JP2010122672A - デジタルカメラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像素子を、撮影光学系の光軸に対して直交する平面内において所定の軌跡で移動させることができる撮像素子移動機構を備えたデジタルカメラであって、該デジタルカメラの位置情報、撮影方位情報及び撮影高度情報を入力する入力手段と、撮影光学系の焦点距離情報を入力する焦点距離入力手段と、上記撮影光学系による被写体像を撮像素子上に露光する露出時間を設定する露出時間設定手段と、入力された位置情報、撮影方位情報、撮影高度情報及び焦点距離情報から、上記露出時間内における地球の自転によって上記撮影光学系のイメージサークルに対して相対移動する上記被写体像である天体像の移動軌跡を演算し、それに基づいて上記撮像素子移動機構を駆動制御して、上記天体像の撮像素子上での位置を一定に維持する制御手段とを備えた。
【選択図】図5
Description
dA/dH= sinφ+cosφ・tan(h)・cosA ・・・(6)
dh/dH= -sinA・cosφ ・・・(7)
dθ/dH= cosA・cosφ/cos(h) ・・・(8)
により算出することが好ましい。
本発明の制御手段にあっては、上記デジタルカメラが水平に構えられているときの、水平をX軸、垂直をY軸と定義したとき、上記天体像の撮像素子上での位置を一定に維持する追尾撮影を行うための撮像素子の単位時角あたりの移動量ΔX、ΔY、回転角Δθを式(9)、(10)、(11)で求め、
ΔX=f・tan(dα/dH) ・・・(9)
ΔY=f・tan(dh/dH) ・・・(10)
Δθ=dθ/dH ・・・(11)
(但し、dαは、単位時角に同一高度で変化した天体の方位角変化量)
上記撮像素子移動機構により撮像素子を単位時角あたりΔX、ΔY、Δθの速度で駆動制御する。
ΔH(x)= arctan(Lx/f)/(dα/dH) ・・・(12)
ΔH(y)= arctan(Ly/f)/(dh/dH) ・・・(13)
ΔH(θ)=Lθ/(dθ/dH) ・・・(14)
(但し、dαは、単位時角に同一高度で変化した天体の方位角変化量)
上記の3個の時角ΔHのうち最小値をΔHminとすると、機械的リミットにより制限された最長露出時間Tlimit[秒]を下記式(15)、
Tlimit=ΔHmin・3600/15 ・・・(15)
により設定することが好ましい。
dA/dH= sinφ+ cosφ・tan(h)・cosA ・・・(6)
dh/dH= -sinA・cosφ ・・・(7)
dθ/dH= cosA・cosφ/cos(h) ・・・(8)
により算出することに特徴を有する。
そうして本発明の上記制御手段は、上記デジタルカメラが水平に構えられているときの、水平をX軸、垂直をY軸と定義したとき、上記天体像の撮像面上における単位時角あたりの移動量ΔX、ΔY、回転角Δθを式(9)、(10)、(11)で求め、
ΔX=f・tan(dα/dH) ・・・(9)
ΔY=f・tan(dh/dH) ・・・(10)
Δθ=dθ/dH ・・・(11)
(但し、dαは、単位時角に同一高度で変化した天体の方位角変化量)
上記被写体像移動機構は、上記撮影光学系の一部の光学系を偏心させることによって単位時角あたりΔX、ΔYの速度で上記天体像を移動させる撮影光学系偏心機構と、上記撮像素子を撮像面に垂直で該撮像素子の中心を通る撮影光学系の基準光軸に対して単位時角あたりΔθの速度で回転駆動制御する撮像素子回転機構とする。
ΔH(x)=arctan(Lx/f)/(dα/dH) ・・・(12)
ΔH(y)=arctan(Ly/f)/(dh/dH) ・・・(13)
ΔH(θ)=Lθ/(dθ/dH) ・・・(14)
(但し、dαは、単位時角に同一高度で変化した天体の方位角変化量)
上記の3個の時角ΔHのうち最小値をΔHminとすると、機械的リミットにより制限された最長露出時間Tlimit[秒]を下記式(15)、
Tlimit=ΔHmin・3600/15 ・・・(15)
により設定する。
P:天の北極
Z:天頂
N:真北
S:対象恒星(説明の便宜上、この対象恒星は撮影画面の中心であり、撮影レンズの光軸Oの延長線上に位置するものとする。)
φ:観測点の緯度
A:観測方位(撮影光学系が狙う恒星Sの方位、撮影光学系の光軸と天球との交点の方位)
