JP5779968B2 - 天体自動追尾撮影方法及びカメラ - Google Patents

Description

本発明は、天体の静止撮影を可能にした天体自動追尾撮影方法及びカメラに関する。

カメラを固定して長時間露出で天体撮影を行うと、地球の自転によりカメラに対して相対的に天体が移動（日周運動）するため、天体の移動軌跡が直線あるいは曲線状に写ってしまう。天体を静止状態（光点状）にして長時間露出撮影を行うには、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天体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）。

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、扱いも容易ではなく、極軸を天の北極に向ける調整が不可欠である。複数の画像を合成するデジタルカメラ（特許文献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ことは事実上不可能であった。

本発明は、高価で複雑な調整が必要な赤道儀を使用せずに、カメラを任意の天体に向けて地上に対して固定状態で撮影するだけで各天体を見かけ上静止した状態で撮影できる天体自動追尾撮影方法及びカメラを得ることを目的とする。

本発明の天体自動追尾撮影方法は、第１の態様では、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面に形成された天体像が、撮影中、撮像素子の所定の撮像領域に対して固定されるように、天体自動追尾撮影する天体自動追尾撮影方法であって、前記天体自動追尾撮影の前に、前記撮影装置を所定の天体に向け、天体追尾動作を停止した状態で予め設定された予備撮影時間の予備撮影を実行して予備画像を得る予備撮影段階と、前記予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向及び移動速度を演算する演算段階と、前記演算した天体像の移動方向及び移動速度に基づき、前記天体追尾撮影を実行する段階と、を有し、前記予備撮影段階は、予備撮影中、予備撮影開始時及び予備撮影終了時に、撮影レンズの絞りを一時的に開けるか撮影感度を一時的に上げて明るく撮影する、ことを特徴としている。
本発明の天体自動追尾撮影方法は、第２の態様では、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面に形成された天体像が、撮影中、撮像素子の所定の撮像領域に対して固定されるように、天体自動追尾撮影する天体自動追尾撮影方法であって、前記天体自動追尾撮影の前に、前記撮影装置を所定の天体に向け、天体追尾動作を停止した状態で予め設定された予備撮影時間の予備撮影を実行して予備画像を得る予備撮影段階と、前記予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向及び移動速度を演算する演算段階と、前記演算した天体像の移動方向及び移動速度に基づき、前記天体追尾撮影を実行する段階と、を有し、前記予備撮影段階は、所定時間間隔で、撮影レンズの絞りを一時的に開けるか撮影感度を一時的に上げて明るく撮影する動作を繰り返す、ことを特徴としている。
上記第１、第２の態様において、前記演算段階では、前記予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向、移動速度及び回転速度を演算し、前記天体追尾撮影を実行する段階では、前記演算した天体像の移動方向、移動速度及び回転速度に基づき、前記天体追尾撮影を実行することが好ましい。
本発明の天体自動追尾撮影方法は、第３の態様では、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面に形成された天体像が、撮影中、撮像素子の所定の撮像領域に対して固定されるように、天体自動追尾撮影する天体自動追尾撮影方法であって、前記天体自動追尾撮影の前に、前記撮影装置を所定の天体に向け、天体追尾動作を停止した状態で予め設定された予備撮影時間の予備撮影を実行して予備画像を得る予備撮影段階と、前記予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向、移動速度及び回転速度を演算する演算段階と、前記演算した天体像の移動方向、移動速度及び回転速度に基づき、前記天体追尾撮影を実行する段階と、を有することを特徴としている。

前記天体追尾撮影を実行する段階では、前記演算した天体像の移動方向と移動速度、又は、移動方向と移動速度と回転速度に基づき、前記所定の撮像領域と天体像の少なくとも一方を撮影装置に対して相対移動させて撮影することができる。

前記演算段階では、前記予備撮影によって得た予備画像から、少なくとも２個の天体像の撮像面上の始点位置と、予備撮影開始時から所定時間後の各天体像の撮像面上の終点位置とから、前記天体像の移動方向と移動速度、又は、移動方向と移動速度と回転速度を演算することができる。

前記演算段階では、前記少なくとも２個の天体像のうち、２個の天体像の始点位置を点Ｓ1、Ｓ2として、点Ｓ1、Ｓ2が予備撮影開始時から予備撮影終了時までの時間Δｔ後に終点位置である点Ｓ1'、Ｓ2'に移動していたとき、直線Ｓ1-Ｓ2と直線Ｓ1'-Ｓ2'の成す角Δθを撮像面上における天体像の回転角として演算し、点Ｓ1、Ｓ2のいずれとも異なる予備画像中の任意の点Ｏと点Ｓ1、Ｓ2によって定義される三角形△Ｓ1Ｓ2Ｏと合同な三角形△Ｓ1'Ｓ2'Ｏ'における点ＯＯ'間の距離量から、撮像面上における天体像の移動量を演算することができる。

前記予備撮影時間よりも長い天体追尾撮影時間に対する天体像の移動量及び回転角は、前記予備撮影を複数回実施して得た天体像の移動量及び回転角の平均値あるいは変化率を演算して設定することができる。

あるいは、前記演算段階では、矩形の撮像面の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸とするＸ-Ｙ座標系において、前記少なくとも２個の天体像のうち、２個の天体像の始点位置を点Ｓ1、Ｓ2として、点Ｓ1、Ｓ2が予備撮影開始時から時間Δｔ後に点Ｓ1'、Ｓ2'に移動し、予備撮影開始時から時間（２×Δｔ）後、更に点Ｓ1''、Ｓ2''に移動していたとき、点Ｓ1、Ｓ2のいずれとも異なる予備画像中の任意の点Ｏと点Ｓ1、Ｓ2によって定義される三角形△Ｓ1Ｓ2Ｏと合同な三角形△Ｓ1'Ｓ2'Ｏ'及び△Ｓ1''Ｓ2''Ｏ''の、線分Ｏ-Ｏ'の垂直二等分線と線分Ｏ'-Ｏ''の垂直二等分線の交点Ｇの座標を（Ｘ0，Ｙ0）、点ＧからＹ方向へ伸ばした垂線が直線Ｇ-Ｏと成す角をΘとおいて、点Ｏから時間Ｔ経過後の撮像面の予測中心点の座標（Ｘt，Ｙt）を、下記式により演算することができる。
Ｘt ＝ Ｘ0 − ｒ × sin（Θ ＋ Δφ／Δｔ × Ｔ）
Ｙt ＝ Ｙ0 ＋ ｒ × cos（Θ ＋ Δφ／Δｔ × Ｔ）

