JP2018197825A - 制御装置及び方法、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮影者が設定した撮影画角を維持しつつ、より長い露光時間、定速移動する被写体を追尾して撮影できるようにすること。【解決手段】 撮影画角を取得する第１の取得手段と、露光時間を取得する第２の取得手段と、撮影画角を光学的にシフトする第１および第２のシフト手段それぞれの、予め決められた基準位置からの駆動量を求める制御手段と、を有し、制御手段は、定速で移動する被写体の撮影において、露光開始時の撮影画角における被写体の位置が、露光時間の間、変化しないように、前記第１および前記第２のシフト手段の単位時間あたりの第１の駆動量を求め、露光時間が第１の閾値以上、かつ、第２の閾値未満である場合に、露光時間と第１の閾値との差と、第１の駆動量とに基づいて、露光開始時における前記第１のシフト手段および前記第２のシフト手段の位置を基準位置からシフトさせる第２の駆動量を求める。【選択図】 図１

Description

本発明は、制御装置及び方法、及び撮像装置に関し、更に詳しくは、定速移動する被写体を撮影する際の制御に関する。

地球から観測する天体は、地球が自転しているために、あたかもゆっくり動いているかのように見える。この現象は、日周運動と呼ばれている。一般的に天体撮影等、暗所での撮影においては、ノイズを低減させる為にＩＳＯ感度を下げて撮影するケースが多く、それに伴い長い露光時間を必要とする。

しかしその一方で、撮像装置を天体に向けて固定し長秒の露光を行うと、天体は線状の輝跡（天体の軌跡）となって写ってしまう。これは上記の日周運動により、露光中にも天体の位置が刻々と移動してしまうことが原因である。この線状の輝跡は、日本においては北極星（厳密には天の北極）を中心とした同心円状のものとなり、毎時およそ１５度の円弧を描く。この天体の輝跡は、天の北極とその対にある天の南極からより遠い、または撮影倍率が大きい程、画角に対して大きく直線的に現れ、天の北極とその対にある天の南極により近い、または撮影倍率が小さいほど円弧状に現れる特徴を持つ。

そこで、天体を点状に撮る際には、通常モータードライブ付きの赤道儀に撮像装置を設置して撮影を行う。モータードライブ付赤道儀とは、天体の日周運動の動きに合わせて撮像装置を動かす天体撮影専用の架台であり、この赤道儀を使用することで、長秒の露光を行う際にも天体の輝跡を残すことなく点状に撮影することが可能である。

しかし、赤道儀自体が大掛かりな架台である点と、赤道儀を用いて天体追尾撮影を行う前には、天体を観測する場所及び観測方位によって２つの回転軸を合わせ込む必要がある点から、手軽に天体を撮影することができなかった。

上記の問題に対して、特許文献１及び特許文献２に、赤道儀を使用せずに天体の軌跡を残すことなく、点状に撮影可能な撮像装置が提案されている。

特許文献１に記載の撮像装置は、入力された撮影地点の緯度情報、撮影方位情報、撮影仰角情報、撮影装置の姿勢情報、および撮影光学系の焦点距離情報を用いて、手振れ補正の仕組みを使って天体を追尾撮影するものである。具体的には、上述した情報から撮像素子上における天体の移動量を算出し、この動きを相殺するように、光学式、あるいは電子式の手振れ補正手段を駆動させることを提案している。このことにより、天体像を撮像素子上の所定の撮像領域に対して固定することができる。

ここで、電子式手振れ補正とは、一般的に撮像装置のブレを打ち消すように画像のトリミング位置を変更すること、すなわち画像処理によって為されるものである。特許文献１では、これを利用して、天体の動きに合わせてトリミング位置を変更することにより、天体像を撮像素子上の所定の領域に固定させることを提案している。

これに対して、光学式手振れ補正とは、光学系の光軸に対して直行する方向に、撮像素子、あるいはシフトレンズを平行移動することによってブレを補正するものである。

特許文献２に記載の撮像装置は、本露光前に行う予備露光の撮影データを用いて、天体の移動速度を求める天体速度算出手段を備える。そして、撮影データを画像として残す本露光時には、天体速度算出手段によって得られる天体移動速度に基づいて、最大露光時間、手振れ補正機構の制御量、および手振れ補正レンズの初期位置を決定し、制御することを提案している。この構成によって、撮影者は手振れ補正機構の可動範囲を考慮して、所望の画角や所望の露光時間を決定し、容易に天体を撮影することができる。

