(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
望遠鏡鏡筒と、
第１軸及び第２軸の２軸回りに回転可能に前記望遠鏡鏡筒を支持する架台と、
前記第１軸回りに前記望遠鏡鏡筒を回転させる駆動力を発生させる第１モーターと、
前記第２軸回りに前記望遠鏡鏡筒を回転させる駆動力を発生させる第２モーターと、
前記第１モーターによって発生させられた駆動力を前記第１軸に伝達させる第１駆動力伝達機構と、
前記第２モーターによって発生させされた駆動力を前記第２軸に伝達させる第２駆動力伝達機構と、
前記望遠鏡鏡筒が備える対物レンズから入射した光を、波長の異なる第１光と第２光とに分岐するビームスプリッタと、
前記第１光を所定時間露光して撮像する撮像手段と、
前記第２光を受光して天体情報に変換するイメージセンサと、
前記変換された天体情報に基づいて前記第１モーター及び前記２モーターの少なくともいずれか一方を制御する制御部と、
を有する天体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載した天体撮像装置であって、
前記撮像手段は、冷却ＣＣＤであることを特徴とする天体撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載した天体撮像装置であって、
前記第１光は当該ビームスプリッタを透過し、前記第２光は当該ビームスプリッタで分岐されることを特徴とする天体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天体望遠鏡制御技術及び天体撮像技術に関し、特に、天体望遠鏡の視野内への目標天体の導入する技術や天体を自動追尾する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
望遠鏡による天体の撮像には、冷却ＣＣＤが広く使用されている。冷却ＣＣＤによる撮像では、長時間にわたって目標天体からの光を蓄積できるため、暗い天体でも明るい画像を得ることができるという利点があるが、その反面、望遠鏡を天体の日周運動に合わせて追尾（ガイド）する必要がある。この天体の追尾を行うための天体望遠鏡架台としては、一般に、赤道儀と経緯台と大きく２種類がある。
【０００３】
ここで、図６を参照して従来の赤道儀を例に説明をする。赤道儀は、目標天体の日周運動に合わせて追尾できるように、地球の地軸に平行になるように設置される赤経軸３（極軸）回りに赤経方向に天体望遠鏡を回転する機構と、赤経軸３に垂直な赤緯軸４回りに赤緯方向に天体望遠鏡を回転する機構とを備える。具体的には、赤経軸３及び赤緯軸４には、各軸の回転角度を検出するための赤経軸エンコーダ３５及び赤緯軸エンコーダ４５が設けられており、コントローラー８は、赤経軸エンコーダ３５や赤緯軸エンコーダ４５で検出される回転角度に基づき、パルスジェネレータ３４、４４、モータードライバ３３、４３、モーター３２、４２、駆動力伝達機構３１、４１を介して天体望遠鏡が向いている赤経及び赤緯上の位置をコントロールする。
【０００４】
赤道儀を用いて、天体の撮像を行う場合、まず、目標天体を望遠鏡の視野内に導入する。近年は、目標天体の導入を自動で行う自動導入機能が、アマチュア向けの小形の望遠鏡架台にも装備されるようになってきている。ここで、目標天体の自動導入機能とは、マイクロコンピュータ等により目標とする天体の座標の取得・計算を行い、その方向に自動的に天体望遠鏡を向ける機能である。
【０００５】
次に、目標天体を望遠鏡の視野内に導入した後、天体の撮像中、目標天体の日周運動に合わせて望遠鏡の向きを追尾（ガイド）させる。この天体の追尾（ガイド）の方法としては、ガイド星を用いない方法、又はガイド星を用いる方法があり、後者としては手動ガイドや自動追尾等が知られている。
【０００６】
ガイド星を用いない方法では、望遠鏡に目標天体を導入した後、撮像時に赤経軸のみを自動駆動して撮像を続行するものであるが、極軸をかなり正確に合わせた場合であっても、望遠鏡視野内で天体がずれる現象（追尾誤差）を避け難く、長時間に及ぶ撮像では画質の低下を避けられない。
【０００７】
他方、ガイド星を用いる方法のうち、手動追尾としては、撮像する天体の近くにある明るい星をガイド星として利用することが行われる。具体的には、ガイド星を撮像するための副望遠鏡鏡筒を赤道儀にマウントし、副望遠鏡鏡筒に十字線付のアイピース等を取り付け、この十字線の中心からガイド星がずれないように、赤経軸及び赤緯軸の駆動調節を手動で行うものである。このガイド方法では、撮像者が天体望遠鏡から離れることが困難であり、撮像者の負担が大きい。
【０００８】
