(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明では、小型人工衛星搭載に適した小型で低コストの地球センサ及び当該地球センサを用いた地球エッジ検出方法を提供する。【解決手段】地球エッジに対して垂直方向に、ライン状に配列又は斜交配列された複数のサーモパイル素子を含む検出部と、前記検出部で検出された信号をデジタル変換して出力する信号処理部とを備える地球エッジ検出器を少なくとも３つ含む地球センサは、前記信号処理部により前記サーモパイル素子毎に出力された赤外輻射量を、予め定められた閾値と比較して前記サーモパイル素子毎に０か１の値に二値化して、前記サーモパイル素子毎のデジタル値に変換することで、デジタル値が１となるサーモパイル素子の配列Ｄｅ、Ｄｎ、Ｄｗ、Ｄｓを地球領域７００、デジタル値が０となるサーモパイル素子の配列を宇宙空間と判定し、前記サーモパイル素子の配列において地球エッジ７０８を検出することができる。【選択図】図１３
2014058176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球エッジに対して垂直方向に、ライン状に配列又は斜交配列された複数のサーモパイル素子を含む検出部と、前記検出部で検出された信号をデジタル変換して出力する信号処理部とを備える地球エッジ検出器を少なくとも３つ格納する筐体カバーと、
前記信号処理部からの出力値を外部に出力するための接続コネクタを備える筐体ベースとを含み、
前記検出部は、レンズを有する筒状のレンズ部と、前記複数のサーモパイル素子を配列した素子部からなり、
前記筐体カバーには、前記地球エッジ検出器の前記レンズ部を外部に露出するための穴が、前記地球センサの中心を基点として等しい角度間隔で設けられ、
前記地球エッジ検出器は前記等しい角度間隔で前記筐体カバーに格納される地球センサであって、
それぞれの前記地球エッジ検出器の前記検出部に含まれる複数のサーモパイル素子により赤外線の検出を行ない、サーモパイル素子毎に赤外輻射量を前記信号処理部に出力し、
前記信号処理部により前記サーモパイル素子毎に出力された赤外輻射量を、予め定められた閾値と比較して前記サーモパイル素子毎に０か１の値に二値化して、前記サーモパイル素子毎のデジタル値に変換し、
前記サーモパイル素子毎のデジタル値は、前記サーモパイル素子の配列に対応し、デジタル値が１となるサーモパイル素子の配列を地球領域、デジタル値が０となるサーモパイル素子の配列を宇宙空間と判定することで、前記サーモパイル素子の配列において地球エッジを検出することを特徴とする地球センサ。
【請求項２】
前記筺体カバーは、前記地球エッジ検出器を装着したセンサブロックを少なくとも３つ格納し、
前記センサブロックは、前記地球エッジ検出器の前記レンズ部を外部に露出させるためのブロック開口部と、前記地球エッジを検出するための角度に対応した傾きを有する装着面とを有し、
前記地球エッジ検出器は、前記検出部と前記信号処理部を長方形状の基板上に有し、前記装着面に前記長方形状の基板を合わせて、前記ブロック開口部に前記レンズ部が配置されるように、前記センサブロックに装着され、
前記筐体カバーには、前記ブロック開口部から露出した前記レンズ部を外部に露出するため筐体開口部が、前記地球センサの中心を基点として等しい角度間隔で設けられ、
前記地球エッジ検出器を装着したセンサブロックは、前記地球センサの中心を基点として前記等しい角度間隔で、該センサブロックの長軸を縦にして前記センタ筐体に格納されることを特徴とする請求項１に記載の地球センサ。
【請求項３】
前記地球センサは、第一から第四の地球エッジ検出器をそれぞれ装着した第一から第四のセンサブロックを有し、
前記第一から第四のセンサブロックは、それぞれ前記ブロック開口部側の前面、前記装着面側の背面、右側面、左側面の４つの面を有し、
前記第一から第四のセンサブロックは、前記地球センサの中心を基点に点対称となるように、
前記第一のセンサブロックの背面を前記第二のセンサブロックの右側面又は左側面に対向させ、
前記第二のセンサブロックの背面を前記第三のセンサブロックの右側面又は左側面に対向させ、
前記第三のセンサブロックの背面を前記第四のセンサブロックの右側面又は左側面に対向させ、
前記第四のセンサブロックの背面を前記第一のセンサブロックの右側面又は左側面に対向させることで卍状に組み合わされて、前記筐体カバーに格納されることを特徴とする請求項２に記載の地球センサ。
【請求項４】
前記地球センサは、第一から第四の地球エッジ検出器を含むことを特徴とする請求項１に記載の地球センサ。
【請求項５】
それぞれの前記地球エッジ検出器から得られた、前記サーモパイル素子毎のデジタル値とサーモパイル素子１つ当たりの視野角に基づいて、人工衛星のピッチ角およびロール角を計算することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の地球センサ。
【請求項６】
前記サーモパイル素子１つ当たりの視野角θ0と、
前記第一の地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｎと、
前記第ニの地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｓと、
前記第三の地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｗと、
前記第四の地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｅと
を用いた式：
ピッチ角＝θ0×（Ｄｓ−Ｄｎ）／２
ロール角＝θ0×（Ｄｗ−Ｄｅ）／２
により、人工衛星のピッチ角およびロール角を計算することを特徴とする請求項３または４に記載の地球センサ。
【請求項７】
前記地球エッジ検出器の少なくとも１つは、サーモパイル素子に代えて、別の種類の赤外線検出素子を用いた赤外線検出器であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の地球センサ。
【請求項８】
地球エッジに対して垂直方向に、ライン状に配列又は斜交配列された複数のサーモパイル素子を含む検出部と、前記検出部で検出された信号をデジタル変換して出力する信号処理部とを備える地球エッジ検出器を少なくとも３つ含む地球センサの地球エッジ検出方法において、
それぞれの前記地球エッジ検出器の前記検出部に含まれる複数のサーモパイル素子により赤外線の検出を行ない、サーモパイル素子毎に赤外輻射量を前記信号処理部に出力するステップと、
前記信号処理部により前記サーモパイル素子毎に出力された赤外輻射量を、予め定められた閾値と比較して前記サーモパイル素子毎に０か１の値に二値化して、前記サーモパイル素子毎のデジタル値に変換するステップと、
それぞれの前記地球エッジ検出器から得られた、前記サーモパイル素子毎のデジタル値とサーモパイル素子１つ当たりの視野角に基づいて、人工衛星のピッチ角およびロール角を計算するステップとを含み、
