JP2013005009A - Astronomical automatic tracking photographing method and astronomical automatic tracking photographing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、天体の静止撮影を可能にした天体自動追尾撮影方法及び天体自動追尾撮影装置に関する。 The present invention relates to an astronomical auto-tracking imaging method and an astronomical auto-tracking imaging apparatus that enable still imaging of astronomical objects.
撮影装置を固定して長時間露出で天体撮影を行うと、地球の自転により撮影装置に対して相対的に天体が移動（日周運動）するため、天体の移動軌跡が直線状あるいは曲線状に写ってしまう。そこで、撮影装置を固定したままで、撮影装置の撮像素子を駆動（移動）させながら撮影する天体自動追尾撮影が提案されている。 When shooting an astronomical object with a long exposure, the celestial body moves relative to the imaging device due to the rotation of the earth (diurnal motion), so the movement trajectory of the celestial object is linear or curved. It will be reflected. Accordingly, astronomical automatic tracking shooting has been proposed in which shooting is performed while the imaging device of the imaging device is driven (moved) while the imaging device is fixed.
従来の天体自動追尾撮影では、撮像素子の駆動周期（移動周期）を出来るだけ短く（撮像素子を日周運動に同期させてできるだけ連続的に移動させるように）設定していた。 In conventional astronomical tracking photography, the drive cycle (moving cycle) of the image sensor is set to be as short as possible (so that the image sensor is moved as continuously as possible in synchronization with the diurnal motion).
しかし、天体像を止めるために、そのような連続駆動ないし短い駆動周期で駆動して追尾撮影を行う必要がある場合は少なく、大抵は必要な駆動周期より短い駆動周期で撮像素子を駆動しているのが実状であった。そのため無駄な演算処理によるＣＰＵの負担が増大していた。 However, in order to stop the celestial image, there are few cases where it is necessary to perform tracking imaging by driving in such a continuous drive or in a short drive cycle, and usually the image sensor is driven in a drive cycle shorter than the required drive cycle. It was actually. For this reason, the burden on the CPU due to useless arithmetic processing has increased.
本発明は以上の問題意識に基づいて完成されたものであり、追尾条件に応じて、無駄な演算処理を省いてＣＰＵの負担を低減しながら、最適な駆動周期で撮像素子を駆動して天体を点像として撮影することができる天体自動追尾撮影方法及び天体自動追尾撮影装置を得ることを目的とする。 The present invention has been completed on the basis of the above problem awareness, and according to the tracking conditions, the image sensor is driven at an optimal driving cycle while eliminating unnecessary arithmetic processing and reducing the burden on the CPU, and the astronomical object. It is an object of the present invention to obtain an astronomical auto tracking imaging method and an astronomical auto tracking imaging apparatus capable of imaging as a point image.
本発明の天体自動追尾撮影方法は、日周運動によって撮影装置に対して相対運動する天体を撮影するために、撮影装置に内蔵する所定の追尾手段を駆動させながら追尾撮影する天体自動追尾撮影方法であって、前記撮影装置の撮像素子の撮像面上に形成される天体像の、日周運動による所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出するステップ；及び算出した前記天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離と、前記撮像素子の画素ピッチとに基づいて、前記追尾手段の駆動周期を設定するステップ；を有することを特徴としている。 The celestial automatic tracking imaging method of the present invention is a celestial automatic tracking imaging method that performs tracking imaging while driving a predetermined tracking means built in the imaging device in order to image a celestial body that moves relative to the imaging device by diurnal motion. A step of calculating a moving distance of the celestial image formed on the imaging surface of the imaging device of the imaging apparatus on the imaging surface per predetermined time due to a diurnal motion; and a predetermined of the calculated celestial image And setting a driving period of the tracking means based on a moving distance on the imaging surface per time and a pixel pitch of the imaging element.
本発明の天体自動追尾撮影方法は、前記撮影装置の撮影光学系の焦点距離情報を入力するステップを更に有し、前記移動距離算出ステップでは、入力した前記撮影光学系の焦点距離情報を使って、前記天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出することが好ましい。
このようにすれば、天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離をより高精度に算出することができる。
The astronomical automatic tracking imaging method of the present invention further includes a step of inputting focal length information of the imaging optical system of the imaging apparatus, and the moving distance calculation step uses the input focal length information of the imaging optical system. Preferably, the moving distance of the celestial image on the imaging surface per predetermined time is calculated.
In this way, the moving distance of the celestial image on the imaging surface per predetermined time can be calculated with higher accuracy.
前記駆動周期設定ステップでは、算出した前記天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離が、前記撮像素子の画素ピッチを超えない範囲内で、前記追尾手段の駆動周期を設定することが好ましい。
このようにすれば、撮像素子の撮像面上に形成される天体像が撮像素子の画素ピッチを跨いで移動することがないので、天体を静止状態（光点状）で撮影することができる。
In the driving cycle setting step, the driving cycle of the tracking means may be set within a range in which the calculated moving distance of the celestial image on the imaging surface per predetermined time does not exceed the pixel pitch of the imaging device. preferable.
In this way, since the celestial image formed on the imaging surface of the image sensor does not move across the pixel pitch of the image sensor, the celestial object can be photographed in a stationary state (light spot shape).
前記移動距離算出ステップでは、前記撮像素子の撮像面上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を、前記撮影光学系の光軸に対して直交する方向の平行移動成分と、該光軸と平行な軸回りの回転移動成分とに分けて算出し、前記駆動周期設定ステップでは、前記平行移動成分の移動距離に対応する追尾手段の駆動周期と前記回転移動成分の移動距離に対応する追尾手段の駆動周期とのうちいずれか短い方の駆動周期を、前記追尾手段の駆動周期として設定することが好ましい。
このようにすれば、撮像素子の撮像面上における天体像の平行移動成分と回転移動成分の所定時間あたりの移動距離の大きい方を止めることができるので、少ない駆動頻度（長い駆動周囲）で天体を静止状態（光点状）で撮影することができる。
In the moving distance calculating step, the moving distance of the astronomical image formed on the imaging surface of the imaging element on the imaging surface per predetermined time is translated in a direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system. Component and a rotational movement component around an axis parallel to the optical axis. In the drive cycle setting step, the drive cycle of the tracking means corresponding to the movement distance of the parallel movement component and the rotational movement component It is preferable that the shorter drive cycle of the tracking unit corresponding to the moving distance is set as the drive cycle of the tracking unit.
In this way, the larger moving distance per predetermined time of the parallel movement component and the rotational movement component of the celestial image on the imaging surface of the image sensor can be stopped, so that the astronomical object with a low driving frequency (long driving surroundings). Can be taken in a stationary state (light spot shape).
本発明の天体自動追尾撮影方法は、撮影時間中に、前記追尾手段の駆動周期を更新するステップを更に有していてもよい。
このようにすれば、撮影時間中に追尾条件が仮想的に変化した場合であっても、変化した追尾条件に応じた最適な駆動周期で追尾手段を駆動することができる。
The astronomical automatic tracking imaging method of the present invention may further include a step of updating the driving period of the tracking means during the imaging time.
In this way, even if the tracking condition is virtually changed during the photographing time, the tracking means can be driven with an optimal driving cycle corresponding to the changed tracking condition.
本発明の天体自動追尾撮影方法は、撮影地点の緯度情報、撮影方位角情報、撮影仰角情報、及び撮影装置の姿勢情報を入力するステップをさらに有し、前記移動距離算出ステップでは、入力した前記撮影地点の緯度情報、撮影方位角情報、撮影仰角情報、及び撮影装置の姿勢情報と、撮影光学系の焦点距離情報とを用いて、前記撮像素子の撮像面上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出することができる。
このようにすれば、より簡単に追尾撮影をすることができる。
The celestial automatic tracking imaging method of the present invention further includes a step of inputting latitude information of a shooting point, shooting azimuth angle information, shooting elevation angle information, and posture information of the shooting device, and in the moving distance calculation step, the input Predetermining an astronomical image formed on the imaging surface of the imaging device using latitude information of the imaging point, imaging azimuth angle information, imaging elevation angle information, attitude information of the imaging device, and focal length information of the imaging optical system The moving distance on the imaging surface per time can be calculated.
In this way, tracking shooting can be performed more easily.
本発明の天体自動追尾撮影装置は、日周運動によって撮影装置に対して相対運動する天体を撮影するために、撮影装置に内蔵する所定の追尾手段を駆動させながら追尾撮影する天体自動追尾撮影装置であって、前記撮影装置の撮像素子の撮像面上に形成される天体像の、日周運動による所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出する移動距離算出手段；及び前記移動距離算出手段が算出した天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離と、前記撮像素子の画素ピッチとに基づいて、前記追尾手段の駆動周期を設定する駆動周期制御手段；を有することを特徴としている。 The celestial automatic tracking imaging device of the present invention is a celestial automatic tracking imaging device that performs tracking imaging while driving a predetermined tracking means built in the imaging device in order to image a celestial body that moves relative to the imaging device by diurnal motion. A moving distance calculating means for calculating a moving distance of the astronomical image formed on the image pickup surface of the image pickup device of the image pickup apparatus on the image pickup surface per a predetermined time due to a diurnal motion; and the movement distance calculation; Drive period control means for setting the drive period of the tracking means based on the moving distance of the celestial image calculated by the means on the imaging surface per predetermined time and the pixel pitch of the image sensor. It is said.
前記撮影装置の撮影光学系の焦点距離情報を入力する焦点距離情報入力手段を更に有し、前記移動距離算出手段は、前記焦点距離情報入力手段から入力した撮影光学系の焦点距離情報を使って、前記天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出することが好ましい。 The camera further includes focal length information input means for inputting focal length information of the photographing optical system of the photographing apparatus, and the moving distance calculation means uses the focal length information of the photographing optical system input from the focal distance information input means. Preferably, the moving distance of the celestial image on the imaging surface per predetermined time is calculated.
前記駆動周期制御手段は、前記移動距離算出手段が算出した天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離が、前記撮像素子の画素ピッチを超えない範囲内で、前記追尾手段の駆動周期を設定することが好ましい。 The driving cycle control unit is configured to drive the tracking unit within a range in which the moving distance of the celestial image calculated by the moving distance calculating unit on the imaging surface per predetermined time does not exceed the pixel pitch of the imaging element. Is preferably set.
前記移動距離算出手段は、前記撮像素子の撮像面上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を、前記撮影光学系の光軸に対して直交する方向の平行移動成分と、該光軸と平行な軸回りの回転移動成分とに分けて算出し、前記駆動周期制御手段は、前記平行移動成分の移動距離に対応する追尾手段の駆動周期と前記回転移動成分の移動距離に対応する追尾手段の駆動周期とのうちいずれか短い方の駆動周期を、前記追尾手段の駆動周期として設定することが好ましい。 The movement distance calculation means translates the movement distance of the astronomical image formed on the imaging surface of the imaging element on the imaging surface per predetermined time in a direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system. The driving cycle control means calculates the driving cycle of the tracking means corresponding to the moving distance of the parallel movement component and the rotational movement component of the rotational movement component. It is preferable that the shorter drive cycle of the tracking unit corresponding to the moving distance is set as the drive cycle of the tracking unit.
