特開 2024-64220 光学部材、恒星センサ、撮像装置及び宇宙航行体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024064220

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】光学部材、恒星センサ、撮像装置及び宇宙航行体

(51)【国際特許分類】

   G03B 11/04 20210101AFI20240507BHJP

   G02B 7/02 20210101ALI20240507BHJP

   G03B 9/02 20210101ALI20240507BHJP

   G03B 17/02 20210101ALI20240507BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20240507BHJP

   B64G 1/36 20060101ALI20240507BHJP

   B64G 1/10 20060101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

G03B11/04 C

G02B7/02 D

G02B7/02 H

G03B9/02 A

G03B17/02

G02B5/00 B

B64G1/36 100

B64G1/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022172646

(22)【出願日】2022-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】000104652

【氏名又は名称】キヤノン電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神津 聡

【テーマコード（参考）】

2H042

2H044

2H080

2H083

2H100

【Ｆターム（参考）】

2H042AA06

2H042AA09

2H042AA22

2H044AD01

2H044AG01

2H080AA07

2H080AA30

2H083DD01

2H083DD35

2H100CC01

(57)【要約】

【課題】本発明は、迷光を低減する光学部材を提供することを目的とする。
【解決手段】光が通過する開口部を有するシート材と、前記シート材を保持する環状材と、を備える。前記シート材と前記環状材は、大きい入射角で入射する太陽光線に対する低反射表面を有する。前記シート材は前記開口部側にテーパ面を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光が通過する開口部を有するシート材と、
前記シート材を保持する環状材と、を備え、
前記シート材と前記環状材は、大きい入射角で入射する太陽光線に対する低反射表面を有し、
前記シート材は前記開口部側にテーパ面を有する、
ことを特徴とする光学部材。

【請求項2】

前記大きい入射角は６０°以上であり、
前記低反射表面は、前記太陽光線が６０°以上の入射角で前記低反射表面に入射した場合の反射率が０．１０以下となる表面である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学部材。

【請求項3】

前記低反射表面は、基材と、前記基材上に設けられた第１層と、前記第１層上に設けられた複数の突起部を有する第２層とを備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の光学部材。

【請求項4】

前記基材は、アルミニウム又はアルミニウム合金を備え、
前記第１層は、黒色の多孔質の酸化アルミニウムを備え、
前記第２層は、酸化アルミニウムを備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の光学部材。

【請求項5】

前記シート材と前記環状材を内包するように保持する環状ユニットと、を備え、
前記環状ユニットは、前記環状ユニットの一方の側に前記シート材と前記シート材の間を保持する複数の前記環状材を備え、前記一方の側とは反対の側に複数のレンズをそれぞれ有する複数のレンズ群と、前記複数のレンズ群の間に設けられた絞りと、を備え、
前記絞りは、前記光が通過する開口部を有し、前記開口部側にテーパ面を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学部材。

【請求項6】

前記シート材の前記テーパ面と前記絞りの前記テーパ面は、平面又は曲面である、
ことを特徴とする請求項５に記載の光学部材。

【請求項7】

レンズを通過した光を受光する撮像素子と、
請求項１から６のいずれか一項に記載の光学部材と、を備える、
ことを特徴とする恒星センサ。

【請求項8】

レンズを通過した光を受光する撮像素子と、
請求項１から６のいずれか一項に記載の光学部材と、を備える、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項9】

請求項７に記載の恒星センサを少なくとも１つ以上備える宇宙航行体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学部材、恒星センサ、撮像装置及び宇宙航行体に関する。

【背景技術】

【0002】

人工衛星、ロケット、及び月面探査車等の宇宙航行体は、宇宙航行体が向いている方向（すなわち、姿勢）を認識する必要がある。そのため、宇宙航行体は、姿勢検知センサを備えている。姿勢検知センサは、例えば、地磁気及び太陽の情報を取得することで宇宙航行体の姿勢を検知するセンサがある。特に、高精度な姿勢検知センサとして恒星センサ（スタートラッカー）と呼ばれるセンサがある。恒星センサは恒星を撮影し、撮影した恒星の配置に基づいて撮影した恒星が全球のうちのどの恒星に該当するかを判別する。恒星センサは、恒星の判別結果に基づいて、恒星センサが向いている姿勢を導出する。宇宙航行体に対して恒星センサが取り付けられている位置は既知であるため、恒星センサは宇宙航行体の姿勢情報を取得することができる。

