JP6792375B2 - Sun sensor and artificial satellite - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、ピンホール等の導光孔を通じて受光する点像を取り扱う情報処理装置、及びこの情報処理装置を組み込んだ太陽光受光素子、並びに、この太陽光受光素子を搭載した人工衛星に関する。 The present invention relates to, for example, an information processing device that handles a point image that receives light through a light guide hole such as a pinhole, a sunlight receiving element incorporating this information processing device, and an artificial satellite equipped with this sunlight receiving element. ..
従来、太陽光の入射角度を測定するためのサンセンサとして、スロットを通過する太陽光として入射するスポット位置により異なる起電力を発生するポジション・センシティブ・ディテクタ（ＰＳＤ）を用いて、太陽光検出を行うものが知られている（特許文献１参照）。 Conventionally, as a sun sensor for measuring the incident angle of sunlight, sunlight detection is performed by using a position sensitive detector (PSD) that generates an electromotive force that differs depending on the spot position where sunlight is incident as sunlight passing through the slot. Is known (see Patent Document 1).
特許文献１に示すような従来のサンセンサでは、例えば、太陽光以外の光入射があると、太陽光のスポット位置として誤検知するおそれがある。前述のＰＳＤは入射光により発生した起電力のみが情報として出力されるため、複数の光入射の情報は合成されて出力され、太陽光のみのスポット位置を情報処理により切り分けることは困難である。なお、このような問題は、上述した太陽光に限らず、他の用途においても同様に発生するおそれがある。
In a conventional sun sensor as shown in
本発明は、検知したい光のスポットを高精度に抽出できる情報処理装置、及び太陽光受光素子、並びに人工衛星を提供するものである。 The present invention provides an information processing device capable of extracting a spot of light to be detected with high accuracy, a solar light receiving element, and an artificial satellite.
上記課題を解決するために、本発明のサンセンサは、導光孔を有する導光部材と、前記導光孔に対面するイメージセンサと、前記イメージセンサによって前記導光孔から入射する太陽光のスポット光を受光することにより得られる画像データを取得する取得手段と、前記取得手段が取得した画像データにおいて、所定の輝度条件を満たす点像を抽出する抽出手段と、前記抽出手段が抽出した点像の輝度値に基づいて重心計算をする重心計算手段と、を備え、前記重心計算手段は、抽出した点像の２次元配列に対して垂直方向の輝度を足し合わせて生成された水平方向の１次元配列、及び、抽出した点像の２次元配列に対して水平方向の輝度を足し合わせて生成された垂直方向の１次元配列に基づいて、重心計算を行うことを特徴とする。In order to solve the above problems, the sun sensor of the present invention includes a light guide member having a light guide hole, an image sensor facing the light guide hole, and a spot of sunlight incident from the light guide hole by the image sensor. An acquisition means for acquiring image data obtained by receiving light, an extraction means for extracting a point image satisfying a predetermined luminance condition from the image data acquired by the acquisition means, and a point image extracted by the extraction means. The center of gravity calculation means includes a center of gravity calculation means that calculates the center of gravity based on the brightness value of the above, and the center of gravity calculation means is a horizontal 1 generated by adding the brightness in the vertical direction to the two-dimensional array of the extracted point images. It is characterized in that the center of gravity is calculated based on the one-dimensional array and the one-dimensional array in the vertical direction generated by adding the brightness in the horizontal direction to the two-dimensional array of the extracted point images.
本発明によれば、所定の輝度条件を満たす点像を抽出するようにしたので、検知したい点像を高精度に抽出する情報処理装置、及び太陽光受光素子、並びに人工衛星を実現することができる。 According to the present invention, since a point image satisfying a predetermined luminance condition is extracted, it is possible to realize an information processing device that extracts a point image to be detected with high accuracy, a solar light receiving element, and an artificial satellite. it can.
以下、図面を参照して、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明する。
＜実施形態１＞
図１及び図２は本発明の実施形態１に係る太陽光受光素子の分解斜視図であり、図３は太陽光受光素子の組立状態を示す斜視図及び要部断面図であり、図４は図１の太陽光受光素子の要部を示す斜視図であり、図５は図１の太陽光受光素子の断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on the embodiments.