前記駆動周期制御手段は、撮影時間中に、前記追尾手段の駆動周期を更新してもよい。 The drive cycle control means may update the drive cycle of the tracking means during the photographing time.
本発明の天体自動追尾撮影装置は、撮影地点の緯度情報、撮影方位角情報、撮影仰角情報、及び撮影装置の姿勢情報、撮影光学系の焦点距離を入力する入力手段をさらに有し、前記移動距離算出手段は、前記入力手段から入力した情報を用いて、前記撮像素子の撮像面上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出することができる。 The astronomical automatic tracking imaging apparatus of the present invention further includes input means for inputting latitude information of the imaging point, imaging azimuth angle information, imaging elevation angle information, attitude information of the imaging apparatus, and focal length of the imaging optical system, and the movement The distance calculation means can calculate the moving distance on the imaging surface per predetermined time of the astronomical image formed on the imaging surface of the image sensor using the information input from the input means.
本発明の天体自動追尾撮影装置は、その一態様では、前記追尾手段は、前記撮像素子の全撮像領域であり、前記駆動周期制御手段が設定した駆動周期に基づいて、前記撮像素子の全撮像領域を移動させる移動手段を有している。 In one aspect of the astronomical automatic tracking imaging apparatus of the present invention, the tracking means is the entire imaging region of the imaging element, and the entire imaging of the imaging element is performed based on the driving period set by the driving period control means. It has moving means for moving the area.
本発明の天体自動追尾撮影装置は、別の態様では、前記追尾手段は、前記撮像素子の全撮像領域の一部を電子的にトリミングしたトリミング領域であり、前記駆動周期制御手段が設定した駆動周期に基づいて、前記トリミング領域を仮想的に移動させる移動手段を有している。 In another aspect of the astronomical automatic tracking imaging apparatus of the present invention, the tracking means is a trimming area obtained by electronically trimming a part of the entire imaging area of the image sensor, and the driving set by the driving cycle control means There is a moving means for virtually moving the trimming area based on the period.
本発明の天体自動追尾撮影装置は、さらに別の態様では、前記追尾手段は、前記撮影光学系、及び前記撮像素子の全撮像領域の一部を電子的にトリミングしたトリミング領域であり、前記駆動周期制御手段が設定した駆動周期に基づいて、前記撮影光学系の一部を偏心させることで天体像を撮影装置に対して移動させると共に、前記トリミング領域を仮想的に回転移動させる移動手段を有している。
ここで言う「撮影光学系の光軸」とは、偏心調整前の初期状態における撮影光学系の光軸を意味する。
In still another aspect of the astronomical automatic tracking imaging device of the present invention, the tracking means is a trimming area obtained by electronically trimming a part of the entire imaging area of the imaging optical system and the imaging element, and the driving Based on the drive cycle set by the cycle control means, there is a moving means for moving the celestial image relative to the photographing apparatus by decentering a part of the photographing optical system and for virtually rotating the trimming area. is doing.
The “optical axis of the photographing optical system” here means the optical axis of the photographing optical system in the initial state before the eccentricity adjustment.
本発明の天体自動追尾撮影装置は、さらに別の態様では、前記追尾手段は、前記撮像素子の全撮像領域、及び前記撮像素子の全撮像領域の一部を電子的にトリミングしたトリミング領域であり、前記駆動周期制御手段が設定した駆動周期に基づいて、前記撮像素子の全撮像領域を、撮像面の短辺方向と長辺方向に設けられたガイド手段に沿って移動させると共に、前記トリミング領域を仮想的に回転移動させる移動手段を有している。 In still another aspect of the astronomical automatic tracking imaging apparatus of the present invention, the tracking means is a trimming area obtained by electronically trimming a whole imaging area of the imaging element and a part of the entire imaging area of the imaging element. Based on the drive cycle set by the drive cycle control means, the entire imaging area of the imaging device is moved along the guide means provided in the short side direction and the long side direction of the imaging surface, and the trimming area Has a moving means for virtually rotating.
本発明によれば、追尾条件に応じて、無駄な演算処理を省いてＣＰＵの負担を低減しながら、最適な駆動周期で撮像素子を駆動して天体を点像として撮影することができる天体自動追尾撮影方法及び天体自動追尾撮影装置が得られる。 According to the present invention, according to the tracking condition, the celestial automatic that can shoot the celestial body as a point image by driving the image pickup element with an optimal driving cycle while omitting unnecessary arithmetic processing and reducing the burden on the CPU. A tracking imaging method and an astronomical automatic tracking imaging device are obtained.
以下、図１ないし図１３を参照して、本発明の天体自動追尾撮影装置をデジタルカメラ（撮影装置）１０に適用した実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the astronomical automatic tracking imaging apparatus of the present invention is applied to a digital camera (imaging apparatus) 10 will be described with reference to FIGS.
図１に示すように、デジタルカメラ１０は、カメラボディ１１と撮影レンズ１０１（撮影光学系１０１Ｌ）を備えている。カメラボディ１１内には、撮影光学系１０１Ｌの後方に撮像センサ（撮像素子、追尾手段）１３が配設されている。撮影光学系１０１Ｌの光軸ＬＯと撮像センサ１３の撮像面（追尾手段）１４とは直交している。撮像センサ１３は、撮像センサ駆動ユニット（移動手段）１５に搭載されている。撮像センサ駆動ユニット１５は、固定ステージと、この固定ステージに対して可動な可動ステージと、固定ステージに対して可動ステージを移動させる電磁回路とを有しており、可動ステージに撮像センサ１３が保持されている。撮像センサ１３（可動ステージ）は、光軸ＬＯと直交する所望の方向に所望の移動速度で平行移動制御され、さらに光軸ＬＯと平行な軸（光軸ＬＯと直交する面内の何処かに位置する瞬間中心）を中心として所望の回転速度で回転制御される。このような撮像センサ駆動ユニット１５は、例えば特開２００７−２５６１６号公報に記載されているカメラの像ブレ補正装置の防振ユニットとして公知である。 As shown in FIG. 1, the digital camera 10 includes a camera body 11 and a photographing lens 101 (photographing optical system 101L). In the camera body 11, an image sensor (image sensor, tracking means) 13 is disposed behind the photographing optical system 101L. The optical axis LO of the imaging optical system 101L and the imaging surface (tracking means) 14 of the imaging sensor 13 are orthogonal to each other. The image sensor 13 is mounted on an image sensor driving unit (moving means) 15. The imaging sensor drive unit 15 includes a fixed stage, a movable stage movable with respect to the fixed stage, and an electromagnetic circuit that moves the movable stage with respect to the fixed stage. The imaging sensor 13 holds the movable stage. Has been. The imaging sensor 13 (movable stage) is controlled to move in a desired direction orthogonal to the optical axis LO at a desired moving speed, and further to an axis parallel to the optical axis LO (in a plane orthogonal to the optical axis LO). The rotation is controlled at a desired rotation speed around the instantaneous center). Such an image sensor driving unit 15 is well known as an image stabilization unit of an image blur correction apparatus for a camera described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-25616.
撮影レンズ１０１は、撮影光学系１０１Ｌ内に、絞り１０３を備えている。この絞り１０３の絞り値（開閉度合い）は、カメラボディ１１内に備えられた絞り駆動制御機構１７によって制御される。撮影レンズ１０１は、撮影光学系１０１Ｌの焦点距離情報fを検出する焦点距離検出装置（焦点距離情報入力手段）１０５を備えている。 The taking lens 101 includes a stop 103 in the taking optical system 101L. The aperture value (opening / closing degree) of the aperture 103 is controlled by an aperture drive control mechanism 17 provided in the camera body 11. The photographing lens 101 includes a focal length detection device (focal length information input unit) 105 that detects focal length information f of the photographing optical system 101L.
カメラボディ１１は、撮像センサ１３で撮像した画像を表示するＬＣＤモニタ２３と、撮像センサ１３で撮像した画像を保存するメモリーカード２５を備えている。またカメラボディ１１は、電源スイッチ２７と、レリーズスイッチ２８と、設定スイッチ３０とを備えている。電源スイッチ２７は、デジタルカメラ１０の電源のオンオフを切り替えるためのスイッチである。レリーズスイッチ２８は、焦点調節処理、測光処理及び撮影処理を実行するためのスイッチである。設定スイッチ３０は、天体自動追尾撮影モードや通常撮影モードなどの撮影モードを選択して設定するスイッチである。カメラボディ１１は、撮像センサ駆動ユニット１５を防振ユニットとして用いる際にデジタルカメラ１０に加わるブレを検出するためのＸ方向ジャイロセンサＧＳＸ、Ｙ方向ジャイロセンサＧＳＹ、及び回転検出ジャイロセンサＧＳＲを備えている。 The camera body 11 includes an LCD monitor 23 that displays an image captured by the image sensor 13 and a memory card 25 that stores an image captured by the image sensor 13. The camera body 11 also includes a power switch 27, a release switch 28, and a setting switch 30. The power switch 27 is a switch for switching the power of the digital camera 10 on and off. The release switch 28 is a switch for executing focus adjustment processing, photometry processing, and photographing processing. The setting switch 30 is a switch that selects and sets a shooting mode such as an astronomical automatic tracking shooting mode or a normal shooting mode. The camera body 11 includes an X-direction gyro sensor GSX, a Y-direction gyro sensor GSY, and a rotation detection gyro sensor GSR for detecting blur applied to the digital camera 10 when the image sensor driving unit 15 is used as a vibration isolation unit. Yes.
カメラボディ１１は、ＧＰＳユニット（緯度情報入力手段）３１と、方位角センサ（撮影方位角情報入力手段）３３と、重力センサ（撮影仰角情報入力手段、姿勢情報入力手段）３５とを備えている。ＧＰＳユニット３１は、デジタルカメラ１０の撮影地点の緯度情報εを検出する。方位角センサ３３は、デジタルカメラ１０の撮影地点の撮影方位角情報Aを検出する。重力センサ３５は水準機能を有しており、デジタルカメラ１０の撮影地点の撮影仰角情報hと、図１１に示すカメラボディ１１（撮像センサ１３）の姿勢情報ξを検出する。姿勢情報ξは、カメラボディ１１（撮像センサ１３）の基準位置からの撮影光軸ＬＯ（撮像センサ１３の撮像面１４の中心Ｃ）を中心とする回転角情報ξである。カメラボディ１１（撮像センサ１３）の基準位置は、例えば、矩形の撮像センサ１３の長辺方向を水平方向Ｘとした位置であり、回転後の長辺方向Ｘ’とのなす角ξがこの回転角情報である。 The camera body 11 includes a GPS unit (latitude information input means) 31, an azimuth angle sensor (shooting azimuth angle information input means) 33, and a gravity sensor (shooting elevation angle information input means, posture information input means) 35. . The GPS unit 31 detects latitude information ε of the shooting point of the digital camera 10. The azimuth sensor 33 detects shooting azimuth angle information A at the shooting point of the digital camera 10. The gravity sensor 35 has a level function, and detects shooting elevation angle information h of the shooting point of the digital camera 10 and posture information ξ of the camera body 11 (imaging sensor 13) shown in FIG. The posture information ξ is rotation angle information ξ centered on the imaging optical axis LO (center C of the imaging surface 14 of the imaging sensor 13) from the reference position of the camera body 11 (imaging sensor 13). The reference position of the camera body 11 (imaging sensor 13) is, for example, a position where the long side direction of the rectangular imaging sensor 13 is the horizontal direction X, and the angle ξ formed by the long side direction X ′ after the rotation is this rotation. It is corner information.
