JP6455139B2 - 撮影システム - Google Patents

Description

本発明は、露光中、被写体の撮像面上の結像位置を制御することが可能な撮影システムに関する。

例えば、天体撮影において、撮影地点の緯度と、天体に向けた撮影光学系の焦点距離、撮影方位及び撮影仰角がわかればその天体像の移動軌跡が分かるので、ＧＰＳと方位センサ、姿勢センサを利用して算出した移動軌跡に応じて、撮像装置に内蔵された手ぶれ補正ユニットを駆動し、天体を追尾しながら長時間撮影を行えることは知られている（特許文献１）。また、いわゆるライブビュー撮影動作時に、ライブビュー画像を確認しながら撮影装置に内蔵された手ぶれ補正ユニットを駆動し、撮像素子が撮像する範囲の縦、横方向の傾きを調整できることも知られている（特許文献２）。

特開２０１０−１２２６７２号公報 特開２０１０−１７１９４１号公報

従来の天体撮影は、三脚及び雲台を動かして粗く構図を決め、その後ファインダー像または画像モニタのライブビュー画像を見ながら三脚または雲台を細かく動かして構図調整（微調整）している。しかし、撮影レンズが望遠になるほど三脚または雲台を細かく動かさなければならなくなるので調整操作が難しくなり、さらに撮影画面上の星像の移動が速くなるので構図の調整操作がさらに難しくなる。そのため構図決定に時間がかかると構図が変わってしまい、再度三脚または雲台を細かく動かして構図を決定しなければならない問題があった。かかる場合、特許文献２に記載された構図調整方法で構図を調整する手段が有用になるが、天体追尾撮影をする場合は構図調整でも追尾撮影でも手ぶれ補正ユニットを動かすため、構図調整で動かした方向へは天体を追尾する際に使用できる可動範囲が狭くなり、追尾可能な時間が短くなってしまう問題があった。

本発明は、撮影装置に内蔵された移動部材に最適な可動量を設定する撮影システムを提供することを目的とする。

すなわち本発明は、撮影光学系により撮像面上に形成された被写体像を撮像する撮像素子と、上記撮影光学系の少なくとも一部をなす光学要素と上記撮像素子の少なくとも一方を移動部材とし、この移動部材をその有限可動範囲において上記撮影光学系の光軸と異なる方向に駆動して上記撮像素子の撮像面と被写体像とを相対移動させる移動手段を備え、上記有限可動範囲を、複数の目的のいずれかに対して利用する際、目的毎の可動範囲を、少なくとも露出時間を含む撮影条件に応じて設定すること、を特徴とする。

上記複数の利用目的には、上記撮像素子が撮像する被写体範囲を変更する為の利用や、撮影光学系と被写体の相対移動をキャンセルする為の利用を含むことができる。

別の観点からなる本発明は、撮影光学系により撮像面上に形成された被写体像を撮像する撮像素子と、上記撮影光学系の少なくとも一部をなす光学要素と上記撮像素子の少なくとも一方を移動部材とし、この移動部材をその有限可動範囲において上記撮影光学系の光軸と異なる方向に駆動して上記撮像素子の撮像面と被写体像とを相対移動させる移動手段と、上記撮影光学系に対して相対移動する被写体の、上記撮像面上における移動方向及び移動速さを求める演算手段と、上記移動部材の上記有限可動範囲内における所定の位置に基づき、上記移動部材を上記演算手段が求めた上記移動方向及び移動速さで所定の時間内に移動可能な第１可動範囲を設定する第１可動範囲設定手段と、上記移動部材の有限可動範囲から上記第１可動範囲を除いた範囲を第２可動範囲として設定する第２可動範囲設定手段と、上記移動部材を、上記第２可動範囲において上記移動手段により駆動して上記撮像素子が撮像する被写体を変更する被写体変更手段と、を有することを特徴とする。

本発明の撮影システムはさらに、上記移動部材を上記設定された第２可動範囲の初期化位置に上記移動手段により移動させる初期化手段を備え、上記被写体変更手段は、上記初期化手段により上記移動部材を上記初期化位置に移動させた後に、上記移動手段により上記撮像素子が撮像する被写体を変更することができる。

本発明の撮影システムはさらに、上記撮像素子の撮像面上を既知の軌跡で移動する被写体のデータと撮影システムのデータから、上記被写体の像が撮像面上で相対移動しない上記移動部材の追尾移動方向及び追尾移動速さを求める追尾撮影データ演算手段を備え、上記第１可動範囲設定手段は、上記移動部材の上記有限可動範囲内における所定の位置に基づき、上記追尾撮影データ演算手段が求めた上記追尾移動方向及び追尾移動速さで設定露出時間内に移動可能な第１可動範囲を設定することができる。

本発明の撮影システムはさらに、上記追尾撮影データ演算手段が求めた上記追尾移動方向及び追尾移動速さで、上記移動手段により上記移動部材を移動させて追尾撮影動作する追尾撮影手段を有することができる。