【0003】

恒星センサは、レンズ、レンズ鏡筒、及びバッフル（レンズフード）からなる光学系と、撮像素子と駆動回路によって実現される撮影機能、姿勢導出機能、及び通信機能からなる検出系を有する。恒星センサは、いわゆるデジタルカメラと類似する構成を有している。

【0004】

大気の無い宇宙空間では、恒星センサは日照域及び日陰域の両方において恒星を撮影することができる。しかし、撮影する恒星の近傍に太陽、月、又は地球などの迷光源が存在する場合、恒星センサの光学系において迷光が発生する。これにより、恒星センサは、恒星を誤検知するか、あるいは恒星を認識できなくなる。最も明るい迷光源は太陽である。例えば、６等級の恒星の明るさと太陽の明るさとの比は、約１０^１３である。

【0005】

恒星センサの性能を示す項目の一つとして「太陽禁止離角」がある。太陽禁止離角は、恒星センサの光学系の視線方向（光軸方向）に対し、太陽が恒星センサに近づいても恒星センサの性能に問題が生じない角度を示している。ここで、「光学系画角＜太陽禁止離角」という関係が成り立つ。つまり、太陽禁止離角が光学系画角に近ければ近いほど（光学系画角≒太陽禁止離角）、恒星センサは全球に渡って姿勢検知できるため、恒星センサの性能は高いことを表す。通常、太陽禁止離角を確保するために、恒星センサにバッフルが取り付けられている。バッフルは、ベーンと呼ばれる開口径付きの羽根材を内包するように保持している。例えば、特許文献１は、撮像素子の有効範囲内に迷光が入射しないように、バッフルの内壁面を黒色塗料で表面処理することを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３－２２６３００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の技術では、大きい入射角で入射する太陽光線が撮像素子の有効範囲内に到達するため、恒星センサによる恒星の同定精度の低下を引き起こすことがある。

【0008】

そこで、本発明は、迷光を低減する光学部材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る光学部材は、光が通過する開口部を有するシート材と、前記シート材を保持する環状材と、を備え、前記シート材と前記環状材は、大きい入射角で入射する太陽光線に対する低反射表面を有し、前記シート材は前記開口部側にテーパ面を有する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、迷光を低減する光学部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る恒星センサの断面図。

【図2】本発明に係る恒星センサの制御部のハードウェア構成の一例を示す図。

【図3】本発明に係るバッフルの分解図。

【図4】本発明に係るバッフルに入射する太陽光と入射角の関係を説明する図。

【図5】本発明に係る低反射表面処理を適用したベーンの断面図。

【図6】本発明のベーンと従来の低反射表面処理を適用したベーンの反射率の比較を示す図。

【図7】本発明に係る低反射表面処理を適用した絞りを説明する図。

【図8】本発明に係る恒星センサを搭載した宇宙航行体の一例を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0013】

（第１実施形態）
図１は、本発明に係る恒星センサの断面図である。

【0014】

恒星センサ１は、宇宙航行体の姿勢を検知するセンサであり、バッフル２、レンズ３、及び検出部４を備える。恒星センサ１は、宇宙航行体として例えば、人工衛星、ロケット、月面探査車及び火星探査車等に搭載される。

【0015】

バッフル２とレンズ３は、光学部材である。本実施形態の光学部材は、恒星センサ１に搭載されるが、これに限定されることはなく、例えば、撮像装置及びあらゆる光学機器に搭載され得る。

【0016】

バッフル２は、複数のベーン７、複数のスペーサー８、及び絞り９を備える。本実施形態のベーン７は４枚であるが、バッフル２のサイズに応じてベーン７の枚数は変更され得る。本実施形態のスペーサー８は３個であるが、ベーン７の枚数に応じて変更され得る。