ここで緯度情報ε、撮影方位角情報A、撮影仰角情報h、姿勢情報ξの各情報は、ＧＰＳユニット３１、方位角センサ３３、重力センサ３５が出力するこれらの情報に換算可能な「換算前情報」を含む概念である。 Here, each of the latitude information ε, the shooting azimuth angle information A, the shooting elevation angle information h, and the posture information ξ can be converted into these pieces of information output by the GPS unit 31, the azimuth angle sensor 33, and the gravity sensor 35. It is a concept that includes information.
カメラボディ１１には、デジタルカメラ１０の全体の機能を制御するＣＰＵ（移動距離算出手段、駆動周期制御手段、移動手段）２１が搭載されている。ＣＰＵ２１は、撮像センサ１３の画素ピッチ情報を保持する画素ピッチ情報保持部２１Ａを備えている。 The camera body 11 is equipped with a CPU (movement distance calculation means, drive cycle control means, movement means) 21 that controls the overall functions of the digital camera 10. The CPU 21 includes a pixel pitch information holding unit 21 </ b> A that holds pixel pitch information of the image sensor 13.
ＣＰＵ２１は、焦点距離検出装置１０５から入力した焦点距離情報fと、ＧＰＳユニット３１から入力した緯度情報εと、方位角センサ３３から入力した撮影方位角情報Aと、重力センサ３５から入力した撮影仰角情報h及び姿勢情報ξと、画素ピッチ保持部２１Ａが保持する撮像センサ１３の画素ピッチ情報とに基づいて、撮像センサ駆動ユニット１５を介して、撮像センサ１３を予め設定した駆動周期（移動周期）で平行移動制御及び回転制御する。以下、ＣＰＵ２１による撮像センサ１３の駆動制御について詳細に説明する。 The CPU 21 includes focal length information f input from the focal length detection device 105, latitude information ε input from the GPS unit 31, shooting azimuth angle information A input from the azimuth angle sensor 33, and shooting elevation angle input from the gravity sensor 35. Based on the information h and the posture information ξ and the pixel pitch information of the image sensor 13 held by the pixel pitch holding unit 21A, a drive cycle (movement cycle) in which the image sensor 13 is set in advance via the image sensor driving unit 15. To control the translation and rotation. Hereinafter, the drive control of the image sensor 13 by the CPU 21 will be described in detail.
まず、図２ないし図１１を参照して、デジタルカメラ（撮影装置）１０を用いて行う天体自動追尾撮影の原理を具体的に説明する。 First, the principle of astronomical automatic tracking imaging performed using the digital camera (imaging device) 10 will be specifically described with reference to FIGS.
「北極点（緯度９０゜）から撮影する場合」
地球上の北極点（緯度９０゜）から撮影する場合とは、地軸（自転軸）の延長上に位置する北極星（天の極）が天頂と一致している状態（図２）での撮影である。
"When shooting from the North Pole (latitude 90 °)"
When shooting from the North Pole on the Earth (latitude 90 °), it is taken when the North Pole star (the celestial pole) located on the extension of the earth's axis (rotation axis) coincides with the zenith (Fig. 2). is there.
天球を有限の球体と見立てて、実際には無限大となるはずの天球の半径を図２のように有限のrとおき、デジタルカメラ１０の撮影光学系１０１Ｌの光軸ＬＯと北極星からのずれ角度（天の極方向と撮影光学系光軸ＬＯとの成す角）をθとする。このとき、デジタルカメラ１０の撮影仰角hは、９０−θ（ｈ＝９０−θ）である。 Assume that the celestial sphere is a finite sphere, the radius of the celestial sphere that should actually be infinite is set to finite r as shown in FIG. An angle (an angle formed between the celestial polar direction and the optical axis LO of the photographing optical system) is defined as θ. At this time, the shooting elevation angle h of the digital camera 10 is 90−θ (h = 90−θ).
天球を図３のように真下から見た場合、すべての天体は北極星（天の極）を中心に円軌道を描く。その円軌道の半径をRと置く。円軌道の半径Rはデジタルカメラ１０の撮影仰角hに依存するので、θで表すことができる。円軌道の半径Rは、
R = r × sinθ ・・・(1)
で与えられる。
When the celestial sphere is viewed from directly below as shown in FIG. 3, all celestial bodies draw circular orbits around the North Star (the celestial pole). Let R be the radius of the circular orbit. Since the radius R of the circular orbit depends on the shooting elevation angle h of the digital camera 10, it can be expressed by θ. The radius R of the circular orbit is
R = r × sinθ (1)
Given in.
円軌道の１周360°を24時間（ = 1440分 = 86400秒）で一回りするとして、t秒でφ゜回転する場合、
φ = 0.004167 × t [deg] ・・・(2)
が成立する。
Rotating φ ° in t seconds, assuming that one round 360 ° of a circular orbit takes one turn in 24 hours (= 1440 minutes = 86400 seconds)
φ = 0.004167 × t [deg] (2)
Is established.
図４のように天体の描く軌道が円軌道であっても、円軌道を真下から見た構図(a1)の場合と、斜めから見た構図(a2)、(a3)、真横から見た構図(a4)の場合はそれぞれ図５の(a1)乃至(a4)に示したような画像となり、軌跡が異なるという結果が得られる。つまり、天体はあたかも円軌道を描いて動いているように見えるが、実際にカメラで撮影する場合には、カメラの撮影仰角hが結像状態に影響する。 Even if the orbit drawn by the celestial body is a circular orbit as shown in Fig. 4, the composition (a1) seen from right below, the composition seen from diagonally (a2), (a3), and the composition seen from the side. In the case of (a4), the images shown in (a1) to (a4) of FIG. 5 are obtained, and the result is that the trajectories are different. In other words, the celestial body appears to move in a circular orbit, but when actually shooting with a camera, the shooting elevation angle h of the camera affects the imaging state.
これらの軌跡は、円を斜めから見ると楕円に見えることから、Xrを楕円の長軸側の半径、Yrを短軸側の半径として、
Xr = R = r × sinθ ・・・(3)
Yr = R × cosθ= r × sinθ × cosθ ・・・(4)
として求めることができる。
These trajectories look like an ellipse when the circle is viewed diagonally, so let Xr be the radius on the major axis side of the ellipse and Yr be the radius on the minor axis side.
Xr = R = r × sinθ (3)
Yr = R × cosθ = r × sinθ × cosθ (4)
Can be obtained as
そこで、図３、図４、図６に示したように、天体にデジタルカメラ１０を向けて、天体（地球）がφ゜回転したときの軌跡をＸ方向（天球の緯線方向）、Ｙ方向（天球の経線方向）に分割して説明する。Ｘ方向の移動量xは、
ｘ = R × sinφ ・・・(5)
となる。Ｙ方向の移動量ｙは円軌道を見ている方向により異なる。
Therefore, as shown in FIGS. 3, 4, and 6, the digital camera 10 is directed toward the celestial body, and the trajectory when the celestial body (Earth) is rotated by φ ° indicates the X direction (the direction of the celestial sphere) and the Y direction ( A description will be made by dividing the celestial sphere in the meridian direction. The movement amount x in the X direction is
x = R × sinφ (5)
It becomes. The amount of movement y in the Y direction varies depending on the direction in which the circular orbit is viewed.
図６中において、矢印（Ｄ点からＥ点）で示した天体の軌跡は、(a1)のように天体の軌跡を真下から見た場合(θ= 0°)に完全な円軌道を描く。実際にはθ= 0では、円の半径Rも０となり点にしか見えないが、ここでは簡単のためRを有限の値で仮定する。このとき、Ｙ方向の移動量ｙは最大になる。 In FIG. 6, the trajectory of the celestial body indicated by an arrow (point D to point E) draws a complete circular trajectory when the trajectory of the celestial body is viewed from directly below (θ = 0 °) as shown in (a1). Actually, when θ = 0, the radius R of the circle is also 0 and can be seen only as a point. However, for simplicity, R is assumed to be a finite value. At this time, the amount of movement y in the Y direction is maximized.
そして、円軌道を構図(a2)、(a3)のように斜めに見ていくと移動量ｙは小さくなっていくので、構図(a4)のように円軌道を真横から見ると移動量ｙは最小（＝０）となる。Ｙ方向の移動量ｙの最大量Ymaxは円軌道の場合の図６から、
Ymax = R - R × cosφ ・・・(6)
となる。
よって移動量ｙは、
ｙ = Ymax × cosθ = (R - R × cosφ) × cosθ ・・・(7)
となる。
(5)、(7)式中のRに(1)式を代入すると、移動量ｘ、移動量ｙは、
ｘ = r × sinθ × sinφ ・・・(8)
ｙ = r × sinθ × cosθ(1 - cosφ) ・・・(9)
となる。
And if you look at the circular orbit diagonally as shown in composition (a2), (a3), the amount of movement y will decrease, so if you look at the circular orbit from the side as shown in composition (a4), the amount of movement y will be Minimum (= 0). The maximum amount Ymax of the movement amount y in the Y direction is from FIG. 6 in the case of a circular orbit,
Ymax = R-R × cosφ (6)
It becomes.
Therefore, the movement amount y is
y = Ymax × cosθ = (R-R × cosφ) × cosθ (7)
It becomes.
Substituting equation (1) into R in equations (5) and (7), the movement amount x and movement amount y are
x = r × sinθ × sinφ (8)
y = r × sinθ × cosθ (1-cosφ) (9)
It becomes.
実際のデジタルカメラ１０を用いて天球に対する計算をするには、天球のＸ方向、Ｙ方向を撮像面１４上に射影した方向に関し、撮像面１４上での移動量ΔｘとΔｙを求める。無限大となる天球半径rは撮影レンズ１０１の焦点距離fで表して、
Δｘ = f × sinθ × sinφ ・・・（10）
Δｙ = f × sinθ × cosθ(1 - cosφ) ・・・（11）
により、移動量ΔｘとΔｙを演算する。
つまり、撮像センサ１３の光軸直交面内での移動量は、デジタルカメラ１０に装着された撮影レンズ１０１の焦点距離fによって変化する。
In order to calculate the celestial sphere using the actual digital camera 10, the movement amounts Δx and Δy on the imaging surface 14 are obtained with respect to the direction in which the X direction and Y direction of the celestial sphere are projected on the imaging surface 14. An infinite sphere radius r is expressed by the focal length f of the taking lens 101,
Δx = f × sinθ × sinφ (10)
Δy = f × sinθ × cosθ (1-cosφ) (11)
To calculate the movement amounts Δx and Δy.