前記サーモパイル素子毎のデジタル値は、前記サーモパイル素子の配列に対応し、デジタル値が１となるサーモパイル素子の配列を地球領域、デジタル値が０となるサーモパイル素子の配列を宇宙空間と判定することで、前記サーモパイル素子の配列において地球エッジを検出することを特徴する地球エッジ検出方法。
【請求項９】
前記地球センサは、第一から第四の地球エッジ検出器を含み、
前記地球センサの中心に対して対称的に、第一の地球エッジ検出器と第二の地球エッジ検出器が設置され、
前記地球センサの中心に対して対称的に、第三の地球エッジ検出器と第四の地球エッジ検出器が設置され、
前記第一の地球エッジ検出器と前記第二の地球エッジ検出器を結ぶ直線は、前記第三の地球エッジ検出器と前記第四の地球エッジ検出器を結ぶ直線と直角に交わり、
前記人工衛星のピッチ角およびロール角を計算するステップは、
前記サーモパイル素子１つ当たりの視野角θ0と、
前記第一の地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｎと、
前記第ニの地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｓと、
前記第三の地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｗと、
前記第四の地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｅと
を用いた式：
ピッチ角＝θ0×（Ｄｓ−Ｄｎ）／２
ロール角＝θ0×（Ｄｗ−Ｄｅ）／２
により、前記ピッチ角と前記ロール角を計算することを特徴とする請求項８に記載の地球エッジ検出方法。
【請求項１０】
前記地球エッジ検出器の少なくとも１つは、サーモパイル素子に代えて、別の種類の赤外線検出素子を用いた赤外線検出器であることを特徴とする請求項８又は９に記載の地球エッジ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星の姿勢制御に関し、特に、人工衛星に搭載された、地球の位置を検出する地球センサ及び地球センサを用いた地球エッジ検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星に搭載される地球センサは、人工衛星の姿勢制御に広く用いられている。宇宙空間における人工衛星の地球センサは、地球の位置を把握するために、地球の輪郭（すなわち、「地球エッジ」）を検出する。検出された地球エッジから、地球中心に対する人工衛星の姿勢角を求めることができ、低軌道周回衛星や静止衛星などの人工衛星の姿勢を制御することができる。
【０００３】
従来の地球センサは、様々な地球エッジの検出方法を採用している。地球エッジの検出方法を大別すると、地平線スキャナ方式、地平線トラッカ方式、静的熱平衡方式の３種類に分けることができる。いずれの方式も、赤外線検出器を用いて、地球からの赤外線の輻射（以下、単に「地球赤外輻射」という。）を検出するが、ほとんどの機器は昼夜に関係なく輻射強度が比較的安定している１４〜１６μm帯（地上高度約４０kmのＣＯ2層からの黒体輻射）の赤外線を検出している（図８参照）。
【０００４】
図１は、従来例の地平線スキャナ方式の地球センサの動作原理を説明するための図である。地平線スキャナ方式の地球センサのスキャン部１００には、赤外線検出器（Ｓ赤外線検出器１０６、Ｎ赤外線検出器１０８）の焦点や視野角などを調整して地球１１０の像をとらえるレンズ１０２と、Ｓ赤外線検出器１０６によるスキャン方向１１２、Ｎ赤外線検出器１０８によるスキャン方向１１４を制御するスキャンミラー１０４とが含まれる。
【０００５】
スキャンミラー１０４は、縦の軸を中心にして回転させることで、地球１１０を左から右（または左から右）にスキャンすることができる。Ｓ赤外線検出器１０６およびＮ赤外線検出器１０８を用いて左から右（または、右から左）のスキャン方向１１２，１１４にスキャンすると、地球エッジ１１６を検出することができる。一般に、赤外線検出器は、宇宙空間に対しては、ほとんど赤外線の輻射を検出することがなく、赤外線検出器の出力はほぼゼロとなるが、地球に対しては、地球赤外輻射を検出して、宇宙空間に比べてより高い値の出力を示す。
【０００６】
図１に示す従来例では、Ｓ赤外線検出器１０６が、左から右へのスキャン方向１１２にスキャンを行い、その出力の様子をＳ赤外線検出器出力波形１２６に示す。スキャンによって、Ｓ赤外線検出器１０６が宇宙空間から地球１１０をとらえたときに、Ｓ赤外線検出器出力波形１２６は、それまでの低い値から高い値に変化する。さらに、スキャンが進み、Ｓ赤外線検出器１０６が地球１１０を捉えている間は（すなわち、地球領域１２４では）、Ｓ赤外線検出器出力波形１２６は高い値を維持し、地球１１０から宇宙空間に外れたときに、Ｓ赤外線検出器出力波形１２６は、それまでの高い値から低い値に変化する。このように、Ｓ赤外線検出器出力波形１２６が変化する２箇所を地球エッジ１１６として検出することができる。Ｎ赤外線検出器についても同様に、Ｎ赤外線検出器出力波形１２８が変化する２箇所を地球エッジ１１６として検出することができる。
【０００７】
以上のように検出された４箇所の地球エッジ情報を用いて、人工衛星において宇宙空間と地球領域１２４を把握して、衛星座標中心１２２が地球領域１２４を外れることなく、地球中心１２０に一致するように人工衛星の姿勢が制御される。
【０００８】
図２は、地平線トラッカ方式の地球センサの動作原理を説明するための図である。地平線トラッカ方式の地球センサは、地球１１０の地平線（地球エッジ）と垂直方向に赤外線検出器の視野角２０２を微少振動（スキャントラッキング２００）させて、地球エッジ１１６を検出することができる。具体的には、赤外線検出器出力波形（赤外線センサの出力）が大きく変化する箇所を、出力波形における地球エッジとして検出することができる。人工衛星は、赤外線検出器出力波形（赤外線センサの出力）における地球エッジを用いて、赤外線検出器の視野角２０２内に地球エッジ１１６をとらえるように姿勢を制御することができる。
【０００９】
図３は、静的熱平衡方式の地球センサの動作原理を説明するための図である。静的熱平衡方式の地球センサは、対向する赤外線検出器で検知する地球赤外輻射量（赤外線検出器出力３００のＡｎとＡｓ、ＡｗとＡｅ）の割合から、人工衛星の衛星座標中心３０２と地球中心１２０のずれ（ロール角、ピッチ角など）を検出することができる。人工衛星は、検出されたロール角、ピッチ角などのずれの情報を用いて姿勢制御を行なうことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】JERG-2-510-HB002  姿勢制御系コンポーネント技術ハンドブック、宇宙航空研究開発機構（JAXA）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１から図３に示す従来の地球センサには、改善すべき点がいくつかある。図１に示す地平線スキャナ方式では、スキャンミラー１０４と駆動部が必要となるため機器が大型で複雑化する。また、機械的駆動部の摩耗が大きくなる場合もある。図２に示す地平線トラッカ方式も、地平線スキャナ方式と同様に駆動部が必要となり、駆動系を有するため機器が大型化・複雑化し、駆動部に摩耗故障の恐れが生じる。