【0017】

ベーン７は、略中央部に光が通過する開口部を有するシート材である。ベーン７の開口部を通って恒星センサ１内に太陽光及び月光が入射する。ベーン７は、基材６５と、基材６５上に設けられた第１層６０と、第１層６０の上に設けられた複数の突起部６２を有する第２層６１と、を備える。ベーン７は、開口部側に後述のテーパ形状６３を有する（図５を参照）。

【0018】

スペーサー８は、複数のベーン７同士の間隔を調節する部材である。スペーサー８は、ベーン７と同様に、基材６５と、第１層と、第２層とを備える。

【0019】

絞り９は、撮像素子５に到達する光線を調節するための部材であり、略中央部に光が通過する開口部を有する。絞り９は、ベーン７と同様に、基材６５と第１層と第２層とを備え、開口部側にテーパ形状を有する。

【0020】

検出部４は、撮像素子５、コネクタ６、及び制御部１０を備える。撮像素子５、コネクタ６、及び制御部１０は、検出系部材である。

【0021】

撮像素子５は、レンズ３を介して受光した光を検出する素子であり、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ及びＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサの少なくともいずれかである。

【0022】

制御部１０は、撮像素子５の後段に駆動回路を備え、通信機能を有するコネクタ６を介して外部装置（例えば、撮像装置及び人工衛星）との通信を行うことができる。例えば、恒星センサ１が人工衛星に搭載される場合、コネクタ６は、衛星バスと呼ばれるホスト側と接続される。

【0023】

図２は、本発明に係る恒星センサの制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。

【0024】

制御部１０は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、及びＲＯＭ１０３を備える。

【0025】

ＣＰＵ１０１は、恒星センサ１の各構成要素を全般的に制御する装置である。ＣＰＵ１０１は、撮像素子５（例えば、ＣＭＯＳセンサー）が光を変換した画像信号１０４を受信する。

【0026】

ＲＡＭ１０２は、揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１から受信した画像信号１０４（すなわち、画像データ）を格納する。また、ＲＡＭ１０２は、ＣＰＵ１０１のワーク領域として機能する。

【0027】

ＲＯＭ１０３は、不揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１のプログラム及び星カタログを記憶する。

【0028】

恒星センサ１の画角内に恒星が存在する場合、撮像素子５は恒星の発する光をレンズ３経由で受光する。ＣＰＵ１０１は、撮影した複数の恒星の位置、レンズ３の画角、及びＲＯＭ１０３内の星カタログに基づいて、撮影した恒星とカタログの星とをマッチングさせることで恒星を同定する。これにより、ＣＰＵ１０１は、全球のどの恒星を撮影しているのかを認識することができ、認識した恒星の位置に基づいて恒星センサ１の姿勢を算出する。ＣＰＵ１０１は、算出した恒星センサ１の姿勢をコネクタ６経由で外部装置（例えば、人工衛星）へ出力する。

【0029】

図３は、本発明に係るバッフルの分解図である。

【0030】

ベーン７とスペーサー８は、バッフル２の開口部を通ってバッフル２の内部に収容される。スペーサー８は、ベーン７の光軸方向の位置決めを行っている。バッフル２内にベーン７とスペーサー８が全て収容された後、押さえ環と呼ばれるネジ部材３１とバッフル２とが締結される。

【0031】

恒星には一等星（一等級の明るさの星）、二等星（二等級の明るさの星）など星の明るさに応じた等級がそれぞれ付与されている。全天には一等星は２１個、二等星は６８個、三等星は１８３個、四等星は５８５個、五等星は１８５８個、六等星は５５０３個が存在する。恒星センサ１の姿勢検出から恒星センサ１の姿勢決定を行うために必要な恒星の数がある。レンズ３の視野角内に必要な恒星の数以上が含まれるように、レンズ３の仕様（例えば、画角、焦点距離、Ｆナンバー）及び撮像素子５の仕様の決定、及び画像生成プログラムの構築が行われる。本実施形態の恒星センサ１は、六等星までを用いて恒星センサ１の姿勢を算出するが、これに限定されるものではない。