上記第２可動範囲設定手段は、上記第２可動範囲を、上記移動手段により上記移動部材を上記所定の位置から移動する追尾移動方向とは逆方向の範囲に設定することが好ましい。

上記第１可動範囲設定手段は、上記移動部材が所定の位置である追尾移動開始位置から上記追尾移動方向及び追尾移動速さで設定露出時間内に移動したときの追尾移動終了位置を、上記移動部材の少なくとも一部が上記有限可動範囲の移動規制部と接触し得る位置に設定し、上記移動部材が上記追尾移動開始位置から上記追尾移動終了位置まで移動可能な範囲を第１可動範囲として設定し、第２可動範囲設定手段は、上記有限可動範囲から第１可動範囲を除いた残りの範囲を第２可動範囲として設定することができる。

上記被写体は天体であって、上記被写体のデータと撮影システムのデータは、天体の赤経と赤緯、撮影光学系の焦点距離、撮影地点の緯度と経度及び撮影時の日時データである。

上記被写体は天体であって、上記被写体のデータと撮影システムのデータは、撮影光学系の焦点距離、撮影仰角、撮影方位、及び撮影地点の緯度データである。

本発明によれば、撮影装置に内蔵された移動部材に最適な可動量を設定する撮影システムが得られる。

本発明による撮影システムに含まれるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 図２（Ａ）は撮像素子の撮像面がその可動範囲の中心に位置している状態を示す図であり、図２（Ｂ）は撮像素子の撮像面がその可動範囲内で撮像面に対して平行移動している状態を示す図であり、図２（Ｃ）は撮像素子の撮像面がその可動範囲内で撮影光軸に対して回転移動している状態を示す図である。 デジタルカメラがその撮影光軸回りに水平から傾いている様子を示す図である。 撮像素子の撮像面がその有限可動範囲の中心に位置している状態を示す図である。 撮像素子の撮像面がその有限可動範囲内で天体自動追尾により移動した状態を示す図である。 撮像素子の撮像面の有限可動範囲と、天体追尾可能な第１可動範囲と、構図の調整が可能な第２可動範囲との関係を示す図である。 本発明による撮影システムの天体追尾及び構図調整モード動作を示すフローチャートである。 本発明による撮影システムの天体追尾及び構図調整モード動作を示すフローチャートである。 シフト量テーブルのテーブルデータを示す図である。

以下、図１ないし図８を参照して、本発明の撮影システムをカメラシステム（デジタルカメラ）１０に適用した実施形態を説明する。

図１に示すように、本発明の撮影システムを適用したカメラシステム１０は、カメラボディ１１と撮影レンズ１０１（撮影光学系１０１Ｌ）を備えている。撮影光学系１０１Ｌは、図示しないが焦点調節レンズ群などの複数のレンズ群を備えている。カメラボディ１１内には、撮影光学系１０１Ｌの後方に撮像素子（イメージセンサ）１３が配設されている。撮影光学系１０１Ｌの光軸ＬＯと撮像素子１３の撮像面（撮像領域）１４とは直交している。撮像素子１３は、移動部材駆動ユニット（移動手段）１５に搭載されている。移動部材駆動ユニット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、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素子１３が保持されている。撮像素子１３（可動ステージ）は、光軸ＬＯ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ＬＯと平行な仮想の軸を回動中心軸として所望の回転速度で回転制御される。このような移動部材駆動ユニット１５は、例えば特開２００７−２５６１６号公報に記載されているカメラの手ぶれ補正装置の防振駆動ユニットとして公知である。撮像素子１３は、移動部材を構成している。

撮影レンズ１０１は、撮影光学系１０１Ｌ内に、可変絞り装置１０３を備えている。この可変絞り装置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。撮影レンズ１０１は、撮影光学系１０１Ｌの焦点距離ｆを検出する焦点距離検出装置１０５を備えている。

カメラボディ１１は、撮像素子１３で撮像した画像を表示する画像モニタ２３と、撮像素子１３で撮像した画像を保存するメモリーカード２５を備えている。またカメラボディ１１は、スイッチ手段として、電源スイッチ２７と、レリーズスイッチ２８と、設定スイッチ２９と、構図調整スイッチ３０を備えている。電源スイッチ２７は、カメラシステム１０の電源のオンオフを切り替えるためのスイッチである。レリーズスイッチ２８は、焦点調節動作、測光動作及び撮影動作を開始させるためのスイッチである。設定スイッチ２９は、天体自追尾撮影モードや通常撮影モードなどの撮影モードを選択して設定するスイッチである。構図調整スイッチ３０は、撮像素子１３を、移動部材駆動ユニット１５を介して光軸ＬＯと直交するＸ（軸）方向及びＹ（軸）方向の平行移動と、光軸ＬＯと平行な回動中心軸周りの回動により構図調整（微調整）するためのスイッチである。

カメラボディ１１は、移動部材駆動ユニット１５を手ブレ補正（ブレ軽減）のために用いる際にカメラシステム１０に加わるブレを検出するための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を備えている。手ぶれ補正動作は、撮影光学系と被写体の相対移動をキャンセルする為の動作であって、撮像面１４上の被写体像が撮像面１４に対して相対移動しないように移動部材駆動ユニット１５を動作させる。