【００１２】
図３に示す静的熱平衡方式では、赤外線検出器によって検出される地球赤外輻射量が、地球の緯度や季節によっても変動する。その地球の経度や季節による変動が、赤外線検出器の出力結果に大きな影響を与え、人工衛星の姿勢をうまく制御できない可能性がある。そのため、静的熱平衡方式の地球センサの製作時に、赤外線検出器などの機器の感度特性の正確な熱的試験を行なって特性を把握しておく必要がある。
【００１３】
このように、従来の地球センサ（図１から図３に示す従来例）は、大型の人工衛星への搭載を前提に開発されてきた経緯から、地球エッジの検出は高精度に行うことは可能であるものの、ミラーや駆動部などが設けられるため大型なものとなり、さらに、駆動部の磨耗を防ぐための工夫などをしなければならず、一般的に機器製作のためのコストが高くなる。また、大型の地球センサは、小型の人工衛星には搭載することができない。そのため、小型の人工衛星への搭載に適した小型軽量の地球センサが求められている。
【００１４】
このような課題を解決するために、本発明では、小型人工衛星搭載に適した小型で低コストの地球センサ及び当該地球センサを用いた地球エッジ検出方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明では新しい地球センサ及び当該地球センサに採用する地球エッジ検出方式（方法）（以下、「地平線デジタル検出方式」という。）を提案する。
【００１６】
本発明に係る地球センサの１つの実施形態では、地球センサは、地球エッジに対して垂直方向に、ライン状に配列又は斜交配列された複数のサーモパイル素子を含む検出部と、前記検出部で検出された信号をデジタル変換して出力する信号処理部とを備える地球エッジ検出器を少なくとも３つ格納する筐体カバーと、
前記信号処理部からの出力値を外部に出力するための接続コネクタを備える筐体ベースとを含み、
前記検出部は、レンズを有する筒状のレンズ部と、前記複数のサーモパイル素子を配列した素子部からなり、
前記筐体カバーには、前記地球エッジ検出器の前記レンズ部を外部に露出するための穴が、前記地球センサの中心を基点として等しい角度間隔で設けられ、
前記地球エッジ検出器は前記等しい角度間隔で前記筐体カバーに格納され、
それぞれの前記地球エッジ検出器の前記検出部に含まれる複数のサーモパイル素子により赤外線の検出を行ない、サーモパイル素子毎に赤外輻射量を前記信号処理部に出力し、
前記信号処理部により前記サーモパイル素子毎に出力された赤外輻射量を、予め定められた閾値と比較して前記サーモパイル素子毎に０か１の値に二値化して、前記サーモパイル素子毎のデジタル値に変換し、
前記サーモパイル素子毎のデジタル値は、前記サーモパイル素子の配列に対応し、デジタル値が１となるサーモパイル素子の配列を地球領域、デジタル値が０となるサーモパイル素子の配列を宇宙空間と判定することで、前記サーモパイル素子の配列において地球エッジを検出することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る地球センサの好ましい実施形態では、前記地球センサは、前記筺体カバーは、前記地球エッジ検出器を装着したセンサブロックを少なくとも３つ格納し、
前記センサブロックは、前記地球エッジ検出器の前記レンズ部を外部に露出させるためのブロック開口部と、前記地球エッジを検出するための角度に対応した傾きを有する装着面とを有し、
前記地球エッジ検出器は、前記検出部と前記信号処理部を長方形状の基板上に有し、前記装着面に前記長方形状の基板を合わせて、前記ブロック開口部に前記レンズ部が配置されるように、前記センサブロックに装着され、
前記筐体カバーには、前記ブロック開口部から露出した前記レンズ部を外部に露出するため筐体開口部が、前記地球センサの中心を基点として等しい角度間隔で設けられ、
前記地球エッジ検出器を装着したセンサブロックは、前記地球センサの中心を基点として前記等しい角度間隔で、該センサブロックの長軸を縦にして前記センタ筐体に格納されることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る地球センサのさらに好ましい実施形態では、前記地球センサは、第一から第四の地球エッジ検出器をそれぞれ装着した第一から第四のセンサブロックを有し、
前記第一から第四のセンサブロックは、それぞれ前記ブロック開口部側の前面、前記装着面側の背面、右側面、左側面の４つの面を有し、
前記第一から第四のセンサブロックは、前記地球センサの中心を基点に点対称となるように、
前記第一のセンサブロックの背面を前記第二のセンサブロックの右側面又は左側面に対向させ、
前記第二のセンサブロックの背面を前記第三のセンサブロックの右側面又は左側面に対向させ、
前記第三のセンサブロックの背面を前記第四のセンサブロックの右側面又は左側面に対向させ、
前記第四のセンサブロックの背面を前記第一のセンサブロックの右側面又は左側面に対向させることで卍状に組み合わされて、前記筐体カバーに格納されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る地球センサのさらに別の実施形態では、前記地球センサは、第一から第四の地球エッジ検出器を含むことを特徴とする。また、それぞれの前記地球エッジ検出器から得られた、前記サーモパイル素子毎のデジタル値とサーモパイル素子１つ当たりの視野角に基づいて、人工衛星のピッチ角およびロール角を計算することを特徴とする。
【００２０】
第一から第四の地球エッジ検出器を有する地球センサの実施形態では、前記地球センサは、前記サーモパイル素子１つ当たりの視野角θ0と、
前記第一の地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｎと、
前記第ニの地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｓと、
前記第三の地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｗと、
前記第四の地球エッジ検出器で地球領域と判定されたサーモパイル素子数Ｄｅと
を用いた式：
ピッチ角＝θ0×（Ｄｓ−Ｄｎ）／２
ロール角＝θ0×（Ｄｗ−Ｄｅ）／２
