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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024156226
(43)【公開日】2024-11-05
(54)【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
(51)【国際特許分類】
H04N 23/695 20230101AFI20241028BHJP
H04N 5/222 20060101ALI20241028BHJP
G03B 15/00 20210101ALI20241028BHJP
G03B 17/00 20210101ALI20241028BHJP
G03B 17/56 20210101ALI20241028BHJP
【ＦＩ】
H04N23/695
H04N5/222 100
G03B15/00 P
G03B17/00 B
G03B17/56 A
G03B17/56 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023070523
(22)【出願日】2023-04-23
(71)【出願人】
【識別番号】723004772
【氏名又は名称】土屋 仁司
(72)【発明者】
【氏名】土屋 仁司
【テーマコード（参考）】
2H105
5C122
【Ｆターム（参考）】
2H105AA12
2H105AA13
2H105AA14
2H105AA17
5C122EA66
5C122GD04
5C122GD06
5C122HA88
5C122HB01
5C122HB06
5C122HB10
(57)【要約】 （修正有）
【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
【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。
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。
【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ωｈと自転垂直成分ωｖ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ωｈｚ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ωａｌ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ωｈｚ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ωｒｏｌｌ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ωａｌ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ωｈから、光軸周りの角速度角速度ωｒｏｌｌ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ωｖｚを減算して方位角角速度ωａｚ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ωａｚ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ωａｌ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ωｒｏｌｌ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。
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ωｈと自転垂直成分ωｖ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ωｈｚ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ωａｌ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ωｈｚ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ωｒｏｌｌ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ωａｌ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ωｈから、光軸周りの角速度角速度ωｒｏｌｌ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ωｖｚを減算して方位角角速度ωａｚ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ωａｚ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ωａｌ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ωｒｏｌｌ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ωｈと自転垂直成分ωｖ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ωｈｚ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ωａｌ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ωｈｚ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ωｒｏｌｌを算出する光軸角速度算出ステップと、
前記光軸角速度ωｒｏｌｌ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。
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ωｈと自転垂直成分ωｖ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ωｈｚ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ωａｌ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ωｈｚ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ωｒｏｌｌを算出する光軸角速度算出ステップと、
前記光軸角速度ωｒｏｌｌ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。
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。
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。
【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。
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】
【非特許文献1】天体の位置計算（長沢 工 著：ＩＳＢＮ９７８－４－８０５２－０２２５－８）
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】ＷＯ-Ａ－２０２１／０４４５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、カメラの手ぶれ補正機能を用いた天体追尾撮影では以下の様な問題がある。
一つ目の問題点として、天体を追尾可能な時間に制限がある。これは、カメラ向きは変化しないため、手ぶれ補正機構で撮影視野の変更可能な範囲を超えて天体を追尾することは出来ないためである。
一つ目の問題点として、天体を追尾可能な時間に制限がある。これは、カメラ向きは変化しないため、手ぶれ補正機構で撮影視野の変更可能な範囲を超えて天体を追尾することは出来ないためである。
【0013】
二つ目の問題点として、天体の追尾時間が長くなるほど撮影視野周辺部の天体が点で捉えられなくなる問題がある。一般的な撮影レンズは中心射影という射影方式が採用されている。中心射影の光学系では、カメラの回転による像への影響が、撮影視野周辺部ほど大きくなる特徴がある。しかしながら、手ぶれ補正による撮影視野の移動量は撮影視野内全域において同じである。従って、手ぶれ補正で天体に追尾しても撮影視野周辺部では補正移動量が不足して補正残りが生じ、結果として撮影視野周辺部の天体が点で捉えられなくなる。
