JP2009128843A - 焦点検出装置及びそれを有する撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 撮影レンズに非点収差等の軸外収差が存在していても焦点情報を高精度に検出することができ、良好なる画像が得られる焦点検出装置を得ること。
【解決手段】 撮影レンズの射出瞳の複数領域から射出する光束によって、該複数領域毎に各々被写体像を形成し、該複数の被写体像の相対的位置関係より該撮影レンズの焦点情報を該撮影レンズの撮影画面内の複数領域において求める焦点検出装置であって、
該撮影画面内の光軸以外の検出領域であって、同一検出領域の互いに異なる相関検出方向における焦点情報を検出し、
該検出した互いに異なる相関検出方向における異なる焦点情報について、各々補正演算を行う補正演算手段を有し、該補正演算手段での演算結果より得た合焦信号に基づいて合焦動作を行うこと。
【選択図】図1
【解決手段】 撮影レンズの射出瞳の複数領域から射出する光束によって、該複数領域毎に各々被写体像を形成し、該複数の被写体像の相対的位置関係より該撮影レンズの焦点情報を該撮影レンズの撮影画面内の複数領域において求める焦点検出装置であって、
該撮影画面内の光軸以外の検出領域であって、同一検出領域の互いに異なる相関検出方向における焦点情報を検出し、
該検出した互いに異なる相関検出方向における異なる焦点情報について、各々補正演算を行う補正演算手段を有し、該補正演算手段での演算結果より得た合焦信号に基づいて合焦動作を行うこと。
【選択図】図1
Description
本発明は焦点検出装置に関し、例えば、固体撮像素子を有するデジタル一眼レフレックスカメラなどの撮像装置に好適なものである。
最近、多くのデジタルカメラは、撮影レンズ(対物レンズ)の焦点を自動的に調節する自動焦点調節機能を内蔵している。
特に、一眼レフカメラには、一対の被写体像の光量分布の相対的位置関係より撮影レンズの焦点状態を検出する方式、所謂位相差方式(像ずれ方式)と称される焦点検出装置が用いられている。
位相差方式の焦点検出装置は、少なくとも一対の開口が設けられた開口絞りと、その開口絞りの近傍に配置された2次結像レンズ(再結像レンズ)と、受光素子とで構成される。撮影レンズからの結像光束は、予定結像面よりも像側に設けた開口絞りに導かれる。2次結像レンズは、開口絞りの一対の開口を通過した光束によって被写体像に関する一対の光量分布を、受光素子の受光部(画素列、センサー)面上に形成する。そして受光素子で受光した一対の被写体像の光量分布の相対的位置関係より、撮影レンズの焦点状態(ピントズレ量)(焦点情報)を検出する。
従来よりこのような位相差方式を用いた焦点検出装置が種々と知られている(特許文献1、2)。
一般に、撮影レンズには光軸中心以外の周辺領域(軸外領域)で光軸からの距離によって決まる非点収差が存在する。
非点収差により被写体像は、光軸を中心として放射状に伸びる直線(サジタル像面)と光軸を中心とする同心円(メリジオナル像面)即ち互いに直交する方向でピントの合う位置が異なる。
撮影レンズに非点収差があると、位相差方式を用い撮影画面内の複数の検出領域で焦点検出を行う焦点検出装置においては、撮影画面内の同一箇所でありながら互いに直交する方向により異なるピント位置(焦点情報)を検出することになる。
また画面周辺領域では非点収差以外にも残存収差が存在する。このため焦点検出装置が検出する互いに直交する方向でピント位置に誤差が生じる。
これは一般に位相差方式の焦点検出装置では撮影レンズの射出瞳から射出される撮影にかかわる光束の一部を用いて焦点検出を行うためである。
従来からこの焦点検出装置で検出するピントずれ量と実際のピントずれ量を補正することが行われている。例えば、交換レンズ式のカメラにおいては装着される撮影レンズの諸収差に応じた補正値で得られた焦点情報の補正が行なわれている。
この他、画面周辺部の同一箇所に直交する複数の焦点検出系を設置し、これら焦点検出系で得られる信号を用いて合焦動作を行う焦点検出装置が知られている(特許文献3)。
特開平9−218344号公報
特開2001−66496号公報
特開平4−277712号公報
一般に撮影レンズの画面周辺領域(軸外)に相当する画角には残存収差が多く存在している。例えば光軸に対して垂直な線を含むサジタル方向の収差と光軸を含むメリジオナル方向の収差が多く存在する。
これらの収差によって、サジタル方向とメリジオナル方向とでは、最良のピント位置が異なってくる。
