JP2013005244A - 天体自動追尾撮影方法及び天体自動追尾撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像面の撮像エリア上での天体像の移動情報に基づいて、撮像エリアの所定時間あたりの光軸直交方向の理論平行移動量及び光軸と平行な軸回りの理論回転角度量を算出し、撮像エリアの可動域における、撮像エリアの基準姿勢位置からの光軸直交方向の実平行移動可能量及び光軸と平行な軸回りの実回転可能角度量を対応付けて保持する移動可能量テーブルを取得し、算出した撮像エリアの所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量と、取得した移動可能量テーブルが保持する実平行移動可能量及び実回転可能角度量とを比較して、撮像エリアを該撮像エリアの可動域の範囲内で移動させながら天体自動追尾撮影を完了させるための撮影時間を設定する天体自動追尾撮影方法。
【選択図】図17
Description
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。
図2(B)に示すように、撮像センサ13(撮像面14)は、その可動域16の範囲内で、撮影光学系101Lの光軸LOと直交するXY平面内で、所望の移動速度で平行移動制御される。以下では、図2(B)中の右方向へのX方向移動量と下方向へのY方向移動量を正の符号で示し、左方向へのX方向移動量と上方向へのY方向移動量を負の符号で示す。
図2(C)に示すように、撮像センサ13(撮像面14)は、その可動域16の範囲内で、撮影光学系101Lの光軸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。以下では、図2(C)中の反時計回り方向への回転角度量を正の符号で示し、時計回り方向への回転角度量を負の符号で示す。
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4)での撮影である。
R = r × sinθ ・・・(1)
で与えられる。
φ = 0.004167 × t [deg] ・・・(2)
が成立する。
Xr = R = r × sinθ ・・・(3)
Yr = R × cosθ= r × sinθ × cosθ ・・・(4)
として求めることができる。
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。
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。
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。
x0 × x/a2 + y0 × y/b2 = 1
となる。
図10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。
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。
-(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。
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11及び図12を参照して説明する。
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。
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。
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。
Δx = x × cos(γ) + y × sin(γ)・・・(I)
Δy = x × sin(γ) + y × cos(γ)・・・(II)
Δx = x × cos(γ + ξ) + y × sin(γ + ξ)・・・(III)
Δy= x × sin(γ + ξ) + y × cos(γ + ξ)・・・(IV)
11 カメラボディ
13 撮像センサ(撮像素子)
14 撮像面(撮像領域)
15 撮像センサ駆動ユニット(移動手段)
16 可動域
17 絞り駆動制御機構
21 CPU(移動データ算出手段、撮影時間設定手段、撮像エリアシフト手段、移動手段)
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
33 方位角センサ
35 重力センサ
36 移動可能量テーブル
101 撮影レンズ
101L 撮影光学系
103 絞り
105 焦点距離検出装置
106 レンズCPU
107 防振駆動ユニット
108 像ブレ補正レンズ
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
Claims (16)
- 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、前記撮影装置の撮影光学系によって撮像素子の撮像面に形成された天体像が、撮影中、前記撮像面の撮像エリアに対して固定されるように、前記撮像面の撮像エリアを移動させながら天体自動追尾撮影する天体自動追尾撮影方法であって、
前記撮像面の撮像エリア上での天体像の移動情報に基づいて、前記撮像エリアの所定時間あたりの光軸直交方向の理論平行移動量及び光軸と平行な軸回りの理論回転角度量を算出する移動データ算出ステップ;
前記撮像エリアの可動域における、前記撮像エリアの基準姿勢位置からの光軸直交方向の実平行移動可能量及び光軸と平行な軸回りの実回転可能角度量を対応付けて保持する移動可能量テーブルを取得する移動可能量テーブル取得ステップ;及び
算出した前記撮像エリアの所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量と、取得した前記移動可能量テーブルが保持する実平行移動可能量及び実回転可能角度量とを比較して、前記撮像エリアを該撮像エリアの可動域の範囲内で移動させながら前記天体自動追尾撮影を完了させるための撮影時間を設定する撮影時間設定ステップ;
を有することを特徴とする天体自動追尾撮影方法。 - 請求項1記載の天体自動追尾撮影方法において、
前記移動データ算出ステップでは、前記所定時間を段階的に増やしながら、各段階の所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量を算出し、
前記撮影時間設定ステップでは、算出した各段階の所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量が、前記移動可能量テーブルが保持する実平行移動可能量及び実回転可能角度量を超えているか否かを順次判定し、特定の段階の所定時間あたりの理論平行移動量又は理論回転角度量が、前記移動可能量テーブルが保持する実平行移動可能量又は実回転可能角度量を超えていると判定したときに、前記特定の段階の所定時間よりも短い撮影時間を設定する天体自動追尾撮影方法。 - 請求項2記載の天体自動追尾撮影方法において、
