JPH02105009A

JPH02105009A - 太陽センサ

Info

Publication number: JPH02105009A
Application number: JP63258791A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Tsuno; 克彦津野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1990-04-17
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: JP2645111B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、人工衛星等に搭載され、人工衛星等の姿勢
を決定するために太陽方位を計測する太陽センサに関す
る。

（従来の技術）従来より、人工衛星等に搭載される太陽センサとしては
、スリット付アパーチャマスクとリニアアレイセンサを
用いたものがある。まず、この太陽センサの光学系につ
いて説明する。

第４図はその光学系の構成を示す斜視図であり、第５図
はその断面図である。第４図において、遮光膜（アパー
チャマスク）４１の中央部には遮光膜４１の長手方向と
直交してスリット４２が形成される。このスリット４２
は幅が１５０ｐ程度であり、たとえばフォトレジストに
よる加工または機械的な加工によって形成される。

この遮光膜４１は例えば矩形錠の石英あるいは光学ガラ
スからなるプリズム４３の表面に設けられる。このプリ
ズム４３の裏面部にはバンドパスフィルタ４４を介して
、例えばＣＣＤ　（電荷転送素子）リニアアレイセンサ
４５が設けられる。このＣＣＤリニアアレイセンサ４５
は、その画素（ＣＣＤ）の配列方向が前記スリット４２
と直行するようになされ、かつ、全面索長ノの１１２、
つまり中央部がスリット４２と対向するよう配設されて
検出器が構成されている。尚、４６は減光フィルタであ
る。

ＣＣＤリニアアレイセンサ４５はその画素数が多くなれ
ばなるほど角分解能が向上するため、なるべく多くのＣ
ＯＤが使用される。例えば、２０４８画素を有するＣＣ
Ｄリニアアレイセンサを使用した場合、視野を±５０″
とすると一画素当りの角分解能は０．０５＠となる。

尚、太陽光Ｓが前記プリズム４３内に入射すると、分散
が起り、波長によって屈折角が異なる現象を生ずる。前
記バンドパスフィルタ４４はＣＣＤリニアアレイセンサ
４５に入射する太陽光Ｓの波長を制限し、前記分散の影
響を少なくしている。また、バンドパスフィルタ４４の
透過波長域はＣＣＤリニアアレイセンサ４５の分光感度
特性を考慮し、例えば６００±５０ｎｍ近辺に設定する
ことが望ましい。

上記構成の光学系において、スリット４２を通過した太
陽光Ｓはプリズム４３、バンドパスフィルタ４４を介し
てＣＣＤリニアアレイセンサ４５によって受光される。

このＣＣＤリニアアレイセンサ４５に入射される太陽光
の強度分布は、第６図（ａ）に示すような分布となる。

したがって、ＣＣＤリニアアレイセンサ４５の各画素に
は、第６図（ｃ）に示す如く、入射された太陽光の強度
に対応した電荷が蓄積される。

このＣＣＤリニアアレイセンサ４５には、ＣＣＤ駆動回
路より、第６図（ｂ）に示すような１周期が１画素に対
応するクロック信号が供給されており、前記貯えられた
電荷はこのクロック信号によって順次出力される。

太陽方位角は、第６図に示した像が、ＣＣＤリニアアレ
イセンサのどの位置にあるかを計測することから求めら
れる。従来は、第６図（ａ）に示した像の位置を計測す
るために、ＣＣＤリニアアレイセンサの出力信号を増幅
した後、コンパレータで第６図（Ｃ）に示すようにしき
い値ＴＨと比較したコンパレータ出力（第６図（ｄ））
をもとに、第６図（ｄ）のｔｌ及びｔなる時間を計測し
、ｔｌ＋ｔ／２が、第６図（ａ）に示した像の中心を表
わす時間とし、ＣＣＤクロックとの関係からＣＣＤリニ
アアレイセンサの位置を計測している。

