(57)【要約】  【課題】本発明は、天体を長時間露光で撮影する際に赤道儀を用いれば天体の日周運動に合わせて星の動きを追尾できるので光跡にならないように撮影することができるが、赤道儀はかなり大型で持ち運びに不便であり、セッティングにも手間と時間がかかるため、カメラ本体のみで手軽に撮影できるものとする。  【解決手段】本撮影前の予備撮影として長時間撮影を行い、得られた撮影画像の光跡から被写体の回転中心および運動様相を算出し、本撮影時には前記算出された算出値を用いて撮影中に被写体の動きを打ち消すように手ぶれ補正を駆動させるようにした。【選択図】図１
2012089960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本撮影前の予備撮影として長時間撮影を行い、得られた撮影画像の光跡から被写体の回転中心(403)および運動様相を算出し、本撮影時に前記算出された算出値を用いて撮影中に被写体の動きを打ち消すように手ぶれ防止機構(105,106)を駆動させることを特徴とする手ぶれ防止機構を備えたカメラ。
【請求項２】
前記予備撮影を2回行い、１回目の撮影時間より2回目の撮影時間を短くしたことを特徴とする請求項１の手ぶれ防止機構を備えたカメラ。
【請求項３】
手ぶれ防止機構は撮影画面の面内を直交する2軸方向に直線移動するものと、ほぼ画面中心を中心とする回転方向に移動するものを備えたものであることを特徴とする請求項１または２の手ぶれ防止機構を備えたカメラ。
【請求項４】
本撮影時間手ぶれ防止機構は撮影画面の面内を直交する2軸方向に直線移動するものと、ほぼ画面中心を中心とする回転方向に移動するものを備えたものであることを特徴とする請求項１または２の手ぶれ防止機構を備えたカメラ。
【請求項５】
本撮影時間手ぶれ防止機構は撮影画面の面内を直交する2軸方向に直線移動するものを備え、本撮影時の撮影時間を所定量以下としたことを特徴とする請求項第１または２の手ぶれ防止機構を備えたカメラ。
【請求項６】
本撮影時間手ぶれ防止機構は撮影画面の面内を直交する2軸方向に直線移動するものを備え、本撮影時の撮影倍率を所定量以下としたことを特徴とする請求項１または２の手ぶれ防止機構を備えたカメラ。
【請求項７】
本撮影時間手ぶれ防止機構は撮影画面の面内を直交する2軸方向に直線移動するものを備え、本撮影時の被写体の大きさが所定量以下の場合は撮影レンズの焦点距離を大きくすることを特徴とする請求項１または２の手ぶれ防止機構を備えたカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は長時間露光時の手ぶれ補正機能の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラには撮影時に撮影者の手ブレを軽減させる目的で手ぶれ補正機構を有するものが増えている。カメラは、レリーズスイッチを押すとシャッタが開き、撮像素子やフィルムが露光されて必要な光量を得るとシャッタが閉じる。手ぶれとはシャッタが開いてから閉じるまでの間、カメラが動くことにより生じるものである。シャッタスピードが遅くなればなる程、シャッタの開いている時間が長いため手ぶれは顕著になってくる。これを軽減させるために、ジャイロ等のセンサを用いてカメラの動きを検地して露光中その動きを打ち消すように被写体像を動かしてあたかも被写体像が動いていないかのようにする。この役目を果たすものが手ぶれ補正機構である。
【０００３】
デジタルカメラにおける手ぶれ補正機構には光学式（レンズシフト方式）とセンサシフト方式がある。光学式にはレンズシフト方式やバリアングル方式といったものが存在するがレンズシフト方式が採用されているものが多い。レンズシフト方式は、撮影レンズの一部を撮影レンズ光軸に直交する面（撮像面と平行な面）内でレンズを上下左右方向に移動（光軸を偏心させる）することによって撮像素子上に形成される被写体像の位置を移動させることができる。また、バリアングル方式は、撮影レンズ光学系内に頂角を可変することのできるプリズムを備えており、頂角を動かすことでレンズシフト系と同様に撮像素子上に形成される被写体像を移動させるものである。センサシフト方式では、センサを撮影レンズ光軸と垂直な面内で上下左右方向に移動させることで被写体像を捉える位置を移動させる。センサ上での被写体像の移動量はカメラの上下左右の移動量をジャイロ等で検出して撮影レンズの焦点距離から算出する。