【0032】

恒星センサ１が恒星を撮影する際に、太陽が恒星センサ１に近接した位置にあるとする。太陽と六等星の明るさの比は、約１０^１３となる。太陽光がバッフル２内に入射すると、ベーン７の表面やベーン７のエッジ（内径の端面を指す）及びスペーサー８の内径にて太陽光が反射する。そして、レンズ３に入射した反射光（すなわち、迷光）が撮像素子５の有効エリア内に入射し、かつ、反射光が六等星よりも明るい場合、恒星センサ１が自身の姿勢を決定する際にエラーが生じる。ちなみに、迷光はゴーストやフレアと呼ばれる現象を引き起こす、光学機器にとって有害な光のことである。

【0033】

そのため、バッフル２の内面、すなわち、ベーン７の表面及びスペーサー８の内面には太陽光を低反射するための表面処理が施される。これにより、バッフル２の内面において２回以上の反射（拡散反射）によりレンズ３内に入射する迷光は抑制され、恒星センサ１は自身の姿勢を求めるために必要な等級の恒星を検知することができる。ここで、太陽禁止離角は、恒星センサ１の光軸方向に対し、太陽が恒星センサ１に近づいても恒星センサ１の恒星検知に係る性能に問題が生じない角度である。太陽禁止離角は、光軸方向と恒星センサ１の太陽に対する視線方向とがなす角度で表される。

【0034】

図４は、本発明に係るバッフルに入射する太陽光と入射角の関係を説明する図である。

【0035】

図４に示すように、太陽光がベーン７の内径端面４０において１回反射した光（すなわち、迷光）がレンズ３に入射する。ここで、撮像素子５への迷光の影響を低減するため以下の調整が行われる。例えば、ベーン７の内径を大きくするなどによって撮像素子５の有効範囲外に迷光が入射するように調整される。しかしながら、恒星センサ１の内部構成を調整することは困難であり、これらは恒星センサ１の設計上の課題となっている。

【0036】

なお、本実施形態の恒星センサ１では、レンズ３の半画角が７．５°である場合、太陽禁止離角は２５°となる。つまり、図４に図示するように、入射角６５°以下ではベーン７の内径端面４０に太陽光が入射するため、恒星センサ１による恒星の同定精度が低下するおそれがある。

【0037】

図５は、本発明に係る低反射表面処理を適用したベーンの断面図である。図５は、図４のベーン７を拡大した図を示す。

【0038】

ベーン７は、太陽光の反射を低減するために、アルミニウム材料からなる基材６５と、基材６５上に設けられた、黒色の多孔質の酸化アルミニウムで構成される第１層６０と、第１層上に設けられた、複数の突起部６２を有する酸化アルミニウムで構成される第２層６１とを備える。また、ベーン７は、テーパ形状６３とテーパ面６４とを備える。テーパ形状６３は、図５に図示するように、ベーン７の開口部側において片テーパ形状（すなわち、ナイフエッジ形状）となっているが、これに限定されず、両テーパ形状であっても良い。あるいは、テーパ形状６３は、ベーン７の開口部側の上方及び下方の少なくともいずれかを任意の曲率Ｒ（例えば、Ｒ０．１などで表記される）でＲ面取りした丸みを帯びた形状（不図示）であっても良い。さらに、テーパ形状６３は、例えばベーン７の上方に片テーパ形状（ナイフエッジ形状）とベーン７の下方にＲ面取りした丸みを帯びた形状の組み合わせによる形状を有していても良い。ここで、図５では、テーパ面６４はベーン７の片テーパ形状の傾斜部（すなわち、平面）のことを指すが、これに限られない。例えば、テーパ形状６３がベーン７の開口部側の上方にＲ面取りした形状である場合、テーパ面６４はベーン７のＲ面取りした形状に沿った湾曲部（すなわち、曲面）となる。このように、テーパ面６４はベーン７の開口部側のテーパ形状６３に応じて変化する。