カメラボディ１１は、ＧＰＳユニット３１と、方位角センサ３３と、重力センサ３５とを備えている。ＧＰＳユニット３１は、カメラシステム１０の撮影地点の緯度ε（経度データ及び現在時間）を検出する。方位角センサ３３は、カメラシステム１０の撮影方位角（方位）Ａを検出する。重力センサ３５は水準機能を有しており、カメラシステム１０（撮影光学系１０１Ｌ）の撮影仰角ｈと、図３に示すカメラボディ１１（撮像素子１３）の姿勢データξを検出する。姿勢データξは、カメラボディ１１（撮像素子１３）の基準方向からの撮影光軸ＬＯ（撮像素子１３の撮像面１４の中心Ｃ）を中心とする回転角である。カメラボディ１１（撮像素子１３）の基準方向は、例えばカメラボディ１１の底辺が水平になる方向である。この水平方向を基準方向及びＸ軸としたとき、矩形の撮像面１４の一対の長辺と平行な長辺方向を撮像面基準軸Ｘ′とすると、この撮像面基準軸Ｘ′が基準方向Ｘとなす角度（回転角）が姿勢データξである。カメラシステム１０は、カメラボディ１１の底辺及び撮影光軸ＬＯが水平方向を向いているときを正位置状態にあるという。撮像素子１３は、初期位置（初期状態）では撮像面基準軸Ｘ′がカメラボディ１１の底辺と平行になり、カメラボディ１１が正位置状態にあるときには撮像面基準軸Ｘ′が水平方向を向く。図３には、Ｘ軸と直交する方向（鉛直方向）がＹ軸として、撮像面基準軸Ｘ′と直交する軸がＹ′軸として示されている。
カメラボディ１１は、被写体に対する合焦状態（デフォーカス量）を検出する測距センサと、被写体の輝度を測定する測光センサを備えることができる。これらの測距センサと測光センサを備えれば、撮像素子１３に撮像動作させなくても、被写体に合焦させ、適正露出値を測定することができる。

カメラシステム１０は、通常撮影時には、電源スイッチ２７がオンすると、撮像素子１３に撮像動作をさせて、撮像した画像を画像モニタ２３に表示するライブビュー撮影動作を開始する。ＣＰＵ２１は、ライブビュー撮影動作において、画像信号から適正露出値となる絞り値、シャッター速度（露出時間、露光時間）及びＩＳＯ感度を設定する露出値設定動作や、いわゆる画像コントラスト法による焦点調節動作などを実行する。ＣＰＵ２１は、レリーズスイッチ２８がオンすると、設定した絞り値及びシャッター速度で撮像素子１３を静止画撮像駆動し、静止画撮像駆動が終了したら、撮像素子１３から画像データを読み出して、ホワイトバランス調整や所定画像フォーマットへの変換等の画像処理を施し、表示用に変換した撮影画像データを画像モニタ２３に表示するとともに、所定画像フォーマットに変換した画像ファイル（撮影画像データ）をメモリーカード２５に保存する。

カメラシステム１０は、撮像素子１３を移動部材駆動ユニット１５により光軸ＬＯと直交する面内において移動及び回転が可能（したがって、有限可動範囲１６内の任意の位置に任意の軌跡で移動可能）である。図２（Ａ）乃至（Ｃ）には、撮像素子１３の移動及び回転が可能な有限可動範囲１６をクロスハッチングで示した。図２（Ａ）に示すように、撮像素子１３の撮像面１４は、矩形をなしており、この矩形の撮像面１４が撮像エリアを構成している。撮像素子１３（撮像面１４）の周囲に示したクロスハッチングの領域が撮像素子１３を移動及び回転できる有限可動範囲１６である。撮像素子１３は、少なくともその一部が有限可動範囲１６の輪郭に干渉したとき、移動が阻止される。有限可動範囲１６の輪郭線は、撮像素子１３の一部と接触して移動を規制する移動規制部を構成している。

図２（Ｂ）に示すように、撮像素子１３（撮像面１４）は、その有限可動範囲１６内で、撮影光学系１０１Ｌの光軸ＬＯと直交するＸＹ平面（図２の描画面）と平行な面内において、所望の移動速度で平行移動制御される。（以下では、図２（Ｂ）中の右方向へのＸ方向移動量と上方向へのＹ方向移動量を正の符号で示し、左方向へのＸ方向移動量と下方向へのＹ方向移動量を負の符号で示す。）
図２（Ｃ）に示すように、撮像素子１３（撮像面１４）は、その有限可動範囲１６内で、撮影光学系１０１Ｌの光軸ＬＯと平行な回動中心軸周りに、所望の回転速度で回転制御される。以下では、図２（Ｃ）中の反時計回り方向への回転角度を正の符号で示し、時計回り方向への回転角度を負の符号で示す。

撮像素子１３（撮像面１４）の有限可動範囲１６は、移動部材駆動ユニット１５とカメラボディ１１の機械的リミットによって規定される。図示実施形態では撮像素子１３及び有限可動範囲１６が長方形なので、撮像素子１３は、４個の角部が有限可動範囲１６の輪郭線から外方に出ない範囲で移動及び回動可能である。