しかしながら、上記のような従来の太陽センサでは、ｔ
ｌ＋ｔ／２の演算を行う必要から複雑なデジタル信号処
理が必要となる他、第６図（Ｃ）に示すようにしきい値
ＴＨがＴＨ’　と変化する（あるいは信号強度が変化す
る）ような場合には、第６図（ｅ）に示すようにｔｌが
１１／　、１がｔ′となり、演算出力がｔ、’　十ｔ’
　／２となって誤差を生じるという欠点がある。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように従来の太陽センサでは、複雑なデジタ
ル演算が必要であり、またリニアアレイセンサの画素の
１／２程度の分解能が得られるにすぎず、基準値の変動
や信号強度の変化によって誤差を生じるという欠点を有
している。

そこで、この発明は上記欠点を除去すべくなされたもの
で、複雑なデジタル演算が不必要であり、またリニアア
レイセンサの画素の１／２以上の分解能が得られ、基準
値の変動や信号強度の変化によって誤差を生じることな
く、高精度で像の中心を求めることのできる太陽センサ
を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するためにこの発明に係る太陽センサは
、所定方向に太陽光の光束を制限するスリット形成され
たアパーチャマスクと、このアパーチャマスクの下部に
設けられ、複数の光電変換素子を前記スリットの形成方
向と直交する方向に配列させ、光電変換素子からの信号
を順次読み出すリニアアレイセンサとで構成される光学
系を有するものにおいて、前記リニアアレイセンサの出
力信号から直流分を除去する交流アンプと、この交流ア
ンプの出力信号を積分する積分器と、この積分器の出力
がゼロレベルを通過する毎に出力を反転するゼロクロス
検出器と、前記リニアアレイセンサの１回の読出しが開
始されてから前記ゼロクロス検出器の出力が反転するま
での時間を計ｆｌ１１することにより太陽光方位角情報
を得る時間計測手段とを具備して構成され、リニアアレ
イセンサの出力を交流アンプを用いて直流成分を除去し
た後、積分器で積分し、ゼロクロス検出器によって像中
心を求め、太陽方位角を測定するものである。

（作用）上記構成による太陽センサでは、リニアアレイセンサ出
力を交流アンプで増幅する。これにより信号から直流分
を除く。得られた信号は正極性の面積と負極性の面積と
が等しくなる。この信号を積分器で積分し、この積分信
号をゼロクロス検出器でゼロレベルを通過する時刻を検
出し、リニアアレイセンサの読出し開始時刻からゼロク
ロスの時刻までの時間を測定することにより、太陽方位
を計測することができる。

（実施例）以下、この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図は第４図及び第５図に示した光学系のＣＣＤリニ
アアレイセンサの出力信号から、太陽光方位角を求める
信号処理回路にこの発明を適用した場合の構成を示すも
のである。

第１図において、ＣＣＤ駆動タイミング発生回路１２は
、前記ＣＣＤリニアアレイセンサ４５を駆動するクロッ
クパルスＰ１、時刻計測用クロックパルスＰ２の他、リ
ニアアレイセンサ４５の読出し開始のタイミングでスケ
ーラ１７をリセットするためのリセットパルスＰ３　（
第２図（ｅ））を発生させる。

ＣＣＤリニアアレイセンサ４５から出力される第２図（
ａ）に示す信号Ｓｌは交流アンプ１３に人力される。こ
の交流アンプ１３は直流分を除くように十分低い時定数
の微分回路を含んでおり、第２図（ｂ）に示すように正
極性と負極性との面積が等しくなるような交流信号Ｓ２
を出力する。

積分器１４は直流分に対して有限な増幅度を有するもの
とし、積分器出力の直流分が０になるように帰還回路が
組まれており、第２図（Ｃ）に示すような信号Ｓ３を得
る。ゼロクロス検出器１６は入力信号Ｓ３が正とき′１
”、負のとき“１＃となるように、コンパレータを使用
して構成でき、その出力Ｓ４は第２図（ｄ）に示すよう
になる。