特開２０１４−２０９７９５号公報 特開２０１５−１４１２８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているように、画像のトリミングによる追尾を行うと、天体撮影の露光時間を長くできるものの、画像としてのサイズは小さくなることは避けられず、撮影者の意図した画角のまま撮影が行われない場合がある。また、長秒の露光時間を設定する程、画像のトリミングサイズを小さくする必要があるため、画像劣化を伴うという問題がある。

一方、特許文献２に記載された方法では、ひとつの手振れ補正手段では最大露光時間、すなわち追尾限界時間が十分に確保できない場合がある。その場合には、ＩＳＯ感度を上げて露光時間を短くして撮影するか、あるいは露光開始時における手振れ補正手段の位置を予め中央から移動させて追尾可能時間を確保することが考えられる。

しかし、前者はＩＳＯ感度を上げることによりノイズが増大する恐れがあり、後者は撮影開始時の手振れ補正位置を変更することから撮影者が設定した撮影画角をずらすことになり、撮影者の望む画角が得られないという問題がある。このように、撮影者の設定した撮影画角を維持し、かつ、より長い時間追尾可能な撮像装置が望まれている。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、撮影者が設定した撮影画角を維持しつつ、より長い露光時間、定速移動する被写体を追尾して撮影できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の制御装置は、撮影光学系を介して入射する被写体の光学像を撮像する撮像手段の撮影画角を取得する第１の取得手段と、前記撮像手段の露光時間を取得する第２の取得手段と、前記撮影画角を光学的にシフトする第１のシフト手段および第２のシフト手段それぞれの、予め決められた基準位置からの駆動量を求める制御手段と、を有し、前記制御手段は、定速で移動する被写体の撮影において、露光開始時の前記撮影画角における前記被写体の位置が、前記露光時間の間、変化しないように、前記第１のシフト手段および前記第２のシフト手段の単位時間あたりの第１の駆動量を求め、前記露光時間が予め決められた第１の閾値以上、かつ、予め決められた第２の閾値未満である場合に、前記露光時間と前記第１の閾値との差と、前記第１の駆動量とに基づいて、前記露光開始時における前記第１のシフト手段および前記第２のシフト手段の位置を前記基準位置からシフトさせる第２の駆動量を求める。

本発明によれば、撮影者が設定した撮影画角を維持しつつ、より長い露光時間、定速移動する被写体を追尾して撮影できるようにすることができる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図。 実施形態に係る光学式手振れ補正の制御構成を示すブロック図。 実施形態に係る天体撮影モードでの撮影の流れを示すフローチャート。 実施形態に係る最大露光時間を説明する図。 実施形態に係る撮像素子及び手振れ補正レンズの可動範囲における位置制御を説明する図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。

図１は、本実施形態における一般的な撮像装置のシステム構成を示し、図２は、本実施形態における撮像装置の手振れ補正制御を説明するためのブロック図を示す。

図１において、撮影光学系２１０は、変倍レンズ２１１、手振れ補正レンズ２１２、焦点調整レンズ２１３、絞り２１４、シャッタ２１５と、各ユニットの駆動部などによって構成される。なお、撮影光学系２１０は、撮像装置２０１から着脱可能に構成してもよい。

レンズ駆動部コントローラ２３０は、ズーム制御部２３１、第１の手振れ補正制御部２３２、フォーカス制御部２３３、絞り制御部２３４、シャッタ制御部２３５等で構成され、撮影光学系２１０における各構成部材を駆動させる。

撮像素子２２１は、撮影光学系２１０を介して入射する被写体の光学像を電気信号に変換して出力し、撮像制御部２２２によって駆動タイミング等が制御される。第２の手振れ補正制御部２２５は、撮像素子２２１を、光軸に対して垂直平面上で移動させる。Ａ／Ｄ変換器２２３は、撮像素子２２１から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、メモリ制御部２４１及びシステムコントローラ２５０の制御により、画像入力部２２４を介して内部メモリ２４３に格納される。画像処理部２６０は、Ａ／Ｄ変換器２２３からのデータ或いはメモリ制御部２４１からのデータに対して、所定の画素補間処理や色変換処理を行う。

メモリ制御部２４１は、Ａ／Ｄ変換器２２３、画像処理部２６０、圧縮伸長部２４２、内部メモリ２４３を制御し、記録メディア２４４へのデータの記録も制御する。

内部メモリ２４３に書き込まれた表示用の画像データは、画像表示制御部２２６を介して、ＴＦＴ，ＬＣＤ等から成る画像表示装置２０６により表示される。また、内部メモリ２４３は、撮影した静止画像や動画像を格納するために用いられるとともに、システムコントローラ２５０の作業領域として使用することも可能である。画像データの圧縮及び伸長を行う圧縮伸長部２４２は、内部メモリ２４３に格納された画像を読み込んで圧縮処理あるいは伸長処理を行い、処理を終えたデータを再び内部メモリ２４３に書き込む。

