JP2020173343A - 追尾装置および追尾方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第3の発明に係る追尾装置は、上記第2の発明において、上記第1防振部によって移動された上記防振レンズの位置を検出する第1位置検出部と、上記第2防振部によって移動された上記撮像素子ユニットの位置を検出する第2位置検出部と、を更に、有し、上記追尾制御部は、最初に上記第1位置検出部および第2検出部のいずれか一方からの出力に基づいて、上記一方に対応する防振部がシフト可能な第1目標位置にシフトするまで上記第1および第2位置検出部のいずれか一方に対応する防振部を駆動制御し、次に上記第1位置検出部および第2位置検出部のいずれか他方からの出力に基づいて、上記他方に対応する防振部がシフト可能な第2目標位置にシフトするまで上記他方に対応する防振部を制御し、上記第1、第2防振部が可動リミットに達するまで繰り返す。
第5の発明に係る追尾装置は、上記第1の発明において、上記追尾制御部は、撮像素子ユニットを適正な位置に回転駆動させて被写体像の方向を補正する必要がある場合には、最初に上記第2防振部を駆動して被写体像を回転させ、次に上記第1防振部及び上記第2防振部の一方を駆動して上記防振レンズを当該防振レンズの光軸と垂直な方向に駆動し、最後に上記第1防振部及び上記第2防振部の他方を駆動して上記撮像素子ユニットを上記防振レンズの光軸と垂直な方向に駆動する。
第6の発明に係る追尾装置は、上記第1の発明において、上記撮像素子ユニットの結像領域上において単位時間当たりに上記被写体が移動する方向と移動量を予測する予測部と、上記予測部に基づいて、上記撮像素子ユニットの有効結像領域内において最も長い時間追尾できる防振レンズの初期位置及び上記撮像素子ユニットの初期位置を演算する演算部と、を更に有し、上記追尾制御部は、上記演算部の出力に基づいて上記第1防振部及び上記第2防振部を駆動して上記防振レンズ及び上記撮像素子ユニットを初期位置に移動させ、上記撮像素子ユニット上の被写体像の位置が最長時間駆動可能となる初期位置に移動させてから追尾を開始させる。
第8の発明に係る追尾装置は、上記第2の発明において、上記追尾動作を上記判定が不合格になる直前、もしくは指定された時間になるまで繰り返す。
Z:天頂
N:真北
S:真南
ST: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:現在位置の緯度
A:撮影方位(撮影レンズが狙う恒星Sの方位、撮影レンズの光軸と天球との交点の方位)
h:撮影高度(撮影レンズが狙う恒星Sの高度、撮影レンズ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/(cosθ・tan(h)+sinφ・cosA) ・・・(1)
sinδ=sin(h)・sinφ−cos(h)・cosφ・cosA ・・・(2)
・撮影方位A・・・方位センサ(地磁気センサ16)などから取得
・撮影高度h・・・重力センサ(加速度センサ17、角速度センサ18)などから取得
・カメラの位置(緯度φ)・・・GPSなどから取得
dA/dH=sinφ+cosφ・tan(h)・cosA ・・・(3)
dh/dH=−sinA・cosφ ・・・(4)
dθ/dH=cosA・cosφ/cos(h) ・・・(5)
なお、cos(h)が0に近づくときには、対策として特開2015−215427に示される式で算出してもよい。
dα/dH= arccos(sin2(h)+ cos2(h)・cos(dA/dH)) ・・・(6)
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である。
ΔX=ftan(dα/dh) ・・・(7)
ΔY=ftan(dA/dH) ・・・(8)
Δθ=dθ/dH ・・・(9)
なお、(9)式は、角度次元のためtanは不要である。また、上述の値はカメラが地軸に対して傾けてない場合であるが、傾けた場合は、その方向の計算が異なる。その場合には、傾きを考慮して算出すればよい。