<
1 and 2 are exploded perspective views of the solar light receiving element according to the first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view showing an assembled state of the solar light receiving element, and FIG. 4 is a sectional view of a main part. FIG. 5 is a perspective view showing a main part of the sunlight receiving element of FIG. 1, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the sunlight receiving element of FIG.
図示するように、本実施形態の太陽光受光素子１は、太陽光の入射角を計測するためのセンサ素子であり、外装を構成する箱状の筐体１０と、この筐体１０内に配置される受光部品２０と、受光部品２０が内部に配置された筐体１０の蓋部材となるバックカバー３０とで構成される。
As shown in the figure, the solar
また、筐体１０には、受光側となる表面１０ａ側の中央部において、その厚さ方向に貫通する１つの円形貫通部１１が設けられている。そして、この円形貫通部１１が設けられた筐体１０の表面１０ａには、円形貫通部１１の開口周縁部を取り囲むように環状の突起部１２が設けられ、ピンホールＰＨまでの光路の一部を構成する環状傾斜面１２ａの延長線上にピンホールＰＨが形成される。
Further, the
このような筐体１０の後方には、導光孔となるピンホールＰＨが設けられた円板形状のアパーチャ（導光部材）２１が配置される。このアパーチャ２１は、中心部において厚さ方向に外径が漸小する貫通孔２１ａが設けられている。なお、ここではアパーチャ２１を円形の板状部材で構成したが、四角形など他の外形としてもよい。
A disc-shaped aperture (light guide member) 21 provided with a pinhole PH serving as a light guide hole is arranged behind the
このようなアパーチャ２１においては、貫通孔２１ａのうち外径が最も大きい側が、筐体１０が有する円形貫通部１１側に向けられ、外径が最も小さい側の開口によってピンホールＰＨの外径が規定される。つまり、筐体１０の外からの光は、環状傾斜面１２ａから貫通孔２１ａの内面に沿ってピンホールＰＨに導かれ、ピンホールＰＨからイメージセンサＳに対し、ピンホールＰＨの外形に沿ってスポット的に入射する。
In such an
このような構成のアパーチャ２１は、筐体１０の内壁１０ｂに設けられた円形凹部(固定部)１３に埋設され、２つのビスＢ１を通じて筐体１０に固定される。このとき、本実施形態では、アパーチャ２１と筐体１０との間には、光学フィルタＦが配置される。
Such a configuration of the
詳細には、この光学フィルタＦは、例えば、本実施形態では、筐体１０の円形凹部１３の周縁部に接着剤によって予め固着され、その上からアパーチャ２１が固定される。なお、光学フィルタＦは、アパーチャ２１側に先に固定してもよいし、アパーチャ２１と筐体１０との間で把持固定するようにしてもよい。
Specifically, for example, in the present embodiment, the optical filter F is previously fixed to the peripheral edge of the circular recess 13 of the
このように、アパーチャ２１が筐体１０に固定された状態においては、筐体１０に設けられた円形貫通部１１の環状傾斜面１２ａが、アパーチャ２１の貫通孔２１ａに向けて傾斜して接続される。これにより、筐体１０の外から入射する入射角は、例えば、本実施形態では、円形貫通部１１の環状傾斜面１２ａとこれに連続するアパーチャ２１の貫通孔２１ａとで決定され、アパーチャ２１を通過する最小の光径は、貫通孔２１ａの最小開口、すなわち、ピンホールＰＨの直径で決定される。
Thus, in the state in which the
一方、このようなアパーチャ２１に対面するように、光学センサとしてＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサＳが実装されたセンサ基板２２が配置される。また、このセンサ基板２２の後方には、イメージセンサで取得する画像データをＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で処理する画像処理基板２３が配置され、更にその後方には、画像処理基板２３にて画像処理されたデータを外部出力する外部インターフェース基板２４が配置される。
On the other hand, a
また、本実施形態では、センサ基板２２は、２つのビスＢ１により、筐体１０の内壁１０ａにおいて立設されたネジ穴に対して螺合され、筐体１０に対して固定される。これにより、アパーチャ２１のピンホールＰＨとイメージセンサＳのセンサ面との間の距離ｄ（図５（ｂ））が所定の間隔、すなわち、ピンホールＰＨから入射するスポット光がイメージセンサＳのセンサ面に確実に着地する距離で固定される。
Further, in the present embodiment, the
ここで、本実施形態では、アパーチャ２１とイメージセンサＳとを接近してその間隔（距離ｄ）を小さく設定したので、イメージセンサＳのセンサ面の大きさを小さくできる。これにより、イメージセンサＳの小型化に加えて、太陽光受光素子１の小型化や軽量化にも有効である。
Here, in the present embodiment, since the