【０００４】
これらの機能は撮影レンズ光軸に対して垂直な面内の上下左右の像ブレを補正することを目的としたもので、さらに、撮影レンズ光軸に対して垂直な面内に中心を持つ回転方向のブレに対して撮像素子を撮影レンズ光軸を中心として回転させる機構をもつようにしたものもある。
【０００５】
次に、天体の撮影についてであるが、天体を撮影する際は星の光量が微量であることから30秒や1分といった長時間の露光を行うことが多い。天体は地球の自転に合わせて日周運動をしているため、長時間露光すると星は点像にならず光跡となってしまう。これを防止するために赤道儀と呼ばれるものを用いて撮影することがある。
【０００６】
赤道儀は日周運動で動く天体の動きに合わせて追尾できるようにしたもので、この上に天体望遠鏡やカメラを設置して使用する。赤道儀には地球の回転に合わせて動く(天の東西に沿って動く)赤経軸とそれに直交する軸で動く(天の南北に沿って動く)赤緯軸の2軸の回転軸を持っている。これらの軸は赤道儀に備えるスコープを用いて天の北極（≒北極星）の方向と角度を使って合わせ、その後に赤経軸と赤緯軸を回転させて見たい星の方向に向ける。天体の日周運動を追う場合は赤経軸のみ回転させればよい。赤経軸を自動で回転するためにモータを備え、24時間で約1周回転するようにして天体を自動追尾するというものもある。
【０００７】
また、特許文献１に提案されているものによれば、被写体の明るさからトータルの露光時間を決定し、その露光時間をN回分割露光を行い、画像を平行移動して重ね合わせて１枚の画像とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2003-259184公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
天体を長時間露光で撮影する際に赤道儀を用いれば天体の日周運動に合わせて星の動きを追尾できるので光跡にならず点像の撮影が可能となる。
【００１０】
しかし、赤道儀はかなり大型のもので、自動追尾機能のあるものはさらに大型であるため常に持ち歩くには不便である。また、セッティングにも手間と時間がかかり正しくできていないと正確に追尾することができないため取扱が非常に難しい。
【００１１】
また、画像を重ね合わせる場合においても撮影画像の一部しか利用できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
手ぶれ補正機構を備えたカメラにおいて、本撮影前の予備撮影として長時間撮影を行い、得られた撮影画像の光跡から被写体の回転中心および運動様相を算出し、本撮影時に前記算出された算出値を用いて撮影中に被写体の動きを打ち消すように手ぶれ補正を駆動させるというものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、赤道儀のような特殊な機材を使用することなくカメラ本体のみで簡単に天体撮影を行うことができる。またセッティングについても専門的な知識が必要ないため手軽に撮影を楽しむことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第1の実施例を示す図
【図２】手ぶれ防止機構を示す図
【図３】撮影された天体の画像を示す図
【図４】天体の運動様相を示す図
【図５】予備撮影の状態を示す図
【図６】天体の運動と補正時の状態を示す図
【図７】本発明の第2の実施例を示す図