【0014】
三つ目の問題点として、特許文献１の方法では、カメラ内に天体追尾に対応するための特別な構成が必要である。従って、特許文献１で提案した機能を搭載したカメラでしか天体追尾撮影が出来ない。
【0015】
一方近年、電子ジンバル（電子スタビライザ）といった製品が広がりつつある。電子ジンバルとは、カメラを設置する携帯用の架台で、水平垂直及び光軸周りの三つの回転軸を持ち、手ぶれを補正して安定した映像の撮影を支援する機材である。
【0016】
この電子ジンバルは、水平に設置することで、方位と高度を変更する経緯台と同様の機能を有する上に、光軸周りの回転ができる。従って、天体に追尾しながら撮影視野の回転を補正することも使用可能である。しかしながら、特許文献１で開示した天体追尾パラメータの算出方法は、そのままでは経緯台に適用できない。
【0017】
本発明は上記問題点に着眼しなされたものであり、天体追尾撮影に電子ジンバルを経緯台として用いることで、上述した従来技術の様々な問題点を解決し、従来の経緯台に無い撮影視野の回転の補正を可能にする。さらに、従来の方式と比較して手軽で低価格な天体追尾システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0018】
以上の述べた課題を解決するために、本発明の天体追尾システムの第１の様態は、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。
【0019】
本発明の天体追尾システムの第２の様態は、第１の様態の特徴に加えて、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ωｈと自転垂直成分ωｖ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ωｈｚ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ωａｌ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ωｈｚ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ωｒｏｌｌ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ωａｌ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ωｈから、光軸周りの角速度角速度ωｒｏｌｌ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ωｖｚを減算して方位角角速度ωａｚ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ωａｚ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ωａｌ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ωｒｏｌｌ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。
【0020】
本発明の天体追尾システムの第３の様態は、第１の様態の特徴に加えて制御端末は、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ωｈと自転垂直成分ωｖ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ωｈｚ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ωａｌ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ωｈｚ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ωｒｏｌｌを算出する光軸角速度算出ステップと、前記光軸角速度ωｒｏｌｌ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。
【0021】
本発明の天体追尾システムの第４の様態は、本発明の第１の様態の特徴に加えて、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。
【0022】
本発明の天体追尾システムの第５の様態は、本発明の第１の様態の特徴に加えて、前記制御端末は、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。
【発明の効果】
【0023】
本発明の天体追尾システムによれば、撮像装置の機能に関係なく、撮影視野が回転しない天体追尾撮影ができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1A】第１の実施形態の天体追尾システムの外形の一例の正面（被写体側）視を示す外形図
【図1B】第１の実施形態の天体追尾システムの外形の一例の背面（操作画面側）視を示す外形図
【図1C】第１の実施形態の天体追尾システムの外形の一例の側面視を示す外形図
【図2A】撮影高度方向の一例を示す外形図
【図2B】撮影方位方向の一例を示す外形図
【図3】経緯台に設置された望遠鏡システムの一例を示す外形図
【図4A】地球の自転と撮影地点における地球の自転の水平角速度成分と垂直角速度成分を示す図
【図4B】水平角速度成分と撮影方位の角速度成分と撮影方位と直行する方向の角速度成分の関係を示す図
【図4C】水平角速度成分の撮影方位方向の角速度成分と垂直方向の角速度成分と撮影方向の角速度成分の関係を示す図
【図5A】第１の実施形態の天体追尾パラメータ算出手順の一例を示すフローチャート図
【図5B】第１の実施形態の変形例の天体追尾パラメータ算出手順の一例を示すフローチャート図
【図6A】第１の実施形態の制御端末の機能の構成の一例を示すブロック図
【図6B】第１の実施形態の回転制御部の機能の構成の一例を示すブロック図
【図7】第１の実施形態の撮影時の手順の一例を示すフローチャート図
【図8A】第２の実施形態の天体追尾システムの外形の一例の正面視を示す外形図
【図8B】第２の実施形態の天体追尾システムの外形の一例の側面視を示す外形図
【図9】第２の実施形態の撮影前の初期設定の手順の一例を示すフローチャート図
【図10】第２の実施形態の天体追尾システムの制御端末の操作画面の一例を示す図
【図11】第２の実施形態の変形例の天体追尾システムの外形の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【0025】
＜従来の天体追尾方法＞
本発明の天体追尾システムの説明に先立ち、従来の経緯台での天体追尾方法について説明する。
図３は、経緯台に設置された望遠鏡システムの一例を示す外形図である。
天体望遠鏡３は、接眼レンズ３１を備え、接眼レンズ３１を覗くことで天体を観察できる。天体望遠鏡３は、経緯台４に設置され、経緯台４は、方位角回転軸４１と、高度回転軸４２とを備え、外部制御により方位回転軸４１と高度回転軸４２とを、天体の日周運動に追従するように回転することで、目標の天体が望遠鏡３の視野外に移動することなく観察できる。
本発明の天体追尾システムの説明に先立ち、従来の経緯台での天体追尾方法について説明する。
図３は、経緯台に設置された望遠鏡システムの一例を示す外形図である。
天体望遠鏡３は、接眼レンズ３１を備え、接眼レンズ３１を覗くことで天体を観察できる。天体望遠鏡３は、経緯台４に設置され、経緯台４は、方位角回転軸４１と、高度回転軸４２とを備え、外部制御により方位回転軸４１と高度回転軸４２とを、天体の日周運動に追従するように回転することで、目標の天体が望遠鏡３の視野外に移動することなく観察できる。
【0026】
この時、目標の天体の赤経及び赤緯から、観測地点の緯度と、経度と、時間から、目標の天体が見える方位角と高度が算出される。従って、時間の経過と共に、目標の天体の方位角と高度を算出し、算出結果から経緯台の方位回転軸４１と、高度回転軸４２と、を回転させることで天体を追尾できる。
【0027】
前述したような既存の経緯台では、天体望遠鏡３の光軸周りの回転に追従できないため、天体望遠鏡３の視野内に捉えている天体は、時間の経過に伴い視野の中心を回転軸として回転することになる。このような視野の回転は、天体の観察が目的の場合には特に問題では無いが、接眼レンズ３１にカメラを設置して撮影を行う場合は、視野の回転により視野端部の天体が流れた画像になる。