【0039】

基材６５は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。本明細書において、アルミニウム合金とは、アルミニウムを主成分とする合金のことであり、合金１００質量部に対してアルミニウムが９０質量部以上含まれている合金を指す。基材６５の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であれば、特に限定されず、高純度アルミニウム、１０００系、３０００系、５０００系等の中から適宜選択され得る。基材６５の厚さは、機械的強度を保つという観点から３００μｍ以上であることが好ましい。

【0040】

第１層６０は、第２層６１から第１層６０に入射する太陽光線を吸収する層である。第１層６０は、基材６５上に設けられた黒色の多孔質の酸化アルミニウムであり、複数の細孔（不図示）を有する。複数の細孔に黒色染色材が充填されることにより、黒色に染色されている。ここで、黒色とは、光の波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲において吸収がある色のことを指す。また、光の波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲における最小吸収率に対する最大吸収率の比で示される第１層６０における黒色度は０．７以上であることが好ましい。

【0041】

細孔の形状は、図５のベーン７を上面から平面視した際に、円形又は楕円形である。細孔の直径又は長径は、１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。細孔の深さは７μｍ以上１００μｍ以下である。換言すると、第１層６０の厚さは７μｍ以上１００μｍ以下である。第１層６０の厚さが７μｍ未満である場合、第２層６１で反射、拡散、及び散乱された太陽光線を第１層６０が十分に吸収できなくなるため、反射率を十分に低減できないおそれがある。一方で、第１層６０の厚さを１００μｍより大きくすることは、製造上困難である。細孔の深さ方向の形状は、黒色染色剤が充填可能な形状であれば特に限定されず、前述した直径又は長径より太くても良く、あるいは細くても良い。

【0042】

黒色染色材は、第１層６０に入射する太陽光線の吸収効率を高めるために用いられる。黒色染色材の種類は特に限定されず、染色インクなどの有機材料、ニッケル、コバルト、銅などの金属を含む無機材料であってもよい。

【0043】

第２層６１は、複数の突起部６２を有する酸化アルミニウムを備える。第２層６１は、複数の突起部６２の間に太陽光線を入射させることにより、複数の突起部６２の間で太陽光線を反射、拡散、及び散乱させることができる。複数の突起部６２の間で反射、拡散、及び散乱された太陽光線は、第１層６０によって吸収されるため、バッフル２の光路（光軸方向）に戻る太陽光線を低減できる。その結果、第１実施形態の光学部材は、フレアやゴーストの発生に起因する波長５５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲の太陽光線に対する反射率を低くすることができる。複数の突起部６２は、第１層６０と接する面から突起が延びる方向に向かって細くなっていることが好ましい。複数の突起部６２の先端が先細の形状であることにより、突起部６２の間で太陽光線の反射、拡散、及び散乱の効率が良くなる。その結果、バッフル２の光路（光軸方向）に戻る太陽光線をより低減することができる。

【0044】

第２層６１の厚さは、２μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。換言すると、突起部６２の高さは２μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。突起部６２の高さが上記範囲にある場合、太陽光線の入射角度が大きくても反射率を低くでき、かつ、経年劣化や振動による特性変動を低減できる。突起部６２の高さが２μｍ未満である場合、複数の突起部６２の間に入射した太陽光線が十分に反射、拡散、及び散乱しないおそれがある。また、突起部６２の高さが１５μｍより大きくなる場合、経年劣化や振動によって突起部６２が破損するおそれがある。

【0045】

突起部６２の個数の第１層６０の面積に対する割合は、ベーン７を突起部６２の延伸方向から平面視した際に、５０本／１００μｍ^２以上１５０本／１００μｍ^２以下の範囲であることが好ましい。上記割合が５０本／１００μｍ^２未満である場合、複数の突起部６２の間に入射した太陽光線が十分に反射、拡散、及び散乱しないおそれがある。また、上記割合が１５０本／１００μｍ^２より大きくなる場合、太陽光線が全反射するため太陽光線がバッフル２の光路（光軸方向）に戻り、反射率を十分に低減できなくなるおそれがある。

