JPS586885B2

JPS586885B2 - 入射角測定装置

Info

Publication number: JPS586885B2
Application number: JP13386277A
Authority: JP
Inventors: 小山秀明
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1977-11-07
Filing date: 1977-11-07
Publication date: 1983-02-07
Also published as: JPS5466868A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は太陽光などの入射角をデイジクル的に測定する
入射角角度測定装置に関する。

人工衛星の姿勢制御方式の一つに太陽光を用いる方式が
ある。

この方式は人工衛星の所定の個所に入射する太陽光の角
度を測定し、この角度を設定値に合わせるようにして衛
星の軸方向（姿勢）を制御するものである。

一般に、人工衛星は、第１図に示すように、衛星１１の
軸１２を中心に矢印１３の方向にスピンしている。

したがって、あらかじめ定められた位置における太陽光
１０の入射角Ａを太陽センサー５により測定する必要が
ある。

この太陽センサのうち、デイジタル的に測定するものは
デイジタル太陽センサと称されている。

このデイジタル太陽センサは、第２図の構成図に示すよ
うに、細長いスリット２０を設けたケース２１と、この
ケース２１内に所定の方向に受光素子２３をデイジタル
的に配列した受光板２２とから構成される。

太陽光がスリット２０から受光面２２に垂直に入射した
場合の位置Ｂとスリット２０との距離ＳＢ＝ｄとし、入
射した太陽光の入射位置Ｃとこの垂直入射の位置Ｂとの
距離をＢＣ＝ｆとすれば、太陽光の入射角ＡはＡ＝ｊａｎ ’− となる。

このｄは一定であるから、垂直位置Ｂからのずれの大き
さを測ることにより、入射角が求められる。

デイジタル太陽センサは、このずれＦをデイジクル的に
測定するものであり、受光板２２は、第３図の部分拡大
図に示すように、中心線Ｂの両側にデイジタル的（例え
ば、７ビットのグレイコード）に配列された受光素子（
２３１〜２３７）群とこの受光素子群の両側に配置され
た光検出素子２３０、２３８とを含み、スリットから入
射した光１０をそれぞれの受光素子でデイジクル的に検
出して、ずれＦをデイジタル的に測定している。

この受光素子としては細長い太陽電池の表面を一定の間
隔毎にデイジタル的にマスクしたものを用いることがで
きる。

また、フォトダイオードの上にマスクを形成したものも
同様に可能である。

この図では、両側の素子２３０、２３８はマスクのない
素子で素子２３１〜２３７がデイジタル的に所定間隔が
マスクされたものを示している。

人工衛星が矢印１３の方向にスピンしていると、太陽光
のスリット２０を通った光は相対的に矢印２５の方向（
第３図では−Ｘの方向）に移動するようになる。

この太陽光は受光板に直角な方向で読取る必要があり、
その読取位置がずれると読取該差を生ずる。

極端な場合は例えば、第１図のセンサ１５と１５′の位
置において逆転した出力をとり出すことになる。

従来の太陽センサは、一Ｘ方向に走査しているスリット
光が両端の素子２３０、２３８の上に同時に光が入射し
たときに、読取りパルスを作って、デイジタル角度信号
（２３１〜２３７出力）を読取っていた。

（特願昭５２〜１３３８６１参照）この素子の出力読取
回路は、第４図の回路図に示すように、素子２３０〜２
３８に接続されたゲート回路４０〜４８と、両端のゲー
ト回路４０、４８出力の積をつくるアンド回路４９とか
ら構成され、このアンド回路４９の出力によって、各ゲ
゛ート回路４１〜４７の出力を読取っていた。

これら受光素子の出力電流は、素子２３０、２３８では
、抵抗値Ｒ／２なる抵抗器で受け、７ビットの各素子で
は抵抗値Ｒなる抵抗器で受けて、この電圧をゲート回路
４０〜４８で受けていた。