【0028】
このような視野の回転が生じないようにするためには、赤道儀を使用する必要があるが、赤道儀は、極軸合わせといった高度な調整技術が必要で、さらに高価であるといった問題がある。
【0029】
＜本発明の天体追尾方法概要＞
一方本発明の天体追尾方法について簡単に説明する。
カメラの撮影地点及び撮影方向から地球の自転の影響を、水平軸周りの角速度と、垂直軸周りの角速度と、カメラの光軸周りの角速度として求めて、その角速度を打ち消すように、電子ジンバルの３つの回転軸を回転させる。
地球の自転の影響を打ち消すことで、結果的にカメラの光軸が天体を追尾することになる。
一方本発明の天体追尾方法について簡単に説明する。
カメラの撮影地点及び撮影方向から地球の自転の影響を、水平軸周りの角速度と、垂直軸周りの角速度と、カメラの光軸周りの角速度として求めて、その角速度を打ち消すように、電子ジンバルの３つの回転軸を回転させる。
地球の自転の影響を打ち消すことで、結果的にカメラの光軸が天体を追尾することになる。
【0030】
＜各実施形態共通：天体追尾パラメータ算出手順＞
以降に図４Ａ～図４Ｃと、図５Ａを用いて、天体追尾パラメータ算出手順と原理を説明する。天体追尾パラメータとは、地球の自転の影響による高度角速度（水平軸を回転軸とする角速度）と、方位角角速度（垂直軸を回転軸とする角速度）と、カメラの光軸を回転軸とする角速度である。
図５Ａは天体追尾パラメータ算出手順を示すフローチャート図である。
以降に図４Ａ～図４Ｃと、図５Ａを用いて、天体追尾パラメータ算出手順と原理を説明する。天体追尾パラメータとは、地球の自転の影響による高度角速度（水平軸を回転軸とする角速度）と、方位角角速度（垂直軸を回転軸とする角速度）と、カメラの光軸を回転軸とする角速度である。
図５Ａは天体追尾パラメータ算出手順を示すフローチャート図である。
【0031】
＜天体追尾パラメータ算出手順：自転角速度の水平垂直成分分割Ｓ１＞
天体追尾パラメータ算出を開始すると先ず、自転水平垂直成分分割Ｓ１を実行する。
図４Ａは、地球の自転とある地点における地球の自転の水平角速度成分と垂直角速度成分を示す図である。撮影地点における地球の自転の影響は、地軸と平行な軸を回転軸とする回転で、回転の角速度ωｒｏｔは、約０．００４１６７ｄｐｓ（ｄｅgｒｅｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）である。
天体追尾パラメータ算出を開始すると先ず、自転水平垂直成分分割Ｓ１を実行する。
図４Ａは、地球の自転とある地点における地球の自転の水平角速度成分と垂直角速度成分を示す図である。撮影地点における地球の自転の影響は、地軸と平行な軸を回転軸とする回転で、回転の角速度ωｒｏｔは、約０．００４１６７ｄｐｓ（ｄｅgｒｅｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）である。
【0032】
地球上の撮影地点から天体（地球外の被写体）を撮影する場合、地球の自転による回転によりカメラの光軸の向きが回転する。また、地表面の回転による移動で光軸が平行移動する。天体を撮影する場合、天体は無限遠のため撮影倍率がほぼゼロになり光軸の平行移動による影響は無い。従って、地球の自転による回転の影響だけを除去出来ればよい。
【0033】
図４Ａはある緯度における自転角速度の水平角速度成分ωｈと、垂直角速度成分ωｖの関係を示す図である。
撮影地点における緯度θｌａｔを用いて、北向きの水平角速度成分ωｈが以下式で算出できる。
同様に、垂直角速度成分ωｖは、以下式で求められる。
撮影地点における緯度θｌａｔを用いて、北向きの水平角速度成分ωｈが以下式で算出できる。
【数1A】
【数1B】
【0034】
＜天体追尾パラメータ算出手順：方位成分分割Ｓ２＞
次に、方位成分分割Ｓ２で撮影方位の角速度成分ωｈｚを求める。
図４Ｂは、水平角速度成分ωｈと、撮影方位の角速度成分ωｈｚと、撮影方位と直行する方向の角速度成分ωａｌの関係を示す図である。
次に、方位成分分割Ｓ２で撮影方位の角速度成分ωｈｚを求める。
図４Ｂは、水平角速度成分ωｈと、撮影方位の角速度成分ωｈｚと、撮影方位と直行する方向の角速度成分ωａｌの関係を示す図である。
【0035】
自転水平角速度成分ωｈは、北方向を向いているが（南半球の場合は南で自転角速度は負の値）、カメラが向いている撮影方位方向を回転軸とする撮影方位の角速度成分ωｈｚと、水平面上で前記の撮影方位方向と直行する方向を回転軸とする撮影方位と直行する方向の角速度成分ωａｌとに分割される。
【0036】
撮影方位方向とは、図２Ｂに示すように、撮像部１１の撮像光学系の光軸が向いている方向で、撮影光学系の光軸を水平面上に投影した線であらわされる。撮影方位角θａｚは北を０°として、例えば時計周りで、北方向への水平面上の線と、撮影方位を表す線とがなす角度である。
図４Ｂで説明したように、撮影方位方向を回転軸とする角速度成分ωｈｚは、数２の式により算出できる。
図４Ｂで説明したように、撮影方位方向を回転軸とする角速度成分ωｈｚは、数２の式により算出できる。
【数2】
【0037】
＜天体追尾パラメータ算出手順：光軸角速度算出Ｓ３＞
次に、光軸角速度算出Ｓ３でカメラの光軸周りの角速度である光軸角速度ωｒｏｌｌが算出される。
図４Ｃは、撮影方位の角速度ωｈｚと、垂直方向の角速度成分ωｖと、光軸角速度ωｒｏｌｌの関係を示す図である。
光軸角速度ωｒｏｌｌは、撮影方位の角速度ωｈｚと、光軸周りの角速度の垂直方向の角速度成分ωｖｚに分割される。
図４Ｃで示したように、撮影方位の角速度ωｈｚに対応する光軸角速度ωｒｏｌｌは、撮影高度θａｌを用いて、数３の式により算出できる。
撮影高度θａｌとは、図２Ａに示したように、撮像部１１の撮影光学系の光軸と水平面がなす角度である。
次に、光軸角速度算出Ｓ３でカメラの光軸周りの角速度である光軸角速度ωｒｏｌｌが算出される。
図４Ｃは、撮影方位の角速度ωｈｚと、垂直方向の角速度成分ωｖと、光軸角速度ωｒｏｌｌの関係を示す図である。
光軸角速度ωｒｏｌｌは、撮影方位の角速度ωｈｚと、光軸周りの角速度の垂直方向の角速度成分ωｖｚに分割される。
図４Ｃで示したように、撮影方位の角速度ωｈｚに対応する光軸角速度ωｒｏｌｌは、撮影高度θａｌを用いて、数３の式により算出できる。
撮影高度θａｌとは、図２Ａに示したように、撮像部１１の撮影光学系の光軸と水平面がなす角度である。
【数3】
【0038】
＜天体追尾パラメータ算出手順：高度速度算出Ｓ４＞
次に、高度角速度算出Ｓ４で、高度角速度ωａｌを算出する。
図４Ｂに示すように、撮影方位と直行する方向を回転軸とする角速度は、地球の自転によりカメラに生じる高度角速度ωａｌである。
以上からカメラが向いている撮影方位θａｚを用いて、数４の式から高度方向角速度ωａｌが算出できる。
次に、高度角速度算出Ｓ４で、高度角速度ωａｌを算出する。
図４Ｂに示すように、撮影方位と直行する方向を回転軸とする角速度は、地球の自転によりカメラに生じる高度角速度ωａｌである。
以上からカメラが向いている撮影方位θａｚを用いて、数４の式から高度方向角速度ωａｌが算出できる。
【数4】
【0039】
＜天体追尾パラメータ算出手順：方位角角速度算出Ｓ５＞
次に、方位角角速度算出Ｓ５で方位角角速度ωａｚを算出する。
方位角角速度ωａｚは、図４Ｃに示したように、自転角速度の垂直方向成分ωｖから、光軸周りの角速度の垂直方向角速度成分ωｖｚを除いた値である。
従って、光軸角速度ωｒｏｌｌに対応する垂直方向の角速度成分ωｖｚは、数５Ａにより算出される。
次に、方位角角速度算出Ｓ５で方位角角速度ωａｚを算出する。
方位角角速度ωａｚは、図４Ｃに示したように、自転角速度の垂直方向成分ωｖから、光軸周りの角速度の垂直方向角速度成分ωｖｚを除いた値である。
従って、光軸角速度ωｒｏｌｌに対応する垂直方向の角速度成分ωｖｚは、数５Ａにより算出される。
【数5A】
【0040】
以上から、方位角角速度ωａｃは、数５Ｂにより算出される。
【数5B】
【0041】
以上述べたように算出された、方位角角速度ωａｃと、高度角速度ωａｌと、光軸周りの角速度ωｒｏｌｌとが天体追尾パラメータとなる。
以上のように、天体に追尾するためのパラメータ（方位角角速度および高度角速度）や、天体追尾に伴う撮影視野の回転量を比較的簡易な三角関数を用いて算出することができるので、従来のような天体の見える方向を計算する複雑な計算式を利用する必要がなくなるので、演算に使用する演算器の性能を抑えることができ、システムのコストを抑えることができる。また、従来の経緯台にない視野の回転の補正が可能になる。
