JP5458802B2 - デジタルカメラ - Google Patents

Description

本発明は、天体の静止撮影を可能にしたデジタルカメラに関する。

カメラを固定して天体撮影を行うと、地球の自転により相対的に天体が移動（日周運動）するため、星が直線あるいは曲線状に写ってしまう。天体を静止状態にして長時間露光撮影を行うには、自動追尾装置を備えた赤道儀を使用するのが一般的である。

近年では、赤道儀を用いずに固定したデジタルカメラで複数回の撮影を行い、撮影後に撮影画像データを使用して星の位置を補正しながら複数回の画像を加算する方法が提案されている（特許文献１、２）。

出願人は、カメラのブレをジャイロセンサで検出して、撮像素子を光軸と直交する任意の方向に移動及び光軸周りに回転させることで、垂直及び水平方向の振れだけでなく回転振れを補正する機構を備えた像振れ補正装置を提案している（特許文献３）。

特開２００６-２７９１３５号公報 特開２００３-２５９１８４号公報 特開２００７−２５６１６号公報

しかし、自動追尾装置を備えた赤道儀は高価であり、重く、扱いも容易ではなかった。複数の画像を合成するデジタルカメラ（文献１、２）は、画像の位置合わせ精度や画像加算処理の速度が遅いなど、画像合成をデジタルカメラ単体で行うには問題があった。

本発明はかかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであって、赤道儀を使用せずに、固定するだけで天体を静止した状態で撮影、つまり天体追尾撮影ができるデジタルカメラを得ることを目的とする。

本発明は、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、上記被写体像移動機構の可動範囲を規定する可動リミット情報に基づいて、該可動リミットを超えない範囲で上記被写体像移動機構を駆動制御する制御手段と、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する演算手段と、を備え、上記制御手段は、上記演算手段が演算した移動軌跡と上記可動リミット情報に基づいて、該可動リミットを超えない範囲で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ことを特徴とする。

実際的には、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、演算手段は、上記入力された位置情報、撮影方位角情報、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、制御手段は、上記演算手段が演算した移動軌跡と可動リミット情報に基づいて、該可動リミットを超えない範囲で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構成とする。

本発明において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、上記演算手段は、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)
により算出することが好ましい。
本発明の演算手段にあっては、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）
制御手段は、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。

さらに本発明において、演算手段は、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、回転の機械的可動リミットをＬθとすると、それぞれの機械的可動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、機械的可動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。

別の観点からなる本発明は、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、演算手段は、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)
により算出することに特徴を有する。
そうして本発明の演算手段は、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）
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を備える。

演算手段は、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可動リミットをＬθとすると、それぞれの機械的可動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、機械的可動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。

また、本発明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構成とする。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。上記撮影高度情報は、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。ＧＰＳユニット、方位センサ、重力センサはデジタルカメラに内蔵してもよいが、外付けユニットとして形成し、アクセサリーシュー又はブラケットに設けてブラケットを介してボディ底板に装着する構成とできる。また情報は、デジタルカメラに設けられた外部入力端子を使用して入出力できる。

以上の本発明は、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が実際的である。
本発明のデジタルカメラにおいて、演算手段は、被写体像移動機構の可動リミット情報に基づいて露出限界時間を算出し、該露出限界時間を越えない範囲で露出時間を決定することが実際的である。
演算手段は、デジタルカメラに備えられたレリーズスイッチがオンされた後、露出限界時間の算出を開始することが実際的である。
演算手段は、デジタルカメラに備えられたレリーズスイッチがオンされた後、天体像の移動軌跡の演算を開始することが実際的である。

本発明によると、撮影するデジタルカメラの撮影位置の緯度情報、方位情報、高度情報及び撮影光学系の焦点距離情報に基づいて撮像素子上の天体像が移動しないように撮像素子を運動させるので、長時間露光しても静止した状態で天体を撮影できる。撮影光学系を天の極に合わせなくても済むので、赤道儀を使用しなくても、簡単に赤道儀を使用した場合と同様の天体撮影ができる。

天体撮影の様子を説明する図であって、（Ａ）は天球座標を示す図、（Ｂ）は天球上の三角形を示す図である。 天体撮影において天体の像が日周運動によって撮像ユニット上を移動する様子を説明する図である。 本発明のデジタルカメラの主要構成部材の実施形態を示すブロック図である。 同デジタルカメラにより天体追尾撮影する際のメイン動作をフローチャートで示した図である。 同デジタルカメラによる天体追尾撮影における動作をフローチャートで示した図である。 本発明を適用したデジタルカメラの防振ユニットの実施形態の縦断側面図である。 同防振ユニットの非作動状態を、ヨークの一部を破断して示す背面図である。 同防振ユニットの固定支持基板の背面図である。 図７のIX-IX矢線に沿う断面図である。 図７のX-X矢線に沿う断面図である。 図７のXI-XI矢線に沿う断面図である。 Ｘ方向駆動装置の主要部を模式的に示す拡大図である。 Ｙ方向駆動装置の主要部を模式的に示す拡大図である。 天体像の撮像面上におけるＸ方向の単位時角あたりの移動量ΔＸを求める方法を説明する球体図である。 本発明を、撮影レンズ内に防振ユニットを、カメラボディ内に撮像素子回転駆動ユニットを備えた防振カメラの主要構成部材の実施形態を示すブロック図である。

先ず、天体撮影の様子を図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２において、各符号を以下の通り定義する。
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。

緯度φの観測点（デジタルカメラで撮影する位置）において、方位Ａ、高度ｈの恒星Ｓを観測する場合、観測する恒星Ｓの時角Ｈと赤緯δは次式(1)、(2)で表される。
tanＨ＝ sinＡ／（cosφ・tan（ｈ）＋ sinφ・cosＡ） ・・・(1)
sinδ＝ sin（ｈ）・sinφ − cos（ｈ）・cosφ・cosＡ ・・・(2)

