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公開番号2024156226
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-05
出願番号2023070523
出願日2023-04-23
発明の名称天体追尾システム及び天体追尾制御プログラム
出願人個人
代理人
主分類H04N 23/695 20230101AFI20241028BHJP(電気通信技術)
要約【課題】撮影視野が回転しない、低コストで使いやすい天体追尾システムを提供する。
【解決手段】天体追尾システムは、撮像装置であるスマートフォン1を設置し、撮像装置の光軸を水平方向に回転する水平回転軸21と、撮像装置の光軸を垂直方向に回転する第2の垂直回転軸22と、撮像装置の光軸を回転軸とする光軸周りの回転軸23とを有する電子ジンバル2と、電子ジンバルに水平回転軸の回転と、垂直回転軸の回転と、光軸周りの回転軸の回転と、を制御して撮像装置の光軸が天体の日周運動を追尾するように回転させる回転制御部25と、を有する。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
撮像装置を設置し、前記撮像装置の光軸を水平方向に回転する第１の回転機構と、前記撮像装置の光軸を垂直方向に回転する第２の回転機構と、前記撮像装置の光軸を回転軸とする第３の回転機構とを有する架台と、
前記架台の第１の回転機構の回転と、前記第２の回転機構の回転と、前記第３の回転機構の回転とを制御して前記撮像装置の光軸が天体の日周運動を追尾するように回転させる制御端末とで構成される天体追尾システム。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の制御端末は、
地球の自転の角速度を前記撮像装置が位置している緯度に基づいて自転水平成分ω
ｈ
と自転垂直成分ω
ｖ
とに分割する水平垂直成分分割ステップと、
前記自転水平成分を、前記撮像装置の光学系の光軸が向いている方位方向の成分ω
ｈｚ
と、水平面上で前記光軸が向いている方位と直行する方向の成分ω
ａｌ
とに分割する方位成分分割ステップと、
前記撮影撮像の光軸が向いている方位方向の成分ω
ｈｚ
を、前記撮像装置の光軸が向いている仰角の余弦で除算して前記撮像装置の光軸周りの角速度である光軸角速度ω
ｒｏｌｌ
を算出する光軸角速度算出ステップと、
前記方位成分分割ステップで求められた、光軸が向いている方位と直行する方向成分ω
ａｌ
を高度角速度として算出する高度角速度算出ステップと、
前記自転垂直方向成分ω
ｈ
から、光軸周りの角速度角速度ω
ｒｏｌｌ
に前記撮像装置の仰角の正弦を乗算して求められる角速度ω
ｖｚ
を減算して方位角角速度ω
ａｚ
を算出する方位角角速度算出ステップと、を有し、
前記方位角角速度ω
ａｚ
に基づいて、前記第１の回転機構を制御し、
前記高度角速度ω
ａｌ
に基づいて、前記第２の回転機構を制御し、
前記光軸角速度ω
ｒｏｌｌ
に基づいて、前記第３の回転機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の天体追尾システム。
【請求項３】
請求項１に記載の制御端末は、
地球の自転の角速度を前記撮像装置が位置している緯度に基づいて自転水平成分ω
ｈ
と自転垂直成分ω
ｖ
とに分割する水平垂直成分分割ステップと、
前記自転水平成分を、前記撮像装置の光学系の光軸が向いている方位方向の成分ω
ｈｚ
と、水平面上で前記光軸が向いている方位と直行する方向の成分ω
ａｌ
とに分割する方位成分分割ステップと、
前記撮影撮像の光軸が向いている方位方向の成分ω
ｈｚ
を、前記撮像装置の光軸が向いている仰角の余弦で除算して前記撮像装置の光軸周りの角速度である光軸角速度ω
ｒｏｌｌ
を算出する光軸角速度算出ステップと、
前記光軸角速度ω
ｒｏｌｌ
に基づいて、前記第３の回転機構を制御し、
前記撮像装置の光軸がある時点において向いている赤経及び赤緯から時間経過と共に、前記赤経及び赤緯に対応する方位及び高度を算出し、
前記撮像装置の光軸が、前記方位及び高度を向くように、第１の回転機構および第２の回転機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の天体追尾システム。
【請求項４】
前記制御端末は、自身が位置する地点の緯度を取得する緯度取得部と、
前記撮像装置の光軸が向いている方向の方位角を取得する方位取得部と、
前記撮像装置の光軸の仰角を取得する仰角取得部と、をさらに有し、