以上のように、天体に追尾するためのパラメータ（方位角角速度および高度角速度）や、天体追尾に伴う撮影視野の回転量を比較的簡易な三角関数を用いて算出することができるので、従来のような天体の見える方向を計算する複雑な計算式を利用する必要がなくなるので、演算に使用する演算器の性能を抑えることができ、システムのコストを抑えることができる。また、従来の経緯台にない視野の回転の補正が可能になる。
【0042】
＜第１の実施形態：概要＞
第１の実施形態は、請求項１と、請求項２と、請求項４と、請求項５と、請求項６に対応している。請求項中の撮像装置及び制御端末は、スマートフォン１が対応し、請求項中の架台は、電子ジンバル２が対応している。
電子ジンバル２にスマートフォン１が設置され、スマートフォン１は電子ジンバル２を制御してスマートフォン１の撮像部１１の撮影視野が、天体の日周運動を追尾するように動かす。従って、スマートフォンで撮影された天体は日周運動の影響を受けず点で撮影される。
第１の実施形態は、請求項１と、請求項２と、請求項４と、請求項５と、請求項６に対応している。請求項中の撮像装置及び制御端末は、スマートフォン１が対応し、請求項中の架台は、電子ジンバル２が対応している。
電子ジンバル２にスマートフォン１が設置され、スマートフォン１は電子ジンバル２を制御してスマートフォン１の撮像部１１の撮影視野が、天体の日周運動を追尾するように動かす。従って、スマートフォンで撮影された天体は日周運動の影響を受けず点で撮影される。
【0043】
＜第１の実施形態：外形＞
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、第１の実施形態の天体追尾システムの外形を示す外形図である。
図１Ａは正面視で、被写体（天体側）から見た外形図である。
図１Ｂは背面視で、操作パネル側から見た外形図である。
図１Ｃは側面から見た外形図である。
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、第１の実施形態の天体追尾システムの外形を示す外形図である。
図１Ａは正面視で、被写体（天体側）から見た外形図である。
図１Ｂは背面視で、操作パネル側から見た外形図である。
図１Ｃは側面から見た外形図である。
【0044】
第１の実施形態の天体追尾システムは、制御端末でありカメラ（撮像装置）であるスマートフォン１と、スマートフォン１の架台となる電子ジンバル２とで構成される。
【0045】
＜第１の実施形態：構成 スマートフォン＞
スマートフォン１は、撮像部１１と、表示パネル１２とを備えている。
撮像部１１は、被写体像を撮影して画像データを生成する。
表示パネル１２は、カメラ１１で撮影された映像を表示したり、電子ジンバル２をコントロールする画面を表示したりする。また、表示パネル１２は、タッチパネルが構成され、利用者がタッチ操作をすることで、撮像部１１の撮影動作をコントロールしたり、電子ジンバル２の向きを変更したりできる。
スマートフォン１は、撮像部１１と、表示パネル１２とを備えている。
撮像部１１は、被写体像を撮影して画像データを生成する。
表示パネル１２は、カメラ１１で撮影された映像を表示したり、電子ジンバル２をコントロールする画面を表示したりする。また、表示パネル１２は、タッチパネルが構成され、利用者がタッチ操作をすることで、撮像部１１の撮影動作をコントロールしたり、電子ジンバル２の向きを変更したりできる。
【0046】
＜第１の実施形態：構成 電子ジンバル＞
電子ジンバル２は、水平回転軸２１と、垂直回転軸２２と、光軸周りの回転軸２３と、グリップ２４と、回転制御部２５と、固定機構２６とを備えている。
電子ジンバル２には、固定機構２６で挟み込むようにしてスマートフォン１が固定されている。
電子ジンバル２は、水平回転軸２１と、垂直回転軸２２と、光軸周りの回転軸２３と、グリップ２４と、回転制御部２５と、固定機構２６とを備えている。
電子ジンバル２には、固定機構２６で挟み込むようにしてスマートフォン１が固定されている。
【0047】
電子ジンバル２が備える各回転軸（水平回転軸２１、垂直回転軸２２、光軸周りの回転軸２３）は、同じ構造でもよく、回転軸の向く方向が異なる。各回転軸には、内部にモータが備えられて、電子ジンバル２本体内部の回転制御部２５からの指示により回転する。モータは例えばステッピングモータなど回転量を正確にコントロールできるモータが望ましい。
【0048】
水平回転軸２１は、設置された撮像装置を、電子ジンバル２のヨー方向に回転させる。垂直回転軸２２は、設置された撮像装置を、電子ジンバル２のピッチ方向に回転させる。光軸周りの回転軸２３は、設置された撮像装置の光軸周りに撮像装置を回転させる。
グリップ２４は利用者が支持するために握る部分である。
また、グリップ２４の下部には、三脚に固定するための三脚穴２４１が備えられている。
グリップ２４は利用者が支持するために握る部分である。
また、グリップ２４の下部には、三脚に固定するための三脚穴２４１が備えられている。
【0049】
利用者は、電子ジンバル２に撮像装置を設置して、グリップ２４を支持してスマートフォン１で撮影する。電子ジンバル２は、利用者の動きにより生じる回転運動を検出して、回転運動を打ち消すように、電子ジンバル２の各回転軸を回転させる。前述の制御は、電子ジンバル２本体内部の回転制御部により行われる。以上により、利用者が歩行したりしてカメラが揺れても安定した映像が撮影される。
【0050】
本発明の天体追尾システムでは、電子ジンバル２は三脚に三脚穴２４１により接続されて水平を合わせて設置される。電子ジンバル２は固定されるため、各回転軸は、揺れを打ち消す回転は行われず、地球の自転を打ち消す回転を行う。
なお、電子ジンバル２は、３軸の回転軸を持つ架台であればよく、携帯できる必要は無い。
なお、電子ジンバル２は、３軸の回転軸を持つ架台であればよく、携帯できる必要は無い。
【0051】
＜第１の実施形態：制御端末の構成 スマートフォン内部構成＞
図６Ａは、スマートフォン１の機能の構成を示すブロック図である。
スマートフォン１は、撮像部１１と、ＵＩ（Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅの略称）１２ｉと、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）１３と、緯度取得部１４と、方位取得部１５と、姿勢検出部１６と、通信部Ａ１７と、記録部１８とを有する。
図６Ａは、スマートフォン１の機能の構成を示すブロック図である。
スマートフォン１は、撮像部１１と、ＵＩ（Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅの略称）１２ｉと、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）１３と、緯度取得部１４と、方位取得部１５と、姿勢検出部１６と、通信部Ａ１７と、記録部１８とを有する。
【0052】
＜第１の実施形態：スマートフォン内部構成 撮像部＞
撮像部１１は、被写体像を撮影して画像データを生成する。
撮像部１１は、被写体像を撮影して画像データを生成する。
【0053】
＜第１の実施形態：スマートフォン内部構成 ＵＩ＞
ＵＩ１２ｉは、表示パネル１２の表面にタッチセンサが一体で備えられる。表示パネルは例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などがある。
ＵＩ１２ｉは、表示パネル１２の表面にタッチセンサが一体で備えられる。表示パネルは例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などがある。
【0054】
利用者は、表示パネル１２に表示される被写体像で撮影画角を把握したり、表示されたスイッチの位置にタッチしたりすることで、撮影や電子ジンバル２のコントロールなど様々な動作が行われる。
ＵＩ１２ｉは、表示と操作が一体である必要はなく別体として構成されてもよいし、ボタンなどにより構成されてもよい。
ＵＩ１２ｉは、表示と操作が一体である必要はなく別体として構成されてもよいし、ボタンなどにより構成されてもよい。
【0055】
＜第１の実施形態：スマートフォン内部構成 ＣＰＵ＞
ＣＰＵ１３は、スマートフォン１の全体の様々な制御を行う。
本発明に関わる制御としては、緯度取得部１４、方位取得部１５、姿勢検出部１６からの検出結果を利用して、天体追尾パラメータを算出する。
また、算出したパラメータを、通信部Ａ１７を経由して、電子ジンバル２に回転の指示を行う。また、撮像部１１に指示をして撮影を行ったり、撮影された画像を記録部１８に記録したりする。
ＣＰＵ１３は、スマートフォン１の全体の様々な制御を行う。
本発明に関わる制御としては、緯度取得部１４、方位取得部１５、姿勢検出部１６からの検出結果を利用して、天体追尾パラメータを算出する。