時角Ｈは地球の自転及び公転による恒星の動き（日周運動）を示す角度であって、１日で約３６０゜、１時間で約１５゜回転すると近似できる。今、恒星Ｓの観測開始時の時角をＨ₀とすると、時角Ｈ₀は、観測点の緯度φと観測開始時の方位Ａ₀、高度ｈ₀を式(1)に代入することで算出できる。また、この時の恒星Ｓの赤緯δは式(2)により算出できる。

観測開始時からｔ秒後の恒星Ｓの時角Ｈは、次式(3)で求められる。
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)

緯度φの観測点において、方位Ａ、高度ｈの恒星Ｓを観測した場合、恒星Ｓの方位Ａと高度ｈの変位量dＡ／dＨ、dｈ／dＨは次式(6)、(7))で表される。

dＡ／dＨ＝ sinφ ＋ cosφ・tan（ｈ）・cosＡ ・・・(6)
dｈ／dＨ＝ -sinＡ・cosφ ・・・(7)

また、星座等の複数の星を撮影する場合、それらの星は、天の極を中心に、地平線に対して回転しながら動いている。その変化は図１、２の角θの変化量dθ／dＨで表され、次式(8)で算出できる。
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。

今、緯度φの地点において、方位Ａ、高度ｈにある天体の観測を開始したとすると、その後の天体の軌跡、つまり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天体像の移動軌跡は(1)〜(5)式により予め算出することができる。この移動軌跡に合わせてデジタルカメラの向きを制御しながら露出を行えば、天体の追尾撮影が可能となる。また、(6)〜(8)により露出中の各時間においてデジタルカメラを移動させる速度とデジタルカメラを回転させる速度も算出することができる。

デジタルカメラの移動・回転に替えて、撮像センサを所定の方向に所定の軌跡で移動させることで追尾撮影が可能になる。撮像センサを、光軸Ｏに直交する平面上でＸＹ方向移動及び回転運動もできるよう構成された防振ユニット（振れ補正装置）を備えたデジタルカメラでは、機構的には上記の天体追尾撮影を、カメラ本体は固定のままで、撮像センサだけを所定の方向に所定の軌跡で移動させることで実現できる。この場合、撮像センサのＸＹ軸方向の移動量は、デジタルカメラに装着された撮影レンズの焦点距離ｆによって変化する。

デジタルカメラが水平に構えられている場合に、水平をＸ軸、垂直をＹ軸と定義すれば、天体の方位がＸ軸、高度がＹ軸に対応することになる。天体の運動による変位角のうち、方位成分はdＡ／dＨ、高度成分はdｈ／dＨである。ここで、天体を図１４のような半球に見立てる。球面上において、同一高度ｈで方位が角度ΔＡだけ異なる点Ｓと点Ｓ′を考えると、球の中心である撮影地点Ｏから見た点Ｓと点Ｓ′の水平方向の角度差はΔαとなる。この天体を撮影した場合のＸ方向の移動量は、このΔαに比例する。点Ｓ及び点Ｓ′の高度をｈとすると、球面三角ＺＳＳ′において球面三角の公式より、
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。

撮像素子上におけるY方向の単位時角あたりの移動量ΔYは、レンズ焦点距離ｆを加味して、
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。

天体の回転移動の単位時角あたりの変位角dθ／dＨは、カメラの撮像センサ面においても同様であるから、追尾撮影の間は天体の回転に合わせて、
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。

防振ユニットによる撮像センサの可動範囲には機械的リミットがある。この機械的リミットにより露出時間が制限される。各機械的リミットのうち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は次式(12)、(13)、(14)で算出できる。
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)

次に、このように光軸と直交する放射方向の振れ補正だけでなく、回転方向の振れを補正できる防振ユニットを備えたデジタルカメラに本発明を適用した実施形態について、図３乃至図１３を参照して説明する。

まず、本発明を適用したデジタルカメラの実施形態について、図３に示したブロック回路図を参照して説明する。このデジタルカメラ１０は、カメラ全体の機能を制御し、演算し、駆動制御する演算手段及び制御手段として機能するＣＰＵ６１を備えている。ＣＰＵ６１は、撮像センサ２０を駆動制御し、撮影した画像信号を処理してＬＣＤモニタ６３に表示するとともに、メモリーカード６５に書き込む。またＣＰＵ６１は、撮影レンズ１００の焦点距離検出装置１１０から焦点距離ｆ情報を入力し、Ｘ方向、Ｙ方向、回転検出ジャイロセンサＧＳＸ、ＧＳＹ、ＧＳＲが検出した信号を入力して、防振ユニット２５を駆動制御する。

このデジタルカメラ１０は、スイッチ類として、電源スイッチ６７、レリーズスイッチ６８、設定スイッチ６９を備えている。ＣＰＵ６１は、これらのスイッチ６７、６８、６９の状態に応じた演算及び制御を実行する。例えば、電源スイッチ６７の操作を受けて、図示しないバッテリからの電力供給をオン／オフし、レリーズスイッチ６８の操作を受けて焦点調節処理及び測光処理、さらに撮影処理を実行し、設定スイッチ６９の操作を受けて天体撮影、その他の撮影モード等を設定する。

さらにＣＰＵ６１には、カメラの位置情報入力手段としてＧＰＳユニット７１、方位情報入力手段としての方位センサ７３、及び高度情報入力手段としての重力センサ７５から緯度情報、方位情報及び高度情報が入力される。図では、これらのＧＰＳユニット７１、方位センサ７３、重力センサ７５はデジタルカメラに内蔵してあるが、別の実施形態ではいずれか又は全て外付けとして、アクセサリーシューに、あるいはブラケットに装備して底板に装着し、アクセサリーシューの接点を介して、あるいはＵＳＢコネクタを介してＣＰＵ６１に入力する構成とする。緯度情報、方位情報、高度情報は、設定スイッチ６９を利用して使用者が手入力する構成にもできる。