h:観測高度(撮影光学系が狙う恒星Sの高度、撮影光学系の光軸と天球との交点の高度)
H:恒星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:恒星Sの赤緯
θ:天球面上において、天の極と対象恒星S(天体)とを最短で結ぶ曲線と、天頂と対象恒星S(天体)とを最短で結ぶ曲線とがなす角。
tanH= sinA/(cosφ・tan(h)+ sinφ・cosA) ・・・(1)
sinδ= sin(h)・sinφ − cos(h)・cosφ・cosA ・・・(2)
H=H0+15/3600・t ・・・(3)
この時の恒星Sの方位A、高度hは次式(4)、(5)で算出できる。
tanA= -sinH/(cosφ・tanδ − sinφ・cosH) ・・・(4)
sin(h)= sinφ・sinδ + cosφ・cosδ・cosH ・・・(5)
dh/dH= -sinA・cosφ ・・・(7)
dθ/dH=cosA・cosφ/cos(h) ・・・(8)
なお、説明を簡単にするために撮影光学系の光軸延長上に星(恒星S)があるとしてあるが、撮影するにあたり光軸をどれかの星に一致させる必要が無いことは言うまでも無い。
cosΔα = cos2(90 − h)+ sin2(90 − h)・cosΔA
= sin2(h)+ cos2(h)・cosΔA
よって、角度差Δαは、次式により算出できる。
Δα= arccos(sin2(h)+ cos2(h)・cosΔA)
以上より、天体の単位時角あたりの方位変化量がdA/dHの場合、撮像素子上におけるX方向の単位時角あたりの移動量ΔXは、レンズ焦点距離fを加味して、式
dα/dH= arccos(sin2(h)+ cos2(h) ・cos(dA/dH))
より、
ΔX=f・tan(dα/dH) ・・・(9)
となる。但し、dαは、単位時角あたりに同一高度で変化した天体の方位角変化量である。
ΔY=f・tan(dh/dH) ・・・(10)
となる。
したがって、追尾撮影を行うために要する撮像センサの単位時角あたりの移動量ΔX、ΔYは、上記式(9)及び(10)となる。
Δθ=dθ/dH ・・・(11)
の速度で撮像センサを回転させればよい。なお、カメラの水平は、カメラに装着又は搭載された電子水準器等を利用して使用者が設定する。
ΔH(x)= arctan(Lx/f)/(dα/dH) ・・・(12)
ΔH(y)= arctan(Ly/f)/(dh/dH) ・・・(13)
ΔH(θ)=Lθ/(dθ/dH) ・・・(14)
上記の3つのΔHのうち最小値をΔHminとすると、機械的リミットにより制限された最長露出時間Tlimit[秒]は、次式(15)により算出される。
Tlimit=ΔHmin・3600/15 ・・・(15)
デジタルカメラの位置、つまり撮影地点の緯度φは地図からも特定できるので、GPSユニットを使用せずに、使用者が設定スイッチ69を使用して手入力する構成にしてもよい。
X方向ジャイロセンサGSXの出力値(デジタルカメラ10のX方向の振動量に応じた横振れ信号)とホールセンサSXの出力値(撮像センサ20(X方向駆動用コイルCXA、CXBの固定支持基板30に対するX方向の移動量信号)が比較され、その差信号に基づいてX方向ジャイロセンサGSXの出力値とホールセンサSXの出力との差が小さくなるようにX方向駆動用コイルCXA、CXBに印加する電圧に関する信号が演算される。そうして、その演算結果に基づいて駆動信号がX方向駆動用コイルCXA、CXBに印加される。すると、X方向駆動用コイルCXA、CXBにFX1方向又はFX2方向の駆動力が発生し、この駆動力によって、X方向ジャイロセンサGSXの出力とホールセンサSXの出力の差が小さくなるように撮像センサ20(補強板40及び電気基板45)がFX1方向又はFX2方向に移動する。
20X X方向側辺
20Y Y方向側辺
21 撮像面
25 防振ユニット(被写体像移動機構、撮像素子移動機構)
25−1 回転駆動ユニット(被写体像移動機構・撮像素子回転機構)
30 固定支持基板
31 収容孔
32 33 突部
34 35 取付用凹部
36 37 支持用突部
38 39 支持用凹部
40 補強板
45 電気基板
46 支持用突部
47 48 49 舌片
50 撮像センサ保持部材
51 開口
53 押さえ部材
55 取付孔