また、算出したパラメータを、通信部Ａ１７を経由して、電子ジンバル２に回転の指示を行う。また、撮像部１１に指示をして撮影を行ったり、撮影された画像を記録部１８に記録したりする。
【0056】
＜第１の実施形態：スマートフォン内部構成 緯度取得部＞
緯度取得部１４は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ）でありスマートフォン１が位置する場所の緯度を取得する。緯度取得部１４は、ＧＰＳを有する外部端末から取得するようにしてもよいし、ＵＩにより利用者が入力するようにしてもよい。
緯度取得部１４は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ）でありスマートフォン１が位置する場所の緯度を取得する。緯度取得部１４は、ＧＰＳを有する外部端末から取得するようにしてもよいし、ＵＩにより利用者が入力するようにしてもよい。
【0057】
＜第１の実施形態：スマートフォン内部構成 方位取得部＞
方位取得部１５は、例えば方位センサであり、撮像部１１の光学系が向いている方位を検出する。方位取得部１５は、電子ジンバル２に設置されたカメラに方位を検出する機能がある場合には、カメラから取得するようにしてもよいし、ＵＩ１２ｉを経由して利用者が入力するようにしてもよい。
方位取得部１５は、例えば方位センサであり、撮像部１１の光学系が向いている方位を検出する。方位取得部１５は、電子ジンバル２に設置されたカメラに方位を検出する機能がある場合には、カメラから取得するようにしてもよいし、ＵＩ１２ｉを経由して利用者が入力するようにしてもよい。
【0058】
方位センサは、地磁気を検出して方位を算出する。
地磁気には、磁気偏角という誤差があり、真北と磁北は一致しない場合がある。本発明の天体追尾システムでは、真北からの方位が必要なため、方位センサでは多少の誤差が生じる。磁気偏角は場所により変化し、既知の値である。近年のスマートフォンでは、真北の検出が可能なものも登場している。また、方位に多少の誤差が生じても広角から標準域（３５ｍｍ換算焦点距離で概ね７０ｍｍ以下の焦点距離）までの撮影では撮影画像への影響は軽微である。
地磁気には、磁気偏角という誤差があり、真北と磁北は一致しない場合がある。本発明の天体追尾システムでは、真北からの方位が必要なため、方位センサでは多少の誤差が生じる。磁気偏角は場所により変化し、既知の値である。近年のスマートフォンでは、真北の検出が可能なものも登場している。また、方位に多少の誤差が生じても広角から標準域（３５ｍｍ換算焦点距離で概ね７０ｍｍ以下の焦点距離）までの撮影では撮影画像への影響は軽微である。
【0059】
＜第１の実施形態：スマートフォン内部構成 姿勢検出部＞
姿勢検出部１６は、例えば加速度センサで、重力の方向を検出することでスマートフォン１の姿勢を検出する。第１の実施形態の天体追尾システムでは、撮像部１１の撮影光学系の光軸の仰角、つまり撮影高度を取得する。姿勢取得部１５は、電子ジンバル２に設置されたカメラから撮影高度を取得してもよいし、ＵＩ１２ｉを経由して利用者が入力するようにしてもよい。
姿勢検出部１６は、例えば加速度センサで、重力の方向を検出することでスマートフォン１の姿勢を検出する。第１の実施形態の天体追尾システムでは、撮像部１１の撮影光学系の光軸の仰角、つまり撮影高度を取得する。姿勢取得部１５は、電子ジンバル２に設置されたカメラから撮影高度を取得してもよいし、ＵＩ１２ｉを経由して利用者が入力するようにしてもよい。
【0060】
＜第１の実施形態：スマートフォン内部構成 通信部Ａ＞
通信部Ａ１７は、例えば、Ｗｉｆｉ（登録商標）や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの一般的な無線通信を用いて、電子ジンバル２と通信を行いＣＰＵからの回転指示を送信する。なお、通信部Ａ１７は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）などの有線通信でも構わないが、利便性を考慮すると無線通信が望ましい。
通信部Ａ１７は、例えば、Ｗｉｆｉ（登録商標）や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの一般的な無線通信を用いて、電子ジンバル２と通信を行いＣＰＵからの回転指示を送信する。なお、通信部Ａ１７は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）などの有線通信でも構わないが、利便性を考慮すると無線通信が望ましい。
【0061】
＜第１の実施形態：スマートフォン内部構成 記録部＞
記録部１８は、フラシュメモリなどの不揮発性のメモリで、撮影した画像データを記録する。記録部１８は、着脱可能なメモリカードであってもよい。
記録部１８は、フラシュメモリなどの不揮発性のメモリで、撮影した画像データを記録する。記録部１８は、着脱可能なメモリカードであってもよい。
【0062】
＜第１の実施形態：制御端末変形の一例＞
以上述べたように制御端末であり、撮像装置であるスマートフォン１が構成されるが、上述した機能を有すれば、他の機能が追加されたとしても、本発明の天体追尾システムの技術範囲内である。
以上述べたように制御端末であり、撮像装置であるスマートフォン１が構成されるが、上述した機能を有すれば、他の機能が追加されたとしても、本発明の天体追尾システムの技術範囲内である。
【0063】
なお、緯度取得部１４、方位取得部１５、姿勢検出部１６は、一体として構成されてもよい。具体的には、星図をＵＩ１２ｉに表示し、利用者が撮影方向を星図から指定するようにする。星図は緯度及び経度に基づいて表示され、緯度、経度、時間から所定の天体がみえる方向を非特許文献１の方法を利用して算出する。算出された方向から、方位角と高度を求め、天体追尾パラメータの算出に利用してもよい。また、星図によらず、カメラの撮影視野内にある天体を認識し、天体から方位と高度を求めるようにしてもよい。
このように天体の位置から方位と高度を求める方法によれば、センサで生じる誤差の影響を受けないため、より正確な天体追尾ができる。
このように天体の位置から方位と高度を求める方法によれば、センサで生じる誤差の影響を受けないため、より正確な天体追尾ができる。
【0064】
＜第１の実施形態：電子ジンバルの構成 回転制御部＞
図６Ｂは、電子ジンバル２の本体内に構成される回転制御部２５の機能の構成の一例を示す図である。
回転制御部２５は、回転量算出部２５１と、角速度センサ２５２と、モータ制御部２５３と、通信部Ｂ２５４とを有する。
図６Ｂは、電子ジンバル２の本体内に構成される回転制御部２５の機能の構成の一例を示す図である。
回転制御部２５は、回転量算出部２５１と、角速度センサ２５２と、モータ制御部２５３と、通信部Ｂ２５４とを有する。
【0065】
＜第１の実施形態：回転制御部構成 角速度センサ＞
角速度センサ２５２は、３軸の回転角速度を検出するセンサで、電子ジンバルのヨー方向、ピッチ方向及びロール方向に生じる回転速度を検出する。角速度センサ２５２は、１軸の回転角速度を検出するセンサを３個で構成してもよい。また、検出する回転は、ヨー方向、ピッチ方向及びロール方向に限定されず、水平回転軸２１、垂直回転軸２２及び光軸周りの回転軸２３に検出する回転軸を合わせるようにしてもよい。
角速度センサ２５２は、天体追尾機能とは関係ないのでなくてもよい。
角速度センサ２５２は、３軸の回転角速度を検出するセンサで、電子ジンバルのヨー方向、ピッチ方向及びロール方向に生じる回転速度を検出する。角速度センサ２５２は、１軸の回転角速度を検出するセンサを３個で構成してもよい。また、検出する回転は、ヨー方向、ピッチ方向及びロール方向に限定されず、水平回転軸２１、垂直回転軸２２及び光軸周りの回転軸２３に検出する回転軸を合わせるようにしてもよい。
角速度センサ２５２は、天体追尾機能とは関係ないのでなくてもよい。
【0066】
＜第１の実施形態：回転制御部構成 回転量算出部＞
回転量算出部２５１は、角速度センサ２５２で検出された３軸の回転角速度に基づいて、回転を打ち消すための、水平回転軸２１、垂直回転軸２２及び光軸周りの回転軸２３の回転量を算出する。
具体的には、角速度センサ２５２から一定周期で検出される角速度を時間積分すると、回転角度が求められる。したがって、求められた回転角度を符号反転し、逆方向の回転を指示して各回転軸を回転させることで電子ジンバル２に生じた回転を打ち消すことができる。
上記動作は、本発明の天体追尾システムとは関係ないので無くてもよい。
回転量算出部２５１は、角速度センサ２５２で検出された３軸の回転角速度に基づいて、回転を打ち消すための、水平回転軸２１、垂直回転軸２２及び光軸周りの回転軸２３の回転量を算出する。