このデジタルカメラ１０の天体撮影モードは、緯度φ情報、方位Ａ情報、高度ｈ情報、焦点距離ｆ情報に基づき、撮像センサ２０の駆動方向及び駆動速度を演算して撮像センサ２０を追尾移動させて、天体の像を静止状態で撮影する追尾撮影を可能にした構成である。さらに、演算した駆動方向及び駆動速度で撮像センサ２０を駆動制御した場合に撮像センサ２０が可動リミットに到達する迄に駆動可能な可動時間を求めて最長露出時間を設定する。そうして、演算した駆動方向及び駆動速度で撮像センサ２０が運動するように防振ユニット２５を駆動しながら撮像センサ２０により撮像し、設定された露出時間が経過したら撮像を終了して画像信号を取り込み、所定フォーマットの画像ファイルに変換してメモリーカード６５に書き込む。

このデジタルカメラ１０による天体撮影（天体追尾撮影）について、図４及び図５に示したフローチャートを参照して説明する。なお、これらのフローチャートは天体撮影モードに特化してあって、天体撮影の理解に不要な制御等は省略してある。

図４は、このデジタルカメラの天体撮影処理に関するメインフローであって、電源スイッチ６７のオン操作で入る。メインフローに入ると、先ず、設定スイッチ６９の操作を受けてカメラの動作モードを設定する（Ｓ１０１）。この実施形態では、天体撮影モード又はその他の撮影モードの設定を行うが、ここでは天体撮影モードが設定され、任意の長秒時の露出時間Ｔが設定されたものとする。ＡＦ装置及びＡＦ対応撮影レンズ１００が装着されたデジタルカメラの実施形態の場合は、天体撮影モードが設定されたときは、焦点を無限遠合焦状態に固定する。少なくとも、天体撮影処理の前に無限遠合焦処理を実行することが好ましい。

次に、電源スイッチ６７がオフされたかどうかチェックし（Ｓ１０３）、オフされている場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）は、電源をオフして終了する。電源スイッチ６７がオフされていない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）は、レリーズスイッチ６８がオンしているかどうかチェックする（Ｓ１０５）。レリーズスイッチ６８がオンしていない場合（Ｓ１０５：ＮＯ）はＳ１０１に戻る。レリーズスイッチ６８がオンしている場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）は、天体撮影モードかどうかチェックし（Ｓ１０７）、天体撮影モードの場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）は天体撮影処理（Ｓ１０９）を実行してＳ１０１に戻り、天体撮影モードでない場合（Ｓ１０７：ＮＯ）は通常撮影処理（Ｓ１１１）を実行してステップＳ１０１に戻る。

次に、ステップＳ１０９で実行される天体撮影処理について、図５に示したフローチャートを参照して説明する。

天体撮影処理に入ると、まず、防振ユニット２５の初期化を実行する（Ｓ２０１）。ここでは、撮像センサ２０を中央位置（初期位置）に保持する。

ＧＰＳユニット７１より緯度φ情報を、方位センサ７３より方位Ａ情報を、重力センサ７５より高度ｈ情報を、撮影レンズ１００（焦点距離検出装置１０１）から焦点距離ｆ情報を入力する（Ｓ２０３）。そうして、方位Ａの変位量dＡ／dＨを式(6)により、高度ｈの変位量dｈ／dＨを式(7)により、回転量θの変化量dθ／dＨを式(8)により算出する（Ｓ２０５）。

防振ユニット２５の可動リミットＬｘ、Ｌｙ及びＬθ、焦点距離ｆ、方位Ａの変位量dＡ／dＨ、高度ｈの変位量dｈ／dＨ、回転量θの変化量dθ／dＨより、最長露出時間Ｔlimitを算出する（Ｓ２０７）。

露出時間Ｔは最長露出時間Ｔlimit以内かどうかチェックし（Ｓ２０９）、以内であれば（Ｓ２０９：ＹＥＳ）そのままステップＳ２１３に進み、以内でなければ（Ｓ２０９：ＮＯ）、露出時間Ｔを最長露出時間Ｔlimitで置き換えて（Ｓ２１１）、ステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３では、露出を開始する。つまり、図示しないシャッタを開放し、撮像センサ２０による撮像を開始する。なお、絞りは、通常、開放状態で撮影されるが、撮影者により任意に設定可能である。

露出中に、ＧＰＳユニット７１より緯度φ情報を、方位センサ７３より方位Ａ情報を、重力センサ７５より高度ｈ情報を、撮影レンズ１００から焦点距離ｆ情報を入力し（Ｓ２１５）、方位Ａの変位量dＡ／dＨを式（６）により、高度ｈの変位量dｈ／dＨを式（７）により、回転量θの変化量dθ／dＨを式（８）により算出する（Ｓ２１７）。次いで、焦点距離情報ｆと各変位量dＡ／dＨ、dｈ／dＨ、dθ／dＨより、撮像センサ２０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)によりそれぞれ算出し（Ｓ２１８）、算出結果に基づき防振ユニット２５により撮像センサ２０を、Ｘ軸方向にΔＸ、Ｙ軸方向にΔＹ、回転方向にΔθの単位時角あたりの移動量、単位時角あたりの回転角で駆動制御する（Ｓ２１９）。そうして、露出時間Ｔが経過したかどうかチェックし（Ｓ２２１）、経過していなければ（Ｓ２２１：ＮＯ）ステップＳ２１５に戻る。