前記撮影時間設定ステップでは、特定の段階の所定時間あたりの理論平行移動量又は理論回転角度量が、前記移動可能量テーブルが保持する実平行移動可能量又は実回転可能角度量を超えていると判定したときに、前記特定の段階よりも1つ前の段階の所定時間を撮影時間として設定する天体自動追尾撮影方法。 - 請求項1ないし3のいずれか1項記載の天体自動追尾撮影方法において、
算出した前記撮像エリアの所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量に応じて、前記撮像エリアの移動開始前の初期位置をシフトさせる撮像エリアシフトステップをさらに有する天体自動追尾撮影方法。 - 請求項4記載の天体自動追尾撮影方法において、
前記撮像エリアシフトステップでは、算出した前記撮像エリアの所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量とは反対方向の平行移動量及び回転角度量で、前記撮像エリアの移動開始前の初期位置をシフトさせる天体自動追尾撮影方法。 - 請求項1ないし5のいずれか1項記載の天体自動追尾撮影方法において、
前記移動可能量テーブルは、前記撮像エリアの光軸直交平面内の可動域を仮想的にマトリクス状に区画して、このマトリクス状の区画ごとに実回転可能角度量を保持している天体自動追尾撮影方法。 - 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、前記撮影装置の撮影光学系によって撮像素子の撮像面に形成された天体像が、撮影中、前記撮像面の撮像エリアに対して固定されるように、前記撮像面の撮像エリアを移動させながら天体自動追尾撮影する天体自動追尾撮影装置であって、
前記撮像面の撮像エリア上での天体像の移動情報に基づいて、前記撮像エリアの所定時間あたりの光軸直交方向の理論平行移動量及び光軸と平行な軸回りの理論回転角度量を算出する移動データ算出手段;
前記撮像エリアの可動域における、前記撮像エリアの基準姿勢位置からの光軸直交方向の実平行移動可能量及び光軸と平行な軸回りの実回転可能角度量を対応付けて保持する移動可能量テーブル;及び
前記移動データ算出手段が算出した前記撮像エリアの所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量と、前記移動可能量テーブルが保持する実平行移動可能量及び実回転可能角度量とを比較して、前記撮像エリアを該撮像エリアの可動域の範囲内で移動させながら前記天体自動追尾撮影を完了させるための撮影時間を設定する撮影時間設定手段;
を有することを特徴とする天体自動追尾撮影装置。 - 請求項7記載の天体自動追尾撮影装置において、
前記移動データ算出手段は、前記所定時間を段階的に増やしながら、各段階の所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量を算出し、
前記撮影時間設定手段は、前記移動データ算出手段が算出した各段階の所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量が、前記移動可能量テーブルが保持する実平行移動可能量及び実回転可能角度量を超えているか否かを順次判定し、特定の段階の所定時間あたりの理論平行移動量又は理論回転角度量が、前記移動可能量テーブルが保持する実平行移動可能量又は実回転可能角度量を超えていると判定したときに、前記特定の段階の所定時間よりも短い撮影時間を設定する天体自動追尾撮影装置。 - 請求項8記載の天体自動追尾撮影装置において、
前記撮影時間設定手段は、特定の段階の所定時間あたりの理論平行移動量又は理論回転角度量が、前記移動可能量テーブルが保持する実平行移動可能量又は実回転可能角度量を超えていると判定したときに、前記特定の段階よりも1つ前の段階の所定時間を撮影時間として設定する天体自動追尾撮影装置。 - 請求項7ないし9のいずれか1項記載の天体自動追尾撮影装置において、
前記移動データ算出手段が算出した前記撮像エリアの所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量に応じて、前記撮像エリアの移動開始前の初期位置をシフトさせる撮像エリアシフト手段をさらに有する天体自動追尾撮影装置。 - 請求項10記載の天体自動追尾撮影装置において、
前記撮像エリアシフト手段は、前記移動データ算出手段が算出した前記撮像エリアの所定時間あたりの理論平行移動量及び理論回転角度量とは反対方向の平行移動量及び回転角度量で、前記撮像エリアの移動開始前の初期位置をシフトさせる天体自動追尾撮影装置。 - 請求項7ないし11のいずれか1項記載の天体自動追尾撮影装置において、
前記移動可能量テーブルは、前記撮像エリアの光軸直交平面内の可動域を仮想的にマトリクス状に区画して、このマトリクス状の区画ごとに実回転可能角度量を保持している天体自動追尾撮影装置。 - 請求項7ないし12のいずれか1項記載の天体自動追尾撮影装置において、
前記撮像エリアは、前記撮像素子の全撮像領域であり、
前記移動データ算出手段が算出した理論平行移動量及び理論回転角度量に基づいて、前記撮像素子を撮影光学系の光軸に対して直交する方向に平行移動及び該光軸と平行な軸回り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。 - 請求項7ないし12のいずれか1項記載の天体自動追尾撮影装置において、
前記撮像エリアは、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、
前記移動データ算出手段が算出した理論平行移動量及び理論回転角度量に基づいて、前記トリミング領域を光軸直交方向に平行移動及び該光軸と平行な軸回り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。 - 請求項7ないし12のいずれか1項記載の天体自動追尾撮影装置において、
前記撮像エリアは、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、
前記移動データ算出手段が算出した理論平行移動量及び理論回転角度量に基づいて、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撮影光学系の光軸と平行な軸回り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。 - 請求項7ないし12のいずれか1項記載の天体自動追尾撮影装置において、
前記撮像エリアは、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、
前記移動データ算出手段が算出した理論平行移動量及び理論回転角度量に基づいて、前記撮像素子を光軸直交方向に平行移動させると共に、前記トリミング領域を撮影光学系の光軸と平行な軸回り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。
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