上記第３の態様では、前記予備撮影段階は、所定時間間隔で２回以上多重露出する段階、又は所定時間間隔で２枚以上撮影し、撮影した画像を１枚の画像に合成する段階を含んでいてもよい。

本発明のカメラは、上述したいずれかの天体自動追尾撮影を実行するためのカメラであって、前記予備撮影及び天体自動追尾撮影を実行する手段と、前記演算を実行する手段と、を備えている。

本発明のカメラは、さらに、撮影レンズに備えられた絞りと、この絞りの絞り開口の大きさを制御する制御手段とを備えている。

前記予備撮影及び天体自動追尾撮影を実行する手段は、前記演算段階において演算された天体像の移動方向と移動速度、又は、移動方向と移動速度と回転速度に基づいて、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する移動手段を含んでいる。
ここで言う「撮影光学系の光軸」とは、偏心調整機能付きの撮影装置にあっては、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。

本発明の天体自動追尾撮影方法及びカメラによれば、高価で複雑な調整が必要な赤道儀を使用せずに、カメラを任意の天体に向けて地上に対して固定状態で撮影するだけで各天体を見かけ上静止した状態で撮影することができる。

本発明による天体自動追尾撮影機能を有する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。 本発明の天体自動追尾撮影方法による予備撮影の様子を説明する図である。 本発明の天体自動追尾撮影方法による予備撮影の様子を説明する図である。 本発明の天体自動追尾撮影方法による予備撮影の様子を説明する図である。 同デジタルカメラによる天体自動追尾撮影に関する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自動追尾撮影における予備撮影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自動追尾撮影における天体撮影本撮影に関する動作をフローチャートで示した図である。 予備撮影における課題を説明する図である。 本発明の天体自動追尾撮影方法における予備撮影の態様を説明する図である。 同予備撮影の別の実施形態をフローチャートで示す図である。

以下、本発明の天体自動追尾撮影方法及びデジタルカメラの実施形態を説明する。図１に示すように、本実施形態のデジタルカメラ１０は、カメラボディ１１と撮影レンズ１０１（撮影光学系Ｌ）を備えている。カメラボディ１１内には、撮影光学系Ｌの後方に撮像手段として撮像センサ１３が配設されている。撮影光学系Ｌの光軸Ｚと撮像センサ１３の撮像面１４とは直交している。この撮像センサ１３は、撮像センサ駆動ユニット（移動手段）１５に搭載されている。撮像センサ駆動ユニット１５は、固定ステージと、この固定ステージに対して可動な可動ステージと、該固定ステージに対して可動ステージを移動させる電磁回路とを有しており、可動ステージに撮像センサ１３が保持されている。撮像センサ１３（可動ステージ）は、光軸Ｚと直交する所望の方向に所望の移動速度で平行移動制御され、さらに光軸Ｚと平行な軸（光軸Ｚ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。このような撮像センサ駆動ユニット１５は、例えば特許文献３に記載されているカメラの像ブレ補正装置の防振ユニットとして公知である。

撮影レンズ１０１は、撮影光学系Ｌ内に、絞り１０３を備えている。この絞り１０３の絞り値（開閉度合い）は、カメラボディ１１内に備えられた絞り駆動制御機構１７によって制御される。

カメラボディ１１には、カメラ全体の機能を制御するＣＰＵ２１が搭載されている。ＣＰＵ２１は、撮像センサ１３を駆動制御し、撮影した画像信号を処理してＬＣＤモニタ２３に表示するとともに、メモリーカード２５に書き込む。ＣＰＵ２１による撮像センサ１３の駆動制御には、撮像センサ１３の駆動周期及び撮影感度（ＩＳＯ感度）の設定が含まれる。ＣＰＵ２１には、撮像センサ駆動ユニット１５を防振ユニットとして用いる際にカメラに加わる振れを検出するために、撮影レンズ１０１の焦点距離検出装置１０５からの焦点距離情報ｆと、Ｘ方向ジャイロセンサＧＳＸ、Ｙ方向ジャイロセンサＧＳＹ、及び回転検出ジャイロセンサＧＳＲが検出した信号が入力される。

カメラボディ１１は、スイッチ類として、電源スイッチ２７、レリーズスイッチ２８、天体撮影スイッチ２９、設定スイッチ３０を備えている。ＣＰＵ２１は、これらのスイッチ２７、２８、２９、３０のオン／オフ状態に応じた制御を実行する。例えば、電源スイッチ２７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２８の操作を受けて焦点調節処理、測光処理及び撮影処理（天体撮影処理）を実行する。天体撮影スイッチ２９は、デジタルカメラ１０に天体自動追尾撮影モードや通常撮影モードなどの撮影モードを設定するスイッチである。設定スイッチ３０は、例えば、撮像センサ１３の撮影感度（ＩＳＯ感度）を設定するためのスイッチである。

このデジタルカメラ１０は、その天体自動追尾撮影モードにおいて、次のように動作する。まず、撮影目標天体の移動方向、移動速度及び回転速度を測定するための予備撮影が、撮像センサ１３の位置を固定した状態で行なわれる。次に、この予備撮影の結果に基づいて、撮影目標天体の追尾に必要な撮像センサ１３の移動方向、移動速度及び回転速度が演算される。そして、演算された移動方向、移動速度及び回転速度で撮像センサ１３が撮像センサ駆動ユニット１５により駆動制御されながら本撮影を実行する。これにより、撮影目標天体の像を静止状態で得る。ＣＰＵ２１は、設定された露出時間Ｔで本撮影（天体自動追尾撮影）を実行し、露出時間Ｔが経過したら撮像センサ１３から画像信号を取り込み、所定フォーマットの画像データに変換してＬＣＤモニタ２３に表示するとともにメモリーカード２５へ書き込む。