【0046】

突起部６２は、太さが０．１μｍ以上１．１μｍ以下の範囲である第１形状と、太さが１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲である第２形状と、を備えることが好ましい。突起部６２が第１形状のみで構成されると、第２層６１の厚さを２μｍ以上に保つのが難しくなるおそれがある。一方、突起部６２が第２形状のみで構成されると、太陽光線の入射角度が８０°以上である場合の反射率が十分に低減できないおそれがある。なお、突起部６２の太さとは、先端から２μｍの位置における太さのことである。

【0047】

なお、第２層６１は黒色に染色されていても良く、あるいは染色されていなくても良い。

【0048】

ベーン７の波長５５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲の入射角６０°以上における平均の反射率は、０．１０％以下であることが好ましい。前記範囲の平均の反射率が０．１０％以下であれば、高い光学性能が要求される恒星センサ１等においても適用可能である。平均の反射率は好ましくは０．０７％以下であり、より好ましくは０．０５％以下である。

【0049】

以上の通り、基材６５上に第１層と第２層を設ける表面処理を施すことにより、本発明のベーン７は入斜角６０°以上で入射する太陽光線を従来のベーンよりも極低反射に抑えることができる。

【0050】

さらに、ベーン７は開口部側（図５の右側）にテーパ面６４と、テーパ形状６３とを有する。テーパ形状６３（図５では一例としてナイフエッジ形状）は、ナイフの刃のように鋭くとがった形状である。基材６５の底面とテーパ面６４とがなす角度は、例えば３０°以下であるが、これに限定されることはない。図１と図３に図示するように、ベーン７の外周部はバッフル２によって支持されている。そのため、ベーン７の剛性を保持する観点から、ベーン７の板厚は、例えば、０．３～０．５ｍｍである。前述したベーン７の内径端面４０では太陽光の反射が生じるため、ベーン７の基材６５の開口部側にテーパ形状６３を形成することで太陽光の反射を抑えることができる。これは、ベーン７の基材６５にテーパ形状６３を形成した場合の内径端面４０ａの面積（Ａ_１）は、従来のベーン７の内径端面４０の面積（Ａ_０）よりも小さくなるからである。なお、ベーン７に対し低反射表面処理を行う一例を説明したが、ベーン７と同様にスペーサー８の表面、絞り９の表面及び内径端面に対し低反射表面処理を適用することができる。

【0051】

以上の通り、ベーン７の基材６５上に第１層６０と第２層６１を形成する処理及び基材６５の開口部側にテーパ形状を形成する処理の複合技術によって、バッフル２内の光路（光軸方向）に戻る迷光を抑制することができる。これにより、恒星センサ１は、撮影した恒星に基づく姿勢決定を精度よく行うことができる。

【0052】

（ベーンの製造方法）
基材６５としてアルミニウムまたはアルミニウム合金の板材を用意する。板材にテーパ形状６３を形成するための切削加工を行う。板材は、切削加工時に板材に付着した汚れや油分を除去する。板材をアセトン等の有機溶媒に浸漬し、超音波洗浄をすることによって脱脂する。また、超音波洗浄では除去できない汚れや傷に対しては、水酸化ナトリウム等の強アルカリ溶液に浸漬して化学的研磨を行う。さらに、化学的研磨で板材の表面に生じるスマットは硫酸もしくは硝酸に浸漬して除去する。

【0053】

次に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材に対して、陽極酸化処理を行う。陽極酸化処理を行うと、板材はその表面に複数の細孔を備える。これにより、板材上に多孔質（ポーラス構造ともいう）の酸化アルミニウムの被膜が生成される。

【0054】

電解液として硫酸アルミを添加した硫酸を処理槽に溜める。陽極をアルミニウムまたはアルミニウム合金の板材とし、陰極とともに電源と電気的に接続する。陰極の材質は、電解液との反応性が低ければよく、例えば、カーボン、白金、チタン、ＳＵＳを用いることができる。また、電解液の温度はチラーによって制御されることが好ましい。電源から陽極、陰極に電圧を１０分から１２０分印加し、陽極酸化処理を行うことにより、アルミニウム金属もしくはアルミニウム合金の表面近傍に細孔が生成される。処理槽から取り出した板材に対し、水を用いて電解液を洗い流す。