さらに、このようなセンサ基板２２に対しては、画像処理基板２３、外部インターフェース基板２４がこの順で相互に２つの連結ネジＮによって相互連結され、外部インターフェース基板２４側の後方から２つのビスＢ２により固定される。これにより、センサ基板２２と画像処理基板２３との間、および画像処理基板２３と外部インターフェース基板２４との間には、それぞれ、放熱用の空間が形成される。
Further, with respect to such a
また、このようにして筐体１０内に収容される光学部品は、上述した光学フィルタＦ、アパーチャ２１、センサ基板２２、画像処理基板２３、外部インターフェース基板２４により構成され、これら各光学部品が筐体１０に収容され、そのまま、バックカバー３０が２つのビスＢ３によって筐体１０に連結されることで、筐体１０の収容空間が実質的に封止される。なお、このバックカバー３０には、外部インターフェース基板２４が有する２つの端子部２４ａ，２４ｂが挿通される２つの連通孔３１が設けられている。
Further, the optical component housed in the
なお、本実施形態では、センサ基板２２に対して、画像処理基板２３と外部インターフェース基板２４とを別々に基板として３層構造としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、画像処理と外部インターフェースとを１つの基板としてセンサ基板２２と組み合わせて２層構造としてもよく、イメージセンサと画像処理と外部インターフェースとを１つの基板に設けて１層構造としてもよい。このように基板の積層数を減らす分だけ、基板間の隙間や通信接続の構成も無くなるため、太陽光受光素子１の更なる小型化と軽量化を実現できる。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態では、アパーチャ２１のうちイメージセンサＳ側とは反対の面側に光学フィルムＦを配置しているが、アパーチャ２１とイメージセンサＳとの間に光学フィルムＦを配置してもよい。この場合には、アパーチャ２１とイメージセンサＳとの距離ｄが大きくなるが、光学フィルムＦの屈折率を含めてイメージセンサＳへの入射角を決定し、イメージセンサＳの大きさ等を決定すればよい。
In the present embodiment, the optical film F is arranged on the surface side of the
また、本実施形態では、アパーチャ２１と筐体１０とを別体で構成したが、筐体とアパーチャとを一体の構造物としてもよい。このような構造とすると、アパーチャ２１及び筐体１０の間の取付けが無くなるため、イメージセンサＳに対するピンホールＰＨの位置精度が向上する他、例えば、取付構造としてのビスＢ１も不要となるため、軽量化にも有利である。なお、この場合には、光学フィルムＦは、イメージセンサＳとピンホールＰＨとの間に設けてもよいし、ピンホールＰＨよりも手前に設けてもよい。
Further, in the present embodiment, the
また、上述した本実施形態では、アパーチャ２１を筐体１０に取り付け、その筐体１０にセンサ基板２２等を取り付けた構造例を説明したが、本発明は勿論これに限定されず、例えば、アパーチャ２１をセンサ基板２２に取り付けてもよい。
Further, in the present embodiment described above, the mounting
以下、上述した本実施形態の太陽光受光素子１により太陽光の点像を取得し、その後の処理を含めた情報処理に関して、図６を参照して、詳細に説明する。
Hereinafter, information processing including the acquisition of a point image of sunlight by the above-described solar
図６には、太陽光の代わりにレーザ光を太陽光受光素子１に入射させる位置を変更したときのスポット位置の変化を示す図であり、図６（ａ）は画像データであり、図６（ｂ）は入射角度を示す図である。より詳細には、レーザ光の入射角（Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ±５１°振った角度）を横軸に、イメージセンサＳの出力値を縦軸にした結果を示す。入射角の算出方法については、図７に示す。なお図７では、Ｘ方向のみの算出例であるが、Ｙ方向も同様に算出する。
FIG. 6 is a diagram showing a change in the spot position when the position where the laser beam is incident on the
図６に示すように、アパーチャ２１のピンホールＰＨからイメージセンサＳに向かって入射する光は、イメージセンサＳに対してスポット的に入射する。図６においては、例えば、イメージセンサＳの中央部に形成される点像を入射角０°の点像として図６（ｂ）の（Ｃ）地点、つまり、入射角０°の原点で表している。
As shown in FIG. 6, the light incident from the pinhole PH of the
例えば、レーザ光の光源位置を所定の位置から直線上に移動させると、入射角５１°の（Ａ）地点から、入射角２７°の（Ｂ）地点→入射角０°の（Ｃ）地点→入射角−２７°の（Ｄ）地点→入射角−５１°の（Ｅ）地点の順に点像の位置が移動することになる。 For example, when the light source position of the laser beam is moved in a straight line from a predetermined position, the point (A) having an incident angle of 51 ° → the point (B) having an incident angle of 27 ° → the point (C) having an incident angle of 0 ° → The position of the point image moves in the order of (D) point with an incident angle of −27 ° → (E) point with an incident angle of −51 °.