予備撮影及び天体自動追尾撮影についてより詳細に説明する。予備撮影に際しては、デジタルカメラ１０を所定の天体方向に向けて固定し、撮像センサ１３を固定した状態（つまり天体自動追尾動作を停止した状態）で天体の日周運動軌跡が撮影できる程度の長さの時間、一定時間間隔の予備撮影を行い、撮影された予備画像から天体の移動軌跡を得る。予備撮影は、ＣＰＵ２１により、予備撮影開始時から予備撮影終了時までの予備撮影中に所定の時間間隔で、撮影レンズ１０１の絞り１０３を一時的に開けること、撮像センサ１３の撮影感度（ＩＳＯ感度）を上げて明るく撮影することで実行する。予備撮影により得た移動軌跡と撮影の時間間隔によりその天体の撮像面上における移動方向、移動速度および回転速度を次のようにして求める。

ここでは、簡単のため天体自動追尾制御を撮像面１４の中心を基準に撮像センサ１３を移動させて行うこととする。撮影光学系Ｌの一般的な光学特性から、撮像センサ１３の中心から離れるほど像のゆがみが生じやすくなる。一般的には、この像のゆがみは、撮影光学系Ｌの焦点距離が短いほど大きくなり、また露出が長秒時に亘るほど、画像に表れるゆがみの影響が大きくなる。しかし天体自動追尾撮影での撮像センサ１３のサイズに対する撮像センサ１３の最大移動量（最大移動速度）や露出時間を考慮すると、天体の配列パターンは、どの天体についても撮影位置、撮影時間に拘わらずほぼ同じ（撮像面上の位置にかかわらず、撮影開始時と撮影終了時とで変化しない）と見なせる。この性質を利用すれば、天体の軌道を簡単に求めることができる。

図２乃至図４を参照して説明すると、撮影者は、撮影時間間隔Δｔをおいて予備撮影した２枚の予備画像をデジタルカメラ１０のＬＣＤモニタ２３に表示させ、撮影した天体のうち撮像面中心以外の天体を２個以上選択する。天体の選択は、画像処理回路であるＣＰＵ２１による画像処理によって自動的に行う他、デジタルカメラのモニタに表示されたカーソルを十字キーで移動してスイッチ操作により手動で選択することもできる。

図２のように選択した二つの天体の始点位置を現す点Ｓ1とＳ2が、予備撮影時間（撮影間隔、予備撮影開始時から予備撮影終了時までの時間）Δｔ後にそれぞれ終点位置である点Ｓ1'とＳ2'へ移動したとする。その移動の前後における点Ｓ1とＳ2を通る直線Ｓ1-Ｓ2と点Ｓ1'とＳ2'を通る直線Ｓ1'-Ｓ2'の成す角Δθは、全画像（撮影された全天体）の回転角に等しい。ここで、説明を簡単にするため撮像面１４の中心を点Ｏとする。なお、このデジタルカメラ１０は、設計上の初期状態では撮影光軸Ｚ（Ｚ軸）が撮像面１４の中心の点Ｏを通っていて、撮像面は光軸Ｚを回転軸として回転制御される。またＸ方向の基準軸であるＸ軸とＹ方向の基準軸であるＹ軸とＺ軸は、初期状態では点Ｏで交差していると想定している。

点Ｓ1、Ｓ2、Ｏを結ぶ三角形△Ｓ1Ｓ2Ｏと合同な三角形を点Ｓ1'とＳ2'に対して作製し、できた三角形を△Ｓ1'Ｓ2'Ｏ'とおくと、撮像面１４の中心点Ｏから点Ｏ'への移動量ΔＸとΔＹが、撮像センサ１３上でのシフト移動量である。Ｘ方向（軸）、Ｙ方向（軸）は、設計上の初期状態において、矩形の撮像面１４の長辺方向、短辺方向として定義される。よって、本番の天体自動追尾撮影を行う際には、撮像センサ１３は、撮影間隔Δｔ内で、Ｘ方向にΔＸ、Ｙ方向にΔＹだけ移動させながら、中心点Ｏを中心としてΔθ回転させればよいことになる。

なお、予備撮影後の天体自動追尾撮影では、予備撮影した二つの天体を現す点Ｓ1とＳ2が予備撮影時とできるだけ同じ配置となるように、撮影者はデジタルカメラ１０の構図を設定し直すことが好ましい。そのためには、ＬＣＤモニタ２３に予備撮影した画像と、現に撮像センサ１３で撮影しているモニタ画像を重ねて表示するとよい。

以上は予備画像に始点と終点が撮影された場合であるが、実際には、図３のように時間分割を細かくし、点Ｓ1、Ｓ1'、Ｓ1''・・・のように多数のデータ（始点、途中点・・・終点））を採取して、撮影間隔Δｔ経過する毎に移動量ΔＸ1、ΔＹ1、回転角Δθ1、次に移動量ΔＸ2、ΔＹ2、回転角Δθ2・・・のように順次制御することで天体を追尾することが好ましい。

勿論、天体の数も点Ｓ1、Ｓ2の二つだけではなく、より多く選択すれば、中心点Ｏを含む三角形も多数となり、精度を高めることができる。これにより画像周辺の像ゆがみの補正も可能となる。特に、撮影者が重要視する画像が画面周辺に位置する場合は、画面周辺のゆがみに沿って移動する天体の移動量ΔＸn、ΔＹn、回転角Δθnを演算により算出できるので、ゆがみの影響を受けない天体自動追尾撮影が可能になる。但し、ｎは正の整数である。

以上は、予備撮影時間Δｔと本番の露出時間Ｔが同一以下の場合の実施形態である。次に、予備撮影時間よりも、長い時間の追尾撮影を行う場合の実施形態について説明する。撮影者にとって、予備撮影時間は短い方が好ましいので、この実施形態では、予備撮影時間を本番の天体自動追尾撮影時間よりも短く設定している。

「ケース１」
前記で求めた移動量ΔＸ、ΔＹ、回転角Δθを用いて、その後の天体自動追尾撮影における撮像センサ１３の移動量（移動速度）を予備撮影時間Δｔに比例させて決定する方法として、下記の２つの方法（１）、（２）がある。