により、人工衛星のピッチ角およびロール角を計算することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る地球センサのその他の実施形態として、前記地球エッジ検出器の少なくとも１つは、サーモパイル素子に代えて、別の種類の赤外線検出素子を用いた赤外線検出器であることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る地球エッジ検出方法の１つの実施形態では、地球エッジに対して垂直方向に、ライン状に配列又は斜交配列された複数のサーモパイル素子を含む検出部と、前記検出部で検出された信号をデジタル変換して出力する信号処理部とを備える地球エッジ検出器を少なくとも３つ含む地球センサの地球エッジ検出方法は、
それぞれの前記地球エッジ検出器の前記検出部に含まれる複数のサーモパイル素子により赤外線の検出を行ない、サーモパイル素子毎に赤外輻射量を前記信号処理部に出力するステップと、
前記信号処理部により前記サーモパイル素子毎に出力された赤外輻射量を、予め定められた閾値と比較して前記サーモパイル素子毎に０か１の値に二値化して、前記サーモパイル素子毎のデジタル値に変換するステップと、
それぞれの前記地球エッジ検出器から得られた、前記サーモパイル素子毎のデジタル値とサーモパイル素子１つ当たりの視野角に基づいて、人工衛星のピッチ角およびロール角を計算するステップとを含み、
前記サーモパイル素子毎のデジタル値は、前記サーモパイル素子の配列に対応し、デジタル値が１となるサーモパイル素子の配列を地球領域、デジタル値が０となるサーモパイル素子の配列を宇宙空間と判定することで、前記サーモパイル素子の配列において地球エッジを検出することを特徴する。
【発明の効果】
【００２３】
地球エッジ検出器の検出部において、一定の視野角を持つ多素子ライン配列のサーモパイルアレーを採用することで、従来の地球エッジ検出器において必要とされた機械的駆動系を省くことができる。これにより、地球センサの機構を大幅に簡素化でき、地球センサの小型・軽量化、低コスト化を実現することができる。また、駆動部の摩耗や故障について対策する必要がない。
【００２４】
事前に感度校正のなされた多素子ライン配列のサーモパイルアレーで、地球赤外放射を検出することにより、地球領域と宇宙領域の判別、すなわち地球エッジの検出をサーモパイル素子単位で行なうことができ、従来の地球エッジ検出器に比べてより簡便に地球エッジを検出することができる。この結果、人工衛星の姿勢角（ピッチ角／ロール角）の計算アルゴリズムを簡素化できる。なお、地球エッジ検出器の数が最低３つ以上であれば、人工衛星の姿勢角（ピッチ角／ロール角）の算出が可能ではあるが、４つの地球エッジ検出器を用いて地球センサを構成すると、より簡単にピッチ角とロール角を計算することができる。
【００２５】
さらに、地球エッジの判別において、地球エッジの閾値を適切に設定することにより、赤道域と極域での地球赤外輻射量の違いや変動量の影響を排除できる。また、より多くのサーモパイル素子からなるサーモパイルアレーを地球エッジ検出器として用いることで、１素子あたりの視野角を小さくすることができ、解像度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、地平線スキャナ方式の地球センサの動作原理を説明するための図である。
【図２】図２は、地平線トラッカ方式の地球センサの動作原理を説明するための図である。
【図３】図３は、静的熱平衡方式の地球センサの動作原理を説明するための図である。
【図４】図４は、地球エッジ検出器として用いられるサーモパイルアレーを示す図である。
【図５】図５は、サーモパイルアレーの素子部におけるサーモパイル素子の配列の１つの実施例を示す図である。
【図６】図６は、サーモパイルアレーにおけるＸ−Ｙ軸および視野角を示す図である。
【図７】図７は、サーモパイルアレーにおける赤外検出波長域を示すグラフである。
【図８】図８は、地球の低緯度域、中緯度域、極域における地球赤外輻射量と波長との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、４つのサーモパイルアレーを地球エッジ検出器として用いた地球センサの１つの実施例を示す図である。
【図１０】図１０は、人工衛星の軌道高度と人工衛星に搭載された地球エッジ検出器の視野角の関係を示す図である。
【図１１】図１１は、サーモパイルアレーを用いた地球エッジ検出器における地球エッジの検出方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、サーモパイルアレーにおける各サーモパイル素子が出力する信号と閾値の関係を示す図である。
【図１３】図１３は、人工衛星の姿勢角の計算方法を説明するための図である。
【図１４】図１４は、他の実施形態の地球エッジの検出方法を用いた際の各サーモパイル素子の出力信号と閾値との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、地球エッジ検出器を装着するためのセンサブロックを示す図である。
【図１６】図１６は、地球エッジ検出器を装着したセンサブロックを卍状に格納するための筐体カバーを示す図である。
【図１７】図１７は、４つのセンサブロックを卍状に、筐体カバーに格納して固定した地球センサの上面図、側面図および断面図である。
【図１８】図１８は、４つのセンサブロックを卍状に装着することで小型化された地球センサの実施例を示す図である。
【図１９】図１９は、小型化した地球センサのオフセット角を示す図である。
【図２０】図２０は、小型化した地球センサを人工衛星の構体パネルに固定した場合の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、実施の形態を説明するための全ての図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
図４は、本発明の１つの実施形態として、地球センサにおいて地球エッジ検出器として用いられるサーモパイルアレーを示す。サーモパイルアレー４００は、基板４０５に検出部４０２と信号処理部４０４とを備える。検出部４０２は、図５に示されるように、複数のサーモパイル素子が素子番号１番から１６番まで、１番の斜め後方に２番、２番の斜め後方に３番といったように、交互に二列で配列された素子部４１０とレンズ４０６を有する筒状のレンズ部４０８とからなる。図５のように、交互二列の配列を「斜交配列」と呼ぶことにする。複数のサーモパイル素子は、一直線状（ライン状）に配列することもできる。素子部４１０は、レンズ部４０８の内側の基板面上にある（図５参照）。また、信号処理部４０４において処理された電気信号をサーモパイルアレー４００の外部の機器に向けて出力するための接続端子４１４を基板４０５に備える。基板４０５の形状は長方形であるが、長方形の他にも地球センサの筐体に収納するために最適な形状を採用することができる。
【００２９】