カメラボディ１１は、撮像素子１３（撮像面１４）の有限可動範囲１６における、撮像素子１３（撮像面１４）の初期位置からの光軸直交方向の実平行移動可能量と、光軸ＬＯと平行な軸周りの実回転可能角度とを対応付けてテーブルデータ化した移動可能量テーブル３６を内蔵している。本実施形態では、撮像素子１３（撮像面１４）の初期位置を、矩形の撮像面１４の撮像面基準軸Ｘ′が水平方向（Ｘ軸）を向き、かつ、矩形の撮像面１４の中心が撮影光学系１０１Ｌの光軸ＬＯと一致する位置に設定している（図２（Ａ））。

移動可能量テーブル３６は、カメラシステム１０の個体毎に決まる固体固有のテーブルなので、カメラシステム１０の製造時に本実施形態の天体追尾撮影機能をデフォルトで備えさせる場合には、工場での製造時に取得してカメラボディ１１内にメモリ部として備えられる。移動可能量テーブル３６は、カメラシステム１０の製造後に本実施形態の天体追尾撮影機能を追加させる場合には、サービスセンターで追記してもよいし、ファームウェアのアップデートによりカメラシステム１０自身に取得させてカメラボディ１１内のメモリ部に保存することにより備えてもよい。移動可能量テーブル３６の一例を図９に示した。

移動可能量テーブル３６は、撮像素子１３（撮像面１４）の有限可動範囲１６における、撮像素子１３（撮像面１４）の基準姿勢位置からの光軸直交方向の実平行移動可能量（Ｘ軸方向の移動可能量とＹ軸方向の移動可能量）と、光軸と平行な軸周りの実回転可能角度とを対応付けて保持している。本実施形態では、撮像素子１３（撮像面１４）の基準姿勢位置を、矩形の撮像面１４の長辺が水平方向（Ｘ軸）を向いており、かつ、矩形の撮像面１４の中心が撮影光学系１０１Ｌの光軸ＬＯと一致している位置（図２（Ａ））に設定している。

より具体的に、移動可能量テーブル３６は、撮影光学系１０１Ｌの光軸ＬＯと直交するＸＹ平面内で、撮像素子１３（撮像面１４）の有限可動範囲１６を基準姿勢位置からＸ、Ｙ方向にそれぞれ±２ｍｍとしたときに、この有限可動範囲１６を８×８のマトリクス状（Ｘ、Ｙ方向に０．５ｍｍ刻み）に仮想的に区画して、このマトリクス状の区画ごとに実回転可能角度を保持している。

この移動可能量テーブル３６によれば、撮像素子１３（撮像面１４）がその基準姿勢位置からＸ、Ｙ方向ともに−０．５ｍｍ〜＋０．５ｍｍにあるときは、−２°〜＋２°の実回転可能角度がある。一方、撮像素子１３（撮像面１４）がその基準姿勢位置からＸ方向に＋１．５ｍｍ〜＋２．０ｍｍでＹ方向に−２．０ｍｍ〜−１．５ｍｍにあるときは、−０．５°〜＋０．３°の実回転可能角度がある。

本実施形態では、移動可能量テーブル３６に、撮像素子１３（撮像面１４）の基準姿勢位置からのＸ、Ｙ方向移動量に対応する実回転可能角度を保持させることで、撮像素子１３（撮像面１４）の可動範囲を簡単かつ高精度に知ることができる。その構成は、例えば特開２０１３−５２４４号公報に記載されている。

カメラシステム１０は、通常のライブビュー撮影動作の場合、手ぶれ補正を上下左右に均等に行えるように、また光学設計上の利点のため、撮像素子１３の初期位置は有限可動範囲１６の中央付近に設定する（図２（Ａ）、図４）。撮像素子１３の中心Ｃが有限可動範囲１６の中心と一致する。撮像素子１３は、有限可動範囲１６内である図内の矢印の範囲で、手ぶれ補正、構図調整及び天体追尾撮影のための移動が可能である。

この初期位置から天体追尾を行った場合は図５のようになる。設定時間だけ天体追尾を行うと、矢印の長さだけ撮像素子１３が移動する。ここで、撮像素子１３を図４の初期状態から構図調整により可動限界位置まで移動した場合には、後に追尾撮影を行おうとしても、撮像素子１３を移動することができないため、天体追尾撮影ができなくなってしまう。

そこで本実施形態のカメラシステム１０は、図６に示したように、先に天体追尾する露出時間を設定して（あるいは、撮影者によって設定された露出時間に応じて）、その設定露出時間内に撮像素子１３を追尾移動させる方向及び速さ（追尾移動方向及び追尾移動速さ）を求め、撮像素子１３の追尾移動を可能にする追尾用可動範囲１６ａを求めて、追尾用可動範囲１６ａ（図６の碁盤目部分）を有限可動範囲１６（図６のクロスハッチング部分）の中から確保する。この実施形態では、追尾移動が終了したときの撮像素子１３が有限可動範囲１６の境界と接するように追尾用可動範囲１６ａを設定する。