このゲートの閾値は、非常にばらつきが大きく、又、温
度変化などによってドリフトを行なっていた。

この太陽センサ受光素子は、７ビット１２８ステップで
±３２°を測定しているので、デジタル量子化の該差は
±０，２５°となる。

この±０．２５°の該差は、設定該差ならびにドリフト
の全く無い場合の該差である。

ところが、細長いスリットでも実際にはある程度の幅が
あり、第３図のように受光素子（２３３）に半分だけス
リット光が当る場合がある。

この場合に第４図の様な閾値を設定しない回路では、見
かけ上の受光面積が広がったり、狭くなったりして、隣
りのステップの角度にまで広がり、ほぼ、±０．２５°
の誤差が加わることになる。

つまり、第４図の回路では±０．５°の誤差しか保証で
きなかった。

本発明は、このアナログ誤差±０．２５°を取除き、入
射角の測定精度を上げた入射角度測定装置を提供するこ
とにある。

本発明は、各受光素子の出力を増幅し、一端の入力検出
コード出力をそれぞれの増幅出力を合成し、他端の入力
検出コードとの合成出力により読取パルスを形成し、こ
のパルスによって各ピット出力を読出するように構成し
た入射角測定装置にある。

以下図面により本発明を説明する。

第５図は本発明の実施例の回路図であって、素子２３０
は、フオトダイオード受光素子のスタートライン、素子
２３８は同じくエンドライン２３１〜２３７はフォトダ
イオードの受光素子角度測定のために７ビットのグレイ
コードを構成している。

５０〜５８はバツファ増幅器、６１〜６８は加算器、７
１〜７７はコンパレータ、７８はゼロ検出器である。

第６図は第３図のスリット光が右から左の方に移動する
ときの各受光素子におけるタイミングチャートであり、
第６図ａは受光素子２３０の出力波形、第６図ｂは素子
２３８の出力波形、第６図Ｃはリード（読取り）パルス
、第６図ｄは素子２３３の出力波形、第６図ｅは第６図
ａの反転した波形、第６図ｆは第５図の加算器６３の出
力波形、Ｎは第６図ｆのゼロクロスポイントであり、か
つ、リードパルスの立ち上がりを示す。

第３図において、受光素子２３０の方から２３８へと走
査するスリット光が位置Ｓに来た時、つまり、斜線の個
所Ｄ，Ｆの面積が等しく、かつ、部分Ｅが半分の面積
だけ光が入った場合を考える。

受光素子２３０〜２３８を流れる電流はこれら素子に照
射される入射光の面積に比例するので、第３図の受光素
子２３０及び２３８のＸ方向の幅を受光素子２３１〜２
３７のそれの２倍に設定しておけば、上記の如くスリッ
ト光が位置Ｓにある場合の素子２３０の出力電流を２１
とすれば、素子２３３の出力電流はｉとなる。

素子２３３、２３０の負荷抵抗はそれぞれＲ，Ｒ／２で
あるので、この瞬間Ｎの両者の電圧の差をとるとＯＶに
なる。

第６図において、角度変化に伴う第６図ｆの波形変化は
次のようになる。

素子２３０にスリット光が入った時、入力信号の電流が
流れ、これを加算器６３の反転入力端子に入力する。

この加算器゛出力は素子２３０全幅にわたってスリット
光が照射されるときピークとなり、このときの電圧は素
子２３０を流れる電流が４１であるから、−（４ｔｘ丁
）一−２ｉＲとなる。

さらに、素子２３３にスリット光の半分が当たった時、
最大電流ｉが流れ、電圧は＋Ｒｉとなり、素子２３０の
出力と合成した出力は−２ｉＲ＋ｉＲ＝ −ｉ
Ｒとなる。

更に、素子２３０の入射光が減って、２１になったとき
、素子２３０と２３３の電圧が等しくなり、０■となる
。

素子２３０をスリット光が通りすぎると素子２３３の出
力電圧ｉＲのみとなる。

素子２３３上をスリット光が過ぎて、加算器の出力電圧
は０■にもどる。

この一連の動作の中で点Ｎの０■は角度測定Ｙ方向の１
ステップの境界状態であり、部分Ｅに示す様に、スリッ
ト光の１／２の光が照射された時、つまり、■ステップ
境界状態にあるのと一致する。