位相差方式の焦点検出装置を用いた撮影装置において、光軸以外に焦点検出領域を有する場合には、撮影レンズの非点収差等の軸外収差の影響で、焦点検出装置で得られる合焦情報(ピント位置情報)と、実際の最適なピント位置とが異なってくる場合がある。
この結果、焦点検出装置で得られる合焦情報を用いて合焦動作をすると良好なる画像が得られなくなってくる。
本発明は、位相差方式を用いて撮影画面内の複数位置で焦点検出をするとき、撮影レンズに非点収差等の軸外収差が存在していても焦点情報を高精度に検出することができ、良好なる画像が得られる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
本発明の焦点検出装置は、撮影レンズの射出瞳の複数領域から射出する光束によって、該複数領域毎に各々被写体像を形成し、該複数の被写体像の相対的位置関係より該撮影レンズの焦点情報を該撮影レンズの撮影画面内の複数領域において求める焦点検出装置であって、
該撮影画面内の光軸以外の検出領域であって、同一検出領域の互いに異なる相関検出方向における焦点情報を検出し、
該検出した互いに異なる相関検出方向における異なる焦点情報について、各々補正演算を行う補正演算手段を有し、該補正演算手段での演算結果より得た合焦信号に基づいて合焦動作を行うことを特徴としている。
該撮影画面内の光軸以外の検出領域であって、同一検出領域の互いに異なる相関検出方向における焦点情報を検出し、
該検出した互いに異なる相関検出方向における異なる焦点情報について、各々補正演算を行う補正演算手段を有し、該補正演算手段での演算結果より得た合焦信号に基づいて合焦動作を行うことを特徴としている。
本発明によれば、撮影レンズに非点収差等の軸外収差が存在していても焦点情報を高精度に検出することができ、良好なる画像が得られる焦点検出装置が得られる。
本発明の焦点検出装置における焦点検出方式では、位相差方式を用いている。
即ち、撮影レンズの射出瞳の複数領域(例えば2つの領域)から射出する光束によって、複数領域毎に各々被写体像を形成する。そして、複数の被写体像の相対的位置関係より撮影レンズの焦点情報を撮影レンズの撮影画面内の複数領域において求めている。
図1は本発明の焦点検出装置を一眼レフレックスカメラ(撮像装置)に適用したときの実施例1の要部断面図である。図2は図1の一部分の概略図である。図3は図1の一部の光路を展開したときの概略図である。図4、図5は図1の一部分の概略図である。
図1〜図5において、1は交換レンズ等のレンズ本体でありカメラ本体2に対して着脱可能に装着されている。
3は撮影光学系(撮影レンズ)であり、焦点調節手段4により焦点位置の調整を行う事が出来るように構成されている。焦点調節手段4はマイクロコンピュータ(演算手段)5により制御されている。6は記憶手段であり、撮影レンズ3に固有の情報が記憶されている。
記憶手段6に記憶される固有情報は、例えば画面周辺に存在する焦点検出領域の各像高におけるメリジオナル像面の焦点補正値とサジタル像面の焦点補正値、焦点調節手段4の駆動敏感度に関する情報、撮影レンズ3のF値、焦点距離などがある。
記憶手段6に記憶された情報の一部は接点7を介してカメラ本体2のマイクロコンピュータ(演算手段)14に転送されている。
カメラ本体2は、接点7を介して情報の伝達を行うと共にレンズ本体1と物理的な接触による着脱が可能な機構を有している。
被写体からの光束は撮影レンズ3により撮像素子16上へ結像する。撮影レンズ3から撮像素子16へ至る光束は途中に配置された光路中から挿退出可能なハーフミラー8によりその光束の一部が焦点版9へ導かれる。
ハーフミラー8を透過した一方の光束は反射ミラー12により焦点検出手段13へと導光される。カメラ本体2内のマイクロコンピュータ(演算手段)14は焦点検出手段13の出力信号から撮影レンズ3のピントズレ量を計算する。
その際、記憶手段15に記憶された焦点検出位置情報、焦点検出手段13のセンサー出力から計算されたコントラスト情報、レンズ本体1から送られる固有の焦点補正情報、例えば非点収差情報等を元に検出したピントズレ量に対する補正量を計算し補正する。この補正した値でレンズ本体1内のマイクロコンピュータ5にフォーカス変位量を指示する。
一方ハーフミラー8により焦点板9へ導かれた光束は拡散作用を受け像反転作用を有するペンタダハプリズム10を介して接眼レンズ11に入射する。接眼レンズ11を介することによって撮影者に焦点板9上のファインダー像の観察を可能なものとする。またペンタダハプリズム10を介した光束の一部は測光手段17へ入射する。