スケーラ１７は、リニアアレイセンサ４５の読み出し開
始時にリセットパルスＰ３によって０にリセットされ、
時間計測用クロックパルスＰ２をカウントしていく。ラ
ッチ回路１８はゼロクロス検出器１６の出力Ｓ４が“０
”から“１”に立上ったとき、スケーラ１７の計数値を
ラッチする。

すなわち、第３図に示すように、積分器１４の出力Ｓ３
が負極性から正極性に切替わるとき、つまりゼロクロス
検出器１６の出力Ｓ４が“０”から“１°に変化する時
がリニアアレイセンサ４５の出力信号Ｓ、の像のＡとＢ
の面積が等しくなる（像の中心値）時刻である。このた
め、その時刻のスケーラ１７の出力をラッチすることで
、第２図（ｅ）に示すようにリニアアレイセンサ４５の
１回の読出し開始から像信号の中心値までの時間Ｔ′に
比例した値が得られ、これによって太陽方位角の情報を
計ＤＩできる。

尚、時間計測用クロックパルスＰ２はリニアアレイセン
サ４５駆動用クロツクパルスＰ１のＮ　倍とすることで
リニアアレイセンサの画素の１／Ｎの精度で測定可能で
あり、高精度化が可能である。

また、交流アンプ１３の使用により、リニアアレイセン
サ信号Ｓｌに直流オフセットが含まれていてもこれによ
る影響はなく、積分器１４がローパスフィルタであるた
め広域雑音の除去の点からＳ／Ｎの向上が期待でき、ゼ
ロクロス検出器１６を使用することから、信号の強度に
依存しないことがわかる。さらに回路構成上、複雑なデ
ジタル信号処理が不要であり、アナログ信号処理回路も
交流アンプ１３、積分器１４、ゼロクロス検出器１６′
という簡単な回路でよいため、小型軽量化ができる。

したがって、上記構成による信号処理回路を用いた太陽
センサは、小型軽量な回路で像の中心が検出可能であり
、高精度なものとなる。

［発明の効果］以上述べたようにこの発明によれば、複雑なデジタル信
号処理回路を用いずに像の中心をリニアアレイセンサの
画素以下の精度で計測できる他、像の強度に依存しない
方式であるため、小型、軽量、高精度の太陽センサを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る太陽センサの一実施例を示すブ
ロック回路図、第２図及び第３図はそれぞれ同実施例の
動作タイミングを示す図、第４図及び第５図はそれぞれ
この発明が適用される光学系の構造を示す斜視図及び断
面図、第６図は従来の信号処理方式を示す動作タイミン
グ図である。４５・・・リニアアレイセンサ、１２・・・ＣＣＤ駆動
タイミング発生回路、１３・・・交流アンプ、１４・・
・積分器、１６・・・ゼロクロス検出器、１７・・・ス
ケーラ、１８・・・ラッチ回路、Ｐｌ・・・ＣＣＤ駆動
パルス、Ｐ２・・・時間計測用クロックパルス、Ｐ３・
・・リセットタイミングパルス。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２０第３０

Claims

【特許請求の範囲】

所定方向に太陽光の光束を制限するスリット形成された
アパーチャマスクと、このアパーチャマスクの下部に設
けられ、複数の光電変換素子を前記スリットの形成方向
と直交する方向に配列させ、光電変換素子からの信号を
順次読み出すリニアアレイセンサとで構成される光学系
を有する太陽センサにおいて、前記リニアアレイセンサ
の出力信号から直流分を除去する交流アンプと、この交
流アンプの出力信号を積分する積分器と、この積分器の
出力がゼロレベルを通過する毎に出力を反転するゼロク
ロス検出器と、前記リニアアレイセンサの１回の読出し
が開始されてから前記ゼロクロス検出器の出力が反転す
るまでの時間を計測することにより太陽光方位角情報を
得る時間計測手段とを具備する太陽センサ。