第1の駆動方法は、回転は撮像素子12のみで行い、並進移動(X軸方向、Y軸方向への移動)は防振レンズ2aのみで行う。この駆動方法のメリットは、演算が単純になることである。また、回転のみをボディ側の撮像素子12に割り振るので、回転方向の移動が大きい天体でも長時間に亘って追従できる。またレンズ側の位置検出部とボディ側の位置検出部のデジタル分解能が異なる場合であっても、回転方向と並進方向をそれぞれ分けて駆動するので、誤差が目立たないこともメリットである。なお、後述する図10Cは、第2の駆動方法を主として採用している。しかし、図10Cにおいて、ステップS53→S55→S57→S61のみの場合は(すなわち、S55→S56→S59を実行しない)、第1の駆動方法にあたる。
レンズ側のX方向速度:ΔX
レンズ側のY方向速度: ΔY
ボディ側のX方向速度:0
ボディ側のY方向速度:0
ボディ側の回転速度:Δθ
なお、ΔXは(7)式、ΔYは(8)式、Δθは(9)式参照(後述する第2、第3の駆動方法も同じ)。
第2の駆動方法は、回転はボディ側でのみ行い、X方向とY方向の並進運動はレンズ側で行う。レンズ側で駆動が終わってから後に、ボディ側で駆動を行う。または、逆に、ボディ側で駆動が終わってから後に、レンズ側で駆動を行う。ボディ側で回転量が少なく、回転を行うよりも先にレンズ側でX、Y方向の可動量リミットに達してしまう場合、あまりをボディ側においてX、Y方向の駆動を行うことによって、撮影可能時間を延長することができる。なお、前述したように、図10CのステップS53〜S61において、第2の駆動方法によって、防振部の駆動を行っている。
レンズ側のX方向速度:ΔX/n
レンズ側のY方向速度:ΔY/n
ボディ側のX方向速度:ΔX (レンズ側と同時には動かない)
ボディ側のY方向速度:ΔY (レンズ側と同時には動かない)
ボディ側の回転速度:dθ/dH
前述したように、レンズ側のX、Y方向と、ボディ側のX、Y方向とは、同時には動かさない。また、「n」は、前述した防振ユニット(IS)の感度である。
第3の駆動方法は、回転はボディ側でのみ行い、X方向とY方向の並進運動はレンズ側とボディ側で同時に行う。第3の駆動方法は、基本的には第2の駆動方法と同じである。X方向およびY方向に並進有働を行う際に、レンズ側とボディ側での切り替えポイントがなく、その部分による段差などは発生しない。また、同時に動いているので、レンズ側とボディ側での位置検出の分解能段差の影響は見えにくい。なお、図11のステップS53〜S61において、第3の駆動方法によって、防振部の駆動を行っている。
レンズ側のX方向速度:ΔX/n*LX/(BX+LX) ・・・(10)
レンズ側のY方向速度:ΔY/n*LY/(BY+LY) ・・・(11)
ボディ側のX向速度:ΔX*BX/(BX+LX) ・・・(12)
ボディ側のY方向速度:ΔY*BY(BY+LY) ・・・(13)
ボディ側の回転速度:dθ/dH ・・・(14)
XLIM=XLIM_B+XLIN_L*n ・・・(15)
=LBX/2+n*LLX/2 ・・・(16)
YLIM=YLIM_B+YLIN_L*n ・・・(17)
=LBY/2+n*LLY/2 ・・・(18)
dXpi(t)=∫ΔXdt(0〜tまでの積分) ・・・(19)
dYpi(t)=∫ΔYdt(0〜tまでの積分) ・・・(20)
dXBθi(t)=cosθ(t)*(XiB(0)−XBθ(0))−sinθ(t)*(YiB(0)−YBθ(0))+XθB(0)−XiB(0) ・・・(21)
dYBθi(t)=cosθ(t)*(YiB(0)−YBθ(0)+sinθ(t)*(XiB(0)−XBθ(0))+YθB(0)−YiB(0) ・・・(22)
dXi(t)=dXpi(t)+dXBθi(t) ・・・(23)
dYi(t)=dYpi(t)+dYBθi(t) ・・・(24)
XLIM−dXi(txi)>0 ・・・(25)
YLIM−dYi(tyi)>0 ・・・(25)
を満たす、最大のtxi,tyi値を算出する。算出された全てのtxi,tyiのうち、最小の値をTlim_tmpとする。
XLIM_B−dXBθi(Tlim_tmp)>0 ・・・(26)
YLIM_B−dYBθi(Tlim_tmp)>0 ・・・(27)
なお、この場合には、ボディ側でのX方向およびY方向への移動よりも先に、レンズ側におけるX方向およびY方向への移動を優先したほうがよい。ボディ側の撮像素子12は回転することができるのに対して、レンズ鏡筒側の防振レンズ2aは並進しかできない。このため、並進成分についてレンズ側を使用すれば、この後、更に撮像素子12において並進成分と回転成分について移動させることにより、長時間露光が可能となる。