なお、ここではレーザ光源を用いて説明したが、レーザ光源を太陽とした場合には、点像の位置により太陽の移動方向とその位置を検出できる。すなわち、本実施形態の太陽光受光素子１は、太陽センサ（サンセンサ）として用いる場合には、図６のような点像を追跡することにより、太陽の位置を検出することができる。
Although the description has been made using a laser light source here, when the laser light source is the sun, the moving direction of the sun and its position can be detected by the position of the point image. That is, when the solar
（システム）
以下、図８には、本実施形態に係る太陽光受光素子のシステムブロック図を示す。図８に示すように、本実施形態の太陽光受光素子１は、ＣＭＯＳイメージセンサＳがプロセッサ１０１に接続され、プロセッサ１０１の指示によりイメージセンサＳで画像を読み取り、プロセッサ１０１に送信する関係を形成している。また、読み取った画像データは、プロセッサ１０１に接続されたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２に保存される。
(system)
Hereinafter, FIG. 8 shows a system block diagram of the solar light receiving element according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, in the solar
さらに、イメージセンサＳ等を駆動するためのプログラムは、プロセッサ１０１に接続されたＲＯＭ１０３に記憶され、プロセッサ１０１を通じてＲＡＭ１０２に展開される。プロセッサ１０１は、ＲＡＭ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、イメージセンサＳ等を制御する。
Further, the program for driving the image sensor S and the like is stored in the
そして、プロセッサ１０１には、通信ＩＣ１０４を経由して情報出力手段である外部ＩＦ（インターフェース）コネクタ１０５に接続されており、イメージセンサＳで読み取った画像データは、プロセッサ１０１内で画像処理され、例えば、入射角度等のデータは、プロセッサ１０１から通信ＩＣ１０４を通じて外部ＩＦコネクタ１０５に送られる。
Then, the
（プロセッサ）
ここで、上述した図８のプロセッサ１０１の内部処理について図９，図１０を参照しながら詳細に説明する。図９には、本実施形態に係る太陽光受光素子のプロセッサの機能ブロック図を示す。また、図１０には、太陽光受光素子のプロセッサにより入射角度算出を行う全体フローを示す。
(Processor)
Here, the internal processing of the
図９に示すように、太陽光受光素子が有するプロセッサ１０１は、まず、入射角の算出を開始すると、イメージセンサＳをＯＮ（図１０のステップＳ１０１）し、予め設定された撮影パラメータ（ゲイン値や露光時間等）に基づいて、イメージセンサＳを制御し、撮影する（図１０のステップＳ１０２）。
As shown in FIG. 9, the
次に、プロセッサ１０１が有する画像取得手段１０１１は、イメージセンサＳから撮影パラメータに基づいて撮影した画像データを受け取る（図１０のステップＳ１０３）。その後、プロセッサ１０１は、イメージセンサＳをＯＦＦする（図１０のステップＳ１０３）。なお、ここでは、１つの画像データを取得するたびに、イメージセンサＳをＯＮ／ＯＦＦしたが、イメージセンサＳを常に起動状態としてもよい。
Next, the image acquisition means 1011 included in the
次に、プロセッサ１０１が有する輝度変換手段１０１２が、画像取得手段１０１１から画像データ（画像のＲＧＢ信号値）を受け取り、所定の変換条件に従って、画像の輝度値に変換する（図１０のステップＳ１０５）。
Next, the luminance conversion means 1012 of the
ここで、画像の輝度変換の一例について説明する。イメージセンサＳには、例えば、ベイヤーパターンのカラーフィルタが使われており、取得する画像データは、左上が赤(Ｒ)、右上と左下が緑(Ｇ)、右下が青(Ｂ)の隣り合う４ピクセルを最小構成単位とした画像データとなる。隣り合う４ピクセルの各ピクセルの信号量に対して、下記式（１）に従って、４画素により輝度値を算出する。下記式（１）におけるＹは輝度値である。点像の水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向とした場合に、［ｈ］はＸ方向のピクセル位置（座標）であって［ｈ］＝１、２、３、・・・６４０で示される値であり、［ｗ］はＹ方向のピクセル位置（座標）であって［ｗ＝１、２、３・・・４８０で示される値である。なお、これら［ｈ］又は［ｗ］の上限値は、任意に設定可能である。
次いで、この輝度変換手段１０１２に接続された点像抽出手段１０１３は、輝度変換手段１０１２により生成した画像の輝度値に対して点像抽出を実行する。すなわち、所定の閾値を基準として、閾値よりも大きい輝度値のある画素を抽出する。次に、抽出した画素に基づいて、点像の輝度値を抽出し、次の点像重心の計算を行う。つまり、点像の重心計算は、事前に抽出した点像に対してのみ行う。仮に、点像抽出しなかった場合（全てのピクセルに対応する輝度値が閾値より小さいものであった場合）には、点像の重心計算を行わない。したがって、点像抽出手段１０１３は、画像データの輝度値に基づいて、所定の輝度条件を満たす点像を抽出する抽出手段としての役割がある。また、重心計算手段１０１４は、点像抽出手段１０１３が抽出した点像のＸＹ重心座標を求める（図１０のステップＳ１０６）。 Then, a point image extraction means 1013 which is connected to the luminance conversion means 1012 performs the point image extraction on the luminance value of the image generated by the luminance conversion means 1012. That is, a pixel having a brightness value larger than the threshold value is extracted with reference to a predetermined threshold value. Next, the brightness value of the point image is extracted based on the extracted pixels, and the next point image center of gravity is calculated. That is, the