（１）ΔＸ1、ΔＸ2など求められた多数の移動量ΔＸn、ΔＹn、回転角Δθnの平均値を算出して、経過時間に対して比例させて、本番の自動追尾撮影時間のうち予備撮影時間を超えた部分の時間の移動量ΔＸ、ΔＹ、回転角Δθを演算する。
（２）最新のΔＸnとΔＸn -1から変化率を考慮した移動量ΔＸを、次式により算出する。
ΔＸ＝ΔＸn×（Ｔ／Δｔ） ＋ （ΔＸn − ΔＸn -1）×（Ｔ／Δｔ）（Ｔ：予測追尾時間、Δｔ：ΔＸnの移動にかかった時間）
ΔＹ、Δθも同様に算出する。
ΔＹ＝ΔＹn×（Ｔ／Δｔ） ＋ （ΔＹn − ΔＹn -1）×（Ｔ／Δｔ）
Δθ＝Δθn×（Ｔ／Δｔ） ＋ （Δθn − Δθn -1）×（Ｔ／Δｔ）

「ケース2」
前述のように、撮影レンズ１０１の焦点距離が短い場合や長秒時露出の場合は、撮像面１４の中心から離れるほど像のゆがみが大きくなるが、この天体自動追尾撮影における撮像面１４のサイズに対する撮像面１４の最大移動量や露出時間を考慮すると、天体の軌道は直線ではなく円弧に近似できる。図３のように、点Ｓ1、Ｓ2が予備撮影開始時からΔｔ後に点Ｓ1'、Ｓ2'に移動し、予備撮影開始時から時間（２×Δｔ）後、更に点Ｓ1''、Ｓ2''に移動していたとき、三角形△Ｓ1Ｓ2Ｏと合同な三角形△Ｓ1'Ｓ2'Ｏ'及び△Ｓ1''Ｓ2''Ｏ''の、線分Ｏ-Ｏ'の垂直二等分線と線分Ｏ'-Ｏ''の垂直二等分線の交点Ｇの座標を（Ｘ0，Ｙ0）とおく（図４）。つまり、図４のように、前記（１）又は（２）で求めた中心点を時系列順に中心点Ｏ、Ｏ'、Ｏ''、・・・と３点以上の点をおき、各点Ｏ、Ｏ'、Ｏ''の座標を（Ｘ1，Ｙ1）、（Ｘ2，Ｙ2）、（Ｘ3，Ｙ3）とする。
２点Ｏ、Ｏ'を結ぶ直線（線分）Ｏ-Ｏ'の垂直二等分線を直線Ａ1とする。
同様に直線Ｏ'-Ｏ''の垂直二等分線を直線Ａ2とする。
直線Ａ1とＡ2の交点の座標をＧ（Ｘ0，Ｙ0）とする。座標系は、初期位置にある撮像面１４の中心を原点とし、長手方向（横方向）をＸ軸、短手方向（縦方向）をＹ軸とするＸ-Ｙ座標である。

直線Ａ1とＡ2が成す角度をΔφとすると、点Ｏから点Ｏ''までは点Ｇを中心に２Δφだけ円運動をしていると考える。つまり、点Ｇは中心点Ｏ、Ｏ'、Ｏ''、・・・の仮想回転中心である。回転角速度はΔφ／Δｔなので、回転半径をｒとおくと、
ｒ＝｛（Ｘ1 − Ｘ0）² ＋ （Ｙ1 − Ｙ0）²｝^1/2
となる。

点ＧからＸ軸に垂線（点Ｇを通りＹ軸と平行な基準線Ｐ）を引き、直線Ｇ-Ｏと成す角をΘとすると、始点位置である点Ｏから時間Ｔ経過後の予測中心点Ｏ'、Ｏ''、・・・の座標（Ｘt,Ｙt）は、回転中心Ｇの座標（Ｘ0，Ｙ0）を用いて次のように現すことができる。
Ｘt ＝ Ｘ0 − ｒ × sin（Θ ＋ Δφ／Δｔ × Ｔ）
Ｙt ＝ Ｙ0 ＋ ｒ × cos（Θ ＋ Δφ／Δｔ × Ｔ）

このようにして、時間Ｔ経過後における撮像面１４の予測中心点座標（Ｘt，Ｙt）を求める。ただし、撮像面１４（撮像センサ１３）の回転角Δθは、ケース１で求めた値を用いる。勿論、中心点Ｏ'''やＯ''''など中心点を増やして回転角、移動距離を求めることで精度を上げることが可能である。時間Ｔの大小にかかわらず時間Ｔの経過後における撮像面１４の予測中心点座標（Ｘt，Ｙt）は不変である。従って、図３のように撮像センサ１３を平行移動および回転移動させたときの撮像面１４の中心Ｏ、Ｏ'、Ｏ''、・・・は常に、この予測中心点座標（Ｘt，Ｙt）を中心とした半径ｒの仮想円上に位置することとなる。

また、以上の直線Ａ1とＡ2が交点を持たない場合は、天体の軌道は直線Ｏ-Ｏ'の延長線と一致するので、撮像面１４の中心を直線Ｏ-Ｏ'と平行な直線上を動かして天体自動追尾撮影を行う。つまり、撮像センサ１３には、光軸Ｚと平行な軸を中心とする回転運動は必要ない。

以上のデジタルカメラ１０による天体撮影（天体自動追尾撮影）について、図５ないし図７に示したフローチャートを参照して説明する。図５に示すように、天体撮影スイッチ２９により天体自動追尾撮影モードではなく通常撮影モードが設定されて電源スイッチ２７がオンされた状態では、レリーズスイッチ２８をオンすることにより通常の撮影が行われる（Ｓ１０１、Ｓ１０３：ＮＯ、Ｓ１０５：ＮＯ、Ｓ１０９：ＹＥＳ、Ｓ１１１：ＮＯ、Ｓ１１３）。電源スイッチ２７がオフされたときは撮影動作が終了する（Ｓ１０３：ＹＥＳ）。レリーズスイッチ２８がオンされないときは撮影が行われない（Ｓ１０９：ＮＯ）。この撮影動作は一般的なデジタルカメラ１０によるそれと同じである。