【0055】

次に、陽極酸化処理によって板材の細孔に対し、溶剤を浸漬させる。溶剤は酸化アルミニウムに対して濡れ性が良いものが好ましい。溶剤としては、アセトン、イソプロピルアルコール等を使用することができる。また、細孔内に水が多量に残っていると、溶剤との置換に時間を要するため、陽極酸化を施した板材は一度加熱乾燥をすることが好ましい。浸漬時間は例えば、１時間から１０時間である。なお、この浸漬工程は省いても構わない。

【0056】

次に、板材の細孔が形成された表面に対してエッチングを行う。処理槽にエッチング液を用意し、その中に細孔が形成された板材を浸漬する。エッチング液の温度は４０℃から６０℃、エッチング時間は５分から３０分であることが好ましい。エッチング液中にポンプにより液流を発生させることが好ましく、液流を均一な速度にすることにより、エッチングレートを制御することができる。エッチング液は、溶剤が充填された細孔内へ溶剤と相溶しながら置換し、細孔深部に侵入していく。そこで、板材の表面と細孔の内壁が同時にエッチングされることにより、酸化アルミニウムの突起部が形成される。

【0057】

なお、第２層６１の厚さ及び突起部６２の形状は、このエッチングレートにより制御できる。エッチングレートは溶剤の種類、溶剤の浸漬時間およびエッチング液の種類により制御することができる。具体的には、エッチングをより進行させることにより、第２層６１の厚さを薄くすることができる、また、エッチングをより進行させることにより、突起部６２の先端を細く、かつ短くできる。突起部６２をより細くして１μｍ程度にすると、突起部６２の一部は近接する突起部６２同士で凝集し、太さが１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲の第２形状の突起を形成する。すなわち、太さが０．１μｍ以上１．１μｍ以下の範囲である第１形状と、第２形状とを共存させることが可能となる。

【0058】

最後に、突起部６２が形成された酸化アルミニウムを黒色に染色する。エッチング後、水洗した酸化アルミニウムの表面を活性化するため、突起部６２を有する酸化アルミニウムを硫酸に浸漬する。浸漬時間は３０秒から３分である。また、染色するために前処理剤に３０秒から３分浸漬し、純水で湯煎する。湯煎したのちに染料を溶解した水溶液に５分から２０分浸漬する。そして、最後に再度、水洗してから乾燥させることで、ベーン７を得ることができる。すなわち、細孔は黒色染色材によって充填され、アルミニウムまたは合金よりなる基材６５上に黒色の多孔質の酸化アルミニウムを備える第１層６０が形成される。それと同時に、第１層６０の上には複数の酸化アルミニウムの突起部６２を備える第２層６１が形成される。

【0059】

なお、水洗した後に酸化アルミニウムの表面に対し硫酸アルミニウムを微量コーティングすることにより、細孔の封孔処理を行っても構わない。以上の通り、ベーン７の製造方法について説明したが、この製造方法はスペーサー８及び絞り９の製造に対しても適用可能である。

【0060】

図６は、本発明のベーンと従来の低反射表面処理を適用したベーンの反射率の比較を示す図である。

【0061】

図６（ａ）の横軸は入射角（斜角）を示している。入射角（斜角）の定義について図６（ｂ）を参照しながら説明する。まず、入射角０°（矢印で図示）の場合、ベーン７の表面に対して垂直に光を照射することを表す。入射角０°を基準として、ベーン７の表面に対して斜めから光を照射すると入射角θ（入射角０°の光の照射方向とベーン７の表面に対して斜めの光の照射方向とのなす角度）は大きくなる。入射角θが大きくなるほど、ベーン７の表面に対して斜めから光を照射していることを表す。入射角３０°（矢印で図示）の場合よりも入射角６０°（矢印で図示）の場合の方がベーン７の表面に対してより斜めから光を照射していることを表す。