calculation of the center of gravity of the point image is performed only on the point image extracted in advance. If the point image is not extracted (when the brightness values corresponding to all the pixels are smaller than the threshold value), the center of gravity of the point image is not calculated. Therefore, the point image extraction means 1013 has a role as an extraction means for extracting a point image satisfying a predetermined brightness condition based on the brightness value of the image data. Further, the center of gravity calculation means 1014 obtains the XY center of gravity coordinates of the point image extracted by the point image extraction means 1013 (step S106 in FIG. 10).
なお、点像の重心計算の一例を説明する。点像の水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向とする。Ｘ方向の重心位置を次の手順で計算する。点像の２次元配列に対してＹ方向の輝度を足し合わせてｘ方向の１次元配列を生成する。点像の全輝度を足し合わせて総輝度を計算し、Ｘ方向の１次元配列をこの値で割って正規化することで、ｘ方向の確率分布をもとめる。各ｘ座標の確率分布とそのｘ座標の値の積をとり、全ｘ座標で和をとることでｘ方向の重心を計算する。Ｙ方向の重心位置の計算については、点像データの２次元配列に対してｙ方向の輝度を足し合わせてｘ方向の１次元配列を生成した後、ｘ方向の重心位置計算と同様の手順で計算する。つまり、点像抽出手段１０１３で抽出した点像における中心座標を重心位置として求める。
An example of calculating the center of gravity of a point image will be described. The horizontal direction of the point image is the X direction, and the vertical direction is the Y direction. The position of the center of gravity in the X direction is calculated by the following procedure. The brightness in the Y direction is added to the two-dimensional array of point images to generate a one-dimensional array in the x direction. The total brightness is calculated by adding all the brightness of the point image, and the probability distribution in the x direction is obtained by dividing the one-dimensional array in the X direction by this value and normalizing it . The center of gravity in the x direction is calculated by taking the product of the probability distribution of each x-coordinate and the value of the x-coordinate and summing all x-coordinates. For the calculation of the centroid position in the Y direction, after generating a one-dimensional array of x-direction are summed luminance in the y direction relative to the two-dimensional array of point image data, the same procedure as the center of gravity position calculation in the x-direction calculate. That is, the center coordinates of the point image extracted by the point
その後、求めた点像のＸＹ重心座標（点像座標）は、重心計算手段１０１４から角度計算手段（入射角取得手段）１０１５に送り、予め求めておいた構造パラメータ（アパーチャとカバーガラス間の距離、カバーガラスの厚み、ピクセルサイズ、カバーガラスの屈折率）を使って、太陽光のＸＹ方向の入射角を求める処理を行う。計算手段１０１５は、入射角度計算フローに基づいて、太陽光のＸＹ方向の入射角を求める（図１０のステップＳ１０７）。 After that, the XY center of gravity coordinates (point image coordinates) of the obtained point image are sent from the center of gravity calculation means 1014 to the angle calculation means (incident angle acquisition means) 1015, and the structural parameters (distance between the aperture and the cover glass) obtained in advance are sent. , The thickness of the cover glass, the pixel size, and the refractive index of the cover glass) are used to obtain the incident angle of sunlight in the XY direction. The calculation means 1015 obtains the incident angle of sunlight in the XY direction based on the incident angle calculation flow (step S107 in FIG. 10).
