JP2645111B2 - 太陽センサ - Google Patents
太陽センサInfo
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- JP2645111B2 JP2645111B2 JP63258791A JP25879188A JP2645111B2 JP 2645111 B2 JP2645111 B2 JP 2645111B2 JP 63258791 A JP63258791 A JP 63258791A JP 25879188 A JP25879188 A JP 25879188A JP 2645111 B2 JP2645111 B2 JP 2645111B2
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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。
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。
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
150μｍ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。
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
150μｍ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（CC
D）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、全面素長ｌの1/2、つまり中央部がスリット4
2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。
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（CC
D）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、全面素長ｌの1/2、つまり中央部がスリット4
2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レニアアレイセンサ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CCD
が使用される。例えば、2048画素を有するCCD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。
なるほど角分解能が向上するため、なるべく多くのCCD
が使用される。例えば、2048画素を有するCCD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。
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CC
Dリニアアレイセンサ45によって受光される。このCCDレ
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、CC
D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。
陽光Ｓはプリズム43、バンドパスフィルタ44を介してCC
Dリニアアレイセンサ45によって受光される。このCCDレ
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、CC
D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。
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t1及びｔなる時間を計測し、t1＋
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。
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t1及びｔなる時間を計測し、t1＋
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、
t1＋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t1がt1′、ｔが
ｔ′となり、演算出力がt1′＋ｔ′/2となって誤差を生
じるという欠点がある。
t1＋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t1がt1′、ｔが
ｔ′となり、演算出力がt1′＋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。
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
のであり、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。
のであり、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。
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。
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。
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。
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レス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。
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レス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S1は交流アンプ13に入力される。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。
（ａ）に示す信号S1は交流アンプ13に入力される。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。
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。
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S1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測できる。
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S1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測できる。
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駆動用クロックパルス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。
サ45駆動用クロックパルス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S1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。
サ信号S1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。
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。
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。
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、P1
……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。
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、P1
……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。
Claims (1)
- 【請求項１】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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63258791A JP2645111B2 (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | 太陽センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63258791A JP2645111B2 (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | 太陽センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02105009A JPH02105009A (ja) | 1990-04-17 |
| JP2645111B2 true JP2645111B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=17325125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63258791A Expired - Lifetime JP2645111B2 (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | 太陽センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2645111B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5131807B2 (ja) * | 2006-09-29 | 2013-01-30 | 野場電工株式会社 | 日射センサ |
-
1988
- 1988-10-14 JP JP63258791A patent/JP2645111B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02105009A (ja) | 1990-04-17 |
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