カメラシステム１０（ＣＰＵ２１）は、有限可動範囲１６の残りの範囲（図６の点線の長方形内）を構図調整用可動範囲（第２可動範囲）１６′として設定し、撮像素子１３を上下左右に均等に移動可能とする中央位置、つまり初期化位置に撮像素子１３を移動させてライブビュー撮影動作をスタートさせる。構図調整用の初期化位置は、初期位置から天体追尾を行う移動方向とは逆方向に移動した位置になる。その後、構図調整用可動範囲１６′内であれば自由に構図を調整することが可能になる。構図調整終了後、ＣＰＵ２１は、撮像素子１３の当該構図調整後の位置を追尾移動開始位置として追尾撮影動作する。

以下、簡単のため撮像素子１３をＸ軸、Ｙ軸方向に平行移動のみし、回転させる駆動や補正については考慮しないものとして説明するが、回転させる場合には回転量についても考慮して可動可能範囲を設定する。撮像素子１３が平行移動だけでなく回動もする場合の可動範囲の設定方法は、例えば特開２０１３−５２４４号公報に記載されている。

カメラシステム１０は、焦点距離検出装置１０５が検出した焦点距離ｆ、方位角センサ３３及び重力センサ３５により検出した姿勢データξ、撮影仰角ｈと撮影方位角Ａ及びＧＰＳユニット３１により検出した撮影地点の緯度εにより（または焦点距離ｆ、姿勢データξ、撮影する天体の赤経と赤緯、撮影地点の緯度と経度及び撮影時の日時データにより）、天体像が撮像面１４上を相対移動する移動方向と移動速さを演算し、さらに追尾撮影したい露出時間で天体像が撮像面１４上を移動する移動量（移動軌跡）を演算する。より具体的には、ＣＰＵ２１は、撮像素子１３（撮像面１４）上での天体像の移動量に基づいて、所定の位置の撮像素子１３（撮像面１４）の所定時間あたりの光軸直交方向の理論平行移動量Δｘ、Δｙと（図２（Ｂ）、図５参照）、光軸と平行な軸回りの理論回転角度α（図２（Ｃ））とを算出し、天体追尾用撮影時間（設定露出時間）における移動量（移動方向と量、移動軌跡）を演算する。

ＣＰＵ２１は、演算した天体像の移動量（移動軌跡）により、天体追尾撮影に必要な撮像素子１３（撮像面１４）の所定の位置からの可動範囲を追尾用可動範囲１６ａとして求める（図５参照）。そうしてこの追尾用可動範囲１６ａを有限可動範囲１６から除外し、残った可動範囲を構図調整用可動範囲１６′として設定し、構図調整用可動範囲１６′の略中央位置である初期化位置に撮像素子１３を位置させる（図６参照）。構図調整は、撮像素子１３を、構図調整用可動範囲１６′内で微動させて行う。

構図調整後の撮像素子１３は、少なくとも追尾用可動範囲１６ａ内で追尾動作が可能であるから、追尾撮影のための露出時間を確保しつつ、撮影したい天体の構図微調整が最大限できる。

ＣＰＵ２１は、構図調整終了後、天体追尾撮影動作を、設定撮影時間（露出時間）が経過するまで、撮像素子１３（撮像面１４）を、算出した所定時間Ｔ（＝Δｔ）あたりの理論平行移動量Δｘ、Δｙと理論回転角度αに基づく移動軌跡に合わせて平行移動及び回転移動しながら行う。これにより、カメラシステム１０の撮影光学系１０１Ｌによって撮像素子１３の撮像面１４に形成された天体像が、露光中、撮像素子１３の撮像面１４に対して移動しない一定位置に形成されるので、カメラシステム１０に対して日周運動する天体の天体像を静止した状態で撮影できる。

カメラシステム１０による天体追尾及び構図調整動作について、さらに図７と図８に示したフローチャートを参照して詳細に説明する。この天体追尾及び構図調整動作は、ＣＰＵ２１により統括的に制御される。撮影者は、カメラシステム１０を三脚（雲台）に装着して、撮影目的の星が撮影画面内に入るように、三脚、雲台を操作して構図を調整（粗調整）する。この三脚装着状態で、カメラシステム１０の電源をオンすることにより、カメラシステム１０は、天体追尾及び構図調整動作を行う。

ＣＰＵ２１は、電源スイッチ２７がＯＮしているか否かチェックし（Ｓ１１）、電源スイッチ２７がＯＮしていないとき（Ｓ１１：ＮＯ）、このフローチャートを抜ける（終了）。ＣＰＵ２１は、この終了動作は、カメラシステム１０の所定の部材への電源をオフして待機状態となり、所定時間が経過したらこのフローチャートに入る待機動作である。

ＣＰＵ２１は、電源スイッチ２７がＯＮしているとき（Ｓ１１：ＹＥＳ）、天体追尾＆構図調整モードが選択されているか否かチェックする（Ｓ１２）。天体追尾＆構図調整モードが選択されていないとき（Ｓ１２：ＮＯ）、通常撮影モードを設定し（Ｓ２４）、レリーズスイッチ２８がＯＮしたか否かチェックし（Ｓ２５）、オンしていなければステップＳ２４に戻り（Ｓ２５：ＮＯ）、オンしていれば通常撮影動作を実行して（Ｓ２５：ＹＥＳ、Ｓ２６）ステップＳ１１に戻る。通常撮影動作は、撮像素子１３に一定時間間隔で撮像動作させて撮像した画像を画像モニタ２３に表示するライブビユー撮影動作と、自動焦点調節動作及び測光動作等を含む。そうして通常撮影動作中に、レリーズスイッチ２８のオン操作を受けると、測光動作により得た被写体輝度に応じて絞り値、シャッター速度、ＩＳＯ感度を設定し、撮像素子１３に静止画撮像動作させて、撮像した画像をメモリーカード２５に保存し、画像モニタ２３に表示する。