露出時間Ｔが経過したら（Ｓ２２１：ＹＥＳ）、露出終了処理、つまりシャッタを閉じ（Ｓ２２３）、撮影画像データを取得、つまり撮像センサ２０から画像データを読み出し（Ｓ２２５）、画像処理、つまり画像データにつきホワイトバランス調整、所定フォーマットへの変更等の画像信号処理を施す（Ｓ２２７）。そうして、撮影画像をＬＣＤモニタ６３に表示するとともに撮影画像を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６５に書き込み（Ｓ２２９）、リターンする。

以上の通り本発明によれば、天体の運動に応じて撮像センサ２０上の天体像が移動しないように、つまり、日周運動に同期して撮像センサ２０を移動するので、デジタルカメラ１０を固定した状態で、星が流れない天体撮影が可能になる。

本発明は、撮像センサ２０を駆動して手振れを補正する防振ユニット２５を備えたデジタルカメラであれば、他のデジタルカメラにも適用できる。
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。

また、デジタルカメラ１０がフラッシュ内蔵又は装着されている場合は、露出開始直後、又は露出終了直前にフラッシュを発光させて、近距離の景色又は人物を露出するようにすれば、天体とその撮影した状況、人物を含む写真撮影が可能になる。露出開始直後にフラッシュを発光させる場合であっても、セルフタイマーと連動させれば、撮影者自身も写り込むことが可能になる。露出終了直前にフラッシュを発光させる場合は、ＬＣＤモニタ６３に残り露出時間を表示するとともにセルフタイマー撮影時のピープ音を出力するように構成すれば、フラッシュ発光のタイミングが撮影者に分かり、撮影者自身も容易に写り込むことができる。

次に、デジタルカメラ１０の防振ユニット（撮像素子移動機構）２５の構成について、図６〜図１３を参照して説明する。このデジタルカメラのより詳細な基本構成は、特許文献３に記載されている。

図６に示すように、デジタルカメラ（カメラ）１０の撮影レンズ１００内には、複数のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３からなる撮影光学系Ｌが配設されており、レンズＬ３の後方には撮像素子として撮像センサ２０が配設されている。上記撮影光学系Ｌの光軸Ｏに対して直交する撮像センサ２０の撮像面２１の光軸Ｏ方向位置は、該撮影光学系Ｌの設計上の結像（焦点）位置と一致している。撮像センサ２０はデジタルカメラ１０に内蔵された防振ユニット２５に固定されている。防振ユニット２５は、図７〜図１３に示す構造となっている。

図８に示すように、後方から視たときに方形（長方形）をなし、その中央部に方形（長方形）の収容孔３１が穿設された平板状の固定支持基板３０は、図示を省略した固定手段によりデジタルカメラ１０のカメラボディ１２（図１０参照）の内面に固定されている。固定支持基板３０は光軸Ｏに対して直交しており、収容孔３１の中心が光軸Ｏと略一致している。固定支持基板３０の後面には、収容孔３１の左右両側に位置する突部３２と突部３３が後ろ向きに突設されている。突部３２と突部３３は共に上下一対であり、上下の突部３２の間及び上下の突部３３の間には取付用凹部３４と取付用凹部３５が形成されている。

図７及び図９に示すように、取付用凹部３４と取付用凹部３５には、断面形状がコ字形をなす金属製のヨークＹＸの前板部ＹＸ１がそれぞれ固着されている。ヨークＹＸの前板部ＹＸ１の後面には、そのＮ極とＳ極が矢印Ｘ方向（図７の左右方向）に並ぶ、ヨークＹＸには永久磁石（Ｘ用磁束発生装置）ＭＸが固着されている。図９に示すように、ヨークＹＸの後板部ＹＸ２は永久磁石（Ｙ用磁束発生装置）ＭＸと対向しており、両者の間に高磁束密度空間が形成されている。

固定支持基板３０の後面の下端部には、そのＸ方向幅がヨークＹＸのＹ方向幅より広い、断面形状がコ字形をなす金属製のヨークＹＹの前板部ＹＹ１が固着されている。ヨークＹＹの前板部ＹＹ１の後面には、そのＮ極とＳ極が矢印Ｙ方向（図７の上下方向）に並ぶ、ヨークＹＹには永久磁石ＭＹが固着されている。図１０及び図１１に示すように、ヨークＹＹの後板部ＹＹ２は永久磁石ＭＹと対向しており、両者の間に高磁束密度空間が形成されている。

固定支持基板３０の突部３２及び突部３３の後面には、それぞれ同一形状の支持用突部３６と支持用突部３７が突設されている。各支持用突部３６及び支持用突部３７の後面には、半球状の支持用凹部３８と支持用凹部３９が凹設されている。支持用凹部３８と支持用凹部３９には共にボールＢ１とボールＢ２がそれぞれ約半分露出した状態で回転自在に嵌合している。

各ボールＢ１、ボールＢ２は、支持用凹部３８、支持用凹部３９から露出した部分が固定支持基板３０と平行（光軸Ｏに対して直交する基準平面と平行）な補強板（ステージ部材）４０の前面（被写体側面）に常に接触している。そうして各ボールＢ１、ボールＢ２は、補強板４０に対して光軸Ｏと直交する方向に力が作用すると、補強板４０の前面の移動に従って転動して、補強板４０を光軸Ｏと直交する面内において直線及び回転移動自在に支持している。支持用凹部４６ａにはボールＢ３が、略半分露出した状態で回転自在に嵌合している。図１０に示すように、ボールＢ３は、支持用凹部４６ａから露出した部分が常にカメラボディ１２の基準平面と平行な接触面（内面）１２ａに接触している。そうしてボールＢ３は、電気基板４５に対して接触面１２ａと平行な方向に力が作用すると、電気基板４５の移動に従って接触面１２ａ上を転動し、電気基板４５を光軸Ｏと直交する面内において移動、回転自在に支持している。