ここで、図７を参照しながら、入射角度の算出について詳細に説明する。本実施形態のイメージセンサＳは、センサ表面側にカバーガラスが配置されている。このため、アパーチャＰＨから入射する光は、カバーガラスで屈折してからセンサに入射する。このカバーガラスの屈折角αは、アパーチャＰＨに入射する光の角度によって変化する。そのため、本実施形態では、下記式（２）に基づいて、太陽光の入射角を求めている。入射角度計算フローでは、太陽入射角を変数として、センサ中心から点像までの距離の計算値と測定値の差が閾値以内に収束するまで計算を繰り返し、収束した際の太陽入射角を計算結果としている。
具体的には、アパーチャＰＨとカバーガラスとの距離Ｄ、カバーガラスの厚みＴはそれぞれ所定の値で決まっているので、入射角θ（シータ）を、図６のように±５１°の範囲で、０．１°毎に変化させた角度を上記式２にそれぞれ代入し、センサ中心から点像までの距離Ｘを算出する。算出した距離Ｘから、実測で取得したセンサ中心から点像までの距離Ｌ（実測値）を引いた値が閾値よりも小さい値となるまで計算を行って、入射角θを求めている。なお、ここでは、±５１°の範囲で角度を振ってセンサ中心から点像までの距離Ｘを算出したが、±６０°の範囲としてもよい。また、イメージセンサＳにおいてカバーガラスを配置しない場合には、上記の入射角計算においてカバーガラスでの屈折を考慮した計算を行わなくてもよい。 Specifically, since the distance D between the aperture PH and the cover glass and the thickness T of the cover glass are each determined by predetermined values, the incident angle θ (theta) is set within the range of ± 51 ° as shown in FIG. , The angle changed every 0.1 ° is substituted into the above equation 2, and the distance X from the sensor center to the point image is calculated. The calculation is performed until the value obtained by subtracting the distance L (measured value) from the sensor center to the point image acquired by the actual measurement from the calculated distance X becomes a value smaller than the threshold value, and the incident angle θ is obtained. Here, the distance X from the center of the sensor to the point image is calculated by swinging the angle in the range of ± 51 °, but it may be in the range of ± 60 °. Further, when the cover glass is not arranged in the image sensor S, it is not necessary to perform the calculation in consideration of the refraction in the cover glass in the above-mentioned incident angle calculation.
なお、その後は、プロセッサ１０１は、求めた角度を通信ＩＣ１０４を経由して外部ＩＦコネクタ１０５から外部に出力する（図１０のステップＳ１０８）。その後、太陽センサの出力周期が一定になるように、指定された時間が経過するまで待機する(図１０のステップＳ１０９)。図１０のステップＳ１０１〜Ｓ１１０までが太陽入射角度算出のフローであり、太陽入射角度算出終了の要求があるまで、太陽入射角度算出フローを繰り返す。
After that, the
ここで、上述したプロセッサ１０１の内部処理において、輝度変換手段１０１２により画像のＲＧＢ信号値から輝度値を求め、その輝度値から点像抽出手段１０１３により点像の輝度値、すなわち、点像の輝度値を求めるようにしたのは、次の理由による。
Here, in the internal processing of the
例えば、光源となる太陽光は、ピンホールＰＨを通じてイメージセンサＳに直接入射するだけでなく、地球など別の物体にも照射され、その反射光がピンホールＰＨを通じて入射する場合がある。そのため、イメージセンサＳの出力データ（画像データ）には、太陽光由来ではない像が存在し得る。そのときの画像例を図１１に示す。 For example, sunlight as a light source not only directly enters the image sensor S through the pinhole PH, but also irradiates another object such as the earth, and the reflected light may enter through the pinhole PH. Therefore, an image that is not derived from sunlight may exist in the output data (image data) of the image sensor S. An example image at that time is shown in FIG.