この負担を軽減するものとして、副望遠鏡鏡筒を利用した自動追尾システムが利用されている。即ち、図６に示すとおり、副望遠鏡鏡筒７にオートガイドＣＣＤ７１を取り付け、オートガイドＣＣＤ７１でガイド星を撮像する。コントローラー８は、オートガイドＣＣＤ７１で撮像されたガイド星の情報に基づいて、パルスジェネレータ３４、４４、モータードライバ３３、４３、各モーター３２、４２、駆動力伝達機構３１、４１を通じて、赤経軸３及び赤緯軸４の自動調節を行う。
【０００９】
この方法は、副望遠鏡鏡筒７にオートガイドＣＣＤ７１を設置してガイド星のズレを検出し、その検出信号に基づいて、駆動回路を制御しようとするものである。具体的には、目標天体自体やその近傍にある１個または複数個の明るい星が、ガイド星として選定され、天体望遠鏡に入射する光による画像がオートガイドＣＣＤ７１で撮像される。オートガイドＣＣＤ７１による映像において、ガイド星が常に所定の基準位置にあるように主望遠鏡鏡筒６が駆動されれば、その結果として、追尾誤差が低減するという考えに基づくものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２９２３７６号公報
【特許文献２】特開２０００−３０５０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、更に精度の高い自動導入システムや自動追尾システムが求められている。例えば、これまでの副望遠鏡を用いた自動追尾システムでは、副望遠鏡の視野内においてガイド星が常に所定の基準位置にあるように主望遠鏡を駆動することができたとしても追尾誤差を生じることが有った。また、主望遠鏡には視野内での位置を示すためのスケール等を設けることは難しいと考えられてきた。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、天体の導入や追尾の精度を高めることができる天体望遠鏡制御装置や天体望遠鏡制御方法を提供することにある。その他の本発明の目的は、本明細書の記載から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、望遠鏡鏡筒と、第１軸及び第２軸の２軸回りに回転可能に前記望遠鏡鏡筒を支持する架台と、前記第１軸回りに前記望遠鏡鏡筒を回転させる駆動力を発生させる第１モーターと、前記第２軸回りに前記望遠鏡鏡筒を回転させる駆動力を発生させる第２モーターと、前記第１モーターによって発生させられた駆動力を前記第１軸に伝達させる第１駆動力伝達機構と、前記第２モーターによって発生させされた駆動力を前記第２軸に伝達させる第２駆動力伝達機構と、前記望遠鏡鏡筒が備える対物レンズから入射した光を、波長の異なる第１光と第２光とに分岐するビームスプリッタと、前記第１光を所定時間露光して撮像する撮像手段と、前記第２光を受光して天体情報に変換するイメージセンサと、前記変換された天体情報に基づいて前記第１モーター及び前記２モーターの少なくともいずれか一方を制御する制御部と、を有する天体撮像装置とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載した天体撮像装置であって、前記撮像手段は、冷却ＣＣＤである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載した天体撮像装置であって、前記第１光は当該ビームスプリッタを透過し、前記第２光は当該ビームスプリッタで分岐される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、天体の導入や追尾の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態の天体撮像装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の天体望遠鏡の光学系のブロック構成図である。
【図３】コントローラー５の構成概略図である。
【図４】本発明の第１実施形態の天体望遠鏡の導入の動作フローチャート図である。
【図５】本発明の第１実施形態の天体望遠鏡の撮像・追尾開始後の動作フローチャート図である。
【図６】従来の天体撮像装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。また、この実施例に記載されている各構成手段は、あくまでも例示であり、特に明示的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。
【００１９】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態の天体望遠鏡の概略構成図である。