このように補強板４０と電気基板４５は、ボールＢ１及びボールＢ２とボールＢ３により前後方向から挟持されており、各ボールＢ１、ボールＢ２が補強板４０を平行移動自在に支持し、かつ、ボールＢ３が電気基板４５を平行移動自在に支持しているので、補強板４０及び電気基板４５は、固定支持基板３０に対して光軸Ｏに対して直交する基準平面内において移動及び回転自在である。具体的には、補強板４０及び電気基板４５は、図７に示す初期位置から、基準平面内において任意の方向に直線移動だけでなく回転移動自在に支持されている。ボールＢ１、Ｂ２、Ｂ３は金属製でもよいが、弾性を有する低摩擦素材、例えばアセタール樹脂製が好ましい。

補強板４０の前面中央部には、撮像センサ２０が固着されている。図７に示すように撮像センサ２０は正面視で長方形をなし、Ｘ方向と平行な上下一対のＸ方向側辺２０Ｘと、Ｙ方向と平行な左右一対のＹ方向側辺２０Ｙとを具備している。撮像センサ２０は有効撮像領域を有し、本実施形態においては、説明の簡単化のためその有効撮像領域は、上記Ｘ方向側辺２０Ｘ及びＹ方向側辺２０Ｙで表される長方形状と一致しているものとする。電気基板４５が図７に示す初期位置にあるときは、光軸Ｏが撮像センサ２０の有効撮像領域の中心を通る。

補強板４０の前面にはさらに、撮像センサ２０を囲むように中空箱状の撮像センサ保持部材（ステージ部材）５０の後面が固着されている（図１０）。撮像センサ保持部材５０は、後方から視たときに収容孔３１より小寸である。撮像センサ保持部材５０の前端部は、固定支持基板３０の収容孔３１内に相対移動可能に位置し、撮像センサ保持部材５０の前面には正面視方形の開口５１が穿設されている。撮像センサ保持部材５０の内部にはローパスフィルタ５２と撮像センサ２０が正面視方形環状の押さえ部材５３を挟んだ状態で収納されており、正面から視ると撮像センサ２０の撮像面２１は開口５１と前後方向に対向する。

電気基板４５の左右２カ所及び下端部には３つの舌片４７、舌片４８、舌片４９が突設されている。図７及び図９に示すように、舌片４７と舌片４８はヨークＹＸの前板部ＹＸ１と後板部ＹＸ２の間に位置している。舌片４７と舌片４８には同一仕様の一対のＸ方向駆動用コイルＣＸＡ及びＣＸＢがプリント基板により形成されている。Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢは基準平面と平行な平面コイルであり、左右のＸ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢ同士はＸ方向側辺２０Ｘと平行な方向に並んでいる（図７においてＸ方向に並んでいる）。別言すると、左右のＸ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢ同士のＹ方向側辺２０Ｙと平行な方向の位置（図７においてはＹ方向の位置）は一致している。図７及び図１２に示すように、Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢは、各辺が直線状をなす渦巻き状をなしており、右辺ＣＸ１と、左辺ＣＸ２と、上辺ＣＸ３と、下辺ＣＸ４とからなっている。右辺ＣＸ１及び左辺ＣＸ２はＹ方向側辺２０Ｙと平行であり、上辺ＣＸ３及び下辺ＣＸ４はＸ方向側辺２０Ｘと平行である。

電気基板４５と固定支持基板３０の間には、図示を省略した移動範囲規制手段が設けられている。この移動範囲規制手段の作用によって、電気基板４５の固定支持基板３０に対する相対移動可能な範囲は一定の範囲に制限され、Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢの右辺ＣＸ１と永久磁石ＭＸのＮ極は常にＺ方向（図１の矢印Ｚの方向、即ち、光軸Ｏ方向）に重合し、かつ、左辺ＣＸ２と永久磁石ＭＸのＳ極は常にＺ方向に重合している。ここで、電気基板４５が初期位置から移動可能なリミット、つまり撮像センサ２０のＸ方向の可動リミットを可動リミットＬｘ、Ｙ方向の可動リミットを可動リミットＬｙ、回転可能な角度リミットを可動リミットＬθとする。

舌片４８には、右側のＸ方向駆動用コイルＣＸＢの近傍に位置し、このＸ方向駆動用コイルＣＸＢのＸ方向の変位を検出するホールセンサＳＸが固定されている。左側のＸ方向駆動用コイルＣＸＡのＸ方向の変位は右側のものと同じなのでホールセンサＳＸによって同時に検出される。ホールセンサＳＸは、永久磁石ＭＸとヨークＹＸの間に生じている磁束の変化を検出して、Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢのＸ方向の変位を検出する。

Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢに電流を流したときの動作は、概略、次の通りである。例えば、電気基板４５が図７に示す初期位置にあるときに、Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢに図１２に矢線で示す方向の電流が流れると、右辺ＣＸ１と左辺ＣＸ２には図７及び図１２に矢印ＦＸ１方向の力が生じ、Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢに逆方向の電流が流れると、右辺ＣＸ１と左辺ＣＸ２には図７及び図１２に矢印ＦＸ２方向の力が生じる。電気基板４５が図７に示す初期位置にあるとき、ＦＸ１方向及びＦＸ２方向は相反する方向でＸ方向と一致する。従って、電気基板４５が初期位置にあるときにＸ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢに図１２に矢線で示す方向の電流が流れると、ＦＸ１方向の力により、補強板４０及び電気基板４５が固定支持基板３０に対してＦＸ１方向に直線的に移動しようとする。この際、上辺ＣＸ３と下辺ＣＸ４にも力が生じるが、これらの力は互いに打ち消し合うので補強板４０及び電気基板４５には力を及ぼさない。一方、Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢに図１２の矢線と逆向きの電流を流すと、右辺ＣＸ１と左辺ＣＸ２には矢印ＦＸ２方向の直線的な力が生じ、補強板４０及び電気基板４５が固定支持基板３０に対してＦＸ２方向に直線的に移動しようとする。つまり、Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢへ流す電流の向きを調整することにより、右辺ＣＸ１がＮ極とＺ方向に重合し左辺ＣＸ２がＳ極とＺ方向に重合する範囲内で、補強板４０及び電気基板４５が固定支持基板３０に対してＦＸ１方向又はＦＸ２方向に直線移動させることができる。

Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢへの給電を停止すると、ＦＸ１方向又はＦＸ２方向の駆動力が失われて、補強板４０及び電気基板４５は移動不能となる。

Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢに流れる電流の大きさと生じる力は略比例するので、Ｘ方向駆動用コイルＣＸＡ、ＣＸＢへの電流を制御回路により調整することにより、Ｘ方向手振れによる像振れの速度に応じた速度で撮像センサ２０をＸ方向に移動させることができる。

図７、図１０及び図１１に示すように、舌片４９はヨークＹＹの前板部ＹＹ１と後板部ＹＹ２の間に位置している。舌片４９には互いに同一仕様のＹ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢがプリント基板により形成されている。Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢは共に基準平面と平行な平面コイルであり、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢは下側のＸ方向側辺２０Ｘに沿って並んでいる（図７においてはＸ方向に並んでいる）。図７に示すＸ方向直線ＬＸ１は、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡの中心及びＹ方向駆動用コイルＣＹＢの中心を通るＸ方向側辺２０Ｘと平行な直線である。ただし、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢのＸ方向側辺２０Ｘと平行な方向の位置（図７におけるＸ方向位置）はオーバーラップしていない。

撮像センサ２０の有効撮像領域の中心を通りＹ方向側辺２０Ｙと平行な直線ＬＣに対して、一対のＸ方向駆動用コイルＣＸＡとＣＸＢは対称に配置されている。同様に一対のＹ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢもまた直線ＬＣに対して対称に、撮像センサ２０の長辺に沿って配置されている。

図７及び図１３に示すように、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ及びＹ方向駆動用コイルＣＹＢは、各辺が直線状をなす渦巻き状をなしており、右辺ＣＹ１と、左辺ＣＹ２と、上辺ＣＹ３と、下辺ＣＹ４とからなっている。右辺ＣＹ１及び左辺ＣＹ２はＹ方向側辺２０Ｙと平行であり、上辺ＣＹ３及び下辺ＣＹ４はＸ方向側辺２０Ｘと平行である。そして、このＹ方向駆動用コイルＣＹＡ及びＹ方向駆動用コイルＣＹＢと、上記ヨークＹＹ、及び永久磁石ＭＹによってＹ方向駆動手段が構成されている。

さらに、上記移動範囲規制手段の作用によって電気基板４５の固定支持基板３０に対する相対移動可能な範囲は一定の範囲に制限され、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ及びＹ方向駆動用コイルＣＹＢの上辺ＣＹ３と永久磁石ＭＹのＮ極は常にＺ方向に重合し、かつ、下辺ＣＹ４と永久磁石ＭＹのＳ極は常にＺ方向に重合する範囲内に規制されている。

舌片４９には、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡの近傍に位置するホールセンサ（Ｙ方向変位検出センサ）ＳＹＡと、Ｙ方向駆動用コイル（Ｙ方向変位検出センサ）ＣＹＢの近傍に位置するホールセンサＳＹＢが固定されている。ホールセンサＳＹＡは、永久磁石ＭＹとヨークＹＹの間に生じた磁束を利用して、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡのＹ方向の変位を検出する。一方、ホールセンサＳＹＢは、永久磁石ＭＹとヨークＹＹの間に生じている磁束の変化を検出して、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＢのＹ方向の変位を検出する。

本実施形態では図７に示すように、ホールセンサＳＹＡをＹ方向駆動用コイルＣＹＡの左側に配置し、かつ、ホールセンサＳＹＢをＹ方向駆動用コイルＣＹＢの右側に配置している。ホールセンサＳＹＡとホールセンサＳＹＢをＹ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢの間に配置する場合に比べて、ホールセンサＳＹＡとホールセンサＳＹＢの間の直線距離が長くなる。つまり、電気基板４５が回転した場合に、ホールセンサＳＹＡとホールセンサＳＹＢの検出値の差が大きくなり、回転量をより正確に検出できるので、後述する回転振れ補正をより正確に行なえる。

Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ、ＣＹＢに電流を流したときの動作は、概略、次の通りである。例えば、電気基板４５が図７に示す初期位置にあるときに、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ、ＣＹＢに図１３に矢線で示す方向の同じ大きさの電流が流れると、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ、ＣＹＢの上辺ＣＹ３と下辺ＣＹ４には図７及び図１３に矢印ＦＹ１で示すＦＹ１方向の直線的な力が生じ、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢに図１３の矢線と逆向きの同じ大きさの電流を流すと、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢの上辺ＣＹ３と下辺ＣＹ４には矢印ＦＹ２方向の同じ大きさの直線的な力が生じる。電気基板４５が図７に示す初期位置にあるときは、ＦＹ１方向及びＦＹ２方向は相反する方向でＹ方向と平行である。従って、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢに流れる電流の大きさを等しくすれば、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ及びＹ方向駆動用コイルＣＹＢに生じるＦＹ１方向、ＦＹ２方向の力は同じ大きさとなるので、補強板４０及び電気基板４５が固定支持基板３０に対してＦＹ１方向に直線的に平行移動しようとする。この際、右辺ＣＹ１と左辺ＣＹ２にも力が生じるが、これらの力は互いに打ち消し合うので、補強板４０及び電気基板４５には力を及ぼさない。

このようにＹ方向駆動用コイルＣＹＡ及びＹ方向駆動用コイルＣＹＢへ流す電流の向きを調整することにより、補強板４０及び電気基板４５がヨークＹＹ（固定支持基板３０）に対してＦＹ１方向又はＦＹ２方向に直線移動しようとする。

Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ及びＹ方向駆動用コイルＣＹＢへの給電を停止すると、ＦＹ１方向とＦＹ２方向の駆動力が失われ、補強板４０及び電気基板４５は移動不能となる。Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ及びＹ方向駆動用コイルＣＹＢに流れる電流の大きさと生じる力は略比例するので、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ及びＹ方向駆動用コイルＣＹＢへ給電する電流を大きくすれば、ＦＹ１方向とＦＹ２方向の力は大きくなる。このＹ方向駆動用コイルＣＹＡ、ＣＹＢへの電流を制御回路により調整することにより、Ｙ方向の手振れによる像振れの速度に応じた速度で撮像センサ２０をＹ方向に移動させることができる。

さらに、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢに流す電流の値を個別に設定すると、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢには異なる力が生じ、補強板４０及び電気基板４５を固定支持基板３０に対して相対回転させることができる。

デジタルカメラ１０には、手振れ（カメラ振れ）を検出するセンサとして、例えば、光軸Ｏの縦（Ｙ）方向角速度、横（Ｘ）方向角速度及び光軸Ｏ周りの回転角速度を検出する振動検出センサとして、Ｙ方向ジャイロセンサＧＳＹ、Ｘ方向ジャイロセンサＧＳＸ及び回転検出ジャイロセンサＧＳＲが設けられている。Ｙ方向、Ｘ方向、回転検出ジャイロセンサＧＳＹ、ＧＳＸ、ＧＳＲは、図示しないが、例えば、デジタルカメラ１０の正面視右下隅に設けられる。Ｙ方向ジャイロセンサＧＳＹは、ジャイロセンサ軸ＧＳＹＯが横方向（Ｘ方向と平行）に配置され、このジャイロセンサ軸ＧＳＹＯ（Ｘ軸）周りの角速度、つまりカメラボディ１２の縦（Ｙ）方向角速度を検出する。Ｘ方向ジャイロセンサＧＳＸはジャイロセンサ軸が縦方向（Ｙ方向と平行）に配置され、このジャイロセンサ軸（Ｙ軸）周りの角速度、つまりカメラボディ１２の横（Ｘ）方向角速度を検出する。回転検出ジャイロセンサＧＳＲはそのジャイロセンサ軸ＧＳＲＯが光軸Ｏ（Ｚ方向）と平行に配置され、このジャイロセンサ軸ＧＳＲＯ（Ｚ軸）周りの角速度、つまりカメラボディ１２の光軸Ｏ周りの角速度を検出する。

次に、このような構成の防振ユニット２５の動作について、図３の制御回路ブロック図を参照して説明する。撮影者の手振れによりデジタルカメラ１０が揺れると、光軸Ｏの角度振れ及び回転振れ（基準平面内での回転振れ）が生じ、撮像面２１上の画像に揺れが生じる。像振れ補正は、この画像の揺れを打ち消すように行われる。

撮影レンズＬ（レンズＬ１乃至Ｌ３）を透過した被写体光は、開口５１からローパスフィルタ５２を通って撮像センサ２０の撮像面２１に被写体像を形成する。この際、デジタルカメラ１０の像振れ補正スイッチＳＷ（図１参照）がＯＮにされていると、デジタルカメラ１０にＸ方向とＹ方向の手振れ及び光軸Ｏ周りの手振れが生じたときに、Ｘ方向ジャイロセンサＧＳＸの出力、Ｙ方向ジャイロセンサＧＳＹの出力、回転検出ジャイロセンサＧＳＲの出力が積分され、Ｘ方向、Ｙ方向の角度振れ量に応じた出力値及び光軸Ｏ周りの回転振れ量に応じた出力値に変換され、出力される。

最初に、回転補正無しのＸ方向及びＹ方向の像振れ補正動作について説明する。
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。

Ｙ方向も同様に、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ、ＣＹＢにＦＹ１方向又はＦＹ２方向の駆動力が発生し、この駆動力によって、Ｙ方向ジャイロセンサＧＳＹの出力値とホールセンサＳＹの出力値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ＦＹ１方向又はＦＹ２方向に移動する。

このように、手振れによる光軸Ｏの角度振れ量に追従して、撮像センサ２０（補強板４０及び電気基板４５）がＦＸ１方向又はＦＸ２方向とＦＹ１方向又はＦＹ２方向に直線移動して、手振れによる撮像センサ２０上の像振れが軽減（補正）される。なお、撮像センサ２０がＦＸ１、ＦＸ２方向及びＦＹ１、ＦＹ２方向に直線移動している間、撮像センサ２０の撮像面２１は常に光軸Ｏと直交状態を維持する。

次に、回転像振れ補正動作について説明する。デジタルカメラ１０に光軸Ｏ回りの回転（回転振れ）が生じると、回転検出ジャイロセンサＧＳＲの出力を撮像センサ２０の回転振れ量に対応する出力値に変換する。

さらに、回転検出ジャイロセンサＧＳＲの出力と、ホールセンサＳＹＡとホールセンサＳＹＢの出力の差が比較される。そうして、これらの差が小さくなるように、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡ、ＣＹＢに印加する電圧に関する値が演算される。演算結果に基づいて、駆動信号がＹ方向駆動用コイルＣＹＡ、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＢに印加される。これにより、Ｙ方向駆動用コイルＣＹＡとＹ方向駆動用コイルＣＹＢには駆動力差が発生するので、撮像センサ２０（補強板４０及び電気基板４５）が光軸Ｏと平行な軸を中心として固定支持基板３０に対してＦＹ１又はＦＹ２方向に回転し、デジタルカメラ１０の回転振れも補正される。

理解を容易にするためにＸ方向、Ｙ方向、回転方向の像振れ補正制御及び回転像振れ補正制御を別個に説明したが、通常はこれらの像ぶれが同時に発生するので、Ｘ方向及びＹ方向の像振れ補正制御及び回転像振れ補正制御が同時に実行される。