ＣＰＵ２１は、天体追尾＆構図調整モードが選択されているとき（Ｓ１２：ＹＥＳ）、追尾可能時間を計算し（Ｓ１３）、追尾可能時間内で追尾時間を入力する（Ｓ１４）。入力された追尾時間が、設定露出時間である。追尾可能時間は、被写体データである焦点距離ｆと、撮影位置の緯度εと、撮影方位角Ａと、撮影仰角ｈ及び姿勢データξとに基づいて演算した天体像が撮像素子１３（撮像面１４）上を移動する方向及び速さ（移動量、移動軌跡）を求め、この移動量により撮像素子１３の追尾用可動範囲１６ａを、有限可動範囲１６内で設定する。追尾時間は、所定の最長追尾可能時間内において、撮影者が手動で入力するか、あるいはＣＰＵ２１が自動設定する。撮影者が手動で追尾時間を設定する場合は、画像モニタ２３に設定可能な最長追尾可能時間を表示して、その時間内で撮影者が追尾時間を設定できるようにする。追尾時間を自動設定する場合は、有限可動範囲１６中に構図調整用可能範囲１６′が残るように設定する。例えば、最長追尾可能時間の３０％乃至７０％の範囲で設定するように設定してもよい。最長追尾可能時間に対する追尾時間の比率は、撮影者が選択できるようにしてもよい。ここでＣＰＵ２１は、被写体データに基づいて撮像素子１３（撮像面１４）の移動方向と移動速さを求める追尾撮影データ演算手段と、追尾用可動範囲（第１可動範囲）１６ａを設定する第１可動範囲設定手段と、構図調整用可動範囲（第２可動範囲）１６′を設定する第２可動範囲設定手段を構成している。

ＣＰＵ２１は、撮像素子１３を設定された追尾時間で追尾駆動する追尾駆動量を演算し（Ｓ１５）、構図調整用可動範囲１６′と初期化位置を設定して撮像素子１３を初期化位置に移動し（Ｓ１６）、ライブビユー撮影動作を開始し（Ｓ１７）、ステップＳ１８に進む。初期化位置は、構図調整用可動範囲１６′の略中央位置であり、ＣＰＵ２１は、撮像素子１３を移動部材駆動ユニット１５により構図調整用可動範囲１６′の中央位置に移動する。ここでＣＰＵ２１は、撮像素子１３を構図調整用可動範囲１６′の初期化位置に移動部材駆動ユニット１５により移動する初期化手段を構成している。なお、ライブビュー撮影動作は、電源がオンされたとき（Ｓ１１：ＹＥＳ）に開始してもよい。

撮影者は、画像モニタ２３に表示された天体像を見ながら、構図調整スイッチ３０を操作して構図を調整する。構図の調整は、構図調整スイッチ３０からの構図調整信号を受けた移動部材駆動ユニット１５が、撮像素子１３を構図調整用可動範囲１６′で、Ｘ軸、Ｙ軸と平行な方向に微小距離単位でステップ移動し、光軸ＬＯ周り微小角度単位でステップ回転移動して行う。構図調整スイッチ３０、ＣＰＵ２１、移動部材駆動ユニット１５は、撮像素子１３を構図調整用可動範囲１６′内で移動部材駆動ユニット１５により移動して構図を調整する移動手段を構成している。

ＣＰＵ２１は、ステップＳ１８に進むと、撮像素子１３を１ステップ動かすか否か（構図調整信号が入力されたか否か）チェックし、１ステップ移動するとき（Ｓ１８：ＹＥＳ）、撮像素子１３は構図調整用可動範囲１６′内か否か、つまり、撮像素子１３を１ステップ移動しても撮像素子１３が構図調整用可動範囲１６′から出ないか否かチェックする（Ｓ１９）。構図調整用可動範囲１６′内であれば１ステップ移動してステップＳ１８に戻り（Ｓ１９：ＹＥＳ、Ｓ２０、Ｓ１８）、構図調整用可動範囲１６′内でなければ撮像素子１３を移動せずにステップＳ１８に戻る（Ｓ１９：ＮＯ、Ｓ２１、Ｓ１８）。

ＣＰＵ２１は、撮像素子１３を１ステップ動かさないとき（構図調整信号が入力されていないとき）（Ｓ１８：ＮＯ）、レリーズスイッチ２８がオンしているか否かチェックし（Ｓ２２）、オンしていなければステップＳ１８に戻る（Ｓ２２：ＮＯ、Ｓ１８）。