一方、天体撮影スイッチ２９により天体自動追尾撮影モードが設定されて電源スイッチ２７がオンされた状態では（Ｓ１０１、Ｓ１０３：ＮＯ、Ｓ１０５：ＹＥＳ）、予備撮影の撮影間隔Δｔと予備撮影全体の時間Ｔpreとを入力する（Ｓ１０７）。この撮影間隔Δｔ及び予備撮影全体時間Ｔpreは、ＬＣＤモニタ２３に表示された説明に従って、初期値を基準として、撮影者がマニュアル選択またはマニュアル入力する。天体撮影スイッチ２９により天体自動追尾撮影モードが設定されたままで、少なくとも２つの天体（本実施形態では２つの天体）を現す点Ｓ1とＳ2を撮像センサ１３の撮像面１４の中心とは異なる位置にとらえてレリーズスイッチ２８をオンすることにより、天体自動追尾撮影が行われる（Ｓ１０９：ＹＥＳ、Ｓ１１１：ＹＥＳ）。

天体自動追尾撮影では、まずＣＰＵ２１が前述の予備撮影を実行して予備画像を取得し、この予備画像から追尾に必要な撮像センサ１３の移動方向及び移動量（回転方向及び回転量）であるΔＸ、ΔＹ、Δθを演算する（Ｓ１１５：ＹＥＳ、Ｓ１１７）。次いで、任意の追尾撮影露出時間Ｔが撮影者によってカメラに対して設定される（Ｓ１１９）。ΔＸ、ΔＹ、Δθを追尾撮影露出時間Ｔで除算したものが、撮像センサ１３の移動速度（回転速度）となる。なお、予備撮影（Ｓ１１７）を実行した後に、撮影した予備画像をＬＣＤモニタ２３に表示し、あるいは予備撮影画像の合成画像をＬＣＤモニタ２３に表示して、撮影者が確認できるように構成してもよい。また、ＡＦ装置及びＡＦ対応撮影レンズが装着されたデジタルカメラの場合は、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か、天体撮影処理の前に無限遠合焦処理を実行する。マニュアルフォーカスの場合は、撮影者が焦点を無限遠合焦位置に設定する。

予備撮影が完了して撮像センサ１３の移動方向及び移動量（回転方向及び回転量）であるΔＸ、ΔＹ、Δθを演算したら、予備撮影した２つの天体を現す点Ｓ1とＳ2が予備撮影時とできるだけ同じ配置となるように、撮影者はデジタルカメラ１０の構図を設定し直して、再度レリーズスイッチ２８をオンする（Ｓ１２１：ＹＥＳ）。これにより、予備撮影（Ｓ１１７）の結果を利用した本実施形態の天体自動追尾撮影の本撮影が実行される（Ｓ１２３）。

「予備撮影」
本実施形態の予備撮影（Ｓ１１７）について、図６に示したフローチャートを参照してより詳細に説明する。

予備撮影に入ると、まずＣＰＵ２１が、予備撮影で画像を取得する（Ｓ２０１）。本実施形態では、予備撮影全体時間Ｔpreが経過するまで所定の撮影間隔Δｔで露出（多重露出）を行って、１枚あるいは複数枚の画像を取得する（Ｓ２０１、Ｓ２０３、Ｓ２０５：ＹＥＳ）。取得した１枚あるいは複数枚の画像は、メモリーカード２５に保存される。取得した画像が複数枚のときは、これらの画像を合成して１枚の画像としてメモリーカード２５に保存する。

予備撮影全体時間Ｔpreが経過すると（Ｓ２０５：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、予備撮影により得られた画像の軌跡から撮像センサ１３の移動方向及び移動量（回転方向及び回転量）であるΔＸ、ΔＹ、Δθを演算し、このΔＸ、ΔＹ、Δθを追尾撮影露出時間Ｔで除算することで、撮像センサ１３の単位時間当たりの移動速度（回転速度）であるｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔを求める（Ｓ２０７）。ここでＣＰＵ２１は、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpre以内である場合と、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpreを超えている場合とに分けて、ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔを求める。

最後にＣＰＵ２１は、撮像センサ駆動ユニット１５による撮像センサ１３の可動範囲の機械的リミットLx、Ly、Lθ、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpre以内である場合のｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpreを超えている場合のｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔに基づいて最長露出時間（露出限界時間）Tlimitを算出する（Ｓ２０９）。

「天体本撮影（天体自動追尾撮影）」
本実施形態の本撮影（Ｓ１２３）について、図７に示したフローチャートを参照してより詳細に説明する。

本撮影に入ると、まずＣＰＵ２１が、撮影者が設定した追尾撮影露出時間Ｔ（Ｓ１１９）が最長露出時間Tlimit（Ｓ２０９）以内であるか否かを判定する（Ｓ３０１）。ＣＰＵ２１は、追尾撮影露出時間Ｔが最長露出時間Tlimit以内である場合には、その追尾撮影露出時間Ｔを本撮影中の露出時間として設定する（Ｓ３０１：ＹＥＳ）。一方、ＣＰＵ２１は、追尾撮影露出時間Ｔが最長露出時間Tlimitを超えている場合には（Ｓ３０１：ＮＯ）、最長露出時間Tlimitを本撮影中の露出時間として設定する（Ｓ３０３）。そしてＣＰＵ２１は、設定した露出時間だけ、図示しないシャッタを開放して、撮像センサ１３による撮像を開始する（Ｓ３０５）。なお、絞り１０３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。

ＣＰＵ２１は、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpre以内であるときは、その追尾撮影露出時間Ｔの間、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpre以内である場合のｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔに基づく移動軌跡に合わせて撮像センサ１３を平行移動制御及び回転移動制御しながら露出を行う（Ｓ３０７：ＮＯ、Ｓ３０９、Ｓ３１３：ＮＯ）。