【0062】

図６（ａ）の縦軸は反射率を示している。分光光度計（日本分光株式会社製、商品名：Ｖ－７７０）を用いて、光線の入射角５°～６５°の範囲及び可視光波長３８０～７８０ｎｍの条件でベーン７の表面における光の反射率を計測した結果である。また、図６（ａ）は、従来の表面処理を適用したベーン７の表面における光の反射率の測定結果を示す。●は本発明のベーン７の表面における光の反射率の測定結果を示す。▲は従来の表面処理を適用したベーン７の表面における光の反射率の測定結果を示す。ここで、従来の低反射表面処理とは、黒色塗装のみをベーン７の表面に施す処理のことをいう。一方で、本発明のベーン７は、上記で説明した低反射表面処理（ベーン７の基材６５上に第１層６０と第２層６１を形成する処理）されている。

【0063】

図６（ａ）に図示するように、従来の低反射表面処理を施したベーン７では入射角θが大きくなるに従い反射率も大きくなる。一方で、本発明のベーン７では入射角θが大きくなっても低反射率を維持している。例えば、本発明のベーン７の反射率は、入射角５°～６５°の範囲で０．０５以下である。本発明のベーン７は、大きい入射角（例えば、入射角６０°以上）で太陽光が恒星センサ１に入射してきた場合であっても、太陽光の反射を抑制できるため、恒星センサ１内の迷光を低減できる。一方で、従来の低反射表面処理を施したベーン７の反射率は、入射角６０°以上で急激に上昇している。従来の処理を施したベーン７は、大きい入射角（例えば、入射角６０°以上）で太陽光が恒星センサ１に入射してきた場合に太陽光の反射を抑制できないため、恒星センサ１内の迷光を低減できない。

【0064】

図７は、本発明に係る低反射表面処理を適用した絞りを説明する図である。

【0065】

図７は、図１のレンズ３の近傍を拡大した図である。絞り９は、レンズ群１（前群）とレンズ群２（後群）との間に配置されている。絞り９は、略中央部に開口部を備える。レンズ３に入射した光は絞り９の開口部を通る。レンズ３における迷光を低減する観点から、絞り９に対しベーン７と同様の低反射表面処理を施すことができる。恒星センサ１は、低反射表面処理を適用したベーン７、スペーサー８、及び絞り９を備える。また、恒星センサ１のバッフル２の内面も低反射表面処理されている。これにより、従来よりも迷光を低減した恒星センサ１を提供することができる。

【0066】

図８は、本発明に係る恒星センサを搭載した宇宙航行体の一例を説明する図である。

【0067】

本発明の恒星センサ１は、宇宙航行体として例えば、人工衛星、ロケット、月面探査車及び火星探査車等へ搭載されるが、これに限定されることはない。図８の宇宙航行体８０は、恒星センサ１と恒星センサ１ａとが９０度直交するように、２台の恒星センサを有している。宇宙航行体８０（例えば、人工衛星）は地球観測を行う。宇宙航行体８０の円筒開口部８２の内部に地球撮像用の光学機器（例えば、撮像装置）が格納されている。従って、円筒開口部８２の下方に光軸が向いている。図８に示すように、地球が太陽光に照らされている（すなわち、地球では昼間である）場合、宇宙航行体８０の上方に太陽があり、宇宙航行体８０の下方に地球がある。ここで、恒星センサ１及び恒星センサ１ａの太陽禁止離角が小さいほど、宇宙航行体８０の姿勢変更範囲を拡大することができる。そのため、宇宙航行体８０は、地球上の被写体を精度良く撮影することができる。

【0068】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【符号の説明】

【0069】

１ 恒星センサ
２ バッフル
３ レンズ
４ 検出部
５ 撮像素子
６ コネクタ
７ ベーン
８ スペーサー
９ 絞り
１０ 制御部
３０ バッフル
３１ ネジ部材
６０ 第１層
６１ 第２層
６２ 突起部
６３ テーパ形状
６４ テーパ面
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＡＭ
１０３ ＲＯＭ
１０４ 画像信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】