That is, the amount of movement of the image sensor 13 in the plane orthogonal to the optical axis varies depending on the focal length f of the photographic lens 101 attached to the digital camera 10.
次に、撮影時に撮像センサ中心を中心として撮像センサ１３をどれだけ回転すればよいかを求める。前述のように、デジタルカメラ１０から天体を見た場合、天体の軌道は円もしくは楕円軌道として見える。図７のように点Ｆの天体が楕円（円）軌道を描いて移動する場合、点Ｆを撮像センサ中心（撮像面１４の中心Ｃ）にとらえて、Ｆ→Ｆ'という移動に対し追尾するならば、撮像センサ中心ＣをΔｘ、Δｙ移動させればよい。しかし、点Ｆの周囲に例えばＪという天体があった場合、点Ｊは、Ｊ→Ｊ'へと移動する。この点Ｊに対しても追尾を行うためには、撮像センサ中心Ｃを中心として撮像センサ１３を回転させればよい。その回転角度は、点Ｆ'における楕円の接線Lの傾き角（点Ｆにおける楕円の接線と点Ｆ'における楕円の接線との成す角）αである。以下、カメラボディ１１（撮像センサ１３）の基準位置において、撮像センサ１３の長辺方向をＸ軸、Ｘ軸と直交する短辺方向をＹ軸とする。 Next, how much the image sensor 13 should be rotated around the center of the image sensor at the time of shooting is determined. As described above, when the celestial body is viewed from the digital camera 10, the orbit of the celestial body appears as a circle or an elliptical orbit. When the celestial body of point F moves in an elliptical (circular) orbit as shown in FIG. 7, the point F is captured at the center of the imaging sensor (center C of the imaging surface 14) and is tracked for the movement F → F ′. Then, the image sensor center C may be moved by Δx, Δy. However, if there is a celestial body such as J around the point F, the point J moves from J to J '. In order to track the point J, the image sensor 13 may be rotated around the image sensor center C. The rotation angle is the inclination angle of the tangent line L of the ellipse at the point F ′ (the angle formed by the tangent line of the ellipse at the point F and the tangent line of the ellipse at the point F ′) α. Hereinafter, at the reference position of the camera body 11 (image sensor 13), the long side direction of the image sensor 13 is defined as the X axis, and the short side direction orthogonal to the X axis is defined as the Y axis.
図８のようなＸ-Ｙ座標系と楕円において、楕円上の点Ｋにおける楕円の接線Lの方程式は、
x0 × x/a2 + y0 × y/b2 = 1
となる。
図８において、点a、点bは、式(3)と(4)で示した楕円の長軸側の半径Xr、短軸側の半径Yrに相当する。
In the XY coordinate system and the ellipse as shown in FIG. 8, the equation of the tangent L of the ellipse at the point K on the ellipse is
x0 × x / a 2 + y0 × y / b 2 = 1
It becomes.
In FIG. 8, points a and b correspond to the radius Xr on the major axis side and the radius Yr on the minor axis side of the ellipse represented by equations (3) and (4).
この接線Lの式をYについての方程式(Y=)の形に変形すると、
Y = -(b2 × x0)/(a2 × y0) × x - 1/(a2 × y0)
となる。
この楕円の接線LとX軸の成す角度が、画像中心を回転中心とする画像の回転角αである。
Transforming this equation of tangent L into the form of equation for Y (Y =)
Y =-(b 2 × x0) / (a 2 × y0) × x-1 / (a 2 × y0)
It becomes.
An angle formed by the tangent L of the ellipse and the X axis is an image rotation angle α with the image center as the rotation center.
楕円の接線Lの傾きに直交する直線Qの傾きは、
-(b2 × x0)/(a2 × y0)
となるため、求める回転角αは、
α = arctan( -(b2 × x0)/(a2 × y0)) ・・・(12)
となる。
The slope of the straight line Q orthogonal to the slope of the tangent L of the ellipse is
-(b 2 × x0) / (a 2 × y0)
Therefore, the required rotation angle α is
α = arctan (-(b 2 × x0) / (a 2 × y0)) (12)
It becomes.
「緯度が90°以外の場合」
以上は、撮影地点の緯度が90°（つまり北極星（天の極）が真上にある場合）の説明である。次に、撮影地点の緯度が90°以外の場合について、さらに図９及び図１０を参照して説明する。
“If the latitude is other than 90 °”
The above is an explanation for the case where the latitude of the shooting point is 90 ° (that is, when the north star (heavenly pole) is directly above). Next, the case where the latitude of the photographing point is other than 90 ° will be further described with reference to FIGS.
北半球における天体撮影の様子を表す図９において、各符号を以下の通り定義する。
P：天の極
Z：天頂
N：真北
S：対象天体（撮影目標点）（説明の便宜上、この対象天体（恒星）は撮影画面１４の中心であり、撮影レンズ１０１の光軸ＬＯの延長線上に位置するものとする。但し、撮影するにあたり光軸をどれかの天体に一致させる必要が無いことは言うまでも無い）
ε：撮影地点の緯度
A：撮影方位角（撮影レンズ１０１が狙う天体Ｓの方位、又は撮影レンズ１０１の光軸ＬＯと天球との交点の方位角）
h：撮影仰角（撮影レンズ１０が狙う天体Ｓの高度、又は撮影レンズ１０１の光軸ＬＯと天球との交点の高度）
H：対象天体Ｓの時角（通常、時角の単位は時間が使われるが、ここでは角度（1時間＝１５度）に換算して扱うこととする。）
δ：対象天体Ｓの赤緯
γ：天球面上において、天の極Ｐと対象天体Sとを最短で結ぶ曲線と、天頂Ｚと対象天体（恒星）Sとを最短で結ぶ曲線とがなす角。
In FIG. 9 showing the state of astronomical photography in the Northern Hemisphere, each symbol is defined as follows.
P: Heavenly pole
Z: Zenith
N: True north
S: Target celestial body (shooting target point) (For convenience of explanation, this target celestial body (constant star) is the center of the shooting screen 14 and is located on the extended line of the optical axis LO of the shooting lens 101. However, shooting is performed. Needless to say, it is not necessary to match the optical axis to any celestial object in the process)
ε: Latitude of the shooting location
A: Shooting azimuth (azimuth of the celestial body S aimed by the photographic lens 101 or azimuth of the intersection of the optical axis LO of the photographic lens 101 and the celestial sphere)
h: Elevation angle (the altitude of the celestial body S aimed by the photographic lens 10 or the altitude of the intersection of the optical axis LO of the photographic lens 101 and the celestial sphere)
H: Time angle of the target celestial body S (Usually, the unit of the time angle is time, but here it is converted to an angle (1 hour = 15 degrees).)
δ: Declination of the target celestial body S γ: Angle formed by the curve connecting the celestial pole P and the target celestial body S in the shortest and the curve connecting the zenith Z and the target celestial body (constant star) S in the shortest on the celestial sphere .
図９において、北極星Pと目標点Sの間の角度である∠POSが求められれば、図２における角度θを∠POSに置き換えることで天体の軌跡を求めることができる。 In FIG. 9, if ∠POS, which is an angle between the North Pole star P and the target point S, is obtained, the trajectory of the celestial body can be obtained by replacing the angle θ in FIG. 2 with ∠POS.
∠POSは、球の半径を１とした場合の図１０の曲線PSの長さに等しい。よって、∠POSは球面三角の余弦定理を用いて、
cos(∠POS) = cos(90 - ε) × cos(90 - h) + sin(90 - ε) × sin(90 - h)×cos(A)
= sin(ε) × sin(h) + cos(ε) × cos(h) × cos(A)
となるので、
∠POS = arccos[sin(ε) × sin(h) + cos(ε) × cos(h) × cos(A)]・・・(13)
となる。
ここで、式(8)乃至(11)のθを∠POSで置き換えると、任意の緯度εにおける天体のＸ方向移動量ｘ、Ｙ方向移動量ｙを求めることができる。
∠POS is equal to the length of the curve PS in FIG. 10 when the radius of the sphere is 1. Therefore, ∠POS uses the spherical triangular cosine theorem,
cos (∠POS) = cos (90-ε) × cos (90-h) + sin (90-ε) × sin (90-h) × cos (A)
= sin (ε) × sin (h) + cos (ε) × cos (h) × cos (A)
So,
∠POS = arccos [sin (ε) × sin (h) + cos (ε) × cos (h) × cos (A)] (13)
It becomes.
Here, when θ in the equations (8) to (11) is replaced with ∠POS, the X-direction movement amount x and the Y-direction movement amount y of the celestial body at an arbitrary latitude ε can be obtained.
また、カメラ姿勢によって、移動方向の補正を行う必要がある。カメラを水平に構えたまま、撮影仰角hの方向に持ち上げて目標点Sへ向けた場合、水平と目標点Sの赤道がなす角はγとなる。なお、前述のように、カメラ姿勢は、デジタルカメラ１０の撮影レンズ光軸ＬＯ回りの回転角のことであり、撮像面１４の長手方向が水平の場合のカメラ姿勢を水平とする。
球面三角の正接定理より、
tan(γ) = sin(90 - ε) × sin(A)/(cos(90 - ε) × sin(90 - h) - sin(90 - ε) × cos(90 - h) × cos(A))
= cos(ε) × sin(A)/(sin(ε) × cos(h) - cos(ε) × sin(h) × cos(A))
となり、
γ = arctan[cos(ε) × sin(A)/(sin(ε) × cos(h) - cos(ε) × sin(h) × cos(A))]・・・(14)
となる。
Further, it is necessary to correct the moving direction depending on the camera posture. When the camera is held horizontally and lifted in the direction of the shooting elevation angle h and directed toward the target point S, the angle between the horizontal and the equator of the target point S is γ. As described above, the camera posture is a rotation angle around the photographing lens optical axis LO of the digital camera 10, and the camera posture when the longitudinal direction of the imaging surface 14 is horizontal is horizontal.
From the tangent theorem of the spherical triangle,
tan (γ) = sin (90-ε) × sin (A) / (cos (90-ε) × sin (90-h)-sin (90-ε) × cos (90-h) × cos (A) )
= cos (ε) × sin (A) / (sin (ε) × cos (h)-cos (ε) × sin (h) × cos (A))
And
γ = arctan [cos (ε) × sin (A) / (sin (ε) × cos (h)-cos (ε) × sin (h) × cos (A))] ... (14)
It becomes.
よって、上記で求めたこのγを用いて、天体の移動量ｘ、ｙを撮像面上の座標（カメラ（撮像素子）の縦横座標）における横方向移動量Δｘ、縦方向移動量Δｙに変換するには、下記式(I)、(II)を使用する。
Δｘ = x × cos(γ) + y × sin(γ)・・・(I)
Δｙ = x × sin(γ) + y × cos(γ)・・・(II)
Therefore, using this γ obtained above, the moving amounts x and y of the celestial body are converted into the horizontal moving amount Δx and the vertical moving amount Δy in the coordinates on the imaging surface (the vertical and horizontal coordinates of the camera (imaging device)). The following formulas (I) and (II) are used.