１は望遠鏡鏡筒、１１は望遠鏡鏡筒１に取り付けられたオートガイドＣＣＤ、５はコントローラーである。
赤経軸３、赤緯軸４、駆動伝達機構３１、４１、モーター３２、４２、モータードライバ３３、４３、パルスジェネレータ３４、４４、エンコーダ３５、４５は、従来（図６参照）と同様のものである。
【００２０】
図２は、望遠鏡鏡筒１の光学系のブロック構成図である。１０１は対物光学系を構成する対物レンズ、１０２はビームスプリッタ、１０３は冷却ＣＣＤである。１１は、図１のオートガイドＣＣＤ１１に対応するものである。
【００２１】
対物レンズ１０１は、ここから天体の光が望遠鏡鏡筒１の内部に入射するものである。
ビームスプリッタ１０２は、対物レンズ１０１から入射した光を、波長の異なる光に分岐するビームスプリッタとする。例えば、可視光は透過し赤外線は分岐されるものとする。ただし、透過する光の波長の領域は、可視領域の他に、赤外領域、紫外領域、Ｘ線領域又はこれらの組み合わせ等であってもよく、分岐される光の波長の領域は、透過光の波長の領域と異なるものであれば、赤外領域の他に、可視領域、紫外領域、Ｘ線領域又はこれらの組み合わせ等であっても良い。
【００２２】
冷却ＣＣＤ１０３は、天体の光を所定時間露光して撮像するものである。冷却ＣＣＤ１０３の他に、天体の光を所定時間露光するデジタルカメラ等であってもよい。これにより、目標天体の光量が小さいものであっても撮像することができる。ここでは、例えば一般的に多く用いられている可視光撮像用のものとする。図２に示す通り、ビームスプリッタ１０２を透過した可視光は、冷却ＣＣＤ１０３で受光される。上述のとおり、例えばビームスプリッタ１０２を可視光を透過するものとすれば、ビームスプリッタ１０２での可視光の光量の減少を抑えることができる。したがって、冷却ＣＣＤ１０３で受光される可視光の光量の減少を抑えることができるものである。なお、ビームスプリッタ１０２を透過する光の波長の種類に応じて、冷却ＣＣＤとして、可視光撮像用の他に、赤外線撮像用、紫外線撮像用、Ｘ線撮像用又はこれらの組み合わせ等を用いることができる。
【００２３】
オートガイドＣＣＤ１１は、ビームスプリッタ１０２で分岐した赤外線を受光する赤外線用ＣＣＤイメージセンサを備えている。上述のとおり、例えばビームスプリッタ１０２を赤外線を分岐するものとすれば、オートガイドＣＣＤ１１で受光される光量の減量を抑えることができる。なお、ビームスプリッタ１０２で分岐される光の波長の領域が、赤外領域ではなく、可視領域、紫外領域、Ｘ領域又はこれらの組み合わせ等であるときは、オートガイドＣＣＤ１１の備えるＣＣＤイメージセンサとして、可視光用、紫外線用、Ｘ線用又はこれらの組み合わせ等を用いることができる。
【００２４】
図３は、コントローラー５の構成概略図である。
コントローラー５は、赤経軸エンコーダ３５、赤緯軸エンコーダ４５により検出された各回転角度の情報が入力される赤経軸情報入力手段５０１、赤緯軸情報入力手段５０２、パルスジェネレータ３４、４４に対して指示情報を出力する指示情報出力手段５０３、オートガイドＣＣＤ１１にて撮像された天体情報が入力される撮像天体情報入力手段５０４、目標天体近辺の星表（恒星目録）に関する情報を保持する星表情報保持手段５０５、撮像された天体情報からガイド星を選定するガイド星選定保持手段５０６、選定されたガイド星についてオートガイドＣＣＤ１１上の画素（ピクセル）の重心を算出するガイド星重心算出手段５０７、指示情報の修正値を算出する修正指示情報算出手段５０８、目標天体に関する情報（位置情報や天体名称等）やその他情報を外部の操作部（図は省略）と入出力する外部通信手段５０９、その他ＣＰＵ等（図は省略）を備えている。
【００２５】
なお、星表情報保持手段５０５は、外部通信手段５０９を介して入力された目標天体近辺の星表情報を一時的に保持するものとする。ただし、星表情報保持手段５０５に既成の星表ライブラリーを不揮発的に保持させて、コントローラー５が目標天体近辺の星表情報を算出できるように構成しても良い。また、この星表情報保持手段５０５を用いる代わりに、外部の操作部等で目標天体近辺の星表情報を算出するのみならず、その星表情報の保存も行い、外部通信手段５０９を介してその保存された天体情報をコントローラー５に入力するように構成しても良い。
【００２６】
次に、本実施形態の天体望遠鏡の動作について説明をする。
図４は、本天体望遠鏡の導入の動作フローチャート図である。導入が開始されると、外部通信手段５０９から目標天体の赤経・赤緯情報（目標座標）が外部通信手段５０９を介してコントローラー５に入力される（ステップＳ４１）。また、目標天体近辺の星表情報が外部の操作部（図は省略）から外部通信手段５０９に入力され、当該星表情報が星表情報保持手段５０５に保持される（ステップＳ４２）。