図2は撮影画面における焦点検出領域を示している。図2において、21、22は画面中心(光軸)の焦点検出を行う検出領域(焦点検出領域)を示している。23,24と25,26はそれぞれ画面に対して左右領域の一部の焦点検出を行う検出領域を示している。
中心の検出領域21,22では撮影レンズ3の光軸に対して非対称性が無いため検出領域21で検出する画面縦方向のコントラストもしくは検出領域22で検出する横方向のコントラストでピント差は発生しない。
撮影レンズ3の製造誤差により若干の差が生じる場合があるが、それが明らかな場合にはその誤差を補正する補正値を撮影レンズ3が保持すればよい。図3は図1で示した焦点検出装置の概要の説明図である。
焦点検出装置は、焦点検出手段13,マイクロコンピュータ14,記憶手段15等を有している。
図3には図2の焦点検出領域を実現する光学系の構成が描かれている。図3において、3は撮影レンズである。31は焦点検出領域の視野を決める視野絞りであり撮影レンズ3の予定焦点位置、すなわち撮像センサー16と光学的に等価な位置に設置されている。
図2で示した焦点検出領域21〜26の形状で開口部が設置されている。32、35,38は図2で示すところの検出領域21,22の視野に対応する焦点検出系の構成要素である。
32はフィールドレンズ、35は2次結像レンズ、38光電センサーである。2次結像レンズ35は図4で示す形状より成っている。図4において、a1,a2,b1,b2で示す4つのレンズ部により図5に示すセンサー上にマスク31の十字型の開口形状を51,52,53,54のように結像する。
また図5に示すセンサーには対応する位置にラインセンサー55,56,57,58が設置されていて撮影レンズ3によってマスク31上に結像された被写体像が2次結像レンズ35により再結像し光量分布として検出される。
2次結像レンズ35,36,37をここでは個別の部品として示しているが連結する形で1個の部品としてもよい。
また光電センサー38,39,40も連結する形で1個の部品としても良い。この被写体像の間隔を相関演算により求めることにより焦点ズレ量を検出するのが位相差方式のAF(焦点検出方法)である。
この焦点検出方法は、広く知られた技術であるためここで詳述はしない。
図3における33,36,39は図2で示すところの検出領域23,24の視野に対応する焦点検出系の構成要素である。34,37,40は図2で示すところの検出領域25,26の視野に対応する焦点検出系の構成要素である。33,34はフィールドレンズ。36,37は2次結像レンズ、39,40は光電センサーである。
形状や作用は画面中心の焦点検出系32,35,38と同様である。2次結像レンズ36,37は図4で示す形状であり、a1,a2,b1,b2で示す4ケのレンズ部からなる。
そして、それぞれのレンズは図5に示すセンサー上にマスク31の十字型の開口形状51,52,53,54のように結像する作用を持つ。また図5に示すセンサーには対応する位置にラインセンサー55,56,57,58が設置されていて、撮影レンズ3によってマスク31上に結像された被写体像が、2次結像レンズ35により再結像し光量分布として検出される。
図2の検出領域23、24は、光軸以外の同一箇所の測距領域(検出領域)に対応しており、互いに異なる相関検出方向を持つ。検出領域25,26についても検出領域23,24と同様である。検出領域23,24(25,26)で得られる焦点情報は、撮影レンズ3の非点収差などの影響で相関演算を行う方向(相関検出方向)で検出されるピントズレ量(焦点情報)が異なる。検出領域23,25の焦点検出方向では撮影レンズ3の光軸を含む平面(メリジオナル平面)に垂直で光軸を含まない平面(サジタル平面)内の光束により決定するサジタル像面のピントを検出することになる。
一方、検出領域24,26では光軸を含む平面内の光束により決定するメリジオナル像面のピントを検出することになる。平易に説明すれば検出領域23,25は光軸を中心とする放射状の直線にピントをあわせ、検出領域24,26は光軸を中心とする同心円にピントをあわせる作用を有する。
撮影レンズ3のピント位置は、検出する方向により異なるためサジタル像面方向であるか、メリジオナル像面方向であるかにより異なるレンズ固有の補正値を持つことが望ましい。
本実施例では、撮影視野内の光軸以外の画面周辺の1つの検出領域であって、互いに直交する方向の検出領域(相関検出方向)23,24で同時に焦点検出を行っている。そして検出領域23,24で異なるピント位置(合焦信号)が検出された場合に補正演算手段で補正演算を行って、その結果に基づいて焦点調節手段4によって、合焦レンズを移動させて合焦動作を行っている。