Δx = x × cos (γ) + y × sin (γ) (I)
Δy = x × sin (γ) + y × cos (γ) (II)
また、図１１に示したように、デジタルカメラ１０のカメラ姿勢（撮像センサ１３）が撮影レンズ光軸ＬＯ回りに水平からξ傾いている（回転している）場合は、式(III)、(IV)によって撮像センサ１３の横方向、縦方向移動量Δｘ、Δｙを補正することができる。
Δｘ = x × cos(γ + ξ) + y × sin(γ + ξ)・・・(III)
Δｙ= x × sin(γ + ξ) + y × cos(γ + ξ)・・・(IV)
As shown in FIG. 11, when the camera posture (image sensor 13) of the digital camera 10 is tilted (rotated) from the horizontal around the optical axis LO of the photographing lens, the equations (III), ( IV) makes it possible to correct the horizontal and vertical movement amounts Δx and Δy of the image sensor 13.
Δx = x × cos (γ + ξ) + y × sin (γ + ξ) (III)
Δy = x × sin (γ + ξ) + y × cos (γ + ξ) (IV)
以上の撮像センサ１３の横方向移動量Δｘ、縦方向移動量Δｙ、回転角αは、次のように算出される。 The horizontal movement amount Δx, the vertical movement amount Δy, and the rotation angle α of the image sensor 13 are calculated as follows.
天球の北極点Ｐの方向は、日時にかかわらず変化しないと見なすことができるので、撮影地点の緯度から演算によって算出できる。さらに天頂Ｚの方向も、緯度から算出できる。従って、先ず、目標とする天体が撮像面１４に投影されるように、デジタルカメラ１０の構図を決めて固定する。このデジタルカメラ１０の構図において、ＣＰＵ２１に、ＧＰＳユニット３１から緯度情報εを入力し、方位角センサ３３から撮影方位角情報Aを入力し、重力センサ３５から撮影仰角情報h及び姿勢情報（回転角情報）ξを入力する。ＣＰＵ２１は、これらの入力情報から、図９、図１０に示したように、天頂の点Ｚ、天の極の点Ｐ、撮影画面中心の天体の点Ｓの位置を求める。 Since the direction of the north pole P of the celestial sphere can be regarded as not changing regardless of the date and time, it can be calculated from the latitude of the shooting point. Furthermore, the direction of the zenith Z can also be calculated from the latitude. Therefore, first, the composition of the digital camera 10 is determined and fixed so that the target celestial body is projected onto the imaging surface 14. In this composition of the digital camera 10, latitude information ε is input from the GPS unit 31 to the CPU 21, shooting azimuth angle information A is input from the azimuth angle sensor 33, and shooting elevation angle information h and posture information (rotation angle) are input from the gravity sensor 35. Information) Enter ξ. The CPU 21 obtains the positions of the zenith point Z, the celestial pole point P, and the celestial body point S at the center of the photographing screen from these input information, as shown in FIGS.
以上の３点Ｚ、Ｐ、Ｓが求まれば、ＣＰＵ２１は、焦点距離検出装置１０５から入力した撮影レンズ１０１の焦点距離情報f及び姿勢情報（回転角情報）ξから、撮像センサ１３の横方向移動量Δｘ、縦方向移動量Δｙ、回転角αを算出する。この撮像センサ１３の横方向移動量Δｘ、縦方向移動量Δｙ、回転角αを合成したものが、撮像センサ１３の撮像面１４上に形成される天体像の移動距離に相当する。 When the above three points Z, P, and S are obtained, the CPU 21 determines the horizontal direction of the image sensor 13 from the focal length information f and the posture information (rotation angle information) ξ of the photographing lens 101 input from the focal length detection device 105. The movement amount Δx, the vertical movement amount Δy, and the rotation angle α are calculated. A combination of the horizontal movement amount Δx, the vertical movement amount Δy, and the rotation angle α of the imaging sensor 13 corresponds to the moving distance of the celestial image formed on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13.
ＣＰＵ２１は、焦点検出装置１０５から入力した焦点距離情報fと、撮像センサ１３の撮像面１４上に形成される天体像の移動速度と、画素ピッチ情報保持部２１Ａが保持する撮像センサ１３の画素ピッチ情報とに基づいて、撮像センサ１３の駆動周期を設定する。 The CPU 21 receives the focal length information f input from the focus detection device 105, the moving speed of the celestial image formed on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13, and the pixel pitch of the imaging sensor 13 held by the pixel pitch information holding unit 21A. Based on the information, the drive cycle of the image sensor 13 is set.
より具体的にＣＰＵ２１は、撮像センサ１３の撮像面１４上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面１４上での移動距離が、撮像センサ１３の画素ピッチを超えない範囲内で、撮像センサ１３の駆動周期を設定する。これにより、撮像センサ１３の撮像面１４上に形成される天体像が撮像センサ１３の画素ピッチを跨いで移動することがないので、天体を静止状態（光点状）で撮影することができる。 More specifically, the CPU 21 performs imaging within a range in which the moving distance of the celestial image formed on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13 on the imaging surface 14 per predetermined time does not exceed the pixel pitch of the imaging sensor 13. The drive cycle of the sensor 13 is set. Thereby, since the celestial image formed on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13 does not move across the pixel pitch of the imaging sensor 13, the celestial object can be imaged in a stationary state (light spot shape).
いま、撮像センサ１３の駆動周期をＴ、撮像センサ１３の駆動周期の許容できる最大値をＴmax、撮像センサ１３の画素ピッチをａ、駆動周期Ｔでの撮像センサ１３の撮像面１４上における天体像の移動距離をＬと定義する。 Now, the driving cycle of the imaging sensor 13 is T, the maximum allowable driving cycle of the imaging sensor 13 is T max , the pixel pitch of the imaging sensor 13 is a, and the astronomical object on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13 at the driving cycle T The moving distance of the image is defined as L.
撮影画像に天体像の移動量がずれとして写らないようにするためには、駆動周期Ｔでの撮像センサ１３の撮像面１４上における天体像の移動距離Ｌが撮像センサ１３の画素ピッチａ以内であればよい。つまり撮像センサ１３の駆動周期の許容できる最大値Ｔmaxとは、ａ＝Ｌが成立するときの駆動周期Ｔを意味する。ＣＰＵ２１は、０．５Ｔmax＜Ｔ≦Ｔmaxを満足するような駆動周期Ｔを設定することが好ましい。これにより、撮像センサ１３を天体の日周運動に良好に追従させて天体を静止状態（光点状）で撮影するとともに、無駄な演算処理を省いてＣＰＵ２１の負担を低減することができる。この条件式の上限を超えると、撮像センサ１３の駆動周期Ｔが長くなりすぎて、天体の移動軌跡が直線あるいは曲線状に写ってしまう。この条件式の下限を超えると、撮像センサ１３の駆動周期Ｔが短くなりすぎて、無駄な演算処理が増えることによりＣＰＵ２１の負担が増大する。 In order to prevent the moving amount of the celestial image from appearing as a shift in the captured image, the moving distance L of the celestial image on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13 in the driving cycle T is within the pixel pitch a of the imaging sensor 13. I just need it. That is, the allowable maximum value T max of the drive cycle of the image sensor 13 means the drive cycle T when a = L is established. It is preferable that the CPU 21 sets a driving cycle T that satisfies 0.5T max <T ≦ T max . As a result, the imaging sensor 13 can be made to follow the diurnal motion of the celestial body well and the celestial body can be photographed in a stationary state (light spot shape), and wasteful calculation processing can be omitted to reduce the burden on the CPU 21. If the upper limit of this conditional expression is exceeded, the driving cycle T of the image sensor 13 becomes too long, and the movement trajectory of the celestial body appears in a straight line or a curved line. When the lower limit of this conditional expression is exceeded, the driving cycle T of the image sensor 13 becomes too short, and the load on the CPU 21 increases due to an increase in useless arithmetic processing.
例えば、撮像センサ１３の横方向移動量Δｘ、縦方向移動量Δｙだけを考慮した場合の撮像センサ１３の駆動周期をＴxyとする。北極星から撮影目標点への角度をθ、焦点検出装置１０５から入力した撮影レンズ１０１の焦点距離情報をfとすると、次の式(15)が成立する。
Ｌ = f・sinθ・sin（2・π／24／60／60・Ｔxy） ・・・(15)
この式(15)の移動距離Ｌを画素ピッチａに置き換えて（ａ＝Ｌ）、駆動周期Ｔxyについて変形すると、次の式(16)が成立する。
Ｔxy= arcsin（ａ／ｆ／sinθ）・24・60・60／2／π ・・・(16)
この式(16)においてａ＝5μm、f＝100mmとして、点の赤道上を撮影する場合（θ＝90°）を仮定すると、駆動周期Ｔxyは、
Ｔxy = arcsin（5／100000／1）・24・60・60／2／π = 0.687549秒
となる。
この値は撮像センサ１３の駆動周期Ｔxyの許容できる最大値に相当するので、ＣＰＵ２１は、撮像センサ１３の駆動周期Ｔxyとして、0.687549秒以内の値を設定する。
For example, let T xy be the driving cycle of the image sensor 13 when only the lateral movement amount Δx and the vertical movement amount Δy of the image sensor 13 are considered. When the angle from the North Pole star to the shooting target point is θ and the focal length information of the shooting lens 101 input from the focus detection device 105 is f, the following equation (15) is established.
L = f · sinθ · sin (2 · π / 24/60/60 · T xy ) (15)
When the movement distance L in the equation (15) is replaced with the pixel pitch a (a = L) and the driving cycle T xy is modified, the following equation (16) is established.
T xy = arcsin (a / f / sinθ) · 24 · 60 · 60/2 / π (16)
If it is assumed in this equation (16) that a = 5 μm and f = 100 mm and an image is taken on the equator of the point (θ = 90 °), the drive cycle T xy is
T becomes the xy = arcsin (5/100000/1) · 24 · 60 · 60/2 / π = 0.687549 seconds.
Since this value corresponds to the maximum allowable drive cycle T xy of the image sensor 13, the CPU 21 sets a value within 0.687549 seconds as the drive cycle T xy of the image sensor 13.
また、撮像センサ１３の回転角αだけを考慮した場合の撮像センサ１３の駆動周期をＴαとする。撮像センサ１３の対角サイズをｂとすると、次の式(17)が成立する。
Ｌ = ｂ・π／24／60／60・Ｔα・cosθ ・・・(17)
この式(17)の移動距離Ｌを画素ピッチａに置き換えて（ａ＝Ｌ）、駆動周期Ｔαについて変形すると、次の式(18)が成立する。
Ｔα= ａ／ｂ／π・24・60・60／cosθ ・・・(18)
この式(18)においてａ＝5μm、ｂ＝28.4mmとして、北極星を撮影する場合（θ＝0°）を仮定すると、駆動周期Ｔαは、
Ｔα = 5/28400/π・24・60・60／1 = 4.841897秒
となる。
この値は撮像センサ１３の駆動周期Ｔαの許容できる最大値に相当するので、ＣＰＵ２１は、撮像センサの駆動周期Ｔαとして、4.841897秒以内の値を設定する。
Also, let Tα be the driving cycle of the image sensor 13 when only the rotation angle α of the image sensor 13 is considered. When the diagonal size of the image sensor 13 is b, the following equation (17) is established.