【００２７】
次に、コントローラー５は、入力された目標座標の方向に望遠鏡鏡筒１を向かわせるべく、指示情報出力手段５０３からパルスジェネレータ３４、４４に対して導入指示情報を出力する。これによりモータードライバ３３、４３はモーター３２、４２を駆動し、その駆動力が駆動力伝達機構３１、４１を介して赤経軸３、赤緯軸４に伝達される（ステップＳ４３）。なお、この際、コントローラー５は、赤道儀の直角誤差や据付誤差に起因する修正データに基づいて、修正指示情報算出手段５０８が目標座標を修正するように構成しても良い。
【００２８】
続いて、オートガイドＣＣＤ１１にて撮像された天体の情報が撮像情報入力手段５０４からコントローラー５に入力される（ステップＳ４４）。この撮像された天体の情報は、図２に示す通り、対物レンズ１０１から入射してビームスプリッタ１０２で分岐された赤外線が、オートガイドＣＣＤ１１で電子化されものである。
【００２９】
続いて、修正指示情報算出手段５０８は、オートガイドＣＣＤ１１により撮像された天体情報と星表情報保持手段５０５に保持される目標天体近辺の星表情報とを比較して、ズレの有無を判断する（ステップＳ４５）。両者を比較する方法としては、例えば、天体望遠鏡の視野内の中心に目標天体が来るときの星の配列を星表情報から仮想的に特定し、当該特定された仮想的な星の配列と撮像された天体情報の星の配列とを比較する方法等とする。
両者にズレがあると判断された場合、修正指示情報算出手段５０８は、そのズレの分（誤差分）だけ天体望遠鏡の向きを目標天体の方向に向かわせるように指示情報の修正値を算出する（ステップＳ４６）。そして、コントローラー５は、指示情報出力手段からパルスジェネレータ３４、４４に対して修正された指示情報を出力する（ステップＳ４７）。これにより、モータードライバ３３、４３、モーター３２、４２、駆動力伝達機構３１、４１を介して赤経軸３、赤緯軸４が自動調整される。
【００３０】
コントローラー５は、撮像天体情報と星表情報とにズレが無くなったと判断されるまでは上述の動作を繰り返す（ステップＳ４４らステップＳ４７）。そして、撮像された天体情報と星表情報とにズレが無くなったと判断されたところで、目標天体の導入が終了する。
以上で天体の自動導入が完了する。
【００３１】
続いて目標天体の撮像・追尾が開始される。すなわち、対物レンズ１０１から入射する可視光は、ビームスプリッタ１０２を透過し、冷却ＣＣＤ１０３で所定時間露光されて撮像される。他方、この間、天体の自動追尾が行われる。具体的には、コントローラー５の指示情報出力手段５０３は、パルスジェネレータ３４に対して、赤経軸３の回転速度が天体の日周速度と同じとなるように追尾指示情報を出力する。これにより、モータードライバ３３、赤経モーター３２及び駆動力伝達機構３１を介して赤経軸が駆動され、自動追尾が開始される。
【００３２】
図５は、本発明の第１実施形態の天体望遠鏡の撮像・追尾開始後の動作フローチャート図である。撮像・追尾が開始されると、オートガイドＣＣＤ１１で撮像された天体の情報が、撮像天体情報入力手段からコントローラー５に入力される。この撮像天体情報は、対物レンズ１０１から入射した赤外線がビームスプリッタ１０２で分岐してオートガイドＣＣＤ１１で撮像されるものである。
【００３３】
ガイド星選定保持手段５０６は、この撮像された天体情報からガイド星を選定する。また、ガイド星重心算出手段５０７が当該選定されたガイド星の重心の位置を算出し、ガイド星特定保持手段５０６がその重心位置を保持する（ステップＳ５１）。なお、ガイド星の重心位置は、オートガイドＣＣＤ１１上の画素（ピクセル）の位置（Ｘｃ，Ｙｃ）により特定されるものとしてここでは説明を行うが、必ずしもこれに限られない。なお、このガイド星の選定やその重心位置の算出・保持は、自動追尾が開始される前に行うように構成しても良い。
【００３４】
目標天体の撮像中、撮像天体情報が撮像天体情報入力手段５０４からコントローラー５に入力される。ガイド星重心算出手段５０７は、当該撮像された天体情報内のガイド星の重心の位置を算出する（ステップＳ５２）。
【００３５】
修正指示情報算出手段５０８は、ガイド星選定保持手段５０７に保持されているガイド星情報の重心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）と撮像された天体のガイド星の重心位置（Ｘｃ’，Ｙｃ’）にずれがあるか否かを判断する（ステップＳ５３）。
【００３６】