図１１に示すように、画像データには、複数の像が存在する（ここでは３つの像）。この場合、どの像が太陽光由来の点像なのかを判断しなければならない。そのため、本実施形態では、点像抽出手段１０１３は、輝度変換手段１０１２から受け取った画像の輝度値データに関して、ヒストグラムを取り、各点像の輝度値に対して、所定の閾値を超えた像を太陽光の点像として抽出する（図１１の「処理後１））。つまり、入射角算出のデータとする前に、太陽光以外の像はノイズ画像として除去する。なお、重心計算手段１０１４は、上記図１１の「処理後２」に示すように、点像抽出手段１０１３が抽出した点像に対してその重心を求める。このとき、他の像はないため、重心は１つとなる。なお、太陽光の反射によって生じた像は、太陽光由来の点像からはある程度離れた領域に位置し、その像の強度分布に関しては拡がり、ピーク値が小さくなっていることが想定されるため、太陽光の点像として抽出した画像の中に太陽光以外の像が存在することは想定されない。
As shown in FIG. 11, there are a plurality of images in the image data (here, three images). In this case, it is necessary to determine which image is a point image derived from sunlight. Therefore, in the present embodiment, the point
以上説明したように、本実施形態のプロセッサ１０１は輝度変換手段１０１２及び点像抽出手段１１０３を備えたことで、太陽光由来ではない像を除外できるため、その後の処理において、太陽光の点像に基づく適切な処理を行うことができる。例えば、本実施形態の太陽光受光素子１を人工衛星の姿勢制御や太陽電池パドルの指向制御に用いる場合には、太陽光以外の入射光の影響を除外できるため、太陽方向を誤認識することなく、高精度な人工衛星の姿勢制御や、太陽電池パドルの指向制御を行うことが可能となる。
As described above, the
なお、本実施形態では、上述した通り、点像抽出手段１０１３は、所定の閾値に基づいて、太陽光の点像を抽出するようにしたが、例えば、複数の像のうち最も輝度値が高い像を太陽光として抽出するようにしてもよい。 In the present embodiment, as described above, the point image extraction means 1013 extracts the point image of sunlight based on a predetermined threshold value. For example, the brightness value is the highest among the plurality of images. The image may be extracted as sunlight.
＜他の実施形態＞
以上、本発明を実施形態１に基づいて詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態１に限定されるものではない。
<Other embodiments>
Although the present invention has been described in detail based on the first embodiment, the present invention is not limited to the above-described first embodiment.
例えば、上述した実施形態１では、イメージセンサＳの出力データに基づいて入射角度を求めるようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えば、図１２に示すように、入射角度を計算する際に、温度データを使うようにしてもよい。 For example, in the first embodiment described above, the incident angle is obtained based on the output data of the image sensor S, but the present invention is not limited to this, and the incident angle is calculated, for example, as shown in FIG. At that time, temperature data may be used.