ＣＰＵ２１は、レリーズスイッチ２８がオンしているとき（Ｓ２２：ＹＥＳ）、追尾撮影動作を実行し（Ｓ２３）、追尾撮影動作が終了するとステップＳ１１に戻る。追尾撮影動作では、可変絞り装置１０３を駆動して所定段絞り込み、撮像素子１３をバルブ（長時間）露光動作させるとともに、バルブ露光動作の間、ステップＳ１５で演算した、天体像の移動方向及び移動速さに基づき、天体像が撮像面１４に対して相対的に移動しない移動方向と移動速さ、回転方向と回転速度で移動部材駆動ユニット１５を介して撮像素子１３を追尾駆動する。ＣＰＵ２１は、ステップＳ１５で求めた追尾移動方向及び追尾移動速さで、移動部材駆動ユニット１５により撮像素子１３を移動させて追尾撮影を実行する追尾撮影手段を構成している。

以上の通り本カメラシステム１０は、天体追尾撮影において、先に追尾させたい露出時間を設定して撮像素子１３の追尾用可動範囲１６ａと構図調整用可動範囲１６′を設定し、撮像素子１３を構図調整用可動範囲１６′の初期化位置（中央位置）に位置させて撮像素子１３を構図調整用可動範囲１６′内で移動させて構図調整を行うので、撮像素子１３を構図調整用可動範囲１６′のどの移動規制限界まで移動しても、追尾用可動範囲１６ａが確保されているので、使用者が望む構図での天体追尾撮影を簡単に行うことができる。従って本カメラシステム１０によれば、天体追尾撮影する場合に、カメラシステム１０を装着した雲台や三脚を細かく動かしたりしなくても、天体追尾に使用する移動部材（撮像素子１３）に必要な可動範囲（第１可動範囲）を残した上で移動部材（撮像素子１３）の移動による構図調整が容易な撮影システムが得られる。

追尾用可動範囲（第１可動範囲）１６ａは、撮像素子１３を所定の位置から移動させる追尾移動方向側に設定し、構図調整用可動範囲（第２可動範囲）１６′は撮像素子１３の追尾移動方向とは逆方向側に設定する。より具体的に、追尾用可動範囲１６ａは、撮像素子１３が所定の位置である追尾移動開始位置から設定された追尾移動方向及び追尾移動速さで設定露出時間内に移動したときの追尾移動終了位置を、撮像素子１３の少なくとも一部が有限可動範囲１６の移動規制部と接触し得るまたは接触する直前の位置に設定し、このとき撮像素子１３が移動を開始した追尾移動開始位置から追尾移動終了位置までの可動範囲を追尾用可動範囲１６ａに設定することができる。そうして有限可動範囲１６の残りの可動範囲を構図調整用可動範囲１６′として設定する。追尾用可動範囲１６ａを無駄なく確保しつつ、構図調整用可動範囲１６′を効率よく広く設定することが可能になる。

以上の実施形態では、天体の移動量（移動軌跡または移動方向と移動速さ）を撮影光学系の焦点距離ｆと、撮影位置の緯度εと、撮影方位角Ａと、撮影仰角ｈ及び姿勢データξにより求めたが、撮影天体の移動量（移動軌跡または移動方向と移動速さ）は、撮影光学系の焦点距離ｆ、姿勢データξ、天体の赤経と赤緯、撮影地点の緯度と経度及び撮影時の日時データにより求めることができる。

以上の実施形態では、撮像素子１３を「移動部材」として、この撮像素子１３を光軸直交平面内で駆動する態様を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮影光学系１０１Ｌの少なくとも一部をなすレンズ（光学要素）を「移動部材」として、このレンズ（光学要素）を撮影レンズ１０１内に設けたボイスコイルモータ（駆動機構）によって光軸直交平面内で駆動する態様も可能である。あるいは、撮像素子１３と撮影光学系１０１Ｌの少なくとも一部をなすレンズ（光学要素）の双方を「移動部材」として、これらを光軸直交平面内で駆動する態様も可能である。いずれの態様であっても、撮像素子１３上に形成された被写体像が移動しないように撮像素子１３とレンズを移動させて追尾撮影効果を得ることができる。

また、「移動部材」を天体追尾撮影と構図調整の２つの目的の為に共用する態様を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば、移動部材を駆動制御することで、天体追尾撮影と構図調整の他に、手ぶれ補正、水平自動補正にも利用可能なので、これらの複数の利用目的の為に「移動部材」を共用する場合にも同様の効果を得ることができる。
以上の実施形態では、天体追尾撮影を目的とする可動範囲として第１可動範囲及び第２可動範囲を設定したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、有限可動範囲を他の目的に対して利用する際、各目的の撮影条件に応じて可動範囲を設定することができる。

以上の実施形態では、撮影システムをレンズ交換式ミラーレスのデジタルカメラに適用したが、本発明は、デジタル一眼レフカメラ、レンズとカメラボディとが一体のデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮影システムに適用できる。

１０ デジタルカメラ（撮影システム）
１１ カメラボディ
１３ 撮像素子（撮像手段）
１４ 撮像面（撮像域）
１５ 移動部材駆動ユニット（移動手段）
１６ 有限可動範囲
１６ａ 追尾用可動範囲（第１可動範囲）
１６′ 構図調整用可動範囲（第２可動範囲）
２１ ＣＰＵ（追尾撮影データ演算手段、第１可動範囲設定手段、第２可動範囲設定手段、初期化手段、被写体変更手段、追尾撮影手段）
２３ 画像モニタ
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 設定スイッチ
３０ 構図調整スイッチ（被写体変更手段）
３１ ＧＰＳユニット
３３ 方位角センサ
３５ 重力センサ
３６ 移動可能量テーブル
１０１ 撮影レンズ
１０１Ｌ 撮影光学系
１０３ 可変絞り装置
１０５ 焦点距離検出装置
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