サーモパイルアレー４００は、検出部４０２によって対象物からの赤外輻射を検出し、信号処理部４０４によって赤外輻射量に対応する電気信号を出力する。具体的には、レンズ４０６を有するレンズ部４０８を通って入射する赤外線を、素子部４１０の複数のサーモパイル素子によって検出して、信号処理部４０４によって検出した赤外線の赤外輻射量に応じて電気信号に変換されて接続端子４１４から外部に出力される。
【００３０】
本発明の別の実施形態では、地球エッジ検出器として、サーモパイルアレー４００の複数のサーモパイル素子に代えて、別の赤外線検出素子がライン状に配列又は斜交配列された赤外線検出器を用いることもできる。
【００３１】
図５は、図４で示したサーモパイルアレー４００の素子部４１０におけるサーモパイル素子４１２の配列の１つの実施形態を示す。１６個のサーモパイル素子４１２は、レンズ部４０８の内側の基板上に交互に二列で配列（すなわち、斜交配列）されている。図５では、左側のサーモパイル素子から順に１から１６の素子番号が付されている。サーモパイル素子４１２は、対象物より放射される赤外線を検出する個々の素子であり、対象物の温度に比例した電圧を出力することができる。本発明の１つの実施形態で使用するサーモパイルアレー４００は、サーモパイル素子４１２が２×８個斜交配列されたタイプであるが、人工衛星から地球の間のように対象物が十分に離れている場合は、１×１６のライン状素子配列と見做すことができる。また、別の実施形態では、複数のサーモパイル素子をライン状に配列することもできる。さらに、サーモパイル素子４１２の数は、１６個に限られるものではなく、地球エッジの検出精度の向上や低コスト化・小型化といった要求において増減することができる。一般的に、サーモパイル素子数を増加することで、１素子当たりの視野角を小さくでき、地球エッジ検出器の解像度が向上して、地球エッジの検出制度を改善することができる。
【００３２】
図５におけるＦＯＶ（Ｘ）およびＦＯＶ（Ｙ）は、それぞれサーモパイルアレー４００のＸ軸方向の視野角（FOV; Field Of View）とＹ軸方向の視野角を示す。地球エッジ検出器としてサーモパイルアレー４００を用いた場合、Ｘ軸は地球エッジに対して垂直になる軸であり、Ｙ軸は地球エッジに対して平行となる軸である。複数のサーモパイル素子４１２を、地球エッジに対して垂直方向（Ｘ軸方向）に配列することで、広い視野角ＦＯＶ（Ｘ）で地球エッジをとらえることができる。
【００３３】
図６は、地球エッジ検出器として用いられるサーモパイルアレー４００におけるＸ−Ｙ軸方向と視野角を示す。図６（ａ）は、サーモパイルアレー４００の平面図であり、軸方向を示す。長方形状のサーモパイルアレー４００の長軸方向をＸ軸とし、短軸方向をＹ軸とする。上述のとおり、サーモパイルアレー４００を地球エッジ検出器として地球センサに搭載した場合には、Ｘ軸は地球の地球エッジに対して垂直となり、Ｙ軸は平行となる。
【００３４】
図６（ｂ）はＸ軸方向の視野角ＦＯＶ（Ｘ）の例を示す。視野角はレンズの焦点距離で決まるが、本発明の１つの実施形態として、サーモパイルアレー４００を使用する地球エッジ検出器では、１０．６ｍｍの焦点距離を持ち、Ｘ方向の視野角ＦＯＶ（Ｘ）が１７°、Ｙ方向の視野角ＦＯＶ（Ｙ）が２．５°となっている。Ｘ方向には１６個の素子が並んでいるため、１素子あたりの視野角すなわちエッジ検出精度は約１°となる。
【００３５】
図７は、サーモパイルアレーにおける赤外検出波長域を示すグラフである。グラフの縦軸は赤外線の透過率であり、横軸は波長である。本発明の地球エッジ検出器（図４の実施例では、サーモパイルアレー４００）で使用するレンズ４０６の１つの実施形態として、非コーティングシリコンレンズ（Ｇ１２）を用いることができる。図７のグラフ中のSTANDARDラインは従来のレンズの赤外検出波長域を表し、G12ラインは非コーティングシリコンレンズ（Ｇ１２）を使用した場合の赤外検出波長域を示す。STANDARDラインで示される従来のレンズに比べて、G12ラインで示される非コーティングシリコンレンズ（Ｇ１２）は、広い波長域で一定の透過率となるという特性を有していることが分かる。
【００３６】
図８は、地球の低緯度域、中緯度域、極域における地球赤外輻射量と波長との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は赤外輻射量（放射輝度）であり、横軸は波長である。従来型地球センサの多くが、赤外線の検出波長域としてＣＯ2の吸収帯である１４〜１６μｍ(ＣＯ2バンド)を採用している（図８中の（１）従来の地球センサの検出波長域）。その理由としては、ＣＯ2プロファイルが大気圏上層部で形成されることから、対流圏における気象変動の影響が少なく赤外輻射量が安定しているためである。図８に示す（ａ）低経度域、（ｂ）中経度域、（ｃ）極域のいずれもグラフからも、１４〜１６μｍ(ＣＯ2バンド)の波長域におけるほぼ一定の値（５０前後）で安定していることが理解できる。これら従来型地球センサでは、通常ＣＯ2プロファイル（赤外輻射量）データを内部に持っており、ピークレベルに対する相対強度が１／２となる位置を「地球エッジ」として検出する方式をとっている。
【００３７】
しかしながら、ＣＯ2プロファイルは安定しているとはいえ、緯度や経度、季節、時間帯等による様々な変動要因があり、高精度な地球センサではそれらの変動要因に対する補正も行うので、姿勢角の計算がかなり複雑になる。
【００３８】
一方、本発明で使用する地球エッジ検出器は、非コーティングシリコンレンズ(Ｇ１２)を採用することにより、図７に示すように検出波長域が遠赤外領域においてフラットな特性となっている。図８に示す地球赤外輻射のほとんどの波長範囲（図８中の（２）本発明に係る地球エッジ検出器の波長域））を検出するようになっている。
【００３９】
これは、各検出素子を、地球領域（地球赤外輻射が有る）と宇宙領域（地球赤外輻射が無い）との判別のみにデジタル的に使用しており、ＣＯ2バンドによる高精度な検出を行う必要がないためである。これにより、レンズのコーティング処理や複雑なパラメータ計算処理に伴うコストを抑えている。
【００４０】
図９は、４つのサーモパイルアレー４００を地球エッジ検出器として用いた地球センサの１つの実施形態を示す。なお、人工衛星の姿勢を制御するためには、最低３つの地球エッジ検出器があれば、それぞれ地球エッジを検出して、地球の位置を把握することができる。つまり、少なくとも３つの地球エッジ検出器を用いて地球センサを構成することは可能である。
【００４１】
本発明の１つの実施形態である地球センサ５００は、４つの地球エッジ検出器を格納する筐体カバー５０２と筐体ベース５０４とからなる。また、筐体ベース５０４には、接続コネクタ５０６が設置されている。地球センサ５００における４つの地球エッジ検出器には、図４および図５に示した１６素子のサーモパイルアレー４００を４つ用いることができる。それぞれのサーモパイルアレー４００の接続端子４１４から出力される電気信号を処理して、制御情報（ピッチ角およびロール角といった姿勢制御角など）を生成する制御情報生成部（図示せず）を地球センサ５００に含めることもできる。制御情報生成部からの出力（制御情報）は、接続コネクタ５０６を介して、地球センサ５００に接続された人工衛星本体に送信される。