システムコントローラ２５０は、撮像装置２０１全体を制御する。システムコントローラ２５０は、スイッチやダイアル、タッチパネル等の単数あるいは複数の組み合わせで構成される操作部材から入力された各種の動作指示を受け付ける。

操作部材は、一例として、電源ボタン２０２、レリーズボタン２０３、ズーム操作キー２０４、メニュー操作キー２０５等を含む。レリーズボタン２０３は、静止画を記録するためのシャッタを動作させるトリガ信号や、動画記録をスタートやストップさせるためのトリガ信号として使用される。静止画撮影中は、レリーズボタン２０３の操作途中（例えば半押し）でＳＷ１がＯＮとなり、ＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理、ＥＦ処理等の動作開始を指示する。また、レリーズボタン２０３の操作完了（例えば全押し）でＳＷ２がＯＮとなり、露光処理、現像処理、及び記録処理からなる一連の処理の動作開始を指示する。ズーム操作キー２０４は、変倍レンズ２１１を制御し、焦点距離を操作するために用いられる。

また、メニュー操作キー２０５により、静止画撮影モード、動画撮影モードや再生モードなどを切り替えることができる。本実施形態では、静止画撮影モードの１つとして天体追尾撮影モードを含む。

また、電源制御部２４６は、電源ボタン２０２の信号をトリガとして、電源２４７より撮像装置２０１に電源を供給する。

撮影情報取得部２７１は、ＧＰＳ、方位センサ、加速度センサ、カメラ姿勢等の情報を取得するための各種構成を含み、撮影地点や撮影方位、撮影仰角、撮像装置２０１に加わる振動、撮像装置２０１の姿勢情報などを取得することができる。

次に、図２を参照して、本実施形態に係る撮像装置における光学式手振れ補正の制御構成について説明する。本実施形態においては、手振れ補正レンズ２１２を光軸に対して垂直な平面上で駆動することによる光学式手振れ補正と、撮像素子２２１を光軸に対して垂直な平面上で駆動することによる光学式手振れ補正とを行うことができる。

撮影情報取得部２７１は、ジャイロセンサ等の加速度センサからなるふれ検知部２３２１ａ，２３２１ｂを有し、撮像装置２０１に加わる振動を検出して、加速度信号を出力する。ふれ検知部２３２１ａは、撮像装置２０１のピッチ方向の振動を、ふれ検知部２３２１ｂはヨー方向の振動を検出する。ふれ検知部２３２１ａ，２３２１ｂから出力されたピッチ方向及びヨー方向の加速度信号は、システムコントローラ２５０の防振制御部２３２２ａ，２３２２ｂにそれぞれ入力する。

第１の手振れ補正制御部２３２に含まれるレンズ位置検出部２３２５ａ，２３２５ｂは、ホール素子等の位置を検出するセンサであり、ピッチ方向、ヨー方向それぞれの手振れ補正レンズ２１２の位置を検出する。なお、図２では、説明を分かり易くするために、手振れ補正レンズ２１２が第１の手振れ補正制御部２３２内に含まれるように記載しているが、手振れ補正レンズ２１２は、図１に示すように第１の手振れ補正制御部２３２を構成するものではない。

防振制御部２３２２ａ，２３２２ｂは、ふれ検知部２３２１ａ，２３２１ｂから入力した加速度信号と、レンズ位置検出部２３２５ａ，２３２５ｂから出力された手振れ補正レンズ２１２の位置から、ピッチ方向、ヨー方向それぞれの手振れ補正レンズ２１２の位置補正制御信号を生成する。生成された位置補正制御信号は、第１の手振れ補正制御部２３２のＰＩＤ部２３２３ａ１，２３２３ｂ１、ドライブ駆動部２３２４ａ，２３２４ｂを介して、手振れ補正レンズ２１２を駆動させる。これにより、振れを光学的に補正することができる。

一方、第２の手振れ補正制御部２２５は、ホール素子等の位置を検出するセンサから成る撮像センサ位置検出部２２５５ａ，２２５５ｂ１，２２５５ｂ２を含み、ピッチ方向、ヨー方向それぞれの撮像素子２２１の位置を検出する。なお、図２では、説明を分かり易くするために、撮像素子２２１が第２の手振れ補正制御部２２５内に含まれるように記載しているが、撮像素子２２１は、図１に示すように第２の手振れ補正制御部２２５を構成するものではない。

