트(11)로부터 태양전지를 통해 인가되는 전기적 신호를 비교하여 얻어진 그레이코드값으로부터 입사각을 판독처리하고, 입사각의 분해능을 1도까지 계산한다.

파인비트 연산부(70)는 제1파인비트(14a) 내지 제4파인 비트(14d)에서 각각의 태양전지를 거쳐 인가되는 4개의 전기적 신호로부터 입사각을 1도범위 내에서 판독처리하고, 입사각의 분해능을 0.25도까지 계산한다.

시야 처리부(51)는 제2사인비트(12b) 및 제3사인비트(12c)에서 각각의 태양전지를 거쳐 인가되는 전기적 신호로부터 태양광선의 입사각이 처리가능한지를 판단하여 그 결과를 출력한다.

버퍼(80)는 개략비트 연산부(60)와 파인비트 연산부(70)로부터 인가된 입사각 정보를 임시 저장한후 표시기(90)에 출력한다. 버퍼(80)의 입사각 데이터 출력은 시야처리부(51)에 의해 제어되고, 시야 처리부(51)에서 태양광선의 입사각 범위가 적정하다고 판단하여 출력지시가 내려지면 출력한다.

표시기(90)는 버퍼(80)로부터 인가된 입사각을 표시한다.

또한, 태양광선의 입사각 정보를 1도이상의 각도범위를 처리하는 개략비트 연산부(60)와 1도이내에서 처리하는 파인비트 연산부(70)로 구분되어 처리되기 때문에 두 연산부로부터 출력된 데이터 값이 동기화 되어야한다. 이렇게 신호처리를 동기 제어하는 곳이 제어부(100)이다.

이하 전자 회로부의 각 부를 좀더 상세히 설명한다.

참고적으로, 도시된 참조부호 52, 53, 62 및 63은 태양전지를 통해 출력되는 전기적신호를 증폭하는 증폭기 이다.

개략비트 연산부(60)는 스위칭부(61), 그레이코드 변환부(65), 비교부(66)로 대별된다.

제1사인비트(12a), 6개의 개략비트(13a 내지 13f) 및 제1파인 비트(14a)로부터 인가된 전기적 신호가 스위칭부(61)에서 순차적으로 출력된다. 순차적으로 출력된 신호는 자동문턱 조정비트(11)의 전기적 신호와 비교기(64)에서 비교된후 그레이코드 변환부(65)에 인가된다. 비교기(64)를 거쳐 순차적으로 입력되는 8개의 데이터가 하나의 그레이코드 값이 되고, 이값을 그레이코드 변환부(65)에서 이진값으로 변환하여 출력한다. 이 출력값은 8비트로 병렬출력된다. 병렬출력된 이진 데이터는 비교부(66)에 인가된다. 비교부(66)에서는 8비트의 이진데이터의 최하위 비트와 파인 비트 연산부(70)에서 처리된 이진 데이터의 최상위 비트를 비교하여 동일 값이면 버퍼(80)로 출력하고, 같지 않을 때는 파인 비트 연산부(70)에서 처리된 값으로 대체시킨다.

파인비트 연산부(70)는 위상제어부(71), 직류제어수단(72), 밴드패스필터(BPF)부(73), 구형파 변환부(74), 게이트 조정부(75), 이진 변환부(76)로 대별된다.