具体的には、角速度センサ２５２から一定周期で検出される角速度を時間積分すると、回転角度が求められる。したがって、求められた回転角度を符号反転し、逆方向の回転を指示して各回転軸を回転させることで電子ジンバル２に生じた回転を打ち消すことができる。
上記動作は、本発明の天体追尾システムとは関係ないので無くてもよい。
【0067】
また、通信部Ｂ２５４から取得した外部制御端末からの回転量指示に基づいて回転量を出力する。電子ジンバル２が天体追尾システムとして動作する場合は、このように、通信部Ｂ２５４から取得した回転量指示に基づいて動作する。
回転量算出部２５１は、ＣＰＵ上で動作するプログラムとして構成してもよい。
回転量算出部２５１は、ＣＰＵ上で動作するプログラムとして構成してもよい。
【0068】
＜第１の実施形態：回転制御部構成 モータ制御部＞
モータ制御部は、水平回転軸２１、垂直回転軸２２及び光軸周りの回転軸２３のそれぞれに備えられたモータに対して、回転量算出部により算出した回転量に基づいて、回転量に相当する回転を行うパルス信号を出力する。例えば、ステッピングモータが１パルス０．１°回転する場合、モータ制御部２５３が、回転量算出部２５１から１°の回転量を取得すると、モータ制御部２５３は１０パルス出力する。
モータ制御部は、水平回転軸２１、垂直回転軸２２及び光軸周りの回転軸２３のそれぞれに備えられたモータに対して、回転量算出部により算出した回転量に基づいて、回転量に相当する回転を行うパルス信号を出力する。例えば、ステッピングモータが１パルス０．１°回転する場合、モータ制御部２５３が、回転量算出部２５１から１°の回転量を取得すると、モータ制御部２５３は１０パルス出力する。
【0069】
モータはステッピングモータに限定されず様々なモータを用いてもよい。モータ制御部２５３は使用されたモータの種類に応じた制御を行うようにする。
【0070】
＜第１の実施形態：回転制御部構成 通信部Ｂ＞
通信部Ｂ２５４は、制御端末であるスマートフォン１と通信し回転指示（少なくとも回転軸と回転量を含む）を取得し、回転量算出部２５１に出力する。
回転量算出部２５１は、通信部Ｂから回転する軸と回転量の指示を取得すると、モータ制御部２５３に回転量を出力する。従って、制御端末であるスマートフォン１から通信部Ｂ２５４を介して、電子ジンバル２の各回転軸の回転を制御することができる。
通信部Ｂ２５４は、制御端末であるスマートフォン１と通信し回転指示（少なくとも回転軸と回転量を含む）を取得し、回転量算出部２５１に出力する。
回転量算出部２５１は、通信部Ｂから回転する軸と回転量の指示を取得すると、モータ制御部２５３に回転量を出力する。従って、制御端末であるスマートフォン１から通信部Ｂ２５４を介して、電子ジンバル２の各回転軸の回転を制御することができる。
【0071】
＜第１の実施形態：撮影制御＞
第１の実施形態の天体追尾システムは、撮影を行うカメラと電子ジンバル２に天体追尾動作を指示する制御端末が一体として構成されるスマートフォン１で、電子ジンバル２は撮影時のみ天体に追尾した動作を行うようにしてもよい。
第１の実施形態の天体追尾システムは、撮影を行うカメラと電子ジンバル２に天体追尾動作を指示する制御端末が一体として構成されるスマートフォン１で、電子ジンバル２は撮影時のみ天体に追尾した動作を行うようにしてもよい。
【0072】
撮影に先立ち、電子ジンバル２は水平回転軸２１が水平に、垂直回転軸２２が垂直方向になるように、利用者により調整して設置され、電子ジンバル２に設置されたスマートフォン１は、所望の撮影方向に向けてフレーミングされているものとする。
【0073】
図７は、第1の実施形態の天体追尾システムで天体の撮影を行う場合の、撮影制御の流れを示すフローチャートである。
撮影制御が開始されると先ず、ＣＰＵ１３は緯度取得部１４から緯度θｌａｔを取得する。（Ｓ１１）
次に、ＣＰＵ１３は、方位取得部１５から方位角θａｚを取得する。（Ｓ１２）
次に、ＣＰＵ１３は、姿勢検出部１６から高度θａｌを取得する。（Ｓ１３）
次に、ＣＰＵ１３は、取得した緯度θｌａｔと、方位角θａｚと、高度θａｌとに基づいて、図５Ａに示す天体パラメータ算出手順に従って、天体追尾パラメータを算出する。（Ｓ１４）
次に、ＣＰＵ１３は、撮像部１１に露光開始を指示し、撮像部１１は露光を開始する。（Ｓ１５）
次に、ＣＰＵ１３は、通信部Ａ１７を介して、電子ジンバル２に回転量を指示する。
次に、露光時間が終了したかを判定し（Ｓ１７）、露光が継続している場合（Ｓ１７でＮを選択）は、定期的に電子ジンバル２に対して回転量を指示する。
露光が終了した場合（Ｓ１７でＹを選択）は、撮影を終了し、撮像部１１から撮影された画像データを読み出し、記録部１８に記録する。
撮影制御が開始されると先ず、ＣＰＵ１３は緯度取得部１４から緯度θｌａｔを取得する。（Ｓ１１）
次に、ＣＰＵ１３は、方位取得部１５から方位角θａｚを取得する。（Ｓ１２）
次に、ＣＰＵ１３は、姿勢検出部１６から高度θａｌを取得する。（Ｓ１３）
次に、ＣＰＵ１３は、取得した緯度θｌａｔと、方位角θａｚと、高度θａｌとに基づいて、図５Ａに示す天体パラメータ算出手順に従って、天体追尾パラメータを算出する。（Ｓ１４）
次に、ＣＰＵ１３は、撮像部１１に露光開始を指示し、撮像部１１は露光を開始する。（Ｓ１５）
次に、ＣＰＵ１３は、通信部Ａ１７を介して、電子ジンバル２に回転量を指示する。
次に、露光時間が終了したかを判定し（Ｓ１７）、露光が継続している場合（Ｓ１７でＮを選択）は、定期的に電子ジンバル２に対して回転量を指示する。
露光が終了した場合（Ｓ１７でＹを選択）は、撮影を終了し、撮像部１１から撮影された画像データを読み出し、記録部１８に記録する。
【0074】
以上、撮像部１１が露光中だけ天体に追尾した動作を電子ジンバル２に指示する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、露光中以外も常に追尾するように制御してもよいし、露光終了時に天体に追尾して回転した回転量をもとに戻すように動いてもよい。
【0075】
＜第１の実施形態：撮影制御 回転量＞
Ｓ１６で行う回転量の指示に関して説明する。
天体追尾パラメータは角速度（ｄｅｇｒｅｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）であるが回転量指示は角度で行う。例えば、天体追尾パラメータの方位角角速度が０．００２ｄｐｓで、電子ジンバル２に指示できる角度の最小が０．０１°であったとすると、ＣＰＵ１３は、５秒周期で０．０１°の回転量を水平回転軸２１の回転量として電子ジンバル２に指示する。
同様に、垂直回転軸２２及び光軸周りの回転軸２３についても指示する。
Ｓ１６で行う回転量の指示に関して説明する。
天体追尾パラメータは角速度（ｄｅｇｒｅｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）であるが回転量指示は角度で行う。例えば、天体追尾パラメータの方位角角速度が０．００２ｄｐｓで、電子ジンバル２に指示できる角度の最小が０．０１°であったとすると、ＣＰＵ１３は、５秒周期で０．０１°の回転量を水平回転軸２１の回転量として電子ジンバル２に指示する。
同様に、垂直回転軸２２及び光軸周りの回転軸２３についても指示する。
【0076】
なお、回転量を指示する周期は、回転量の指示が必要なタイミングで行ってもよいし、０．１秒などの一定周期で処理し、回転量の指示が必要なタイミングに近い周期の処理で送るようにしてもよい。
【0077】
なお、図７の撮影シーケンスで説明したように、撮影前に算出した天体追尾パラメータにより回転量の指示を継続してもよいが、回転量の指示に基づいて、方位角及び高度を更新するようにしてもよい。このようにすることで、例えば１時間を超えるような長時間の撮影でも正確に天体を追尾できる。
【0078】
前述した長時間の露光は、１回の露光で行われるとは限らない。
複数回露光を行い、合成処理を行う撮影方法などもある。例えば、複数回露光した画像を平均化合成により合成すると、合成枚数が多いほど、ノイズが軽減され高精細な画像が撮影できる。
複数回露光を行い、合成処理を行う撮影方法などもある。例えば、複数回露光した画像を平均化合成により合成すると、合成枚数が多いほど、ノイズが軽減され高精細な画像が撮影できる。
【0079】
＜第１の実施形態：キャリブレーション動作＞
スマートフォン１に搭載されている方位センサや姿勢センサは、誤差を生じる場合がある。このような場合に、スマートフォンの機能としてキャリブレーションにより誤差を解消できる。一般的には、スマートフォンの縦方向の軸と、横方向の軸と、パネル面と直行する方向の３つの軸で１回転するように動かせばよい。