一方、ＣＰＵ２１は、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpreを超えているときは、まず予備撮影全体時間Ｔpreの間、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpre以内である場合のｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔに基づく移動軌跡に合わせて撮像センサ１３を平行移動制御及び回転移動制御しながら露出を行い、次いで追尾撮影露出時間Ｔのうち予備撮影全体時間Ｔpreを超えた部分の時間の間、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpreを超えている場合のｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔに基づく移動軌跡に合わせて撮像センサ１３を平行移動制御及び回転移動制御しながら露出を行う（Ｓ３０７：ＮＯ、Ｓ３０９、Ｓ３１３：ＮＯ → Ｓ３０７：ＹＥＳ、Ｓ３１１、Ｓ３１３：ＮＯ）。

やがて追尾撮影露出時間Ｔが経過すると（Ｓ３１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、図示しないシャッタを閉じて露出を終了する（Ｓ３１５）。ＣＰＵ２１は、撮像センサ１３から撮影画像データを読み出して（Ｓ３１７）、ホワイトバランス調整や所定フォーマットへの変更等の画像処理を施す（Ｓ３１９）。最後にＣＰＵ２１は、画像処理後の撮影画像データをＬＣＤモニタ２３に表示するとともに、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２５に保存する（Ｓ３２１）。

なお、露出の開始（Ｓ３０５）、露出の終了（Ｓ３１５）は、機械シャッターを有するデジタルカメラの場合は機械シャッターを開放し、閉じる処理を含み、電子シャッターの場合は撮像センサ１３が蓄積した電荷の掃き出して露出を開始し、同電荷を転送又は読み出して露出を終了する処理などを含む。

以上の通り本実施形態の天体自動追尾撮影方法及びカメラによれば、天体自動追尾撮影の前に、撮影装置を所定の天体に向け、天体自動追尾動作を停止した状態で予め設定された予備撮影時間の予備撮影を実行して予備画像を得る予備撮影を実行し、予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向及び移動速度の演算を実行し、演算した天体像の移動方向及び移動速度に基づき、所定の撮像領域と天体像の結像位置の少なくとも一方を移動させながら、天体自動追尾撮影を実行している。これにより、高価で複雑な調整が必要な赤道儀を使用せずに、カメラを任意の天体に向けて地上に対して固定状態で撮影するだけで各天体を見かけ上静止した状態で撮影することができる。

続いて、図８ないし図１０を参照して、本発明の別実施形態に係る天体自動追尾撮影方法及びカメラについて説明する。

図２及び図３に示したような長秒時露出撮影をする場合、予備撮影により短露出時間の多重露出を行うことで天体の位置を点として座標に変換することが容易になる。その反面、どの点とどの点が同一の天体の移動前なのか移動後なのかという判別が難しくなってしまう。

図２のように移動前と移動後の２点について座標変換するならば、予備撮影で長秒時露出を行い、図８のような線状軌跡の２個の端点（Ｓ1とＳ2、Ｓ1'とＳ2'）を開始点、及び終了点と判別すればよい。しかし、図４のように同一の天体の画像軌跡から３個以上の点を抽出する場合には、開始点と終了点とを結ぶ直線状軌跡外に中間点が存在する場合がある。そこで、３個以上の点を抽出する場合には、長秒時露出で線状に軌跡を写しながら、点として抽出したい経過時間に露出量を変化（増大）させる。具体的には、所定の時間間隔で絞り１０３を開閉する制御により露出量を変化（増減）させる。

露出中に、点として座標に残したいときは絞り１０３を開放側に駆動して一定時間Δｓ、開放側絞りに固定して露出し、その他の場合や露出時間中は絞り１０３を適当に絞り込んで絞り込み側絞りで露出する。すると、図９に示したように、絞り１０３を開放側に変更した露出期間は天体が少し大きく写り、図３において点で写った天体Ｓ1、Ｓ2を同一天体Ｓ1、Ｓ2の軌跡で結んだ画像を得ることが可能となる。そしてこの軌跡の中から４個の端点（Ｓ1とＳ2、Ｓ1'とＳ2'、Ｓ1''とＳ2''、Ｓ1'''とＳ2'''）を抽出することができる。時間Δｓを第一所定時間（開放側絞り撮影時間）とし、時間Δｓと時間Δｓの間の時間Δｕを第二所定時間（絞り込み側絞り撮影時間）とする。第一所定時間Δｓ＜第二所定時間Δｕである。

始点と終点の判別の方法は、始点もしくは終点どちらかで、絞り１０３を開放にする時間を２倍にするなど変化させて特徴づけるなどの方法でよい。

「予備撮影処理（長秒時露出と絞り制御を併用）」
長秒時露出と絞り制御を併用した予備撮影処理の別実施形態について、図１０に示したフローチャートを参照して説明する。

この別実施形態の予備撮影処理では、予備撮影全体時間Ｔpreの範囲内において、絞り１０３を開いて第一所定時間Δｓだけ１回目の露出を行い、この１回目の露出が終了したら絞り１０３を第二所定時間Δｕだけ絞り込み、この第二所定時間Δｕの絞り込みが終了したら再び絞り１０３を開いて第一所定時間Δｓだけ２回目の露出を行う、という処理を繰り返して、少なくとも撮影開始時と撮影終了時、及び撮影中に、絞り１０３をより開けて露出量を増やすようにしている。この実施形態では、説明を簡単にするために、絞り１０３を開放側に開くときは開放とし、絞り込むときの絞りは開放から、アペックス表示で３段絞り込むものとする。

この別実施形態の天体自動追尾撮影カメラは、図示しないが、予備撮影開始から予備撮影全体時間Ｔpreが経過するまでの時間を継続して測定する「タイマー１」と、絞り１０３の開放と絞り込みを切り替える度にリセットを繰り返しながら第一所定時間Δｓと第二所定時間Δｕを交互に測定する「タイマー２」を備えている。

予備撮影処理に入ると、ＣＰＵ２１はまず、絞り１０３を開放側へ駆動することにより１回目の露出を開始する（Ｓ４０１、Ｓ４０３）。同時にＣＰＵ２１は、「タイマー１」をリセットしてスタートさせることで予備撮影開始から予備撮影全体時間Ｔpreが経過するまでの計時を開始するとともに（Ｓ４０５）、「タイマー２」をリセットしてスタートさせることで絞り１０３を開いてから第一所定時間Δｓが経過するまでの計時を開始する（Ｓ４０７）。