以上、本発明を適用したデジタルカメラの防振ユニット２５は、撮像センサ２０を光軸と直交する面内において縦、横方向移動及び回転移動自在に支持する機構の実施形態であるが、防振ユニット２５に適用できるステージ装置は図示実施形態に限定されず、ステージ部材をＸ方向及びＹ方向と平行な基準平面上を移動及び回転自由な装置を利用可能である。また、本発明を適用できる振れ補正装置は、撮像素子を光軸と直交する面内で任意の方向に移動可能であり、かつ回転可能であればよい。

また、上記実施例では撮像素子の移動だけで天体追尾撮影を説明したが、本発明は、撮像素子の移動と、例えば撮影光学系の一部のレンズを光軸に垂直な面内で移動させて被写体像を移動させる動作とを併用する構成としてもよい。その実施形態であるカメラボディ１０−１及び撮影レンズ２００を図１５に示した。図３と同一の機能を有する部材には同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態では、撮影レンズ２００内に、防振レンズＳＬを偏心移動（基準光軸から変位）させて被写体像を撮像センサ２０の撮像面上で移動させることで像振れ補正する防振駆動ユニット２１０と、防振に関する動作及びカメラボディ１０−１との間でカメラ情報、防振に関する情報などの通信を統括的に制御するレンズＣＰＵ２２０を内蔵している。

一方、カメラボディ１０−１には、撮像センサ２０を、撮像面の中心を通る撮影レンズ２００の基準光軸を中心として回転させる回転駆動ユニット２５−１を備えている。

天体追尾撮影では、ボディＣＰＵ６１は、レンズＣＰＵ２２０から焦点距離ｆ情報、防振駆動ユニット２１０及び防振レンズＳＬによる像面移動に関する情報を入力し、前述の緯度情報、方位情報を入力して、入力した焦点距離ｆ情報、緯度情報、方位情報から、防振レンズＳＬの単位時角あたりの移動量ΔＸ、ΔＹ及び撮像センサ２０の単位時角あたりの回転角Δθを演算する。

そうしてボディＣＰＵ６１は、レンズＣＰＵ２２０に単位時角あたりの移動量ΔＸ、ΔＹデータを送り、撮影開始信号を送ると同時に、撮影の開始及び単位時角あたりの回転角Δθに基づいて回転駆動ユニット２５−１による撮像センサ２０の回転を開始する。レンズＣＰＵ２２０は、撮影開始信号を受けて、入力した単位時角あたりの移動量ΔＸ、ΔＹに基づき、防振駆動ユニット２１０を起動して防振レンズＳＬを偏心移動させる。なお、天体追尾撮影を開始するときにレンズＣＰＵ２２０は、最初に、防振レンズＳＬを初期位置に移動させる。この防振レンズＳＬ初期化処理により、撮影レンズ２００のイメージサークルが初期位置に設定される。

ＣＰＵ６１は、露出時間が終了すると、撮影終了信号をレンズＣＰＵ２２０に送信するとともに撮影終了処理を実行して、天体追尾撮影を終了する。

なおこの実施形態において、ボディＣＰＵ６１は、ΔＸ、ΔＹ及びΔθを、式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)によって演算する。さらに撮影レンズ１００の防振レンズＳＬ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、上記回転駆動ユニット２５−１による撮像センサ２０の回転方向の機械的回転リミットをＬθとすると、及びＬθを上記式、ＰＵ６１はこれらのそれぞれのリミットに達するまでの時（ｙ）、ΔＨ（θ）式）、ΔＨ（θ）式、(12)、(13)、(14)により算出し、これらの時角の内最小値を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］を式(15)により算出する。

１０ １０−１ デジタルカメラ２０ 撮像センサ（撮像素子）
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 (15)

1. 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、
   上記被写体像移動機構の可動範囲を規定する可動リミット情報に基づいて、該可動リミットを超えない範囲で上記被写体像移動機構を駆動制御する制御手段と、
   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する演算手段と、を備え、
   上記制御手段は、上記演算手段が演算した移動軌跡と上記可動リミット情報に基づいて、該可動リミットを超えない範囲で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こと、
   を特徴とするデジタルカメラ。
2. 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、
   上記演算手段は、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、上記制御手段は、上記演算手段が演算した移動軌跡と上記可動リミット情報に基づいて、該可動リミットを超えない範囲で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。
3. 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、上記演算手段は、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。
4. 請求項３記載のデジタルカメラにおいて、上記演算手段は、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）
   上記制御手段は、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。
5. 請求項４記載のデジタルカメラにおいて、上記演算手段は、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、回転の機械的可動リミットをＬθとすると、それぞれの機械的可動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、機械的可動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。
6. 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、上記演算手段は、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。
7. 請求項６記載のデジタルカメラにおいて、上記演算手段は、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る撮像素子回転機構を備えたデジタルカメラ。
8. 請求項７記載のデジタルカメラにおいて、上記演算手段は、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可動リミットをＬθとすると、それぞれの機械的可動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、機械的可動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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項記載のデジタルカメラにおいて、上記演算手段は、上記被写体像移動機構の可動リミット情報に基づいて露出限界時間を算出し、該露出限界時間を越えない範囲で露出時間を決定するデジタルカメラ。
14. 請求項１３記載のデジタルカメラにおいて、上記演算手段は、デジタルカメラに備えられたレリーズスイッチがオンされた後、上記露出限界時間の算出を開始するデジタルカメラ。
15. 請求項１乃至１４のいずれか一項記載のデジタルカメラにおいて、上記演算手段は、デジタルカメラに備えられたレリーズスイッチがオンされた後、上記天体像の移動軌跡の演算を開始するデジタルカメラ。

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