【００４２】
また、別の実施形態では、４つの地球エッジ検出器として、別の赤外線検出素子からなる赤外線検出器を用いることができ、サーモパイルアレー４００と組合せて用いることも可能である。
【００４３】
４つの地球エッジ検出器は、地球センサ５００の中心を基点として、９０°間隔で、筐体カバー５０２に格納され、サーモパイルアレー４００のレンズ４０６およびレンズ部４０８が外向きになるように配置して筐体カバー５０２の内側に固定される。つまり、筐体カバー５０２の内側において、４個の地球エッジ検出器（便宜的に、第一から第四の地球エッジ検出器と呼ぶ）は、地球センサ５００の中心に対して対称的に、第一の地球エッジ検出器と第二の地球エッジ検出器が配置され、地球センサの中心に対して対称的に、第三の地球エッジ検出器と第四の地球エッジ検出器が配置される。このとき、前記第一の地球エッジ検出器と前記第二の地球エッジ検出器を結ぶ直線は、前記第三の地球エッジ検出器と前記第四の地球エッジ検出器を結ぶ直線と直角に交わる。
【００４４】
本発明の１つの実施形態である地球センサ５００では、サーモパイルアレー４００のレンズ部４０８は、筐体カバー５０２の開口部から露出している。別の実施形態では、筐体カバー５０２の開口部からレンズ４０６だけを露出させて、レンズ部４０８は露出させないように構成することも可能である。
【００４５】
それぞれ反対側に位置する地球エッジ検出器は、一方の地球エッジ検出器の視野角の中心軸と他方の地球エッジ検出器の視野角の中心軸とがオフセット角θoffsetをなすように配置することができる。オフセット角θoffset は、人工衛星の軌道高度に応じて定まる。
図９では、例として、それぞれ反対側に位置する１組の地球エッジ検出器のオフセット角θoffset を示しているが、もう１組の地球エッジ検出器も同様のオフセット角をなすように配置される。
【００４６】
図１０は、人工衛星の軌道高度と人工衛星に搭載された地球エッジ検出器の視野角の関係を示す。地球センサ５００を搭載した人工衛星が、軌道高度９００ｋｍ（Ｈ＝９００ｋｍ）の宇宙空間６０２を飛んでいるとした場合に、それぞれ反対側に位置する地球エッジ検出器間のオフセット角θoffset を１２３°にしておけば、姿勢角がピッチ／ロール角共に０°の時、すなわち人工衛星が地球６００の中心を向いている時に、各地球エッジ検出器の赤外線検出素子（すなわち、サーモパイル素子）の配列の中央の素子で地球エッジをとらえることができる。図５の例では、サーモパイルアレー４００の１６個のサーモパイル素子のうち、素子番号８又は９の素子もしくは素子番号８と９の間で地球エッジをとらえることができる。オフセット角θoffset を調整することで、様々な予定軌道高度の人工衛星への搭載が可能となる。
【００４７】
ここで、図１１（ａ）から（ｃ）を参照して、サーモパイルアレー４００を用いた地球エッジ検出器における地球エッジの検出方法を説明する。人工衛星に搭載された地球センサの４つの地球エッジ検出器は、前述のように姿勢角がピッチ／ロール角共に０°の時に地球エッジ７０８が視野７０６の中央に来るように配置されている。このとき、地球赤外領域７００における地球中心７０２に、人工衛星の衛星座標中心７０４が重なることになる。視野７０６の１マスは、サーモパイルアレー４００の素子部４１０に配列された１つのサーモパイル素子４１２に対応する。
【００４８】
図５では、１６個のサーモパイル素子４１２が配列されているが、図１１では、簡略化のために視野７０６におけるマスを１６個よりも少ない数で表示している。
【００４９】
図１１（ａ）のように人工衛星の姿勢角が変化した場合、各地球エッジ検出器の視野７０６（Ａｎ，Ａｓ，Ａｗ，Ａｅ）において検出する地球エッジ７０８の位置が、中央からずれることになる。
【００５０】
図１１（ｂ）は、人工衛星の姿勢が右方向へ変化した場合、すなわち検出器の視野７０６（Ａｅ）において地球エッジが左方向へずれた場合の模式図である。この例では、視野７０６の８マスに対応するサーモパイル素子のうち、左から１から４番目のマスに対応するサーモパイル素子が地球赤外輻射をとらえており、左から４番目と５番目のマスに対応するサーモパイル素子の検出結果から地球エッジ７０８を検出することができる。具体的な検出方法は、図１１（ｃ）を用いて説明する。
【００５１】
図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）の例において、視野７０６（Ａｅ）の各マスに対応するサーモパイル素子の信号出力（電圧出力）を示す。すなわち、地球赤外領域７００をとらえているサーモパイル素子および宇宙領域７０１をとらえているサーモパイル素子は、それぞれその赤外輻射強度に応じた電圧出力が得られることになるが、宇宙領域７０１の温度は極めて低い（絶対温度３ｋ）ことから出力はほぼゼロに近い一定値となる。そこで、地球／宇宙領域判定用の閾値を設定することで、境界点を地球エッジとして検出することができる。
【００５２】
図１２は、サーモパイルアレーにおける各サーモパイル素子が出力する信号と閾値の関係を示す。地表より外縁の大気層では、赤外輻射強度が地表からの高度に応じて減衰するプロファイルを持ち、宇宙領域では出力がゼロに近い一定値に至る。図１０に示した本発明の１つの実施形態のように、軌道高度９００ｋｍ、視野角１７°で１６素子の地球エッジ検出器の場合、地球エッジでの視野領域は約１０６５ｋｍとなり、１素子あたりの視野領域は約６７ｋｍとなる。大気層の厚さは（季節や時間帯による若干の変動はあるものの）約１００ｋｍとすると，最大３つの素子に亘り大気層の影響による中間的な値を出力することになる。
【００５３】
本発明にかかる地球エッジ検出器の赤外波長域は、広範囲（例えば、図８中の（２）の範囲）に及ぶため、緯度や時間帯による変動、大気中のＯ3やＨ2０による吸収等様々な変動要因が存在し，大気層やその付近の地球領域の赤外輻射強度も不安定であることが予想される。その中でも最も不安定で従来の地球センサにおいて誤認識の要因になってきたのが、図８に挙げる低緯度（赤道）域と極域での赤外輻射量の大きさの違いと変動量の予想の困難さである。
【００５４】
本発明の１つの実施形態であるサーモパイルアレー４００を用いた地球エッジ検出器は、より広い波長帯の赤外輻射に感応することから、図８の地球赤外輻射を、ほぼ全波長帯にわたって積分した量を出力する。すなわち、図１２（ａ）から（ｃ）のように、地球赤外領域内部では、各々の地域（低緯度域、中緯度域、極域）での赤外輻射積分量に応じた出力になり、当該出力は宇宙領域での一定値に向けて減衰していくことになる。
【００５５】
そこで本発明では、閾値を可能な範囲で低い値（宇宙領域の輻射量よりも少し高い値で、地球大気の赤外輻射の影響を検出し始めた高度）に設定することにより、地域による赤外輻射量の大きさの違いや変動量による影響を極力排除することができる。