ガイド星の重心位置にズレがあると判断された場合、修正指示情報算出手段５０８は、ガイド星の重心位置の誤差分を求め、その誤差分だけ、赤経軸の回転速度を修正するように追尾指示情報を修正する（ステップＳ５４）。コントローラー５は、指示情報出力手段５０３から、パルスジェネレータ３４に対して、修正された追尾指示情報を出力する（ステップＳ５５）。この追尾指示情報に基づいて、パルスジェネレータ３４は、修正された発信パルスをモータードライバ３３に送信し、これによりモータードライバ３３は、当該修正された発信パルスに従って赤経モーター３２を駆動し、駆動力伝達機構３１を介して赤経軸３が駆動される。
【００３７】
他方、ズレが生じていないと判断されたときは（ステップＳ５３）、追尾指示情報を修正しない。
コントローラー５は、撮像・追尾を終了するか否かを判断し、撮像・追尾が終了するまでは上述の動作を繰り返す（ステップＳ５２からステップＳ５６）。
【００３８】
〔変形例〕
前述の自動追尾では、赤経軸のみを駆動させる例について説明を行った。このように、通常の赤道儀を用いた自動追尾では、赤経軸のみを駆動させ、赤緯軸は駆動させないものも一般的に用いられている。これは、赤経軸３（極軸）が地球の地軸にしっかりと平行に設置されていれば、赤経軸３（極軸）のみを天体の日周運動に合わせて駆動させれば正確に追尾できるという考えに基づくものである。
【００３９】
しかし、実際の撮像では、赤緯方向にズレが生じることがある。そこで、本発明の天体望遠鏡では、自動追尾の際に、赤経軸のみではなく、赤緯軸も駆動させるように構成しても良い。
【００４０】
図５を例に説明すると、目標天体の撮像中、ガイド星重心算出手段５０７が撮像天体情報からガイド星の重心位置（Ｘｃ’，Ｙｃ’）を算出し（ステップＳ５２）、修正指示情報算出手段５０８がガイド星選定保持手段５０７に保持されているガイド星情報の重心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）と撮像された天体のガイド星の重心位置（Ｘｃ’，Ｙｃ’）にずれがあるか否かを判断する（ステップＳ５３）。
【００４１】
そして、ガイド星の重心位置にズレがあると判断された場合、修正指示情報算出手段５０８は、ガイド星の重心位置の誤差分を求めて、その誤差分だけ、赤経軸の回転速度の修正に加えて、赤緯軸も回転させるように追尾指示情報を修正する（ステップＳ５４）。コントローラー５は、指示情報出力手段５０３から、パルスジェネレータ３４に加えてパルスジェネレータ４４に対しても、修正された追尾指示情報を出力する（ステップＳ５５）。この追尾指示情報に基づいて、パルスジェネレータ３４、４４は、発信パルスをモータードライバ３３、４３に送信し、これによりモータードライバ３３、４３が当該発信パルスに従って赤経モーター３２、赤緯モーター４２を駆動し、当該駆動力が駆動力伝達機構３１、４２を介して赤経軸３、経緯軸４に伝達される。
【００４２】
このような自動追尾が、撮像・追尾が終了するまでは繰り返される（ステップＳ５２からステップＳ５６）。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は以上のごとく構成されるが、その要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上述した各ステップは、適宜順番を変えることができる。また、本発明は経緯台にも適用できる。この場合、天体望遠鏡を向ける方向によって得られる画像の東西南北が変化するため回転を考慮した計算を行う必要がある。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・望遠鏡鏡筒、２・・・赤道儀、３・・・赤経軸、４・・・赤緯軸、５・・・コントローラー、６・・・主望遠鏡鏡筒、７・・・副望遠鏡鏡筒、８・・・コントローラー、１１・・・オートガイドＣＣＤ、３１・４１・・・駆動力伝達機構、３２・・・赤経モーター、４２・・・赤緯モーター、３３・４３・・・モータードライバ、３４・４４・・・パルスジェネレータ、１０１・・・対物レンズ、１０２・・・ビームスプリッタ、１０３・・・冷却ＣＣＤ、５０１・・・赤経軸情報入力手段、５０２・・・赤緯軸情報入力手段、５０３・・・指示情報出力手段、５０４・・・撮像天体情報入力手段、５０５・・・星表情報保持手段、５０６・・・ガイド星選定保持手段、５０７・・・ガイド星重心算出手段、５０８・・・修正指示情報算出手段、５０９・・・外部通信手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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