【図８】シフトブレのみ補正の場合を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の第１の実施形態を示した図である。101はカメラの動作を制御するための中央演算処理装置であるMPU、102は被写体の画像を結像させるための撮影レンズ群、103は撮影レンズ群で結像させた像を光電変換する撮像装置、104はカメラのブレ量を検出するためのブレ検出装置、105はブレ検出装置で検出されたカメラのブレ量に基づいて撮像面内の上下左右方向のブレ量を補正するためのシフトブレ補正装置、106は回転方向のブレ量を補正するための回転ブレ補正装置、107は撮像された画像等を一時的に保管するための内部メモリ、108は内部メモリ107に一時保管された画像データを最終保管するための取り外し可能なメモリである。
【００１７】
まず、手ぶれ補正機構は図2に示すようになっている。撮像装置103は回転補正ステージ206の上に搭載されており、回転補正ステージ206はセンサステージ201aに回転可能に保持されている。センサステージ201a上に設けられたモータ202がギア203を介して回転補正ステージ206を回転させる。このような回転ブレ補正装置106で撮像装置103の撮像画面中心を回転中心とする回転方向補正を行うことができる。センサステージ201は不図示のカメラ本体に左右方向に移動可能に保持されているXステージ201bとXステージ201bに上下方向に移動可能に保持されているYステージ201aからなる。Yステージ201aを上下方向（y軸方向）に移動させるアクチュエータ204と左右方向（x軸方向）に移動させるアクチュエータ205によってセンサステージ201を上下左右方向に移動させることができる。これらのセンサステージ201、アクチュエータ204,205を合わせてシフトブレ補正装置とする。
【００１８】
カメラ本体100にはカメラのブレ量を検出するためのブレ検出装置104が搭載されている。ブレ検出装置104はジャイロ（角速度センサ）や重力センサ（加速度センサ）といったもので、カメラ本体100がどのように動いているかを検出するものである。ブレ検出装置104で検出されたカメラ本体100の動きをMPU101で解析し、カメラ本体101が動いているのとは反対方向にシフトブレ補正装置105と回転ブレ補正装置106を動作させる。これによりカメラ本体は動いているが撮像装置103は被写体に対して相対的に動かないことになり、撮像装置103上にはブレのない画像を捉えることができるようになる。
【００１９】
次に天体撮影について述べていく。天体を撮影する場合、光量が少ないため基本的にシャッタを長時間開放させたバルブ撮影を行うことが多い。地球から見る星は点光源なので図3(a)に示すようなものである。しかしカメラを三脚などに固定して長時間露光すると図3(b)のようになる。これは地球の自転によって地球に固定されているカメラと星との相対位置が移動したことによるものである。これを星の「日周運動」と言い、通常の三脚では避けることができない。明るい星を極短時間で撮影する場合はほぼ動きを無視できるが暗い星を撮影しようとすると長時間露光が必要となるため図3(b)のように光跡になってしまうかもしくは光量不足で光跡すら撮影できないということになる。
【００２０】
これを補うために日周運動で動く天体の動きに合わせて星を追尾できるようにした赤道儀と呼ばれる天体専用の架台を用いる。赤道儀には回転軸が2軸備えていて、これらは地球の回転に合わせて動く(天の東西に沿って動く)赤経軸と、それに直交する軸(天の南北に沿って動く)赤緯軸に合わせる必要がある。この2軸の方向は天体を観測する場所（緯経度）と観測方向によって変わるため観測場所で2軸を正確に合わせなければ星の動きに追従することができない。2軸を正確に赤緯軸と赤経軸に合わせると、あとは2軸の回転のみを使って見たい方向に向ける。星を追従するには赤経軸のみを回転すればよく赤緯軸は固定する。赤経軸の回転をモータで行うようにすれば自動追尾することができるため長時間露光の撮影にも利用することができる。しかし、赤道儀は大掛かりな架台で自動追尾できるものはさらに大掛かりになるため簡単に撮影の際に持ち歩くことはできない。また軸の設定も簡単にできるものではないため、手軽に天体撮影を楽しむためにはカメラ自体にこれらの機能を持たせるようにしたい。
【００２１】
そこで、前記の手ぶれ補正機構を用いて日周運動を算出し、自動的に追尾するものを提案する。
【００２２】