L = b · π / 24/60/60 · Tα · cosθ (17)
When the movement distance L in the equation (17) is replaced with the pixel pitch a (a = L) and the driving cycle Tα is transformed, the following equation (18) is established.
Tα = a / b / π · 24 · 60 · 60 / cosθ (18)
In this equation (18), assuming that a = 5 μm, b = 28.4 mm, and shooting a north star (θ = 0 °), the driving cycle Tα is
Tα = 5/28400 / π · 24 · 60 · 60/1 = 4.841897 seconds.
Since this value corresponds to the maximum allowable drive cycle Tα of the image sensor 13, the CPU 21 sets a value within 4.841897 seconds as the drive cycle Tα of the image sensor.
ＣＰＵ２１は、平行移動成分（Δｘ、Δｙ）の移動距離に対応する撮像センサ１３の駆動周期Ｔxyと、回転移動成分（α）の移動距離に対応する撮像センサ１３の駆動周期Ｔαとのうちいずれか短い方の駆動周期（この例では駆動周期Ｔxy）を、撮像センサ１３の駆動周期として設定する。これにより、撮像センサ１３の撮像面１４上における天体像の平行移動成分（回転移動成分）の移動距離が回転移動成分（平行移動成分）の移動距離に対して大きくなりすぎることがないので、天体を静止状態（光点状）で撮影することができる。 The CPU 21 selects either the driving cycle T xy of the imaging sensor 13 corresponding to the moving distance of the parallel movement component (Δx, Δy) or the driving cycle Tα of the imaging sensor 13 corresponding to the moving distance of the rotational movement component (α). The shorter drive cycle (in this example, drive cycle T xy ) is set as the drive cycle of the image sensor 13. As a result, the moving distance of the parallel movement component (rotational movement component) of the celestial image on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13 does not become too large relative to the movement distance of the rotational movement component (parallel movement component). Can be taken in a stationary state (light spot shape).
ＣＰＵ２１は、設定した駆動周期（この例では駆動周期Ｔxy）で、横方向移動量Δｘ、縦方向移動量Δｙ、回転角αに基づく移動軌跡に合わせて撮像センサ１３を平行移動制御及び回転移動制御しながら（このときデジタルカメラ１０の向きは固定である）露出を行うことで、天体自動追尾撮影を行う。 The CPU 21 performs parallel movement control and rotational movement of the image sensor 13 in accordance with the movement locus based on the horizontal movement amount Δx, the vertical movement amount Δy, and the rotation angle α in the set driving cycle (in this example, the driving cycle T xy ). By performing exposure while controlling (at this time, the orientation of the digital camera 10 is fixed), celestial automatic tracking shooting is performed.
続いて、このデジタルカメラ１０による天体自動追尾撮影について、図１２のフローチャートを参照して説明する。 Next, astronomical automatic tracking shooting by the digital camera 10 will be described with reference to the flowchart of FIG.
まずＣＰＵ２１には、焦点距離検出装置１０５から撮影レンズ１０１の焦点距離情報fが入力され、ＧＰＳユニット３１から緯度情報εが入力され、方位角センサ３３から撮影方位角情報Aが入力され、重力センサ３５から撮影仰角情報h及び姿勢情報ξが入力される（Ｓ１）。 First, the focal length information f of the photographing lens 101 is inputted from the focal length detection device 105, the latitude information ε is inputted from the GPS unit 31, the photographing azimuth angle information A is inputted from the azimuth angle sensor 33, and the gravity sensor is inputted to the CPU 21. The photographing elevation angle information h and the posture information ξ are input from 35 (S1).
次いでＣＰＵ２１は、入力した焦点距離情報f、緯度情報ε、撮影方位角情報A、撮影仰角情報h及び姿勢情報ξから、撮像センサ１３の横方向移動量Δｘ、縦方向移動量Δｙ、回転角αを算出する（Ｓ２）。 Next, the CPU 21 determines from the input focal length information f, latitude information ε, shooting azimuth angle information A, shooting elevation angle information h, and posture information ξ, the horizontal movement amount Δx, the vertical movement amount Δy, and the rotation angle α of the imaging sensor 13. Is calculated (S2).
次いでＣＰＵ２１は、上述の式(15)と(16)により、焦点距離検出装置１０５から入力した焦点距離情報fと、横方向移動量Δｘ及び縦方向移動量Δｙを合成して得た移動距離Ｌxyと、画素ピッチ情報保持部２１Ａが保持する撮像センサ１３の画素ピッチ情報ａとに基づいて、撮像センサ13の横方向移動量Δx及び縦方向移動量Δyを考慮した場合の撮像センサ13の駆動周期Ｔxyを算出する（Ｓ３）。 Next, the CPU 21 combines the focal length information f input from the focal length detection device 105, the horizontal movement amount Δx, and the vertical movement amount Δy by the above formulas (15) and (16). Based on xy and the pixel pitch information a of the image sensor 13 held by the pixel pitch information holding unit 21A, the image sensor 13 is driven when the lateral movement amount Δx and the vertical movement amount Δy of the image sensor 13 are taken into consideration. The period T xy is calculated (S3).
同時にＣＰＵ２１は、上述の式(17)と(18)により、焦点距離検出装置１０５から入力した焦点距離情報fと、回転角αに対応する移動距離Ｌαと、画素ピッチ情報保持部２１Ａが保持する撮像センサ１３の画素ピッチ情報ａとに基づいて、撮像センサ13の回転角αを考慮した場合の撮像センサ13の駆動周期Ｔαを算出する（Ｓ４）。 At the same time, the CPU 21 holds the focal length information f input from the focal length detection device 105, the moving distance Lα corresponding to the rotation angle α, and the pixel pitch information holding unit 21A according to the above formulas (17) and (18). Based on the pixel pitch information a of the image sensor 13, the drive cycle Tα of the image sensor 13 when the rotation angle α of the image sensor 13 is taken into consideration is calculated (S4).
駆動周期Ｔxyの算出（Ｓ３）と駆動周期Ｔαの算出（Ｓ４）は必ずしも同時に行う必要はなく、その順序も問わない。 The calculation of the drive period T xy (S3) and the calculation of the drive period Tα (S4) do not necessarily have to be performed at the same time, and their order does not matter.
次いでＣＰＵ２１は、平行移動成分（Δｘ、Δｙ）の移動距離に対応する撮像センサ１３の駆動周期Ｔxy（Ｓ３）と、回転移動成分（α）の移動距離に対応する撮像センサ１３の駆動周期Ｔα（Ｓ４）とのうち、いずれか短い方の駆動周期を、撮像センサ１３の駆動周期として設定する（Ｓ５）。 Next, the CPU 21 drives the imaging sensor 13 corresponding to the movement distance of the parallel movement components (Δx, Δy) T xy (S3) and the driving period Tα of the imaging sensor 13 corresponding to the movement distance of the rotational movement component (α). The shorter drive cycle of (S4) is set as the drive cycle of the image sensor 13 (S5).
次いでＣＰＵ２１は、撮影者が予め設定した露出時間だけ、図示しないシャッタを開放して、撮像センサ１３による撮像を開始する（Ｓ６）。 Next, the CPU 21 opens the shutter (not shown) for the exposure time set in advance by the photographer, and starts imaging by the imaging sensor 13 (S6).
そしてＣＰＵ２１は、設定した露出時間が経過するまで、設定した駆動周期（Ｓ５）で、横方向移動量Δｘ、縦方向移動量Δｙ、回転角αに基づく移動軌跡に合わせて撮像センサ１３を平行移動制御及び回転移動制御しながら（このときデジタルカメラ１０の向きは固定である）露出を行うことで、天体自動追尾撮影を行う（Ｓ６）。これにより、デジタルカメラ１０を固定した状態で撮影するだけで各天体を見かけ上静止した状態で撮影することができる。 Then, the CPU 21 translates the image sensor 13 in accordance with the movement trajectory based on the lateral movement amount Δx, the vertical movement amount Δy, and the rotation angle α in the set driving cycle (S5) until the set exposure time elapses. Astronomical automatic tracking shooting is performed by performing exposure while controlling and rotating (controlling the direction of the digital camera 10 at this time) (S6). As a result, each celestial body can be photographed in an apparently stationary state only by photographing with the digital camera 10 fixed.
ＣＰＵ２１は、この露出時間中（撮影時間中）に、上述のステップＳ１−Ｓ５の処理を行って、撮像センサ１３の駆動周期を更新してもよい。これにより、撮影時間中に仮想的に追尾条件が変化した場合であっても、変化した追尾条件に応じた最適な駆動周期で撮像センサ１３を駆動することができる。具体的には、露光開始時に算出した追尾条件で撮像センサ１３を駆動していくと、撮像センサ１３の中心が徐々に移動するので、それに伴って仮想的に撮影方位角情報、撮影仰角情報、姿勢情報がそれぞれ変化する結果、露光開始時に算出した撮像センサ１３の駆動周期が最適値でなくなる場合がある。適当なタイミングで撮像センサ１３の駆動周期を更新すれば、常に最適な駆動周期で撮像センサ１３を駆動することができるのである。 The CPU 21 may update the drive cycle of the imaging sensor 13 by performing the above-described steps S1 to S5 during the exposure time (during shooting time). As a result, even when the tracking condition is virtually changed during the shooting time, the image sensor 13 can be driven with an optimal driving cycle corresponding to the changed tracking condition. Specifically, when the imaging sensor 13 is driven under the tracking condition calculated at the start of exposure, the center of the imaging sensor 13 gradually moves, and accordingly, the shooting azimuth angle information, shooting elevation angle information, As a result of each change in posture information, the drive cycle of the image sensor 13 calculated at the start of exposure may not be an optimal value. If the drive cycle of the image sensor 13 is updated at an appropriate timing, the image sensor 13 can always be driven at the optimum drive cycle.
ＣＰＵ２１は、設定した露出時間が経過したら、図示しないシャッタを閉じて露出を終了する（Ｓ７）。ＣＰＵ２１は、撮像センサ１３から撮影画像データを読み出して（Ｓ８）、ホワイトバランス調整や所定フォーマットへの変更等の画像処理を施す（Ｓ９）。最後にＣＰＵ２１は、画像処理後の撮影画像データをＬＣＤモニタ２３に表示するとともに、所定フォーマットの画像ファイルとしてメモリーカード２５に保存する（Ｓ１０）。 When the set exposure time has elapsed, the CPU 21 closes the shutter (not shown) and ends the exposure (S7). The CPU 21 reads the captured image data from the image sensor 13 (S8), and performs image processing such as white balance adjustment and change to a predetermined format (S9). Finally, the CPU 21 displays the captured image data after the image processing on the LCD monitor 23 and saves it in the memory card 25 as an image file of a predetermined format (S10).