前記緯度取得部で取得した緯度と、前記方位取得部で取得した方位角と、前記姿勢検出部で取得した仰角（高度）とに基づいて、前記架台の第１の回転機構と、第２の回転機構と、第３の回転機構と、を制御することを特徴とする請求項１に記載の天体追尾システム。
【請求項５】
請求項１記載の制御端末は、被写体像を撮影して画像データを生成する撮像部をさらに有し、前記架台に設置することを特徴とする請求項１に記載の天体追尾システム。
【請求項６】
撮像装置を設置し、前記撮像装置の光軸を水平方向に回転する第１の回転機構と、前記撮像装置の光軸を垂直方向に回転する第２の回転機構と、前記撮像装置の光軸を回転軸とする第３の回転機構とを有する架台の前記各回転機構を制御するプログラムであって、
前記架台に設置された前記撮像装置の光軸が天体を追尾するように制御するための天体追尾パラメータ算出ステップと、
前記天体追尾パラメータ算出ステップで算出された結果に基づいて、記架台の第１の回転機構の回転を制御する方位角追尾ステップと、
前記天体追尾パラメータ算出ステップで算出された結果に基づいて、前記架台の第２の回転機構の回転を制御する高度追尾ステップと、
前記天体追尾パラメータ算出ステップで算出された結果に基づいて、前記架台の第３の回転機構の回転を制御する視野回転追尾ステップと、を有する天体追尾制御プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、天体の日周運動に追尾しながら撮影する技術に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラの高感度特性の高性能化により手軽に天体の写真を撮影出来るようになった。天体写真には、天体と風景を同じ画角内に収める星景写真や、星座などを主な被写体とする星空写真などがある。
【０００３】
天体を撮影する場合、撮影感度を上げたり、露光時間を長くしたりして明るく撮影を行うが、撮影感度を上げるとノイズが増加して画質が低下し、露光時間を長くすると天体の日周運動の影響で天体の像が流れて、天体を点で捉えられなくなる。
【０００４】
一般的に天体を点として撮影するのに適したシャッター速度は、５００ルールと呼ばれる目安があり、５００を撮影光学系の焦点距離（３５ｍｍ換算焦点距離）で除算した秒数以内にする必要があると言われている。しかしながら、前述のシャッター速度では天体によっては十分な明るさが確保できない場合が多い。
このため、低ノイズで明るく天体を撮影するためには、天体追尾撮影という撮影手法が用いられる。
【０００５】
天体追尾撮影とは、カメラの撮影視野（または撮影光学系の光軸）を天体の日周運動に追従させて撮影する方法で、一般的には赤道儀を用いる。この他、簡易的に経緯台を用いる方法もある。
【０００６】
赤道儀とは、図４Ａに示したように、地軸に対して平行に回転軸を設置し、地球の自転（以降、自転と略す場合がある）による回転を打ち消すように、回転させる。赤道儀に設置されたカメラの光軸は、所定の赤経及び赤緯を追従し続けることになり、結果として天体に追尾して撮影できる。しかしながら、赤道儀は回転軸を地軸に平行に設置する難易度の高い調整が必要であり、また、高価であることが難点である。
【０００７】
一方経緯台は、方位方向の回転軸と、高度方向の回転軸の２軸で天体を追尾する方法である。ある地点で、ある時間に見える天体の方位及び高度は、天体の赤経及び赤緯から求めることができる。例えば、非特許文献１に示したような方法がある。従って、特定の赤経及び赤緯が見える方位及び高度を、時間ごとに求め経緯台の方位及び高度を追従させることで天体に追尾した撮影が行える。
【０００８】
しかしながら、経緯台は天体を追従するに従い撮影視野が回転してしまう問題がある。従って、長時間天体を追尾しながら撮影すると、撮影視野の周辺部が視野の回転の影響を受けて、天体を点で撮影できなくなる問題がある。また、従来の天体が見える方向を算出する方法では、撮影視野の回転量まで求めることが出来ず、別途複雑な演算により求める必要がある。
【０００９】
以上の様な問題から、本願出願人は、特許文献１において、カメラの手ぶれ補正機能を用いて撮影視野を天体の日周運動に追尾させつつ撮影視野の回転も合わせてする方法を提案している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
天体の位置計算（長沢工著：ＩＳＢＮ９７８－４－８０５２－０２２５－８）
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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