61 CPU(制御手段)
63 LCDモニタ
71 GPSユニット(位置情報入力手段)
73 方位センサ(方位情報入力手段)
75 重力センサ(高度情報入力手段)
100 撮影レンズ
110 焦点距離検出装置
200 撮影レンズ
210 防振駆動ユニット(被写体像移動機構)
220 レンズCPU
LS 防振レンズ(被写体像移動機構)
CX X方向駆動用コイル
CXA CXB X方向駆動用コイル
CYA CYB Y方向駆動用コイル
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
LX1 LX2 LX3 X方向直線
MX 磁石(X用磁束発生装置)
MY 磁石(Y用磁束発生装置)
O 光軸
SX ホールセンサ
SYA SYB SYC ホールセンサ(Y方向変位検出センサ)
X X方向(左右方向)
Y Y方向(上下方向)
Z Z方向(前後方向)
Claims (12)
- 撮影光学系による被写体像を、該撮影光学系の光軸に対して直交する面内において所定の軌跡で移動させることができる被写体像移動機構を備えたデジタルカメラであって、
該デジタルカメラの位置情報、撮影方位情報及び撮影高度情報を入力する入力手段と、
撮影光学系の焦点距離情報を入力する焦点距離入力手段と、
上記撮影光学系による被写体像を撮像素子上に露光する露出時間を設定する露出時間設定手段と、
入力された位置情報、撮影方位情報、撮影高度情報及び焦点距離情報から、上記露出時間内における地球の自転によって上記撮影光学系のイメージサークルの初期位置 に対して相対移動する上記被写体像である天体像 の移動軌跡を演算し、それに基づいて上記被写体像移動機構を駆動制御して、上記天体像の撮像素子上での位置を一定に維持する制御手段とを備えたことを特徴とするデジタルカメラ。 - 請求項1記載のデジタルカメラにおいて、上記被写体像移動機構は、撮像素子を、撮影光学系の光軸に対して直交する面内において所定の軌跡で移動させることができる撮像素子移動機構であって、
上記制御手段は、上記入力された位置情報、撮影方位情報、撮影高度情報及び焦点距離情報から、上記露出時間内における地球の自転によって上記撮影光学系のイメージサークルに対して相対移動する上記被写体像である天体像の移動軌跡を演算し、それに基づいて上記撮像素子移動機構を駆動制御して、上記天体像の撮像素子上での位置を一定に維持することを特徴とするデジタルカメラ。 - 請求項2記載のデジタルカメラにおいて、上記位置情報は該デジタルカメラが位置する場所の緯度φであり、上記撮影方位情報は上記撮影光学系が狙う天体の方位A であり、上記撮影高度情報は上記天体の高度hであり、上記制御手段は、入力した緯度φ情報、方位A情報、高度h情報及び撮影光学系の焦点距離f情報から、単位時角Hにおける上記天体の方位Aの変位量dA/dHを下記式(6)、高度hの変位量dh/dHを下記式(7)、天球面上において、天の極と上記天体とを最短で結ぶ曲線と、天頂と上記天体とを最短で結ぶ曲線とがなす角θの変化量dθ/dHを下記式(8)、
dA/dH= sinφ+ cosφ・tan(h)・cosA ・・・(6)
dh/dH= -sinA・cosφ ・・・(7)
dθ/dH= cosA・cosφ/cos(h) ・・・(8)
により算出するデジタルカメラ。 - 請求項3記載のデジタルカメラにおいて、上記制御手段は、上記デジタルカメラが水平に構えられているときの、水平をX軸、垂直をY軸と定義したとき、上記天体像の撮像素子上での位置を一定に維持する追尾撮影を行うための撮像素子の単位時角あたりの移動量ΔX、ΔY、単位時角あたりの回転角Δθを式(9)、(10)、(11)で求め、
ΔX=f・tan(dα/dH) ・・・(9)
ΔY=f・tan(dh/dH) ・・・(10)
Δθ= dθ/dH ・・・(11)
(但し、dαは、単位時角に同一高度で変化した天体の方位角変化量)
上記撮像素子移動機構により撮像素子を単位時間あたりΔX、ΔY、Δθの速度で駆動制御するデジタルカメラ。 - 請求項4記載のデジタルカメラにおいて、上記制御手段は、上記撮像素子駆動機構の機械的可動リミットのうちX方向をLx、Y方向をLy、回転の機械的リミットをLθとすると、それぞれのリミットに達するまでの時角ΔHを下記式、(12)、(13)、(14)により算出し、