防振制御部２３２２ａ，２３２２ｂは、ふれ検知部２３２１ａ，２３２１ｂから入力した加速度信号と、撮像センサ位置検出部２２５５ａ，２２５５ｂ１，２２５５ｂ２から出力された撮像素子２２１の位置から、ピッチ方向、ヨー方向それぞれの撮像素子２２１の位置補正制御信号を出力する。生成された位置補正制御信号は第２の手振れ補正制御部２２５のＰＩＤ部２２５３ａ，２２５３ｂ１，２２５３ｂ２、ドライブ駆動部２２５４ａ，２２５４ｂ１，２２５４ｂ２を介して、撮像素子２２１を駆動させる。これにより、振れを光学的に補正することができる。

なお、第２の手振れ補正制御部２２５に関して、ヨー方向に２つのＰＩＤ部２２５３ｂ１，２２５３ｂ２、ドライブ駆動部２２５４ｂ１，２２５４ｂ２及び撮像センサ位置検出部２２５５ｂ１，２２５５ｂ２があるのは、回転駆動を行うためである。

次に、上記構成を有する撮像装置２０１を用いて、天体追尾撮影を行う処理について、図３を参照して説明する。図３のフローチャートは、天体追尾撮影モードが選択されたときの撮影制御の流れを示している。なお、以降の処理について、撮像装置２０１は三脚に固定されているものとする。

天体追尾撮影モードが選択されると、Ｓ１０１にて、手振れ補正レンズ２１２と撮像素子２２１（第１及び第２のシフト手段）とを、それぞれの可動範囲の中央（基準位置）に移動する処理を行う。撮影画角を設定する前には、日周運動による天体の移動方向を特定することができない。そのため、画角設定後に日周運動によりどの方向に天体が移動しても対応できるように、手振れ補正レンズ２１２と撮像素子２２１をそれぞれの可動範囲の中央に位置させておく。

Ｓ１０２では、撮影者が撮影画角の設定を行う。このステップで、撮影者は、撮像装置２０１の撮影方位や撮影仰角、撮像装置の姿勢、焦点距離等の調節を行い、撮影画角を定める。なお、ここで撮影者は方位等を意識しなくともよく、撮影したい目標の天体に撮像装置２０１を向ければよい。

次にＳ１０３において、撮影者によってレリーズスイッチ１０３が操作され、ＳＷ１がＯＮ状態になったか否かの判定を行う。ＳＷ１がＯＮ状態になったと判断された場合には（Ｓ１０３でＹＥＳ）、Ｓ１０４の処理に進む。レリーズスイッチ１０３の状態に変化がなければ（Ｓ１０３でＮＯ）、この先の処理には進まず、再度Ｓ１０３の判定処理を行う。

Ｓ１０４では、目標の天体に焦点を合わせる合焦処理を行う。天体は単に無限遠で撮影すればよいわけでなく、マニュアルモードでピントを追い込むことが望ましい。ピントを追い込むためには、一時的にＩＳＯ感度を上げ、ライブビュー機能を使用して天体による光が一番小さく映るポイントを探すとよい。また、外気の気温や、撮影光学系２１０の焦点距離が変わると焦点がずれることがあるため、撮像装置２０１を予め外気温に近づけたり、撮影毎に焦点を合わせるようにすると、ピントずれを低減することができる。なお、ここで行う合焦処理はマニュアルモードに限るものではなく、例えば、公知の点光源に合焦させるＡＦ処理を実行するようにしてもよい。

Ｓ１０４の合焦処理が終了すると、Ｓ１０５にて、撮影する際のＩＳＯ感度と露光時間Ｔｖｕを設定する。これは、撮影者によって設定されるものであり、任意の値が設定される。

次にＳ１０６において、撮像装置２０１の画角情報を取得する。この画角情報は、撮影光学系２１０の焦点距離と撮像素子２２１の有効画素領域（受光領域）のサイズとから求められる撮影範囲を示すものである。なお、画像処理（トリミング処理）による電子式の手振れ補正を行う場合には、トリミングサイズによって撮影範囲、すなわち撮影画角が変化する。このため、トリミングサイズについて考慮する必要が生じるが、本実施形態においては、上述したように撮像装置２０１を三脚に固定しているため、電子式の手振れ補正は行わないものとする。

Ｓ１０７では、撮影情報取得部２７１から、撮影状況に関する情報を取得する処理を行う。ここで取得する撮影状況に関する情報とは、撮影地点や撮影方位、撮影仰角、撮像装置２０１の姿勢情報などの情報である。上述した通り、日周運動は、天の極（北半球においては天の北極、南半球においては天の南極）を中心として同心円上に所定の速度で移動するものである。従って、これらの情報とＳ１０６で得られた撮影画角の情報から、現在の撮影範囲が天の極に対してどの位置にあるのか、そして、撮影範囲内の天体が今後どのように移動していくのかが明らかになる。つまり、目標の天体を追尾する方向が定まる。