具体的には、太陽光受光素子は、構造体として周辺の温度環境（特に急激な温度変化）によって、例えば、ピンホールＰＨとイメージセンサＳとの距離が変動することが想定される。そのため、太陽光受光素子の周辺環境において急激な温度変化があった場合に備えて、温度変化によるピンホールＰＨとイメージセンサＳとの距離変動値を予め求めておく。例えば、温度と距離変動値とを対応付けた判断テーブルをＲＯＭ１０３等に記憶させてＲＡＭ１０２に展開しておき、温度センサ１０６の温度データに基づくピンホールＰＨとイメージセンサＳとの距離を判断テーブルにて決定して入射角を求めるようにしてもよい。このように、ピンホールＰＨとイメージセンサＳとの間の基準距離について、温度変化に応じたキャリブレーションを行うことにより、温度変動に伴う入射角の検出精度を更に高めることができる。
Specifically, it is assumed that the distance between the pinhole PH and the image sensor S of the solar light receiving element varies depending on the surrounding temperature environment (particularly a sudden temperature change) as a structure. Therefore, the distance fluctuation value between the pinhole PH and the image sensor S due to the temperature change is obtained in advance in case of a sudden temperature change in the surrounding environment of the sunlight receiving element. For example, a judgment table in which the temperature and the distance fluctuation value are associated is stored in the
なお、本発明は、上述した太陽光受光素子をサンセンサとして用いる場合の他、このような太陽光受光素子を使って人工衛星の軌道制御を行うシステム、あるいは太陽光受光素子を搭載した人工衛星、あるいはこれら太陽光受光素子や人工衛星に搭載されるプロセッサ（情報処理装置）についても広く適用されるものである。また、本発明の太陽光受光素子は、人工衛星やその輸送機などの宇宙機器として好適に用いられるものである。 In addition to the case where the above-mentioned solar light receiving element is used as a sun sensor, the present invention includes a system that controls the trajectory of an artificial satellite using such a solar light receiving element, or an artificial satellite equipped with the solar light receiving element. Alternatively, it is widely applied to these solar light receiving elements and processors (information processing devices) mounted on artificial satellites. Further, the solar light receiving element of the present invention is suitably used as a space device such as an artificial satellite or a transport aircraft thereof.
Claims (10)
前記導光孔に対面するイメージセンサと、
前記イメージセンサによって前記導光孔から入射する太陽光のスポット光を受光することにより得られる画像データを取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した画像データにおいて、所定の輝度条件を満たす点像を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段が抽出した点像の輝度値に基づいて重心計算をする重心計算手段と、を備え、
前記重心計算手段は、抽出した点像の２次元配列に対して垂直方向の輝度を足し合わせて生成された水平方向の１次元配列、及び、抽出した点像の２次元配列に対して水平方向の輝度を足し合わせて生成された垂直方向の１次元配列に基づいて、重心計算を行うことを特徴とするサンセンサ。 A light guide member having a light guide holes,
An image sensor facing the light guide holes,
An acquisition unit for acquiring image data obtained by receiving the solar light spot light incident from the light guide holes by said image sensor,
An extraction means for extracting a point image satisfying a predetermined luminance condition from the image data acquired by the acquisition means, and an extraction means.
The center of gravity calculation means for calculating the center of gravity based on the brightness value of the point image extracted by the extraction means is provided .
The center of gravity calculation means is a horizontal one-dimensional array generated by adding vertical brightness to the extracted two-dimensional array of point images, and a horizontal direction with respect to the extracted two-dimensional array of point images. A sun sensor characterized in that the center of gravity is calculated based on a vertical one-dimensional array generated by adding the brightness of .
を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサンセンサ。 An incident angle obtaining means for obtaining the angle of incident light with respect to prior Symbol image sensor, and information output means for outputting angle information the incident angle acquisition unit acquires,
Sansensa according to any one of claims 1 to 3, further comprising a.
前記導光孔は、前記貫通孔のうち外径が最も小さい部分の開口により形成され、
前記貫通孔のうち外径が最も大きい側となる前記板状部材の表面側には光学フィルタが配置され、前記板状部材の裏面側には前記イメージセンサが所定の間隔をあけて配置されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサンセンサ。 The light guide member is composed of a plate-shaped member having a through hole whose outer diameter gradually decreases in the thickness direction.
The light guide hole is formed by an opening of a portion of the through hole having the smallest outer diameter.
An optical filter is arranged on the front surface side of the plate-shaped member having the largest outer diameter of the through holes, and the image sensor is arranged on the back surface side of the plate-shaped member at a predetermined interval. The sun sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the sun sensor is characterized .
前記イメージセンサが設けられたセンサ基板は、前記導光部材と非接触の状態で前記導光孔との間に所定間隔をあけて前記筐体の内壁に固定されたことを特徴とする請求項６に記載のサンセンサ。 Inside the housing, a fixing portion for fixing the light guide member is provided on the peripheral edge of the communication hole.
A claim, wherein the sensor substrate provided with the image sensor is fixed to the inner wall of the housing at a predetermined distance between the light guide member and the light guide hole in a non-contact state. 6. The sun sensor according to 6.
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