第一所定時間Δｓが経過して１回目の露出が終了すると（Ｓ４０９）、ＣＰＵ２１は、絞り１０３を絞り込むとともに「タイマー２」をリセットしてスタートさせることで絞り１０３を絞り込んでから第二所定時間Δｕが経過するまでの計時を開始する（Ｓ４１３）。第二所定時間Δｕが経過すると（Ｓ４１５）、ＣＰＵ２１は、再び絞り１０３を開いて第一所定時間Δｓだけ２回目の露出を行う（Ｓ４１７）。ＣＰＵ２１は、以上の動作を予備撮影開始から予備撮影全体時間Ｔpreが経過するまで繰り返す（Ｓ４１１：ＹＥＳ）。

やがて「タイマー１」により予備撮影開始から予備撮影全体時間Ｔpreの経過が計時されると（Ｓ４１１：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、「タイマー２」を参照してさらに第一所定時間Δｓだけ絞り１０３を開放した状態で最後の露出を行う（Ｓ４１９）。この最後の露出により予備撮影の最後だけ露出時間が第一所定時間Δｓの２倍になるので、予備撮影最終付近における天体は明るく、大きく写り、その座標をより明確に認識することが可能になる。なお、この２倍時間露出は、天体予備撮影における露出開始時に実行してもよい。

最後の露出が終了すると（Ｓ４２１）、ＣＰＵ２１は、予備撮影により得られた画像の軌跡から撮像センサ１３の移動方向及び移動量（回転方向及び回転量）であるΔＸ、ΔＹ、Δθを演算し、このΔＸ、ΔＹ、Δθを追尾撮影露出時間Ｔで除することで、撮像センサ１３の単位時間当たりの移動速度（回転速度）であるｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔを求める（Ｓ４２３）。ここでＣＰＵ２１は、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpre以内である場合と、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpreを超えている場合とに分けて、ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔを求める。

最後にＣＰＵ２１は、撮像センサ駆動ユニット１５による撮像センサ１３の可動範囲の機械的リミットLx、Ly、Lθ、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpre以内である場合のｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ、追尾撮影露出時間Ｔが予備撮影全体時間Ｔpreを超えている場合のｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔに基づいて最長露出時間（露出限界時間）Tlimitを算出する（Ｓ４２５）。

なお、可動リミットＬｘ、Ｌｙ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能な長さ及び可動リミットＬθは、撮像センサ駆動ユニット１５の撮像センサ１３を防振駆動する可動部材が光軸Ｚと直交する方向に移動可能な範囲及び平行な軸回りに回転可能な回転角範囲である。

以上の予備撮影処理によれば、例えば天体Ｓ1、Ｓ2が、予備撮影開始位置、撮影間隔毎の位置及び予備撮影終了位置において濃く、大きく写り、その間が線状の軌跡で結ばれるので、同一の天体であること及び撮影間隔毎の天体の位置を正確に測定することができる。

以上のデジタルカメラ１０は、撮像センサ１３を光軸と直交する方向及び光軸と平行な軸回りに回転させる撮像センサ駆動ユニット１５を備えたが、撮影レンズ１０１内に撮像センサ上の被写体位置を移動させる像ブレ補正レンズを搭載した像ブレ補正装置と、撮像センサを回転させる撮像センサ回転機構とを組み合わせても本発明のデジタルカメラは構成することができる。この場合、ＣＰＵ２１が撮影レンズ１０１のレンズＣＰＵに防振駆動指示信号を送ることにより、レンズＣＰＵが像ブレ補正レンズを光軸直交方向に駆動制御する。一方、ＣＰＵ２１が、所定の駆動周期で撮像センサ１３に回転指示信号を送ることにより、撮像センサを光軸Ｚと平行な軸回りに回転移動させる。

また、本実施形態の説明ではカメラとしてデジタルカメラを示したが、レンズ交換式の一眼レフデジタルカメラ、レンズシャッタ式コンパクトデジタルカメラに限らず、撮像手段を光軸と直交する面内において光軸と直交する任意の方向に移動、回転が駆動可能な撮影装置一般に適用できる。

１０ デジタルカメラ
１１ カメラボディ
１３ 撮像センサ（撮像素子）
１４ 撮像面
１５ 撮像センサ駆動ユニット（移動手段）
１７ 絞り駆動制御機構
２１ ＣＰＵ（演算手段）
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
２９ 天体撮影スイッチ
３０ 設定スイッチ
１０１ 撮影レンズ
１０３ 絞り
１０５ 焦点距離検出装置
Ｌ 撮影光学系
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
Δｔ 撮影間隔
Ｔpre 予備撮影全体時間
Ｔ 追尾撮影露出時間

Claims (14)