Ｓ１０８では、Ｓ１０６の撮像装置２０１の画角情報とＳ１０７の天体情報の結果から、天体の運動を打ち消すために駆動する撮像素子２２１の駆動量を計算する処理を行う。

例えば、Ｓ１０７で取得した撮影状況に関する情報から、撮像装置２０１が緯度αの地点にあり、方位はβを向き、地面に対してγの仰角を成して水平に固定されているものとする。また、Ｓ１０６において撮像素子２２１のサイズと焦点距離とから求めた撮影画角が、水平軸方向に対してＡ[deg]、鉛直方向に対してＢ[deg]であったとする。また、撮像素子２２１の画素数を、Ｘ方向にＰａ、Ｙ方向にＰｂとする。この時、撮像素子２２１の撮像面上における天の極と撮影画角中心との距離Ｒは、画素換算では

ΔＸ ＝ β／Ａ×Ｐａ
ΔＹ ＝ （α−γ）／Ｂ×Ｐｂ

と表すことができる。なお、ΔＸは天の極と撮影画角中心とのＸ方向の画素換算距離を、ΔＹは天の極と撮影画角中心とのＹ方向の画素換算距離を示す。

次に、この天の極と撮影画角中心との距離Ｒによって、回転追尾制御を行うか否かを選択する。まず、天の極と撮影画角中心との距離Ｒが所定の距離Ｌよりも大きい場合には、日周運動による天体の軌跡は直線に近似することができる。この時の軌跡は以下のように求められる。すなわち、単位時間当たりの日周運動の回転角をθｎ[rad]とすると、天体の移動速度（ｕ、ｖ）について、直交ベクトル条件より、

（ΔＸ、ΔＹ）・（ｕ、ｖ）＝０

が成立する。これらより、天体の移動速度は
ｕ＝±ΔＹ・θｎ
ｖ＝±ΔＸ・θｎ
と求めることができる。

従って、日周運動による天体の移動を相殺し、点状に撮影するためには、撮像素子２２１を天体の移動と同じ向きに上記の速度にて駆動させればよい。

一方、天の極と撮影画角中心との距離Ｒが所定の距離Ｌ以下（閾値以下）の場合には、日周運動の回転運動による弧の軌跡は無視できないため、撮像素子２２１を日周運動に合わせて回転駆動する必要がある。従って単位時間当たりの日周運動の回転角をθｎ[rad]とすると、天の極を中心として、撮像素子２２１を回転駆動させる。

以上のように、天の極と撮影画角中心との距離Ｒによって追尾計算を変えることで、簡易的に天体追尾のための演算を行うことができる。

なお、Ｓ１０８で撮像素子２２１の駆動量を演算する際に、Ｓ１０６〜Ｓ１０７の代わりに予備撮影を行い、この撮影データを用いて計算してもよい。ただし、予備撮影に時間が多くかかるほど、Ｓ１０２でユーザーが設定した画角がずれてしまい、後に補正可能な範囲が狭くなってしまう。従って、予備撮影はできるだけ短時間で行うことが望ましい。

Ｓ１０８にて撮像素子２２１の駆動量を求めると、Ｓ１０９において撮像素子２２１の駆動により追尾可能な最大露光時間Ｔｖｍ（第１の閾値）を計算する。この最大露光時間Ｔｖｍは、Ｓ１０８で求められた駆動量と、撮像素子２２１の可動範囲によって定まる露光時間である。ここで、回転駆動が入る場合には、撮像素子２２１の可動範囲が小さくなる場合があるため、その場合には可動範囲を変更する処理を行う。

図４は、撮像素子の可動範囲と最大露光時間Ｔｖｍとの関係を示す図である。撮像素子の可動範囲が画素単位で半径Ｃの円であったとすると、最大露光時間Ｔｖｍは、
Ｔｖｍ ＝ Ｃ／ｖ（ｕ＜ｖの場合）
Ｔｖｍ ＝ Ｃ／ｕ（ｕ＞ｖの場合）
と表すことができる。なお、ｕ＝ｖの場合は、どちらを使っても同じ値となるため、Ｔｖｍ＝Ｃ／ｖ＝Ｃ／ｕと表すことができる。