【００５６】
図１２（ａ）から（ｃ）のグラフにおける１と０の列は、サーモパイルアレー４００の検出部４０２で検出した赤外輻射量に対応する電気信号が、上述のように予め設定された閾値よりも大きい（あるいは閾値以上である）場合には、信号処理部４０４から出力されるデジタル値を１とし、閾値以下である（あるいは閾値よりも小さい）場合にはデジタル値を０とすることを表している。すなわち、デジタル値が１となるサーモパイル素子の配列を地球赤外領域（地球領域）、デジタル値が０となるサーモパイル素子の配列を宇宙空間（宇宙領域）と判定することで、サーモパイル素子の配列において地球エッジを検出することができる。
【００５７】
図１３は、地球中心に対する人工衛星の姿勢角（ピッチ角／ロール角）の計算方法を説明するための図である。図１２に示したように、各地球エッジ検出器における素子の信号出力が閾値よりも大きい（地球領域）と判定された（すなわち、１となる）素子の数を求める。４つの地球エッジ検出器を用いた地球センサの場合、図１３に示されるように、地球領域と判定された素子数を、それぞれＤｎ，Ｄｓ，Ｄｗ，Ｄｅとし、１素子の視野角をθ0 とすると、地球中心に対する人工衛星の姿勢角（ピッチ角／ロール角）は、
ピッチ角＝θ0×（Ｄｓ−Ｄｎ）／２
ロール角＝θ0×（Ｄｗ−Ｄｅ）／２
の式で計算することができる。
【００５８】
例えば、図９に示した本発明の１つの実施形態である地球センサ５００では、４つのサーモパイルアレー４００のそれぞれの信号処理部４０４から接続端子４１４を介して出力されたデジタル値（１または０）を加算することで、それぞれＤｎ，Ｄｓ，Ｄｗ，Ｄｅの値を求めることができる。そして、地球センサにおける制御情報生成部（図９には図示せず）によって、上記の式を用いて算出されたピッチ角とロール角を含む制御情報を生成することができる。
【００５９】
図１１から１３に示されるような地球エッジ検出方法及び人工衛星の姿勢角（ピッチ角／ロール角）の計算方法は、極めてシンプルであるが、地球エッジ検出器の信号出力を０と１にデジタル化するため、ピッチ角およびロール角の計算精度は、１素子の視野角θ0に依存することになる。
【００６０】
そこで、地球エッジを検出した地域（低緯度域／中緯度域／極域）による地球赤外輻射量の違いによる影響等を排除しつつ、更に姿勢角精度を高める方法として、他の実施形態の地球エッジ検出方法および姿勢角の計算方法を用いることができる。他の実施形態では、先の実施形態とは異なり、地球エッジ検出器の信号出力をデジタル化せずアナログ電圧値のまま利用する。
【００６１】
図１４は、他の実施形態の地球エッジ検出方法および姿勢角の計算方法を説明するための図であり、当該地球エッジの検出方法を用いた際の各サーモパイル素子の出力信号と閾値との関係を示す。図１４に示されるように、地球エッジ検出器により検出される地球赤外領域の信号出力電圧は、低緯度域／中緯度域／極域といった各地域の温度によって異なるという特徴があることが分かる。
【００６２】
当該特徴を利用して、人工衛星の姿勢角を計算するための方法は、まず、地球エッジ検出器毎に、完全に地球領域に視野が向いた素子からの信号出力を用いて、地球赤外輻射量（VR_low, VR_middle, VR_high）を決定する。次に、地球エッジ検出器毎に、地球エッジを視野に含む素子からの信号出力を、地球エッジ輻射量（VE_low, VE_middle, VE_high）とする。また、完全に宇宙領域に視野が向いた素子からの信号出力を用いて、宇宙赤外輻射量（VR_space）を決定する。
【００６３】
地球エッジ検出器毎に、地球赤外輻射量と宇宙赤外輻射量の差（VR_low - VR_space, VR_middle - VR_space, VR_high - VR_space）を求め、これに対する各々の地球エッジ輻射量（VE_low, VE_middle, VE_high）を１素子の視野角θ0内で重み付け配分することにより、視野角θ0よりも精度の高い姿勢角を計算することができる。
【００６４】
このように、他の実施形態に基づく地球エッジ検出方法および姿勢角の計算方法は、使用する地球エッジ検出器の１素子の視野角θ0が数度以上と広い場合でも、より正確に視野角θ0以内の姿勢角を決定することが可能である。
【００６５】
本発明の別の実施形態として、更に小型化した地球センサの１つ実施形態を図１５から２０に示す。
【００６６】
図１５は、地球エッジ検出器を装着するためのセンサブロックを示す。図１５（ａ）および（ｂ）に示されるように、センサブロック８００は、前面にブロック開口部８０２と筐体カバーとの固定面８０４を有し、背面に装着面８０８を有する。固定面８０４および固定面８１２は、筐体カバー９００（図１６）に固定するための面である。また、センタブロックの左右には、左側面８０６と右側面８１０を有する。図１５（ｃ）および（ｄ）は、アルミ材質のセンサブロック８００に、地球エッジ検出器（例えば、サーモパイルアレー４００）を装着した検出器付センサブロック８０１を示す。
【００６７】
図１６は、地球エッジ検出器を装着したセンサブロックを卍状に格納するための筐体カバーを示す。小型化を図った地球センサの１つの実施形態では、それぞれ地球エッジ検出器を装着した検出器付センサブロック８０１を、４つ格納する筐体カバー９００と筐体ベース９０６（図１７，１８参照）からなる。図１６（ａ）を参照すると、筐体カバー９００は、地球エッジ検出器のレンズを露出させるための筐体開口部９０２と、人工衛星の本体に地球センサの筐体を固定するための固定フランジ９０４を有する。
【００６８】
図１６（ｂ）に示されるように、地球エッジ検出器を装着した検出器付センサブロック８０１は、筐体カバー９００内に挿入され、筐体カバー９００の外側にある穴と検出器付センサブロック８０１の固定面８０４および固定面８１２にある穴に、ネジなどの固定部材を通して、検出器付センサブロック８０１を筐体カバー９００の内側に固定する。
【００６９】
このように地球エッジ検出器とセンサブロックを一体化することにより、地球エッジ検出器のみを奥まった筐体内部に固定する作業に比べて、筐体カバーへの挿入の作業が簡便となり確実で正確な固定が可能となる。
【００７０】
また、地球エッジ検出器として、図４に示したサーモパイルアレー４００を用いた場合、レンズ部４０８と基板４０５は、センサブロック８００に固定された上で筐体カバー９００にしっかり固定されることになり振動耐性が高まる。更に、筐体カバー９００のアルミ厚に加えてセンサブロック８００のアルミ厚を確保することができ、地球エッジ検出器に対する筐体外側（宇宙空間）からの宇宙放射線の遮蔽効果を高めることができる。
【００７１】