4개의 파인비트(14a 내지 14d)로부터 인가된 신호는 위상제어부(71)에서 각 파인비트로부터의 아날로그 신호를 순차적으로 제어하여 4개의 신호가 하나의 구형파가 되도록 변환하여 출력한다. 이 구형파 신호에 포함된 직류성분이 직류 제어수단(72)에서 제거된후, 밴드 패스 필터부(73)를 거쳐 정현파로 된다. 이 정현파의 0전압을 기준으로하여 0전압 이상에서는 "하이" 신호로, 0전압 이상에서는 "로우" 신호로 구형파 변환부(74)에서 변환 시킴으로서 구형파가 출력된다. 이 구형파 신호는 제어부(100)로부터 설정된 기준파 펄스 범위내에서 출력되도록 게이트 조정부(75)에서 조정된다. 조정된 신호는 이진변환부(76)에서 클럭의 해당 주파수를 근간으로 해당각도에 대응되는 이진값을 8비트의 이진데이터신호로 출력한다. 이 값은 0.004도 까지의 분해능을 갖는다. 이 이진데이터의 최상위비트에 해당되는 이진값은 개략비트 연산부(60)의 비교부(66)에 입력되고, 나머지 비트들은 버퍼(80)로 출력시킨다. 이 이진데이터의 최상위 비트는 앞에서 언급된 것 처럼, 개략비트 연산부(60)에서 얻은 이진 데이터의 최하위 비트와 비교된다. 만약 두 값을 비교해서 동일값이면 그대로 출력하지만, 값이 다를 경우는 개략비트 연산부(60)의 값보다 정밀한 파인비트 연산부(70)의 최상위 비트값을 출력시킨다.

비교부(66)에서 출력된 이진 데이터와 이진 변환부에서 출력된 이진 데이터는 버퍼(80)에 입력된후 이 데이터는 순차적으로 나열되어 출력값을 표시기에 인가한다.

시야 처리부(51)는 제2사인비트(12b) 및 제3사인비트(12c)로부터의 전기적 신호가 동시에 온이되면 버퍼(80)에 임시 저장된 데이터를 츨력하도록 버퍼(80)의 출력제어신호를 인가한다. 즉 제2사인비트(12b) 및 제3사인비트(12c)의 신호가 AND게이트(54)에 입력이되고, 그 출력신호가 "하이"이면 버퍼(80)에 저장된 데이터를 표시기(90)에 인가한다.

디지탈 태양센서의 입사각 측정 정밀도는 그레이코드 패턴부(7)가 유리판(6)에 결합되는 정합정도와 각 패턴의 시야를 담당하는 투광창의 폭이 계산된 폭과 일치하는 정도에 따라 좌우된다.

이러한 정밀도에 기여하는 요인들을 최적화 하기위해 본 발명에 따른 그레이코드 패턴부(7)의 제작방법을 이하 설명한다.

그레이코드 패턴의 설계는 유리판(6)의 두께로부터 결정된다. 이렇게 설계된 패턴을 필름표면에 입혀 마스크를 만들고, 이 마스크를 이용해 유리판(6)의 바닥면에 그레이코드를 식각시키면 된다.

마스크를 만드는 방법에는 여러 가지가 있는데 가장 간단한 방법은 정밀한 해상도를 가지는 레이저 프린터를 이용해서 필름에 바로 찍어 내는 방법이 있다. 이 방법은 레이저 프린터 자체의 해상도 뿐만아니라 프린팅 하는 과정에서 생기는 물리적인 오차, 축소 확대 과정에 의한 해상도 저하 등으로 인해 정밀도가 떨어지고, 파인비트의 최소 투광창의 폭이 수백 마이크로 미터일 경우 원하는 정밀도를 얻기 힘들다.

따라서 본 발명의 바람직한 마스크 제작방법은 PCB의 아트 웍킹(art working)기술을 사용하여 제작한다.

실물크기의 마스크 필름제작이 완료되면 유리판(6)아래에 식각을 한다. 먼저 유리판(6) 위에 코팅할 물질을 입히고 다시 포토 레지스터를 바른다. 포토레지스터 위에는 제작된 마스크를 올려놓고 빛을 쪼인다. 쪼여진 빛에 의해 마스크의 패턴을 통과한 빛은 포토 레지스터를 경화시키고, 경화된 부분은 마스크 패턴에서 광선이 차단되지 않고 투과된 모양이다. 경화가 끝난 유리판(6)을 경화되지 않은 포토 레지스터를 녹이는 용액에 담가 경화된 부분을 제외한 부분을 녹인다. 다시 코팅한 물질을 녹이는 용액에 담그면 경화된 포토레지스터가 없는 부부만 녹아 버리므로 최종적으로는 유리판(6)밑면에 그레이코드 패턴이 형성된다. 이 코팅물질은 빛을 차단해야하므로 광 흡수물질이면되는데 바람직하게는 크롬이 좋다.