次にＳ１１０において、Ｓ１０５で設定した露光時間Ｔｖｕと、Ｓ１０９で求められた最大露光時間Ｔｖｍとを比較する。露光時間Ｔｖｕが最大露光時間Ｔｖｍよりも短い（第１の閾値未満）場合には（Ｓ１０９でＹＥＳ）、撮影者の設定した画角のまま撮影を行うことが可能であるため、そのままＳ１１１の処理に進む。一方、露光時間Ｔｖｕが最大露光時間Ｔｖｍ以上（第１の閾値以上）の場合には（Ｓ１０９でＮＯ）、Ｓ１１９の処理に進む。

Ｓ１１９では、撮影者の設定した露光時間Ｔｖｕが、Ｓ１０９で求められた最大露光時間Ｔｖｍの２倍未満（第２の閾値未満）であるかを判定する。なお、ここでは、撮像素子２２１の可動範囲と、手振れ補正レンズ２１２の可動範囲とが同じであることを想定している。異なる場合には、手振れ補正レンズ２１２を可動限界まで移動した場合における、可動範囲の中央からの撮影画角のシフト量をＳ１０８で求められた駆動量で除した値を、最大露光時間Ｔｖｍに加算したものと比較する。撮影者の設定した露光時間Ｔｖｕが最大露光時間Ｔｖｍの２倍未満である場合には（Ｓ１１９でＹＥＳ）、Ｓ１２０に進む。

一方、Ｓ１１９の判定処理にて、撮影者の設定した露光時間Ｔｖｕが、Ｓ１０９で求められた最大露光時間Ｔｖｍの２倍以上であった場合には（Ｓ１１９でＮＯ）、Ｓ１２１に進み、撮影者に露光時間を警告する処理を行う。例えば、以下に説明するように露光時間Ｔｖｕを２×Ｔｖｍに変更する場合には、その旨を警告する。

その後、Ｓ１２２に進み、露光時間Ｔｖｕを２×Ｔｖｍに変更する処理を行う。これは、露光時間をＴｖｍに短縮しなければ日周運動による天体の移動が相殺しきれずに線状の軌跡として撮影されてしまう恐れがあるからである。なお、ここでは露光時間Ｔｖｕを２×Ｔｖｍに変更するものとして説明しているが、Ｓ１１９の処理において、撮影者に２×Ｔｖｍ以下の露光時間に変更させるようにしても良いし、撮影を中止するようにしてもよい。また、線状の軌跡として撮影されてしまう旨を警告した上で、撮影者の了承があれば、露光時間を変更せずに撮影するようにしてもよい。

Ｓ１２０では、露光開始時の手振れ補正レンズ２１２及び撮像素子２２１の初期位置を計算する処理を行う。これは、手振れ補正レンズ２１２及び撮像素子２２１の初期位置を変更することにより、設定された露光時間中の日周運動による天体像の移動を打ち消すことができるようにするためである。

ここで、露光時間Ｔｖｕについて、Ｔｖｍ＜Ｔｖｕ＜２×Ｔｖｍの関係が成立している場合（Ｓ１１９でＹＥＳ）には、まず、露光時間Ｔｖｕと最大露光時間Ｔｖｍとの差分ΔＴを求める。
ΔＴ＝Ｔｖｕ−Ｔｖｍ

一方、露光時間Ｔｖｕについて、Ｓ１２２における処理によりＴｖｕ＝２×Ｔｖｍの関係が成立している場合には、ΔＴを以下のようにおく。
ΔＴ＝２×Ｔｖｕ−Ｔｖｍ

これらの場合、露光時間Ｔｖｕで撮影するためには、撮像素子２２１をＸ軸方向に−ｕ×ΔＴ、Ｙ軸方向に−ｖ×ΔＴ、予め移動させておくことにより、目的の天体を追尾し、点状に撮影することができる。これが撮像素子２２１の初期位置となる。図５（ａ）は、撮像素子２２１を最大範囲で動かした場合を示している。

しかしながら、撮像素子２２１を露光前に移動させると、Ｓ１０２において撮影者が設定した画角がずれてしまう。そこで、本実施形態では、手振れ補正レンズ２１２を中央から移動することにより、Ｓ１０２において撮影者が設定した画角がずれないようにする。このように移動した位置が、手振れ補正レンズ２１２の初期位置となる。これを図５（ｂ）に示す。Ｓ１２０の処理が終了すると、Ｓ１１１の処理に進む。

Ｓ１１１では撮影露光時間Ｔｖを設定する処理を行う。ここでは、上述したしょりにより、露光時間Ｔｖｕか、最大露光時間Ｔｖｍの２倍に設定する。Ｓ１１１の処理が終了すると、Ｓ１１２の処理に進む。