以上のように、本実施形態の天体自動追尾撮影方法及び天体自動追尾撮影装置によれば、デジタルカメラ（撮影装置）１０の撮像センサ（撮像素子）１３の撮像面１４上に形成される天体像の、日周運動による所定時間あたりの撮像面１４上での移動距離Ｌを算出し、算出した天体像の所定時間あたりの撮像面１４上での移動距離Ｌと、撮像センサ１３の画素ピッチａとに基づいて、撮像センサ（追尾手段）１３の駆動周期（ＴxyまたはＴα）を設定している。これにより、追尾条件に応じた最適な駆動周期で撮像センサ（追尾手段）１３を駆動するとともに、無駄な演算処理を省いてＣＰＵ２１の負担を低減することができる。 As described above, according to the celestial automatic tracking imaging method and the celestial automatic tracking imaging apparatus of the present embodiment, the celestial image formed on the imaging surface 14 of the imaging sensor (imaging device) 13 of the digital camera (imaging apparatus) 10. The movement distance L on the imaging surface 14 per predetermined time due to the diurnal motion is calculated, and the calculated movement distance L of the astronomical image on the imaging surface 14 per predetermined time and the pixel pitch a of the imaging sensor 13 are calculated. Based on the above, the drive cycle (T xy or Tα) of the image sensor (tracking means) 13 is set. As a result, it is possible to drive the imaging sensor (tracking means) 13 with an optimal driving cycle according to the tracking condition, and to reduce the burden on the CPU 21 by omitting useless calculation processing.
以上の実施形態では、ＣＰＵ２１による撮像センサ駆動ユニット１５の駆動制御により、撮像センサ１３を物理的に平行移動及び回転させている。しかし、撮像センサ１３の所定の撮像領域を、撮像センサ１３の全撮像領域（撮像面１４の全領域）の一部を電子的にトリミングしたトリミング領域（追尾手段）とし、算出した相対移動量（横方向移動量Δｘ、縦方向移動量Δｙ、回転角α）に基づいてこのトリミング領域を、撮影光学系１０１の光軸ＬＯに対して直交する方向に平行移動及びこの光軸ＬＯと平行な軸回りに回転移動させながら撮影する態様も可能である。この態様にあっては、図１においてＣＰＵ２１が、所定の駆動周期で撮像センサ１３にトリミング指示信号を送ることにより、撮像センサ１３のトリミング領域を撮影光学系１０１Ｌの光軸ＬＯに対して直交する方向に平行移動及びこの光軸ＬＯと平行な軸回りに回転移動させながら撮影することができる。 In the above embodiment, the image sensor 13 is physically translated and rotated by the drive control of the image sensor driving unit 15 by the CPU 21. However, the predetermined imaging area of the imaging sensor 13 is a trimming area (tracking means) obtained by electronically trimming a part of the entire imaging area of the imaging sensor 13 (the entire area of the imaging surface 14). Based on the horizontal movement amount Δx, the vertical movement amount Δy, and the rotation angle α), the trimming region is translated in a direction orthogonal to the optical axis LO of the photographing optical system 101 and an axis parallel to the optical axis LO. A mode of photographing while rotating around is also possible. In this aspect, in FIG. 1, the CPU 21 sends a trimming instruction signal to the image sensor 13 at a predetermined drive cycle, so that the trimming area of the image sensor 13 is orthogonal to the optical axis LO of the imaging optical system 101L. It is possible to take a picture while translating in the direction and rotating around an axis parallel to the optical axis LO.
以上の実施形態では、撮像センサ１３を光軸と直交する方向及び光軸と平行な軸回りに回転させる撮像センサ駆動ユニット１５を備えたが、この撮像センサ駆動ユニット１５を省略して、撮影レンズ１０１内に撮像センサ１３上の被写体位置を移動させる像ブレ補正レンズ（防振レンズ、追尾手段）１０８を搭載した像ブレ補正装置と、撮像センサを回転させる撮像センサ回転機構とを組み合わせても、またはトリミング領域を回転移動させる形態と組み合わせる態様も可能である。図１３はその実施形態を示しており、ＣＰＵ２１が撮影レンズ１０１のレンズＣＰＵ１０６に防振駆動指示信号を送ることにより、レンズＣＰＵ１０６が防振駆動ユニット１０７を介して像ブレ補正レンズ１０８を光軸直交方向に駆動制御する。一方、ＣＰＵ２１が、所定の駆動周期で撮像センサ１３に回転指示信号を送ることにより、撮像センサ１３を光軸ＬＯと平行な軸回りに回転移動させる。あるいは、ＣＰＵ２１が、所定の駆動周期で撮像センサ１３にトリミング指示信号を送ることにより、撮像センサ１３のトリミング領域を撮影光学系１０１の光軸ＬＯと平行な軸回りに回転移動させる。ここで言う「撮影光学系１０１の光軸ＬＯ」とは、偏心調整前の初期状態における撮影光学系１０１の光軸ＬＯを意味する。 In the above embodiment, the imaging sensor drive unit 15 that rotates the imaging sensor 13 in the direction orthogonal to the optical axis and the axis parallel to the optical axis is provided. However, the imaging sensor drive unit 15 is omitted, and the imaging lens is provided. Combining an image blur correction device in which an image blur correction lens (anti-vibration lens, tracking means) 108 that moves a subject position on the image sensor 13 in 101 is combined with an image sensor rotation mechanism that rotates the image sensor, Alternatively, it is possible to combine the trimming area with a form in which the trimming area is rotated. FIG. 13 shows the embodiment. When the CPU 21 sends an image stabilization drive instruction signal to the lens CPU 106 of the photographing lens 101, the lens CPU 106 causes the image blur correction lens 108 to be orthogonal to the optical axis via the image stabilization drive unit 107. Drive control in the direction. On the other hand, the CPU 21 rotates the image sensor 13 around an axis parallel to the optical axis LO by sending a rotation instruction signal to the image sensor 13 at a predetermined drive cycle. Alternatively, the CPU 21 sends a trimming instruction signal to the image sensor 13 at a predetermined drive cycle, thereby rotating the trimming area of the image sensor 13 about an axis parallel to the optical axis LO of the photographing optical system 101. Here, the “optical axis LO of the photographing optical system 101” means the optical axis LO of the photographing optical system 101 in the initial state before the eccentricity adjustment.
以上の実施形態では、焦点距離検出装置１０５から入力した焦点距離情報fと、ＧＰＳユニット３１から入力した緯度情報εと、方位角センサ３３から入力した撮影方位角情報Aと、重力センサ３５から入力した撮影仰角情報h及び姿勢情報ξとから、撮像センサ１３の撮像面１４上に形成される天体像の移動距離（天体像の移動軌跡）を算出している。しかし、撮像センサ１３の撮像面１４上に形成される天体像の移動距離（天体像の移動軌跡）を算出する方法はこれに限定されず、種々の方法を用いることができる。 In the above embodiment, the focal length information f input from the focal length detection device 105, the latitude information ε input from the GPS unit 31, the shooting azimuth angle information A input from the azimuth angle sensor 33, and the gravity sensor 35 input. The moving distance of the celestial image formed on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13 (the moving trajectory of the celestial image) is calculated from the captured elevation angle information h and the posture information ξ. However, the method for calculating the moving distance of the celestial image formed on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13 (the moving trajectory of the celestial image) is not limited to this, and various methods can be used.
以上の実施形態では、ＣＰＵ２１が、撮像センサ１３の撮像面１４上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面１４上での移動距離が、撮像センサ１３の画素ピッチを超えない範囲内で、撮像センサ１３の駆動周期を設定している。しかし、想定するカメラのレベルによっては、天体像の所定時間あたりの撮像面１４上での移動距離が撮像センサ１３の画素ピッチを多少超えても、実用上問題ない場合がある。例えば、天体像の所定時間あたりの撮像面１４上での移動距離が、撮像センサ１３の画素ピッチから決まる最小錯乱円を超えないような場合がこれに相当する。 In the above embodiment, the CPU 21 is within a range in which the moving distance of the astronomical image formed on the imaging surface 14 of the imaging sensor 13 on the imaging surface 14 per predetermined time does not exceed the pixel pitch of the imaging sensor 13. The drive cycle of the image sensor 13 is set. However, depending on the assumed camera level, there may be no practical problem even if the moving distance of the celestial image on the imaging surface 14 per predetermined time slightly exceeds the pixel pitch of the imaging sensor 13. For example, this corresponds to the case where the moving distance of the celestial image on the imaging surface 14 per predetermined time does not exceed the minimum circle of confusion determined by the pixel pitch of the imaging sensor 13.
１０ デジタルカメラ（撮影装置）
１１ カメラボディ
１３ 撮像センサ（撮像素子、追尾手段）
１４ 撮像面（追尾手段）
１５ 撮像センサ駆動ユニット（移動手段）
１７ 絞り駆動制御機構
２１ ＣＰＵ（移動距離算出手段、駆動周期制御手段、移動手段）
２１Ａ 画素ピッチ情報保持部
２３ ＬＣＤモニタ
２５ メモリーカード
２７ 電源スイッチ
２８ レリーズスイッチ
３０ 設定スイッチ
３１ ＧＰＳユニット（緯度情報入力手段）
３３ 方位角センサ（撮影方位角情報入力手段）
３５ 重力センサ（撮影仰角情報入力手段、姿勢情報入力手段）
１０１ 撮影レンズ
１０１Ｌ 撮影光学系
１０３ 絞り
１０５ 焦点距離検出装置（焦点距離情報入力手段）
１０６ レンズＣＰＵ
１０７ 防振駆動ユニット
１０８ 像ブレ補正レンズ（追尾手段）
ＧＳＸ Ｘ方向ジャイロセンサ
ＧＳＹ Ｙ方向ジャイロセンサ
ＧＳＲ 回転検出ジャイロセンサ
10 Digital camera (photographing device)
11 Camera body 13 Imaging sensor (imaging device, tracking means)
14 Imaging surface (tracking means)
15 Imaging sensor drive unit (moving means)
17 Aperture drive control mechanism 21 CPU (movement distance calculation means, drive cycle control means, movement means)
21A Pixel pitch information holding unit 23 LCD monitor 25 Memory card 27 Power switch 28 Release switch 30 Setting switch 31 GPS unit (latitude information input means)
33 Azimuth sensor (photographing azimuth information input means)
35 Gravity sensor (photograph elevation angle information input means, posture information input means)
101 photographing lens 101L photographing optical system 103 stop 105 focal length detection device (focal length information input means)
106 Lens CPU
107 Anti-shake drive unit 108 Image blur correction lens (tracking means)
GSX X direction gyro sensor GSY Y direction gyro sensor GSR Rotation detection gyro sensor
Claims (16)
前記撮影装置の撮像素子の撮像面上に形成される天体像の、日周運動による所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出するステップ；及び
算出した前記天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離と、前記撮像素子の画素ピッチとに基づいて、前記追尾手段の駆動周期を設定するステップ；
を有することを特徴とする天体自動追尾撮影方法。 In order to photograph a celestial body that moves relative to the imaging device by diurnal motion, it is an astronomical automatic tracking imaging method that performs tracking imaging while driving a predetermined tracking means built in the imaging device,
Calculating a moving distance of the celestial image formed on the imaging surface of the imaging device of the imaging device on the imaging surface per predetermined time due to a diurnal motion; and imaging the calculated celestial image per predetermined time Setting a driving cycle of the tracking means based on a moving distance on the surface and a pixel pitch of the image sensor;
An astronomical automatic tracking photographing method characterized by comprising:
前記撮影装置の撮影光学系の焦点距離情報を入力するステップを更に有し、
前記移動距離算出ステップでは、入力した前記撮影光学系の焦点距離情報を使って、前記天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出する天体自動追尾撮影方法。 In the celestial automatic tracking photographing method according to claim 1,
The method further comprises the step of inputting focal length information of the photographing optical system of the photographing apparatus,
In the moving distance calculating step, an astronomical automatic tracking imaging method of calculating a moving distance of the celestial image on the imaging surface per predetermined time using the input focal length information of the imaging optical system.