ΔH(x)= arctan(Lx/f)/(dα/dH) ・・・(12)
ΔH(y)= arctan(Ly/f)/(dh/dH) ・・・(13)
ΔH(θ)=Lθ/(dθ/dH) ・・・(14)
(但し、dαは、単位時角に同一高度で変化した天体の方位角変化量)
上記の3個の時角ΔHのうち最小値をΔHminとすると、機械的リミットにより制限された最長露出時間Tlimit[秒]を下記式(15)、
Tlimit=ΔHmin・3600/15 ・・・(15)
により設定するデジタルカメラ。 - 請求項1記載のデジタルカメラにおいて、上記位置情報は該デジタルカメラが位置する場所の緯度φであり、上記撮影方位情報は撮影光学系が狙う天体の方位Aであり、上記撮影高度情報は上記天体の高度hであり、上記制御手段は、入力した緯度φ情報、方位A情報、高度h情報及び撮影光学系の焦点距離f情報から、単位時角Hにおける上記天体の方位Aの変位量dA/dHを下記式(6)、高度hの変位量dh/dHを下記式(7)、天球面上において、天の極と上記天体とを最短で結ぶ曲線と、天頂と上記天体とを最短で結ぶ曲線とがなす角θの変化量dθ/dHを下記式(8)、
dA/dH= sinφ+ cosφ・tan(h)・cosA ・・・(6)
dh/dH= -sinA・cosφ ・・・(7)
dθ/dH= cosA・cosφ/cos(h) ・・・(8)
により算出するデジタルカメラ。 - 請求項6記載のデジタルカメラにおいて、上記制御手段は、上記デジタルカメラが水平に構えられているときの、水平をX軸、垂直をY軸と定義したとき、上記天体像の撮像面上における単位時角あたりの移動量ΔX、ΔY、単位時角あたりの回転角Δθを式(9)、(10)、(11)で求め、
ΔX=f・tan(dα/dH) ・・・(9)
ΔY=f・tan(dh/dH) ・・・(10)
Δθ= dθ/dH ・・・(11)
(但し、dαは、単位時角に同一高度で変化した天体の方位角変化量)
上記被写体像移動機構は、上記撮影光学系の一部の光学系を偏心させることによって単位時間あたりΔX、ΔYの速度で上記天体像を移動させる撮影光学系偏心機構と、上記撮像素子を撮像面に垂直で該撮像素子の中心を通る上記撮影光学系の基準光軸に対して単位時間あたりΔθの速度で回転駆動させ撮像素子回転機構であるデジタルカメラ。 - 請求項7記載のデジタルカメラにおいて、上記制御手段は、上記撮影光学系偏心機構の機械的可動リミットによる被写体像移動のX方向をLx、Y方向をLy、上記撮像素子回転機構の機械的リミットをLθとすると、それぞれのリミットに達するまでの時角ΔHを下記式、(12)、(13)、(14)により算出し、
ΔH(x)= arctan(Lx/f)/(dα/dH) ・・・(12)
ΔH(y)= arctan(Ly/f)/(dh/dH) ・・・(13)
ΔH(θ)=Lθ/(dθ/dH) ・・・(14)
(但し、dαは、単位時角に同一高度で変化した天体の方位角変化量)
上記の3個の時角ΔHのうち最小値をΔHminとすると、機械的リミットにより制限された最長露出時間Tlimit[秒]を下記式(15)、
Tlimit=ΔHmin・3600/15 ・・・(15)
により設定するデジタルカメラ。 - 請求項1乃至8のいずれか一項記載のデジタルカメラにおいて、上記位置情報は該デジタルカメラが位置する場所の緯度情報であって、該緯度情報は、デジタルカメラに搭載された入力手段を介して手入力されるか、又はGPSユニットから入力されるデジタルカメラ。
- 請求項1乃至9のいずれか一項記載のデジタルカメラにおいて、上記撮影方位情報は、該デジタルカメラに搭載された入力手段を介して手入力されるか、又は方位センサから入力されるデジタルカメラ。
- 請求項1乃至10のいずれか一項記載のデジタルカメラにおいて、上記撮影高度情報は、該デジタルカメラに搭載された入力手段を介して手入力されるか、又は重力センサから入力されるデジタルカメラ。
- 請求項1乃至11のいずれか一項記載のデジタルカメラは、該デジタルカメラの振れを検出するジャイロセンサを備え、上記被写体像移動機構は、上記ジャイロセンサが検出したカメラ振れに基づき、撮像素子上の被写体像が移動しない方向及び速度で上記被写体像移動機構を駆動制御する防振機構を有するデジタルカメラ。
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