Ｓ１１２では露出計算を行う。ここで、Ｂを輝度、Ｎ、Ｋを定数、Ｆを絞り値、Ｔａをシャッタ速度とすると、各値は次の関係を利用することで求められる。
Ｓｖ＝ＬＯＧ_２（ＩＳＯ／Ｎ）
Ｂｖ＝ＬＯＧ_２（Ｂ／ＮＫ）
Ｔｖ＝ＬＯＧ_２（１／Ｔｖ）
Ａｖ＝ＬＯＧ_２（Ｆ^２）

Ｓ１１３では、必要に応じて、撮像素子２２１及び手振れ補正レンズ２１２を初期位置に移動する処理を行う。ここでは、初期位置がＳ１２０にて更新されていなければ、そのまま可動範囲の中央とする。また、Ｓ１２０にて更新されていれば、撮像素子２２１をＸ軸方向に−ｕ×ΔＴ、Ｙ軸方向に−ｖ×ΔＴの位置に移動させる。また、手振れ補正レンズ２１２は、撮像素子２２１が移動した場合に、画角ずれが発生しない初期位置に移動させる。

Ｓ１１４では、撮影者によってレリーズスイッチ１０３が操作され、ＳＷ２がＯＮ状態になったか否かの判定を行う。ＳＷ２がＯＮ状態になったと判断された場合には（Ｓ１１４でＹＥＳ）、Ｓ１１５の処理に進む。ＳＷ２がＯＦＦ状態の場合には（Ｓ１１４でＮＯ）、Ｓ１１４に戻って、判定処理を行う。なお、更にＳＷ１の状態を確認し、ＳＷ１もＯＦＦ状態であれば、Ｓ１０３に戻るようにしても良い。

Ｓ１１５では、Ｓ１１１で設定された撮影露光時間Ｔｖが経過したか否かを判定する。撮影露光時間Ｔｖが経過していなければ（Ｓ１１５でＮＯ）、Ｓ１１７に進んで露光を続行する。そして、Ｓ１１８の処理に進み、露光の経過に合わせて、撮影露光時間Ｔｖの間にＳ１０８で求めた所定の駆動量となるように、撮像素子２２１を移動する。ここで、Ｓ１１３において撮像素子２２１及び手振れ補正レンズ２１２の初期位置を移動した場合、撮像素子２２１が可動範囲の中央に戻るまでの間、手振れ補正レンズ２１２も駆動する。Ｓ１１８にて撮像素子２２１を移動させると、再びＳ１１５の判定処理を行う。

撮影露光時間Ｔｖが経過していれば（Ｓ１１５でＹＥＳ）、Ｓ１１６において記録処理を行う。記録処理が終了したらＳ１２３に進み、撮像素子２２１及び手振れ補正レンズ２１２を中央に戻して、撮影を終了する。

従来のように、画角をシフトするための機構（画角シフト機構）が単数（例えば、撮像素子２２１のみ）であるときには、最大露光時間Ｔｖｍ以上の露光時間を設定すると、予め設定した画角が維持できなかったり、露光時間を短縮する必要があった。これに対し、本実施形態のように複数の画角シフト機構（例えば、撮像素子２２１と手振れ補正レンズ２１２）を有し、一方を追尾に、もう一方を画角調整に用いることにより、撮影者の所望の画角で、より長い露光時間で撮影することができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。特に、本実施形態において追尾する画角シフト機構を撮像素子２２１として説明してきたが、手振れ補正レンズ２１２を用いても構わない。その場合、撮像素子２２１を画角調整に用いればよい。

また、上述した実施形態では、天体を撮影するものとして記載したが、定速移動する任意の被写体を追尾撮影する場合に適用してもよい。

また、上述した実施形態では、手振れ補正用に搭載された機構を利用する場合について説明したが、撮影画角を光学的にシフトできる機構であれば、手振れ補正用でなくても構わない。

また、本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

２１０：撮影光学系、２１２：手振れ補正レンズ、２２１：撮像素子、２２５：第２の手振れ補正制御部、２３２：第１の手振れ補正制御部、２５０：システムコントローラ、２７１：撮影情報取得部

Claims (18)