前記駆動周期設定ステップでは、算出した前記天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離が、前記撮像素子の画素ピッチを超えない範囲内で、前記追尾手段の駆動周期を設定する天体自動追尾撮影方法。 In the celestial automatic tracking photographing method according to claim 1 or 2,
In the drive cycle setting step, the celestial automatic that sets the drive cycle of the tracking means within a range in which the calculated movement distance of the celestial image on the imaging surface per predetermined time does not exceed the pixel pitch of the image sensor. Tracking shooting method.
前記移動距離算出ステップでは、前記撮像素子の撮像面上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を、前記撮影光学系の光軸に対して直交する方向の平行移動成分と、該光軸と平行な軸回りの回転移動成分とに分けて算出し、
前記駆動周期設定ステップでは、前記平行移動成分の移動距離に対応する追尾手段の駆動周期と前記回転移動成分の移動距離に対応する追尾手段の駆動周期とのうちいずれか短い方の駆動周期を、前記追尾手段の駆動周期として設定する天体自動追尾撮影方法。 In the celestial body automatic tracking photographing method according to any one of claims 1 to 3,
In the moving distance calculating step, the moving distance of the astronomical image formed on the imaging surface of the imaging element on the imaging surface per predetermined time is translated in a direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system. Calculated separately for a component and a rotational movement component around an axis parallel to the optical axis,
In the drive cycle setting step, the shorter drive cycle of the drive cycle of the tracking means corresponding to the movement distance of the parallel movement component and the drive cycle of the tracking means corresponding to the movement distance of the rotational movement component is An astronomical automatic tracking imaging method set as a driving cycle of the tracking means.
撮影時間中に、前記追尾手段の駆動周期を更新するステップを更に有する天体自動追尾撮影方法。 In the celestial body automatic tracking photographing method according to any one of claims 1 to 4,
An astronomical automatic tracking imaging method further comprising a step of updating a driving cycle of the tracking means during imaging time.
撮影地点の緯度情報、撮影方位角情報、撮影仰角情報、及び撮影装置の姿勢情報を入力するステップをさらに有し、
前記移動距離算出ステップでは、入力した前記撮影地点の緯度情報、撮影方位角情報、撮影仰角情報、及び撮影装置の姿勢情報と、撮影光学系の焦点距離情報とを用いて、前記撮像素子の撮像面上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出する天体自動追尾撮影方法。 In the celestial body automatic tracking photographing method according to any one of claims 1 to 5,
The method further includes the step of inputting latitude information of the shooting point, shooting azimuth angle information, shooting elevation angle information, and posture information of the shooting device,
In the moving distance calculation step, the imaging device captures an image using the input latitude information, imaging azimuth angle information, imaging elevation angle information, imaging apparatus attitude information, and imaging optical system focal length information. An astronomical automatic tracking imaging method for calculating a moving distance of an astronomical image formed on a surface on an imaging surface per predetermined time.
前記撮影装置の撮像素子の撮像面上に形成される天体像の、日周運動による所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出する移動距離算出手段；及び
前記移動距離算出手段が算出した天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離と、前記撮像素子の画素ピッチとに基づいて、前記追尾手段の駆動周期を設定する駆動周期制御手段；
を有することを特徴とする天体自動追尾撮影装置。 An astronomical automatic tracking imaging device that performs tracking imaging while driving a predetermined tracking means built in the imaging device in order to image a celestial body that moves relative to the imaging device by diurnal motion,
A moving distance calculating means for calculating a moving distance of the astronomical image formed on the image pickup surface of the image pickup device of the photographing apparatus on the image pickup surface per predetermined time due to a diurnal motion; and calculated by the movement distance calculating means Drive period control means for setting the drive period of the tracking means based on the moving distance of the celestial image on the imaging surface per predetermined time and the pixel pitch of the image sensor;
An astronomical automatic tracking imaging apparatus characterized by comprising:
前記撮影装置の撮影光学系の焦点距離情報を入力する焦点距離情報入力手段を更に有し、
前記移動距離算出手段は、前記焦点距離情報入力手段から入力した撮影光学系の焦点距離情報を使って、前記天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出する天体自動追尾撮影装置。 In the celestial automatic tracking imaging device according to claim 7,
Further comprising focal length information input means for inputting focal length information of the photographing optical system of the photographing apparatus,
The moving distance calculating means calculates the moving distance on the imaging surface per predetermined time of the celestial image using the focal distance information of the photographing optical system input from the focal distance information input means. .
前記駆動周期制御手段は、前記移動距離算出手段が算出した天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離が、前記撮像素子の画素ピッチを超えない範囲内で、前記追尾手段の駆動周期を設定する天体自動追尾撮影装置。 The celestial automatic tracking imaging device according to claim 7 or 8,
The driving cycle control unit is configured to drive the tracking unit within a range in which the moving distance of the celestial image calculated by the moving distance calculating unit on the imaging surface per predetermined time does not exceed the pixel pitch of the imaging element. Astronomical automatic tracking imaging device to set.
前記移動距離算出手段は、前記撮像素子の撮像面上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を、前記撮影光学系の光軸に対して直交する方向の平行移動成分と、該光軸と平行な軸回りの回転移動成分とに分けて算出し、
前記駆動周期制御手段は、前記平行移動成分の移動距離に対応する追尾手段の駆動周期と前記回転移動成分の移動距離に対応する追尾手段の駆動周期とのうちいずれか短い方の駆動周期を、前記追尾手段の駆動周期として設定する天体自動追尾撮影装置。 The astronomical automatic tracking imaging device according to any one of claims 7 to 9,
The movement distance calculation means translates the movement distance of the astronomical image formed on the imaging surface of the imaging element on the imaging surface per predetermined time in a direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system. Calculated separately for a component and a rotational movement component around an axis parallel to the optical axis,
The drive cycle control means, whichever is shorter of the drive period of the tracking means corresponding to the movement distance of the parallel movement component and the drive period of the tracking means corresponding to the movement distance of the rotational movement component, An astronomical automatic tracking photographing apparatus set as a driving cycle of the tracking means.
前記駆動周期制御手段は、撮影時間中に、前記追尾手段の駆動周期を更新する天体自動追尾撮影装置。 The celestial automatic tracking imaging device according to any one of claims 7 to 10,
The driving cycle control means is an astronomical automatic tracking imaging apparatus that updates the driving period of the tracking means during imaging time.
撮影地点の緯度情報、撮影方位角情報、撮影仰角情報、及び撮影装置の姿勢情報、撮影光学系の焦点距離を入力する入力手段をさらに有し、
前記移動距離算出手段は、前記入力手段から入力した情報を用いて、前記撮像素子の撮像面上に形成される天体像の所定時間あたりの撮像面上での移動距離を算出する天体自動追尾撮影装置。 The celestial automatic tracking imaging device according to any one of claims 7 to 11,
It further has an input means for inputting latitude information of the shooting point, shooting azimuth angle information, shooting elevation angle information, posture information of the shooting device, and focal length of the shooting optical system,
The moving distance calculating means calculates the moving distance on the imaging surface per predetermined time of the celestial image formed on the imaging surface of the image sensor using the information input from the input means. apparatus.
前記追尾手段は、前記撮像素子の全撮像領域であり、
前記駆動周期制御手段が設定した駆動周期に基づいて、前記撮像素子の全撮像領域を移動させる移動手段を有する天体自動追尾撮影装置。 In the celestial body automatic tracking photographing device according to any one of claims 7 to 12,
The tracking means is the entire imaging region of the imaging device;
An astronomical automatic tracking imaging apparatus having a moving unit that moves the entire imaging region of the imaging device based on the driving cycle set by the driving cycle control unit.
前記追尾手段は、前記撮像素子の全撮像領域の一部を電子的にトリミングしたトリミング領域であり、
前記駆動周期制御手段が設定した駆動周期に基づいて、前記トリミング領域を仮想的に移動させる移動手段を有する天体自動追尾撮影装置。 In the celestial body automatic tracking photographing device according to any one of claims 7 to 12,
The tracking means is a trimming area obtained by electronically trimming a part of the entire imaging area of the image sensor,
An astronomical automatic tracking imaging apparatus having moving means for virtually moving the trimming area based on the driving period set by the driving period control means.
前記追尾手段は、前記撮影光学系、及び前記撮像素子の全撮像領域の一部を電子的にトリミングしたトリミング領域であり、
前記駆動周期制御手段が設定した駆動周期に基づいて、前記撮影光学系の一部を偏心させることで天体像を撮影装置に対して移動させると共に、前記トリミング領域を仮想的に回転移動させる移動手段を有する天体自動追尾撮影装置。 In the celestial body automatic tracking photographing device according to any one of claims 7 to 12,
The tracking means is a trimming area obtained by electronically trimming a part of the entire imaging area of the imaging optical system and the imaging element,
A moving means for moving the celestial image relative to the photographing apparatus by decentering a part of the photographing optical system based on the driving period set by the driving period control means, and for virtually rotating the trimming area. Astronomical automatic tracking imaging device.
前記追尾手段は、前記撮像素子の全撮像領域、及び前記撮像素子の全撮像領域の一部を電子的にトリミングしたトリミング領域であり、
前記駆動周期制御手段が設定した駆動周期に基づいて、前記撮像素子の全撮像領域を、撮像面の短辺方向と長辺方向に設けられたガイド手段に沿って移動させると共に、前記トリミング領域を仮想的に回転移動させる移動手段を有する天体自動追尾撮影装置。 In the celestial body automatic tracking photographing device according to any one of claims 7 to 12,
The tracking means is a trimming area obtained by electronically trimming a part of the entire imaging area of the imaging element and the entire imaging area of the imaging element,
Based on the drive cycle set by the drive cycle control means, the entire imaging region of the image sensor is moved along the guide means provided in the short side direction and the long side direction of the imaging surface, and the trimming region is An astronomical automatic tracking imaging apparatus having moving means for virtually rotating and moving.
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