スマートフォン１に搭載されている方位センサや姿勢センサは、誤差を生じる場合がある。このような場合に、スマートフォンの機能としてキャリブレーションにより誤差を解消できる。一般的には、スマートフォンの縦方向の軸と、横方向の軸と、パネル面と直行する方向の３つの軸で１回転するように動かせばよい。
【0080】
この操作を、電子ジンバル２で行うように、スマートフォン１から回転量を指示する。こうすることで、手で回すよりも正確に回転させることが出来るので、手で行うよりも正確なキャリブレーションが行える。以上述べたようなキャリブレーション動作を最初の1枚目を撮影する前に行うようにしてもよい。
＜第１の実施形態：効果＞
＜第１の実施形態：効果＞
【0081】
以上述べてきたように、第１の実施形態の天体追尾システムによれば、スマートフォンと電子ジンバルを使用することで、手軽に天体追尾撮影が行える。これにより、スマートフォンのような撮像素子が小さく、高感度撮影が苦手なカメラでも、天体を点で捉えノイズの少ない美しい天体画像が撮影できる。
【0082】
また、架台側に、３軸の回転機構を持つことで、撮像装置側に特別な構成は必要なく、どのような撮像装置を用いても天体追尾効果が得られる。
【0083】
また、従来の経緯台の天体追尾方法では、方位及び高度の変化に伴い、撮影視野が回転するため撮影視野周辺の天体が点で撮影できないが、第１の実施形態の天体追尾システムによれば、方位方向、高度方向、光軸周りのすべての回転が補正されるので、撮影視野周辺部も天体が点で撮影できるので、赤道儀と同等の天体追尾効果が得られる。
【0084】
また、スマートフォンに内蔵されたＧＰＳや方位センサ、姿勢センサを用いることで、極軸合わせや、経緯台で必要なキャリブレーションが必要なく、特に専門的な知識を必要とせず手軽に天体追尾撮影ができる。
【0085】
また、本発明の天体追尾システムでは、電子ジンバル内に天体に追尾するための特別な構成は必要なく、通信手段があり外部端末から回転量が指示できるようになっていれば、すでに市場に出回っている電子ジンバルでも天体追尾システムとして利用できる。
【0086】
＜第１の実施形態の変形例：概要＞
第１の実施形態の変形例は、請求項１と、請求項３と、請求項６に対応している。
構成は、第１の実施形態と同じであり、制御端末であるスマートフォン１で求める天体追尾パラメータが異なる。
第１の実施形態では、天体追尾パラメータは、方位角角速度ωａｚと、高度角速度ωａｌと、光軸角速度ωｒｏｌｌを算出していたが、第１の実施形態の変形例では、光軸角速度ωｒｏｌｌのみを算出し、高度角速度ωａｌと方位角角速度ωａｚは、従来の手法を用いて算出する。
以降、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
第１の実施形態の変形例は、請求項１と、請求項３と、請求項６に対応している。
構成は、第１の実施形態と同じであり、制御端末であるスマートフォン１で求める天体追尾パラメータが異なる。
第１の実施形態では、天体追尾パラメータは、方位角角速度ωａｚと、高度角速度ωａｌと、光軸角速度ωｒｏｌｌを算出していたが、第１の実施形態の変形例では、光軸角速度ωｒｏｌｌのみを算出し、高度角速度ωａｌと方位角角速度ωａｚは、従来の手法を用いて算出する。
以降、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
【0087】
＜第１の実施形態の変形例：天体追尾パラメータの算出＞
図５Ｂは、第１の実施形態の変形例の天体追尾パラメータの算出手順の一例を示す図である。
第１の実施形態に対して高度角速度算出Ｓ４と方位角角速度算出Ｓ５が無く、代わりに追尾対象算出Ｓ６から方位角角速度・高度角速度算出Ｓ８が追加になっている。
自転角速度の水平垂直成分分割Ｓ１から光軸角速度算出Ｓ３は、第１の実施形態で説明したため、説明を省略する。
図５Ｂは、第１の実施形態の変形例の天体追尾パラメータの算出手順の一例を示す図である。
第１の実施形態に対して高度角速度算出Ｓ４と方位角角速度算出Ｓ５が無く、代わりに追尾対象算出Ｓ６から方位角角速度・高度角速度算出Ｓ８が追加になっている。
自転角速度の水平垂直成分分割Ｓ１から光軸角速度算出Ｓ３は、第１の実施形態で説明したため、説明を省略する。
【0088】
光軸角速度算出Ｓ３が終了すると、次に、追尾対象算出Ｓ６が行われる。
追尾対象とは、天体追尾を開始する時点で、カメラの光学系の光軸が向いている位置に対応する赤経及び赤緯である。
追尾対象とは、天体追尾を開始する時点で、カメラの光学系の光軸が向いている位置に対応する赤経及び赤緯である。
【0089】
追尾対象は、緯度、経度、日時、撮影方位、撮影高度の情報を取得し、非特許文献１で開示されている方法で算出する。緯度及び経度は、スマートフォン１が持つＧＰＳにより取得することが考えられる。また、日時は、スマートフォン１が持つ時計及びカレンダー機能により取得することが可能である。撮影方位及び撮影高度は、第１の実施形態と同様に求める。
【0090】
次に、算出した追尾対象である赤経及び赤緯が所定時間経過後どの方位角及び高度に見えるかを算出する。（Ｓ７）方位角及び高度も非特許文献１で開示された方法により算出できる。
【0091】
次に、追尾対象の所定時間経過後の位置算出Ｓ７で求められた方位角及び高度の変化量から、方位角角速度ωａｚと、高度角速度ωａｌを算出する。（Ｓ８）
【0092】
以上求められた角速度に基づいて、電子ジンバル２の各回転軸の回転を制御することでカメラの光軸を天体の日周運動に追尾させ、さらに、撮影視野の回転を補正することができる。
【0093】
なお、追尾対象算出Ｓ６から方位角角速度・高度角速度算出Ｓ８で説明した方位角角速度と、高度角速度の算出方法は一例であり、この方法に限定されるものではない。例えば、算出する順番を変えてもよいし、角速度ではなく定期的に角度の変化量を求めるようにしてもよい。
また、他に知られている天体に追尾するための方位及び高度を算出する方法があればその手法を用いてもよい。
また、他に知られている天体に追尾するための方位及び高度を算出する方法があればその手法を用いてもよい。
【0094】
＜第１の実施形態の変形例：効果＞
以上のように、従来の天体追尾システムに対して、撮影視野の回転の補正を容易に追加できる。
以上のように、従来の天体追尾システムに対して、撮影視野の回転の補正を容易に追加できる。
【0095】
つまり、第１の実施形態の変形例は、経緯台への適用が可能である。
例えば、天文台は、経緯台の一つの実施形態であるが、天文台の望遠鏡で天体を撮影する場合、撮影が長時間になると、撮影視野が回転してしまう。特に天文台では暗い天体を撮影する場合が多いので撮影が長時間にわたり行われるので、視野の回転の影響を受けやすい。
例えば、天文台は、経緯台の一つの実施形態であるが、天文台の望遠鏡で天体を撮影する場合、撮影が長時間になると、撮影視野が回転してしまう。特に天文台では暗い天体を撮影する場合が多いので撮影が長時間にわたり行われるので、視野の回転の影響を受けやすい。
【0096】
このような問題を防ぐために、イメージローテータという機材を用いて撮像素子を回転することが行われている。イメージローテータを用いる場合、イメージローテータの角速度は、前述した天体追尾パラメータの光軸周りの角速度ωｒｏｌｌを用いることができる。
【0097】
＜第２の実施形態：概要＞
第２の実施形態は、請求項１と、請求項２と、請求項４と、請求項６に対応している。
請求項中の制御端末は、スマートフォン１が対応し、請求項中の架台は、電子ジンバル２が対応し、請求項中の撮像装置は、カメラ６が対応する。
第２の実施形態は、請求項１と、請求項２と、請求項４と、請求項６に対応している。
請求項中の制御端末は、スマートフォン１が対応し、請求項中の架台は、電子ジンバル２が対応し、請求項中の撮像装置は、カメラ６が対応する。
【0098】
第２の実施形態では、制御端末１にカメラ６が向いている方向を認識させることで、以降は操作端末であるスマートフォン１はジンバルに設置することなく利用者の手元で操作が可能になる。
以降図を用いて、第２の実施形態について説明を行うが、第１の実施形態と同じ構成及び制御については適宜説明を省略する。
以降図を用いて、第２の実施形態について説明を行うが、第１の実施形態と同じ構成及び制御については適宜説明を省略する。
【0099】
図８Ａと図８Ｂは、第２の実施形態の天体追尾システムの外形の一例を示す外形図である。
図８Ａは、第２の実施形態の天体追尾システムを正面視（被写体側）した図であり、図８Ｂは、第２の実施形態の天体追尾システムを側面視した図である。
電子ジンバル２には、カメラ６が設置される。