1. 撮影光学系を介して入射する被写体の光学像を撮像する撮像手段の撮影画角を取得する第１の取得手段と、
   前記撮像手段の露光時間を取得する第２の取得手段と、
   前記撮影画角を光学的にシフトする第１のシフト手段および第２のシフト手段それぞれの、予め決められた基準位置からの駆動量を求める制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、定速で移動する被写体の撮影において、
   露光開始時の前記撮影画角における前記被写体の位置が、前記露光時間の間、変化しないように、前記第１のシフト手段および前記第２のシフト手段の単位時間あたりの第１の駆動量を求め、
   前記露光時間が予め決められた第１の閾値以上、かつ、予め決められた第２の閾値未満である場合に、前記露光時間と前記第１の閾値との差と、前記第１の駆動量とに基づいて、前記露光開始時における前記第１のシフト手段および前記第２のシフト手段の位置を前記基準位置からシフトさせる第２の駆動量を求める
   ことを特徴とする制御装置。
2. 前記制御手段は、前記定速で移動する被写体の撮影において、前記露光時間が前記第１の閾値未満である場合、前記露光開始時に前記第１のシフト手段および前記第２のシフト手段の位置を前記基準位置に設定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記定速で移動する被写体の撮影において、前記露光時間が前記第１の閾値未満である場合に、前記露光時間の間、前記第２のシフト手段を駆動しない前記第１の駆動量を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記第２の駆動量は、前記露光時間と前記第１の閾値との差と、前記第１の駆動量とから得られる距離および方向に、前記第１のシフト手段をシフトさせる駆動量と、当該第１のシフト手段のシフトによりシフトする前記撮影画角を、シフトする前の前記撮影画角に戻すための前記第２のシフト手段の駆動量とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記第１のシフト手段は、前記撮像手段を光軸に垂直な面上でシフトし、
   前記第２のシフト手段は、前記撮影光学系に含まれるレンズを、前記光軸に垂直な面上でシフトすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記第１のシフト手段は、前記撮影光学系に含まれるレンズを、前記光軸に垂直な面上でシフトし、
   前記第２のシフト手段は、前記撮像手段を光軸に垂直な面上でシフトすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記第２の取得手段は、前記露光時間が、前記第２の閾値を超える場合に、前記露光時間を前記第２の閾値に変更し、
   前記制御手段は、定速で移動する被写体の撮影において、前記露光時間が前記第２の閾値以上である場合に、前記露光時間と前記第２の閾値との差と、前記第１の駆動量とに基づいて、前記露光開始時における前記第１のシフト手段および前記第２のシフト手段の位置を前記基準位置からシフトさせる前記第２の駆動量を求めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 前記露光時間が前記第２の閾値を超える場合に、警告を行う手段を更に有することを特徴する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御装置。
9. 前記第１の閾値は、前記基準位置から前記第１のシフト手段の可動範囲までの距離を前記第１の駆動量で除した値に基づいて決められることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御装置。
10. 前記第２の閾値は、前記第２のシフト手段を可動限界までシフトした場合に、前記撮影画角が前記基準位置からシフトするシフト量を前記第１の駆動量で除した値を、前記第１の閾値に加算した値であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御装置。
11. 前記撮影光学系の焦点距離、撮影地点、撮影方位、撮影仰角、撮像装置の姿勢に関する情報を含む撮影情報を取得する第３の取得手段を更に有し、
    前記第１の取得手段は、前記撮影情報と前記撮像手段の受光領域のサイズに基づいて、前記撮影画角を求めることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の制御装置。
12. 前記被写体は天体であって、
    前記制御手段は、前記撮影情報に基づいて、前記撮像手段の撮像面における天の極と前記撮影画角の中心との距離を求め、当該距離が予め決められた閾値より大きい場合に、前記被写体の移動を直線に近似して前記第１の駆動量を求め、前記距離が前記閾値以下の場合に、前記被写体の移動を回転として前記第１の駆動量を求めることを特徴とする請求項１１に記載の制御装置。
13. 撮像手段と、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の制御装置と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
14. 撮影光学系を更に有することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
15. 撮影光学系が着脱可能であることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
16. 第１の取得手段が、撮影光学系を介して入射する被写体の光学像を撮像する撮像手段の撮影画角を取得する第１の取得工程と、
    第２の取得手段が、前記撮像手段の露光時間を取得する第２の取得工程と、
    前記撮影画角を光学的にシフトする第１のシフト手段および第２のシフト手段それぞれの、予め決められた基準位置からの駆動量を求める制御手段が、定速で移動する被写体の撮影において、露光開始時の前記撮影画角における前記被写体の位置が、前記露光時間の間、変化しないように、前記第１のシフト手段および前記第２のシフト手段の単位時間あたりの第１の駆動量を求める第１の演算工程と、
    前記制御手段が、定速で移動する被写体の撮影において、前記露光時間が予め決められた第１の閾値以上、かつ、予め決められた第２の閾値未満である場合に、前記露光時間と前記第１の閾値との差と、前記第１の駆動量とに基づいて、前記露光開始時における前記第１のシフト手段および前記第２のシフト手段の位置を前記基準位置からシフトさせる第２の駆動量を求める第２の演算工程と
    を有することを特徴とする制御方法。
17. コンピュータを、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の制御装置の各手段として機能させるためのプログラム。
18. 請求項１７に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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