更に、この時、素子２３３、２３０の出力電圧差は、Ｒｘｉ−−２ｉ＝０となり、温度ドリフト、経年変化、絶対光量変化などの
影響を受けない。

したがって、コンパレータ７３の閾値をＯ■とすれば、
Ｏｖから少し大きい入力に対して、出力をとり出すこと
ができ、スリツト光が半分以上当った素子２３３の出力
は確実に「１」となり、スリット光が半分以下の場合は
「０」を出力とする。

すなわち、コンパレータの出力は所定レベル（０■）以
上、以下によって明確に区別ができるので、測定角度の
不明確さはなくなり、正確な角度測定が可能となる。

一方、素子２３０、２３８の出力は加算器６８において
、それらの差がとられ、この差がゼロ検出回路７８にお
いて、所定レベル以上であれば、第６図Ｃに示すような
読取（リード）パルスを作る。

この読取パルスは点Ｎに同期して各角度データであるコ
ンパレータ７１〜７７の出力を読取る。

このように、測定角度に各受光素子の受光面積を合わせ
、且つ、その角度読み込みのタイミングも合わせること
によって、測定角度のアナログ誤差を無くすことができ
る。

従って、本発明を人工衛星用スピン型太陽センサに用い
ると、測定角度のアナログ誤差を取り除くことができ、
つまり、量子化誤差±０．２５°のみとなり、精度を上
げることが、可能となる。

また、本発明は太陽高度計、又、レーザ光線と併用して
、測地計器などへの応用も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の人工衛星と太陽センサの説明図、第２図
は従来の太陽センサの構成図、第３図は従来の太陽セン
サの受光板の部分拡大図、第４図は従来の太陽センサの
読取回路図、第５図は本発明の実施例の読取回路図、第
６図は第５図の回路の波形図である。図において、１０・・・・・・太陽光、１１・・・・・
・人工衛星、１２・・・・・・スピン軸、１３・・・・
・・スピン方向の矢印、１５・・・・・・太陽センサ、
２０・・・・・・スリット、２１・・・・・・ケース、
２２・・・・・・受光板、２３、２３０〜２３８・・・
・・・受光素子、２５・・・・・・入射光の移動方向の
矢印、４０〜４８・・・・・・ゲート回路、４９・・・
・・・アンドゲート、５０〜５８・・・・・・バツファ
増幅器、６１〜６８・・・・・・加算器、７１〜７７・
・・・・・コンパレータ、７８・・・・・・レベル検出
回路。である。

Claims

【特許請求の範囲】

１人射光をとり入れる所定の長さの細長スリットを備
えた暗室部材と、この暗室部材内に前記スリットから所
定の距離離れて配設された受光板部材と、この受光板部
材上において前記スリットの長さ方向と垂直に所定のデ
イジタルコードに従って配列された受光素子を、前記ス
リットの長さ以内に複数個並べたデイジタル素子群と、
このデイジタル素子群の配列幅の両端部でこの素子群と
並行に前記受光板部材上に配設された受光検出素子と、
これら受光検出素子および前記デイジタル素子群の出力
を増幅する手段と、前記受光検出素子の一方の増幅出力
と他の一方の増幅出力との差をとる第１の減算手段と、
この差出力と所定電圧値を比較して読取信号を出力する
手段と、前記受光検出素子の一方の増幅出力と前記デイ
ジタル素子群のそれぞれの増幅出力とのそれぞれの差を
とる第２の減算手段と、これら第２の減算出力を前記読
取信号によって、それぞれ読取るデイジタル信号出力手
段とを有する入射角測定装置。