Claims (11)

1. 撮影光学系により撮像面上に形成された被写体像を撮像する撮像素子と、
   上記撮影光学系の少なくとも一部をなす光学要素と上記撮像素子の少なくとも一方を移動部材とし、この移動部材をその有限可動範囲において上記撮影光学系の光軸と異なる方向に駆動して上記撮像素子の撮像面と被写体像とを相対移動させる移動手段を備え、
   上記有限可動範囲を、複数の目的のいずれかに対して利用する際、目的毎の可動範囲を、少なくとも露出時間を含む撮影条件に応じて設定すること、を特徴とする撮影システム。
2. 請求項１記載の撮影システムにおいて、上記複数の利用目的には、上記撮像素子が撮像する被写体範囲を変更する為の利用が含まれることを特徴とする撮影システム。
3. 請求項１または２記載の撮影システムにおいて、上記複数の利用目的には、撮影光学系と被写体の相対移動をキャンセルする為の利用が含まれることを特徴とする撮影システム。
4. 撮影光学系により撮像面上に形成された被写体像を撮像する撮像素子と、
   上記撮影光学系の少なくとも一部をなす光学要素と上記撮像素子の少なくとも一方を移動部材とし、この移動部材をその有限可動範囲において上記撮影光学系の光軸と異なる方向に駆動して上記撮像素子の撮像面と被写体像とを相対移動させる移動手段と、
   上記撮影光学系に対して相対移動する被写体の、上記撮像面上における移動方向及び移動速さを求める演算手段と、
   上記移動部材の上記有限可動範囲内における所定の位置に基づき、上記移動部材を上記演算手段が求めた上記移動方向及び移動速さで所定の時間内に移動可能な第１可動範囲を設定する第１可動範囲設定手段と、
   上記移動部材の有限可動範囲から上記第１可動範囲を除いた範囲を第２可動範囲として設定する第２可動範囲設定手段と、
   上記移動部材を、上記第２可動範囲において上記移動手段により駆動して上記撮像素子が撮像する被写体を変更する被写体変更手段と、
   を有することを特徴とする撮影システム。
5. 請求項４記載の撮影システムにおいて、さらに、上記移動部材を上記設定された第２可動範囲の初期化位置に上記移動手段により移動させる初期化手段を備え、
   上記被写体変更手段は、上記初期化手段により上記移動部材を上記初期化位置に移動させた後に、上記移動手段により上記撮像素子が撮像する被写体を変更する撮影システム。
6. 請求項４または５記載の撮影システムにおいて、さらに、上記撮像素子の撮像面上を既知の軌跡で移動する被写体のデータと撮影システムのデータから、上記被写体の像が撮像面上で相対移動しない上記移動部材の追尾移動方向及び追尾移動速さを求める追尾撮影データ演算手段を備え、
   上記第１可動範囲設定手段は、上記移動部材の上記有限可動範囲内における所定の位置に基づき、上記追尾撮影データ演算手段が求めた上記追尾移動方向及び追尾移動速さで設定露出時間内に移動可能な第１可動範囲を設定する撮影システム。
7. 請求項６記載の撮影システムにおいて、さらに、上記追尾撮影データ演算手段が求めた上記追尾移動方向及び追尾移動速さで、上記移動手段により上記移動部材を移動させて追尾撮影動作する追尾撮影手段を有する撮影システム。
8. 請求項６または７記載の撮影システムにおいて、上記第２可動範囲設定手段は、上記第２可動範囲を、上記移動手段により上記移動部材を上記所定の位置から移動する追尾移動方向とは逆方向の範囲に設定する撮影システム。
9. 請求項６ないし８のいずれか１項記載の撮影システムにおいて、上記第１可動範囲設定手段は、上記移動部材が所定の位置である追尾移動開始位置から上記追尾移動方向及び追尾移動速さで設定露出時間に移動したときの追尾移動終了位置を、上記移動部材の少なくとも一部が上記有限可動範囲の移動規制部と接触し得る位置に設定し、上記移動部材が上記追尾移動開始位置から上記追尾移動終了位置まで移動可能な範囲を第１可動範囲として設定し、第２可動範囲設定手段は、上記有限可動範囲から第１可動範囲を除いた残りの範囲を第２可動範囲として設定する撮影システム。
10. 請求項６ないし９のいずれか１項記載の撮影システムにおいて、上記被写体は天体であって、上記被写体のデータと撮影システムのデータは、天体の赤経と赤緯、撮影光学系の焦点距離、撮影地点の緯度と経度及び撮影時の日時データである撮影システム。
11. 請求項６ないし９のいずれか１項記載の撮影システムにおいて、上記被写体は天体であって、上記被写体のデータと撮影システムのデータは、撮影光学系の焦点距離、撮影仰角、撮影方位、及び撮影地点の緯度データである撮影システム。

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