XLIM_B−dXBθi(tix)>0 ・・・(28)
YLIM_B−dYBθi(tiv)>0 ・・・(29)
を満たす、最大のtxi,tyi値を算出する。算出された全てのtxi,tyiのうち、最小の値をTlim_FINALとする。Tlim_FINALを最終露光時間とし、これを超える露光時間が設定された場合には、Tlim_FINALに露光時間をクリップする。
n*LLX/2−|dXpi(Tlim_FINAL)|>0 ・・・(30)
n*LLY/2−|dYpi(Tlim_FINAL)|>0 ・・・(31)
上記(30)式を満たし、かつ上記(31)式を満たす場合には、並進方向の移動量でなく、回転方向の移動量がボトルネックとなり、最大露光時間が上限として決まっている。この移動量に基づいて最終露光時間Tlim_FINALを再計算する。撮影中動作の前に天体追尾移動方向と逆方向に回転移動をすることによって、露光時間を拡大できる
XLIM_B>dXBθi(tx) ・・・(32)
YLIM_B>dYBθi(ty) ・・・(33)
を満たす最大のtx,tyを算出し、tx、tyの最小値tθを算出する。このときの角度θを算出する。回転追尾と逆方向にθを回転させた位置を初期位置にすることで、回転可能量が増える。−θの初期位置から、回転動作のみで、可動リミットにあたるまでに時間を同様に算出し、この時間を最終露光時間Tlim_tmpとする。
n*LLX/2−|dXpi(Tlim_tmp)|>0 ・・・(34)
n*LLY/2−|dYpi(Tlim_tmp)|>0 ・・・(35)
上記(34)式および(35)式の両方を満たす場合に、最大露光時間は、Tlm_FINAL=Tlim_tmpとなる。
n*LLX/2−|dXpi(Tlim_tmp)|<0 ・・・(36)
の場合には、像面移動の残りを、
XZ_RESTi=n*LLX/2−|dXpi(Tlim_tmp)| ・・・(37)
YZ_RESTi=n*LLY/2−|dYpi(Tlim_tmp)| ・・・(38)
として、同様に、時刻Tlim_tmpでのボディ可動部の各頂点での位置を算出し、そこから可動リミットまでの残りXB_RESTi、YB_RESTiを計算する。像面移動方向のボディの可動リミットまでの残りXB_RESTiがXZ_RESTiを超えていれば、超えた時間だけ、露光時間を拡大することができる。
n*LLY/2−|dYpi(Tlim_tmp)|<0 ・・・(39)
の場合には、像面移動の残りを、
YZ_RESTi=n*LLY/2−|dYpi(Tlim_tmp)| ・・・(38)
として、同様に、時刻Tlim_tmpでのボディ側の可動部の各頂点での位置を算出し、そこから可動リミットまでの残りYB_RESTiを計算する。像面移動方向のボディ側の可動リミットまでの残りYB_RESTiがYZ_RESTiを超えていれば、超えた時間だけ、露光時間を拡大することができる。
Claims (10)
- 防振レンズを有する撮影光学系と、
上記防振レンズを移動して手振れを補正する第1防振部と、
撮像素子ユニットを移動して手振れを補正する第2防振部と、
上記撮像素子ユニットにおける有効結像領域内の所定位置に、被写体像が存在しているか否かを判定する判定部と、
上記撮像素子ユニットに対して上記被写体像が移動する移動方向及び移動速度を算出する算出部と、
上記算出部によって算出された上記移動方向及び上記移動速度に基づいて、上記第1防振部及び上記第2防振部の少なくとも一方を駆動制御して、上記撮像素子ユニットにおける上記有効結像領域内の所定位置に上記被写体像が常に位置するように追尾する追尾制御部と、
を具備したことを特徴とする追尾装置。 - 上記追尾制御部は、上記第1防振部または上記第2防振部の一方を第1の移動速度で駆動させて当該被写体像を上記有効結像領域内において第1の方向へシフトさせ、シフト後に上記判定部によって更にシフト可能であると判定された際には上記第1防振部または上記第2防振部の他方を第2の移動速度で駆動させて当該被写体像を上記有効結像領域内において第2の方向へシフトさせることを特徴とする請求項1に記載の追尾装置。
- 上記第1防振部によって移動された上記防振レンズの位置を検出する第1位置検出部と、
上記第2防振部によって移動された上記撮像素子ユニットの位置を検出する第2位置検出部と、
を更に、有し、
上記追尾制御部は、