地球エッジ検出器をセンサブロックに取り付ける際には、接続端子を取り外して配線ケーブルを制御回路基板との間で直付けする。例えば、地球エッジ検出器としてサーモパイルアレー４００を用いる場合、サーモパイルアレー４００の基板４０５にある接続端子４１４を取り外して、配線ケーブルを制御回路基板との間で直付けすることになる。これにより、地球エッジ検出器を装着した検出器付センサブロック８０１を収納する筐体カバー９００の高さを低く抑えることができ、地球センサを小型化することができる。
【００７２】
また、センサブロック８００の地球エッジ検出器を装着する装着面８０８の傾きを設定することにより、容易に衛星軌道高度のオフセット角に対応できる。
【００７３】
図１７には、４つのセンサブロックを卍状に、筐体カバーに格納して固定することで、小型化した地球センサの上面図、側面図および断面図を示す。４つの検出器付センサブロック８０１（便宜的に、第一のセンサブロック、第二のセンサブロック、第三のセンサブロックおよび第四のセンサブロックと呼ぶ）を筐体カバー９００に格納する際に、第一から第四のセンサブロックは、地球センサの中心を基点に点対称となるように、第一のセンサブロックの背面（装着面８０８）を第二のセンサブロックの右側面８１０（又は左側面８０６）に対向させ、第二のセンサブロックの背面（装着面８０８）を第三のセンサブロックの右側面８１０又は左側面８０６に対向させ、第三のセンサブロックの背面（装着面８０８）を第四のセンサブロックの右側面８１０（又は左側面８０６）に対向させ、第四のセンサブロックの背面（装着面８０８）を第一のセンサブロックの右側面８１０（又は左側面８０６）に対向させることで、互い違いに組み合わされている。図１７に示されるように、互い違いに組み合わせることを、ここでは、「卍状に組み合わせる」という。図１７に示す実施形態では、一方のセンサブロックの背面を他方のセンサブロックの右側面に対向させているが、左側面に対向させることもできる。
【００７４】
図１７（ａ）は、小型化した地球センサの側面を示す。地球センサの筐体は、筐体カバー９００と筐体ベース９０６からなる。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示されたｂ−ｂの断面図を示す。筐体４つの検出器付センサブロック８０１が卍状に組み合わされていることが確認できる。
【００７５】
図１７（ｃ）は、小型化した地球センサの上側面を示す。卍状に組合された４つの地球エッジ検出器のレンズが四方向に向いていることが確認できる。図１７（ｄ）は、図１７（ｄ）に示されたｄ−ｄの断面図を示す。筐体カバー９００内で一方の検出器付センサブロック８０１の背面（装着面側）が、他方の検出器付センサブロック８０１の右側面に向き合っていることが確認できる。また、４つの地球エッジ検出器は、センサブロック８００に装着され、筐体カバー９００内に卍状に密着固定され、制御回路基板の納まった筐体ベース９０６によって閉じられる。
【００７６】
図１８は、小型化した地球センサの斜視図である。図１８（ａ）には、筐体カバー９００と筐体ベース９０６からなる地球センサを、筐体ベース９０６側からみた図を示す。筐体ベース９０６は、接続コネクタ９１０を備えるコネクタブラケット９０８を有する。接続コネクタ９１０を介して、地球センサの地球エッジ検出器で検出された出力信号、又は、ピッチ角／ロール角などの姿勢制御情報を、人工衛星の本体に伝達することができる。例えば、地球エッジ検出器としてサーモパイルアレー４００を用いた場合に、図１８（ｂ）に示されるように、筐体カバー９００の筐体開口部９０２からレンズ４０６が露出する。
【００７７】
図１９は、小型化した地球センサのオフセット角を示す。図９に示した地球センサと同様に、それぞれ反対側に位置する地球エッジ検出器は、一方の地球エッジ検出器の視野角の中心軸と他方の地球エッジ検出器の視野角の中心軸とがオフセット角θoffset をなすように配置することができる。
【００７８】
図２０は、小型化した地球センサを人工衛星の構体パネルに固定した場合の一例を示す。搭載時は、衛星構体パネルに地球センサの筐体相当の穴を開けて外側から挿入し、接続コネクタ９１０を人工衛星の内部の接続コネクタと接続する。そして、筐体カバー９００の側面にある固定フランジ９０４によって衛星構体パネルに固定する。これにより、衛星構体の外側の宇宙空間に晒される突出部はレンズ視野部分のみの最少範囲にとどめることができ、検出器と制御回路基板に対する宇宙からの厳しい熱的環境と放射線環境を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係る地球エッジ検出方法は、宇宙分野における小型衛星搭載用地球センサの地球エッジ検出方法として利用できる。また、本発明に係る地球センサは、小型衛星にも搭載可能であるので、様々な人工衛星に広く用いることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１００  スキャン部
１０２  レンズ
１０４  スキャンミラー
１０６  Ｓ赤外線検出器
１０８  Ｎ赤外線検出器
１１０  地球
１１２，１１４  スキャン方向
１１６  地球エッジ
１２０  地球中心
１２２  衛星座標中心
１２４  地球領域
１２６  Ｓ赤外線検出器の出力波形
１２８  Ｎ赤外線検出器の出力波形
２００  スキャントラッキング
２０２  赤外線検出器の視野角
３００  赤外線検出器出力
３０２  衛星座標中心
４００  サーモパイルアレー
４０２  検出部
４０４  信号処理部
４０５  基板
４０６  レンズ
４０８  レンズ部
４１０  素子部
４１２  サーモパイル素子
４１４  接続端子
５００  地球センサ
５０２  筐体カバー
５０４  筐体ベース
５０６  接続コネクタ
６００  地球
６０２  宇宙空間
７００  地球赤外領域
７０１  宇宙領域
７０２  地球中心
７０４  衛星座標中心
７０６  視野
７０８  地球エッジ
８００  センサブロック，
８０１  検出器付センサブロック
８０２  ブロック開口部
８０４，８１２  固定面
８０６  左側面
８０８  装着面
８１０  右側面
９００  筐体カバー
９０２  筐体開口部
９０４  固定フランジ
９０６  筐体ベース
９０８  コネクタブラケット
９１０  接続コネクタ
【図１】
2014058176.tif 000003
【図２】
2014058176.tif 000004
【図３】
2014058176.tif 000005
【図４】
2014058176.tif 000006
【図５】
2014058176.tif 000007
【図６】
2014058176.tif 000008
【図７】
2014058176.tif 000009
【図８】
2014058176.tif 000010
【図９】
2014058176.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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