지금까지 설명된 본 발명의 디지탈 태양센서의 특징을 요약하면 다음과 같다.

태양광선의 입사각 분해능이 향상되고, 입사각정보를 제공하는 그레이코드패턴의 출력이 디지탈 신호이기 때문에 별도의 A/D변환이 필요없어 증폭에 의해 바로 연산처리를 할 수 있고, 전력소모가 작고 크기를 줄일수 있고, 태양광선의 입사여부를 판정하는 기준점이 유동적이기 때문에 지구반사에 의한 영향이 없고, 사용되는 광검출기의 에이징, 및 특성오차에 크게 영향을 받지 않는다.

Claims (12)

1. 균일한 두께를 갖는 유리판의 상면에 실린더렌즈가 설치되고, 상기 실린더렌즈의 종축을 따라 균일한 폭을 갖는 슬릿이 상기 유리판의 상면과 실린더렌즈 사이에 형성된 수광부; 소정크기의 투광창으로 하나 또는 그 이상이 일렬로 마련된 패턴이 다수 나란하게 상기 유리판의 바닥면에 배열되고, 그레이코드의 비트에 해당하는 상기 패턴은 상기 슬릿의 시야각범위를 소정의 균등각도로 다수분할하여 각 분할각도내로 입사되는 광경로에 대응되는 상기 유리판의 바닥면상의 위치영역에 상기 투광창이 교번으로 배치되어, 상기 분할각도를 서로 달리하는 각 패턴에 상기 슬릿의 광축에 대해 소정의 각도로 입사되는 태양광선을 선택적으로 투과시킴으로써, 상기 비트의 온/오프의 정보를 제공하는 그레이코드 패턴부; 상기 패턴 각각에 대응하게 광전변환소자가 배치되어 상기 패턴의 투광창을 통과하여 입사된 상기 태양광선을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 광전 변환부; 및 상기 전기적 신호로부터 상기 입사각을 계산하고 표시하는 전자 회로부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 그레이코드 패턴부는 상기 태양광선의 방위를 판단하도록 패턴들이 형성된 사인 비트부; 상기 입사각 정보를 제공하도록 패턴들이 형성된 그레이 코드부; 및 상기 그레이코드부 패턴의 투광창을 통과한 태양광선의 온/오프를 판정하기 위한 비교기준이 되는 신호를 제공하기 위해 패턴이 형성된 자동문턱 조정 비트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 사인비트부가 상기 방위의 좌.우를 판단하기 위해 상기 종축을 중심으로 한측에만 하나의 투광창에 의해 패턴이 형성된 제1사인비트; 상기 방위의 상 방향을 판단하기 위해 상기 종축을 가로지르는 하나의 투광창으로 패턴이 형성되고, 상기 유리판의 바닥면상에서 상기 그레이코드부 아래에 배치된 제2사인비트; 및 상기 방위의 하 방향을 판단하기 위해 상기 종축을 가로지르는 하나의 투광창으로 패턴이 형성되고, 상기 유리판의 바닥면상에서 상기 그레이코드부 위에 배치된 제3사인비트; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
4. 제2항에 있어서, 상기 그레이 코드부는 상기 균등분할각도가 광축을 중심으로 하여 64도, 32도, 16도, 8도, 4도, 2도씩인 6개의 패턴으로 이루어진 개략 비트부; 및 상기 균등분할각도가 상기 광축을 중심으로 하여 1도인 제1파인패턴, 상기 균등분할각도가 1도이면서 상기 제1파인패턴의 투광창 배치에 대해 상기 종축을 기준으로 순차적으로 이동 배치되어 상기 제1파인패턴의 1도범위를 0.25도씩 처리하도록 패턴이 형성된 제2파인 패턴, 제3파인 패턴 및 제4 파인패턴을 갖는 파인 비트부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