最初に上記第1位置検出部および第2検出部のいずれか一方からの出力に基づいて、上記一方に対応する防振部がシフト可能な第1目標位置にシフトするまで上記第1および第2位置検出部のいずれか一方に対応する防振部を駆動制御し、
次に上記第1位置検出部および第2位置検出部のいずれか他方からの出力に基づいて、上記他方に対応する防振部がシフト可能な第2目標位置にシフトするまで上記他方に対応する防振部を制御し、
上記第1、第2防振部が可動リミットに達するまで繰り返す、
ことを特徴とする請求項2に記載の追尾装置。 - 上記追尾制御部は、上記第1防振部及び上記第2防振部の一方の防振部のみの駆動で、上記撮像素子ユニットの有効結像領域上において上記被写体像の上記所定位置が最大移動可能位置となると上記判定部によって判定された場合には、他方の防振部によって駆動可能か否かを判定し、この判定の結果、駆動可能であれば上記他方の防振部を駆動することを特徴とする請求項1記載の追尾装置。
- 上記追尾制御部は、撮像素子ユニットを適正な位置に回転駆動させて被写体像の方向を補正する必要がある場合には、最初に上記第2防振部を駆動して被写体像を回転させ、次に上記第1防振部及び上記第2防振部の一方を駆動して上記防振レンズを当該防振レンズの光軸と垂直な方向に駆動し、最後に上記第1防振部及び上記第2防振部の他方を駆動して上記撮像素子ユニットを上記防振レンズの光軸と垂直な方向に駆動することを特徴とする請求項1に記載の追尾装置。
- 上記撮像素子ユニットの結像領域上において単位時間当たりに上記被写体が移動する方向と移動量を予測する予測部と、
上記予測部に基づいて、上記撮像素子ユニットの有効結像領域内において最も長い時間追尾できる防振レンズの初期位置及び上記撮像素子ユニットの初期位置を演算する演算部と、
を更に有し、
上記追尾制御部は、上記演算部の出力に基づいて上記第1防振部及び上記第2防振部を駆動して上記防振レンズ及び上記撮像素子ユニットを初期位置に移動させ、上記撮像素子ユニット上の被写体像の位置が最長時間駆動可能となる初期位置に移動させてから追尾を開始させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の追尾装置。 - 上記第1の方向、第1の移動速度、第2の方向、第2の移動速度は、上記被写体の像の移動量及び移動速度から可動時間が最長になるように割り振り動作可能であることを特徴とする請求項2に記載の追尾装置。
- 上記追尾動作を上記判定が不合格になる直前、もしくは指定された時間になるまで繰り返すことを特徴とする請求項2に記載の追尾装置。
- 防振レンズを有する撮影光学系と、当該防振レンズを移動して手振れを補正する第1防振部と、撮像素子ユニットを移動して手振れを補正する第2防振部と、を有する追尾装置における追尾方法において、
上記撮像素子ユニットの有効結像領域内の所定位置に、被写体像が存在するか否かを判定し、
上記撮像素子ユニットに対して上記被写体像が移動する移動方向及び移動速度を算出し、
上記算出された上記移動方向及び上記移動速度に基づいて、上記撮像素子ユニットにおける上記有効結像領域内の所定位置に、上記被写体像が常に位置するように上記第1防振部および上記第2防振部の少なくとも一方を駆動制御して当該被写体像を追尾する、
ことを特徴とする追尾方法。 - 防振レンズを有する撮影光学系と、
上記防振レンズを移動して手振れを補正する第1防振部と、
撮像素子ユニットを移動して手振れを補正する第2防振部と、
上記第1及び第2防振部が初期位置に保持されている状態で、上記撮像素子ユニットの有効結像領域内に存在する被写体像の移動方向及び移動速度を算出する算出部と、
上記防振レンズおよび撮像素子ユニットを、撮像面上において追尾方向とは逆方向に移動させ、その位置を第2の初期位置とし、当該第2の初期位置から再度移動方向及び移動速度を再算出し、上記第1防振部または上記第2防振部の一方を第1の移動速度で駆動させて当該被写体像を上記有効結像領域内において第1の方向へシフトさせ、更にシフト可能であると判定された際には上記第1防振部または上記第2防振部を第2の移動速度で駆動させて当該被写体像を上記有効結像領域内において第2の方向へシフトさせる追尾動作を露光時間に達するまで繰り返す追尾制御部と、
を有することを特徴とする追尾装置。
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