カメラ６上部には、制御端末となるスマートフォン１が設置さている。
スマートフォン１は、後で説明する初期設定のために、カメラ６上部に設置されているが、撮影中は、利用者の手元で操作するようにしてもよい。
図８Ａは、第２の実施形態の天体追尾システムを正面視（被写体側）した図であり、図８Ｂは、第２の実施形態の天体追尾システムを側面視した図である。
電子ジンバル２には、カメラ６が設置される。
カメラ６上部には、制御端末となるスマートフォン１が設置さている。
スマートフォン１は、後で説明する初期設定のために、カメラ６上部に設置されているが、撮影中は、利用者の手元で操作するようにしてもよい。
【0100】
＜第２の実施形態：構成 スマートフォン＞
第２の実施形態の、制御端末にあたるスマートフォン１は、第１の実施形態のスマートフォン１と構成は同じである。
第１の実施形態の撮像部１１は、第２の実施形態では撮影は行わないが、初期設定の際に利用してもよい。
第２の実施形態の、制御端末にあたるスマートフォン１は、第１の実施形態のスマートフォン１と構成は同じである。
第１の実施形態の撮像部１１は、第２の実施形態では撮影は行わないが、初期設定の際に利用してもよい。
【0101】
＜第２の実施形態：構成 電子ジンバル＞
第２の実施形態の電子ジンバル２は、第１の実施形態の電子ジンバル２と同じ構成である。
第２の実施形態の電子ジンバル２は、第１の実施形態の電子ジンバル２と同じ構成である。
【0102】
＜第２の実施形態：初期化処理＞
初期化処理は、スマートフォン１が電子ジンバル２に設置されているカメラ６が向いている方位角及び高度を取得するための処理である。
図８Ｂに示すように、カメラ６の撮影光学系の光軸と、スマートフォン１の撮影光学系の光軸の向きが一致するように設置してカメラ６の撮影工学系の光軸の方位角と高度を取得する。
初期化処理は、スマートフォン１が電子ジンバル２に設置されているカメラ６が向いている方位角及び高度を取得するための処理である。
図８Ｂに示すように、カメラ６の撮影光学系の光軸と、スマートフォン１の撮影光学系の光軸の向きが一致するように設置してカメラ６の撮影工学系の光軸の方位角と高度を取得する。
【0103】
本発明の天体追尾システムは、撮影対象が天体であり、初期化処理の場合に、例えば、カメラ６で明るい天体を撮影視野の中心に位置させ、スマートフォン１でも同じ天体が撮影視野の中心に位置するようにスマートフォン１の向きを合わせる。こうすることで、カメラ６と、スマートフォン１の向きが一致し、カメラ６の向きをスマートフォン１で認識できる。このように、無限遠の被写体を利用して合わせる方法であれば、必ずしもカメラ６にスマートフォン１を設置する必要は無い。
【0104】
図９は、第２の実施形態の初期化処理の手順の流れの一例を示したフローチャートである。
先ず利用者が、電子ジンバル２を三脚に設置して水平回転軸２１を水平に合わせる。（Ｓ２１）
次に、前述したように、カメラ６の撮影光学系の光軸と、スマートフォン１の撮影光学系の光軸を一致させる。（Ｓ２２）
次に、方位角及び高度をスマートフォン１内の方位センサ及び姿勢センサから取得する。（Ｓ２３）
次に、取得した方位角と高度をロックし処理を終了する。（Ｓ２４）
先ず利用者が、電子ジンバル２を三脚に設置して水平回転軸２１を水平に合わせる。（Ｓ２１）
次に、前述したように、カメラ６の撮影光学系の光軸と、スマートフォン１の撮影光学系の光軸を一致させる。（Ｓ２２）
次に、方位角及び高度をスマートフォン１内の方位センサ及び姿勢センサから取得する。（Ｓ２３）
次に、取得した方位角と高度をロックし処理を終了する。（Ｓ２４）
【0105】
以降は、方位角と、高度は、センサから取得せず、ロックした方位角と高度に対して、電子ジンバル２に対して指示した方位角回転量と、高度回転量を加算するようにする。このように、方位角及び高度を指示した回転量から算出することで、スマートフォン１を手元に持って、電子ジンバル２を制御してカメラ６の向きを変化させても、カメラ６が向いている方位角と高度は把握出来る。
【0106】
＜第２の実施形態：操作画面表示＞
図１０は制御端末となるスマートフォン１の操作画面の一例を示す図である。
表示パネル１２上に、ＵＰボタン１２１と、ＤＯＷＮボタン１２２と、ＲＩＧＨＴボタン１２３と、ＬＥＦＴボタン１２４と、Ｔｒａｃｋｉｎｇボタン１２５とが表示されている。表示パネル１２は、タッチパネルになっているので、前述の各ボタンの位置をタッチすると、所定の動作指示が電子ジンバル２に送信される。
図１０は制御端末となるスマートフォン１の操作画面の一例を示す図である。
表示パネル１２上に、ＵＰボタン１２１と、ＤＯＷＮボタン１２２と、ＲＩＧＨＴボタン１２３と、ＬＥＦＴボタン１２４と、Ｔｒａｃｋｉｎｇボタン１２５とが表示されている。表示パネル１２は、タッチパネルになっているので、前述の各ボタンの位置をタッチすると、所定の動作指示が電子ジンバル２に送信される。
【0107】
ＵＰボタン１２１が押されると、スマートフォン１から電子ジンバル２に対して、高度を増加する方向、つまりカメラ６の撮影視野が上に移動するように垂直回転軸２２を回転するように指示する。
【0108】
ＤＯＷＮボタン１２２が押されると、スマートフォン１から電子ジンバル２に対して、高度を減少する方向、つまりカメラ６の撮影視野が下に移動するように垂直回転軸２２を回転するように指示する。
【0109】
ＲＩＧＨＴボタン１２３が押されると、スマートフォン１から電子ジンバル２に対して、方位角を増加する方向、つまりカメラ６の撮影視野が右に移動するように水平回転軸２１を回転するように指示する。
【0110】
ＬＥＦＴボタン１２４が押されると、スマートフォン１から電子ジンバル２に対して、方位角を減少する方向、つまりカメラ６の撮影視野が左に移動するように水平回転軸２１を回転するように指示する。
【0111】
利用者は、上記の各ボタンを操作して、カメラ６の撮影視野を所望の位置に移動させる。スマートフォン１から指示された回転量は、スマートフォン１内部のＣＰＵ１３で方位角及び高度に加算されるので、カメラ６の撮影方向は、スマートフォン１で把握できている。
【0112】
Ｔｒａｃｋｉｎｇボタン１２５が押されると、第１の実施形態同様にカメラ６の緯度、及びカメラ６の光軸の方位角、高度に基づいて天体追尾パラメータが算出され、天体追尾パラメータに基づいた回転量が、スマートフォン２から電子ジンバル２に指示される。
【0113】
＜第２の実施形態：効果＞
以上述べてきたように、第２の実施形態の天体追尾システムによれば天体に追尾するための特別な構成を備えていないカメラでも天体撮影が行える。また、スマートフォンを手元に持ち操作が出来るので、操作が容易で遠隔でも操作出来るので手軽に天体追尾撮影が行える。
以上述べてきたように、第２の実施形態の天体追尾システムによれば天体に追尾するための特別な構成を備えていないカメラでも天体撮影が行える。また、スマートフォンを手元に持ち操作が出来るので、操作が容易で遠隔でも操作出来るので手軽に天体追尾撮影が行える。
【0114】
＜第２の実施形態の変形例＞
図１１は、第２の実施形態の変形例の構成を示す外形図である。
第２の実施形態の変形例は、第２の実施形態に対して、電子ジンバル２の光軸周りの回転軸２３の向きが異なる。第２の実施形態の変形例では、カメラ６の光軸と、電子ジンバル２の光軸周りの回転軸の方向が一致していない。
図１１は、第２の実施形態の変形例の構成を示す外形図である。
第２の実施形態の変形例は、第２の実施形態に対して、電子ジンバル２の光軸周りの回転軸２３の向きが異なる。第２の実施形態の変形例では、カメラ６の光軸と、電子ジンバル２の光軸周りの回転軸の方向が一致していない。
【0115】
このような場合でも、第２の実施形態同様にカメラ６の光軸周りの角速度を算出して、撮影画像への影響が前述の算出結果と同等になるように、電子ジンバル２の光軸周りの回転軸２３の角速度と、水平回転軸２１の角速度を算出する。
【0116】
こうすることで、カメラ６の光軸と、電子ジンバル２の光軸周りの回転軸の方向が一致していない場合でも天体の日周運動による視野の回転が無い天体追尾撮影が可能になる。
【符号の説明】
【0117】
１ スマートフォン、１１ 撮像部、１２ 表示パネル、１２ｉ ＵＩ、 １３ ＣＰＵ、１４ 緯度取得部、１５ 方位取得部、１６ 姿勢検出部、１７ 通信部Ａ、１８ 記録部、２ 電子ジンバル、２１ 水平回転軸、２２ 垂直回転軸、２３ 光軸周りの回転軸、２４ グリップ、２５ 回転制御部、２５１ 回転量算出部、２５２ 角速度センサ、２５３ モータ制御部、２５４ 通信部Ｂ
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