まず、カメラを三脚などを用いて固定する。本撮影を行う前に自動追尾するための日周運動の運動様相を検出する。
【００２３】
日周運動は星の回転中心の場所を特定することにより追従することができる。この回転中心を算出するために長時間露光した画像を解析して行う。カメラを固定して長時間露光すると前述の図3(b)のように星の光跡402が記録される。この撮影データは内部メモリ107に一時保管しMPU101によって解析を行う。図4に示すように光跡402を延長すると円になるため、この中心位置を回転中心403とすればよい。記録された画像の中にいくつかの光跡がある場合はこれらの中心を算出して平均を取るなどすればより正確に回転中心403を求めることができる。
【００２４】
光跡402は長い方が回転中心を求める際に誤差が少なくできるが、長くしようとするとそれだけ露光時間が長くかかる。したがって、回転中心403を求めるのに十分な長さの光跡402が記録できるようにレンズの焦点距離によって露光時間を変える等した方がよい。
長時間露光を1回しか行わないと回転中心403は算出できるが、星がどちらの方向に回転しているのか分らない。そこで、長時間露光の後、少し時間をおいてさらにもう一度撮影を行う。2回目の撮影は1回目の撮影のような長時間行う必要はなく、星が記録できる程度の短時間の露光で十分である。1回目の長時間露光と2回目の短時間露光の画像を重ね合わせた状態を図5に示す。本図において長時間露光時の光跡402の右側に2回目の撮影の光跡404が出ていることが分る。これによって回転方向は時計回りであることが判別できる。
【００２５】
このように2回撮影を行うことによって回転方向の判別をすることが可能であるが、回転方向は撮影する緯度と撮影方向によって決まっている。したがってカメラにGPS（Global Positioning System）や方位磁針といった緯度と方位を計測する手段を持つ、もしくは撮影者が入力することによって決定することもできる。
【００２６】
次に、算出された回転中心403と回転方向から手ぶれ補正機構を動作させるための補正量を算出する訳であるが、まず図6に示すように算出された星の回転中心403を(0,0)と定義して、これに対して撮影画面401の中心を(x0、y0)とする。ある星の点(x1、y1)が回転中心403を中心として回転移動し、一定時間（角度）経った後の位置を(x2、y2)とする。この時の回転した角度をθとする。
【００２７】
星の回転中心403を中心とした回転を行うことができるといいが、カメラ本体100に備えた回転ブレ補正装置106は画面中心(x0、y0)を中心とした回転しかできない。したがって、まず、回転ブレ補正装置106の回転で(x1、y1)から(x2、y2)に移動した時のベクトルを合わせることのみを行うことを考える。この場合、回転ブレ補正装置106では回転量はθだけ移動すればよいことになる。回転ブレ補正装置106でθ回転移動した位置を(x3、y3)とすると、(x3、y3)は次のような関係式で表すことができる。
【００２８】
x3= x0+(x1- x0)cosθ+ (y1- y0)sinθ
y3= y0+(y1- y0)cosθ- (x1- x0)sinθ
また、(x1、y1)→(x2、y2)の移動は次のように表すことができる。
【００２９】
x2= x1cosθ+ y1sinθ
y2= y1cosθ- x1sinθ
(x3、y3)からシフトブレ補正装置105を用いて上下左右方向に移動させて(x2、y2)に移動させると考え、その移動量をX,Yとすると、
X= x2- x3= x0cosθ+ y0sinθ- x0
Y= y2- y3= y0cosθ- x0sinθ- y0
したがって、回転ブレ補正装置106で-θ回転させると共にシフトブレ補正装置105で（-X、-Y）だけ平行移動させれば移動後の位置、ベクトル共に合わせることができる。
θは時間によって決まる量、すなわち24時間（正確には23時間56分4.09秒）で360°回転するものであるため、例えば、0.1秒のステップで補正動作させることと考えると、4.17×10-4°の回転移動とそれに対するシフト移動（X,Y）を行えばよい。天体の移動は等速の移動であるため回転移動量もシフト移動量も常に同じ間隔で同じ量だけ行えばよい。