5. 제3항에 있어서, 상기 전자 회로부는 상기 제1 내지 제4 파인 패턴의 각 채널을 통해 인가되는 전기적 신호를 이진화 코드로 변환하여 출력하는 파인비트 연산부; 상기 방위의 좌우를 판단하기 위해 상기 종축을 중심으로 한측에만 하나의 투광창에 의해 피턴이 형성된 상기 사인비트부의 제1사인비트, 상기 균등분할각도가 광축을 중심으로 상호 다른 패턴으로 이루어진 개략비트부의 6개의 패턴 및 상기 제1파인 패턴의 각 채널을 통해 인가되는 8채널의 전기적 신호로부터 얻은 8비트의 그레이코드값을 이진화 신호로 변환하여 출력하는 개략비트 연산부; 상기 개략비트 연산부의 출력신호와 상기 파인비트 연산부의 출력신호를 순차적으로 나열하고, 상기 시야처리부로부터 인가된 제어신호에 의해 출력시키는 버퍼; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
6. 제5항에 있어서, 상기 개략비트 연산부는 상기 8채널을 통해 입력되는 전기적 신호를 순차적으로 스위칭시켜 출력하는 스위칭부; 상기 스위칭부에서 출력되는 전기적 신호를 상기 자동문턱 조정 비트부의 전기적 신호와 비교하여 온/오프 비트값을 출력시키는 비교기; 순차적으로 입력되는 상기 온/오프 비트값을 누적하여 형성된 그레이코드값을 이진값으로 변환하여 출력하는 그레이코드 변환부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
7. 제6항에 있어서, 상기 비교기는 차동증폭기인 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
8. 제6항에 있어서, 상기 개략비트 연산부는 상기 이진값의 최하위 비트와 상기 파인비트 연산부에서 연산된 이진화코드의 최상위비트를 비교하여, 동일 값이면 출력시키고, 오류 발생시 수정하여 출력시키는 비교부; 를 더 구비한 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
9. 제5항에 있어서, 상기 파인비트 연산부는 상기 제1 파인패턴 내지 제4 파인패턴을 거쳐 출력되는 4개의 채널을 통해 인가되는 전기적 신호의 위상을 제어하여 순차적으로 출력하는 위상 제어부; 상기 위상 제어부로부터 인가된 신호의 직류성분을 제거하여 교류성분만의 정현파를 출력하는 직류 제어수단; 인가된 상기 정현파의 영전위를 교차하여 구형파 펄스로 변환하여 출력하는 구형파 변환부; 상기 구형파 펄스가 설정된 기준파 펄스 범위 내에서 출력되도록 제어하여 출력하는 게이트 조정부; 상기 게이트제어부에서 출력된신호로부터 이진값으로 변환하여 상기 버퍼로 출력하는 이진변환부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
10. 제9항에 있어서, 상기 파인비트 연산부는 상기 직류제어수단과 상기 구형파변환부사이에 삽입되어 설정된 주파수대역을 벗어나는 노이즈를 제거하는 밴드 패스 필터부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
11. 제1항에 있어서, 상기 슬릿은 상기 유리판에 상기 슬릿의 폭을 제외한 부분이 광을 차폐하는 물질로 피복이 입혀져서 형성된 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.
12. 제1항에 있어서, 상기 그레이코드 패턴부는 상기 유리판의 바닥에 피복시킨 크롬을 식각하여 상기 투광창을 형성한 것을 특징으로 하는 디지탈 태양센서.

    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.