1. 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面に形成された天体像が、撮影中、撮像素子の所定の撮像領域に対して固定されるように、天体自動追尾撮影する天体自動追尾撮影方法であって、
   前記天体自動追尾撮影の前に、前記撮影装置を所定の天体に向け、天体追尾動作を停止した状態で予め設定された予備撮影時間の予備撮影を実行して予備画像を得る予備撮影段階と、
   前記予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向及び移動速度を演算する演算段階と、
   前記演算した天体像の移動方向及び移動速度に基づき、前記天体追尾撮影を実行する段階と、
   を有し、
   前記予備撮影段階は、予備撮影中、予備撮影開始時及び予備撮影終了時に、撮影レンズの絞りを一時的に開けるか撮影感度を一時的に上げて明るく撮影する、
   ことを特徴とする天体自動追尾撮影方法。
2. 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面に形成された天体像が、撮影中、撮像素子の所定の撮像領域に対して固定されるように、天体自動追尾撮影する天体自動追尾撮影方法であって、
   前記天体自動追尾撮影の前に、前記撮影装置を所定の天体に向け、天体追尾動作を停止した状態で予め設定された予備撮影時間の予備撮影を実行して予備画像を得る予備撮影段階と、
   前記予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向及び移動速度を演算する演算段階と、
   前記演算した天体像の移動方向及び移動速度に基づき、前記天体追尾撮影を実行する段階と、
   を有し、
   前記予備撮影段階は、所定時間間隔で、撮影レンズの絞りを一時的に開けるか撮影感度を一時的に上げて明るく撮影する動作を繰り返す、
   ことを特徴とする天体自動追尾撮影方法。
3. 請求項１または２記載の天体自動追尾撮影方法において、
   前記演算段階では、前記予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向、移動速度及び回転速度を演算し、
   前記天体追尾撮影を実行する段階では、前記演算した天体像の移動方向、移動速度及び回転速度に基づき、前記天体追尾撮影を実行する天体自動追尾撮影方法。
4. 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面に形成された天体像が、撮影中、撮像素子の所定の撮像領域に対して固定されるように、天体自動追尾撮影する天体自動追尾撮影方法であって、
   前記天体自動追尾撮影の前に、前記撮影装置を所定の天体に向け、天体追尾動作を停止した状態で予め設定された予備撮影時間の予備撮影を実行して予備画像を得る予備撮影段階と、
   前記予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向、移動速度及び回転速度を演算する演算段階と、
   前記演算した天体像の移動方向、移動速度及び回転速度に基づき、前記天体追尾撮影を実行する段階と、
   を有することを特徴とする天体自動追尾撮影方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の天体自動追尾撮影方法において、
   前記天体追尾撮影を実行する段階では、前記演算した天体像の移動方向と移動速度、又は、移動方向と移動速度と回転速度に基づき、前記所定の撮像領域と天体像の少なくとも一方を撮影装置に対して相対移動させて撮影する天体自動追尾撮影方法。
6. 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、
   前記演算段階では、前記予備撮影によって得た予備画像から、少なくとも２個の天体像の撮像面上の始点位置と、予備撮影開始時から所定時間後の各天体像の撮像面上の終点位置とから、前記天体像の移動方向と移動速度、又は、移動方向と移動速度と回転速度を演算する天体自動追尾撮影方法。
7. 請求項６記載の天体自動追尾撮影方法において、
   前記演算段階では、前記少なくとも２個の天体像のうち、２個の天体像の始点位置を点Ｓ1、Ｓ2として、点Ｓ1、Ｓ2が予備撮影開始時から予備撮影終了時までの時間Δｔ後に終点位置である点Ｓ1'、Ｓ2'に移動していたとき、直線Ｓ1-Ｓ2と直線Ｓ1'-Ｓ2'の成す角Δθを撮像面上における天体像の回転角として演算し、点Ｓ1、Ｓ2のいずれとも異なる予備画像中の任意の点Ｏと点Ｓ1、Ｓ2によって定義される三角形△Ｓ1Ｓ2Ｏと合同な三角形△Ｓ1'Ｓ2'Ｏ'における点ＯＯ'間の距離量から、撮像面上における天体像の移動量を演算する天体自動追尾撮影方法。
8. 請求項７記載の天体自動追尾撮影方法において、
   前記予備撮影時間よりも長い天体追尾撮影時間に対する天体像の移動量及び回転角は、前記予備撮影を複数回実施して得た天体像の移動量及び回転角の平均値を演算して設定する天体自動追尾撮影方法。
9. 請求項７記載の天体自動追尾撮影方法において、
   前記予備撮影時間よりも長い天体追尾撮影時間に対する天体像の移動量及び回転角は、前記予備撮影を複数回撮影して得た天体像の移動量及び回転角の変化率から演算して設定する天体自動追尾撮影方法。
10. 請求項６記載の天体自動追尾撮影方法において、
    前記演算段階では、矩形の撮像面の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸とするＸ-Ｙ座標系において、前記少なくとも２個の天体像のうち、２個の天体像の始点位置を点Ｓ1、Ｓ2として、点Ｓ1、Ｓ2が予備撮影開始時から時間Δｔ後に点Ｓ1'、Ｓ2'に移動し、予備撮影開始時から時間（２×Δｔ）後、更に点Ｓ1''、Ｓ2''に移動していたとき、点Ｓ1、Ｓ2のいずれとも異なる予備画像中の任意の点Ｏと点Ｓ1、Ｓ2によって定義される三角形△Ｓ1Ｓ2Ｏと合同な三角形△Ｓ1'Ｓ2'Ｏ'及び△Ｓ1''Ｓ2''Ｏ''の、線分Ｏ-Ｏ'の垂直二等分線と線分Ｏ'-Ｏ''の垂直二等分線の交点Ｇの座標を（Ｘ0，Ｙ0）、点ＧからＹ方向へ伸ばした垂線が直線Ｇ-Ｏと成す角をΘとおいて、点Ｏから時間Ｔ経過後の撮像面の予測中心点の座標（Ｘt，Ｙt）を、下記式により演算する天体自動追尾撮影方法。
    Ｘt ＝ Ｘ0 − ｒ × sin（Θ ＋ Δφ／Δｔ × Ｔ）
    Ｙt ＝ Ｙ0 ＋ ｒ × cos（Θ ＋ Δφ／Δｔ × Ｔ）
11. 請求項４、及び、請求項４に従属する請求項５ないし１０のいずれか１項記載の天体自動追尾撮影方法において、
    前記予備撮影段階は、所定時間間隔で２回以上多重露出する段階、又は所定時間間隔で２枚以上撮影し、撮影した画像を１枚の画像に合成する段階を含む天体自動追尾撮影方法。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項記載の天体自動追尾撮影方法を実行するためのカメラであって、
    前記予備撮影及び天体自動追尾撮影を実行する手段と、
    前記演算を実行する手段と、
    を備えた天体自動追尾撮影カメラ。
13. 請求項１２記載の天体自動追尾撮影カメラにおいて、
    さらに、撮影レンズに備えられた絞りと、この絞りの絞り開口の大きさを制御する制御手段とが備えられている天体自動追尾撮影カメラ。
14. 請求項１２または１３記載の天体自動追尾撮影カメラにおいて、
    前記予備撮影及び天体自動追尾撮影を実行する手段は、前記演算段階において演算された天体像の移動方向と移動速度、又は、移動方向と移動速度と回転速度に基づいて、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する移動手段を含んでいる天体自動追尾撮影カメラ。

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