このようにして補正を行いながら撮影された画像は内部メモリ107に一時保管されデータ変換の後、メモリ108に転送・保管される。
【００３０】
本実施例において、シフトブレ補正装置105および回転ブレ補正装置106は撮像装置103に取り付けられたものとして説明したが、シフトブレ補正装置105は撮影レンズ群102に設けたものでもよい。
また、撮影レンズ群102は取り外し可能なものであってもよい。
【実施例２】
【００３１】
図７は本発明の第２の実施形態を示した図である。第１の実施例と同じ符号のものは同じ機能を果たすものとする。
第１の実施例と異なる部分は回転ブレ補正装置を備えていないことにある。光学機器に備えている手ぶれ補正機構はシフトブレ補正装置105のみ搭載しているものがほとんどである。
【００３２】
回転ブレ補正装置を持たない場合、前述のように回転によるベクトル移動を合わせることができないため、シフトブレ補正装置105で補正を行っても誤差が生じることになる。ベクトルが合わないことから、例えば、月のように近距離の天体を拡大撮影する場合は月の地表面の模様が写るため、それについては補正が利かず回転ブレを伴って撮影される。しかし遠距離の天体の撮影など、拡大率が低い場合はほぼ点に写ることになるため問題とはならない。
【００３３】
また、長時間撮影を行った場合、図８に示すように位置誤差を生じることになる。まず、402aの動作に着目すると、露光開始時は402asの位置にある。これが日周運動を行うと402aeの位置に動くことになる。この402aに合わせてシフト移動のみ行うと402bの天体の移動の軌跡に対して402bsの位置から402beの位置に移動させることになり軌跡の終点がずれてしまっていることが分る。これを補うためには撮影時間を短くして移動量を極力少なくすることしか方策はない。
【００３４】
そこで、シフトブレ補正装置105しか持たない機器の場合は長時間撮影の撮影時間を所定量より短くするように設定する。また撮影する天体の大きさが小さい場合には回転ブレが目立たないため拡大率を上げることで天体の軌道がほぼ直線近似できるため誤差を少なくできる。天体が大きい場合は回転ブレを目立たないようにするために撮影レンズ群102の焦点距離を所定値以下にする、もしくは撮影される天体の像倍率を算出して所定値以下になるように焦点距離を変更する。これにより回転による誤差を小さくすることができるため問題なく画像を記録することができる。
【００３５】
その上で、前述の通り、
x2= x1cosθ+ y1sinθ
y2= y1cosθ- x1sinθ
だけ移動すればよい。
【００３６】
ここで、回転移動を伴わないことから(x1、y1)は画面上のどの点でもいいため(x0、y0)を代表値としてシフト移動量（X,Y）を考えると、
X= x0cosθ+ y0sinθ
Y= y0cosθ- x0sinθ
を行えばよい。前述のごとくθは時間で決まる量であるため補正ステップを決めれば補正量を算出することができる。
【符号の説明】
【００３７】
100  カメラ本体
101  MPU
102  撮影レンズ群
103  撮像装置
104  ブレ検出装置
105  シフトブレ補正装置
106  回転ブレ補正装置
107  内部メモリ
108  取り外し可能なメモリ
201  センサステージ
202  モータ
203  ギア
204,205  アクチュエータ
206  回転補正ステージ
401  撮影領域
402,404  光跡
403  回転中心
【図１】
2012089960.tif 000003
【図２】
2012089960.tif 000004
【図３】
2012089960.tif 000005
【図４】
2012089960.tif 000006
【図５】
2012089960.tif 000007
【図６】
2012089960.tif 000008
【図７】
2012089960.tif 000009
【図８】
2012089960.tif 000010