ここで補正演算手段には、例えば焦点検出手段13,マイクロコンピュータ14,記憶手段15等が含まれる。
以上のように本実施例では、撮影画面内の光軸以外の検出領域であって、同一検出領域の互いに異なる相関検出方向における焦点情報を検出している。
そして検出した互いに異なる相関検出方向における異なる焦点情報について、補正演算手段で各々補正演算を行っている。このとき、補正演算手段は、互いに異なる相関検出方向によって異なる補正値で補正している。
そして補正演算手段での演算結果より得た合焦信号に基づいて撮影レンズ3を構成する合焦レンズを駆動させて合焦動作を行っている。
従来は、同一箇所であって、互いに直交する2方向で異なる二つのピント検出結果がでた場合は、どちらかを優先させたピント検出結果を用いていた。
例えば被写体像のコントラストが強い方の検出結果からピント調整などを行う方式が行われていた。
これは同一箇所でのピントは一つに決まるものであるとの考え方があり、画面中心に関しては撮影レンズの誤差などを考慮しなければ正しいものとなる。近年、画面周辺部において同一箇所で検出方向の異なる焦点検出系が実用化されている。また近年、高いピント精度を有することの要求が高まっている。このため撮影レンズにおける画面周辺部の非点収差の影響が無視できなくなっている。
そこで本実施例では、互いに異なる相関検出方向において、被写体像のコントラストを検出するコントラスト検出手段をマイクロコンピュータ14内に設けている。
そして補正演算手段は、コントラスト検出手段により検出された互いに異なる相関検出方向におけるコントラスト情報と、互いに異なる相関検出方向の焦点情報とを用いて補正している。
即ち本実施例では位相差方式の焦点検出系で検出される被写体像のコントラストが方向により違うことに着目している。そして2つの焦点検出結果に対して焦点検出センサー上の検出方向によるコントラストの比からより好ましい焦点調節を行うようにしている。
図2の検出領域23で検出された横方向のピントズレ量(焦点情報)をDef23、同図の検出領域24の測距領域で検出されたピントズレ量(焦点情報)をDef24とする。
そして、それぞれ対応する焦点検出センサーからの出力により計算された被写体像のコントラスト(コントラスト情報)をCon23,Con24とする。これらの値から総合ピントズレ量DEFを以下の式から計算している。
DEF=(Def23*Con23+Def24*Con24)/(Con23+Con24) (式1)
この計算結果DEFに基づき焦点調節を行うことでより望ましいピント精度を得ている。
この計算結果DEFに基づき焦点調節を行うことでより望ましいピント精度を得ている。
尚、本実施例において位相差方式のセンサーよりコントラストは、例えばラインセンサーの各位置(各センサー)の像情報を微分して総和をとるなどして求めても良い。
又、検出方向におけるラインセンサーの各センサーの出力の最大値と最小値の比もしくは差を用いて求めても良い。
コントラストは縦方向と横方向(相関検出方向)のラインセンサーの出力値の最大値と最小値を用いて求めてコントラストの良い方のデータを焦点検出用に用いるようにしても良い。
この他、コントラストの求め方として相関演算を行う焦点検出センサーの出力では無く
測光手段17を2次元に多数分割された受光センサーで構成し被写体像のコントラストを検出するようにしても良い。
測光手段17を2次元に多数分割された受光センサーで構成し被写体像のコントラストを検出するようにしても良い。
次に本実施例の焦点検出の動作を図6のフローチャートを用いて説明する。
ステップ101のレリーズ動作により焦点検出を開始する。
ステップ102では撮影視野内の同一箇所に2つある焦点検出系により2つの焦点検出結果を得る。
ステップ103で焦点検出センサーの出力から被写体像の2方向のコントラスト(像ズレ情報)を得る。
ステップ104ではステップ102の焦点検出結果に対してレンズ固有の補正値を加味して2つのピントズレ量を演算する。レンズ固有の補正値は焦点検出方向により異なる値を用いても良い。
ステップ105ではステップ103で得られた被写体象のコントラストとステップ104で得られたピントズレ量から総合ピントズレ量を式1を用いてマイクロコンピュータ14で求める。
ステップ106ではステップ105で演算されたピントズレ量に基づき撮影レンズのピント調節を行い合焦させる。
ステップ107で撮像素子16への露光を行う、その際ミラー8、12は撮影光軸から退出する。
1 レンズ本体
2 カメラ本体
3 撮影レンズ
5、14 マイクロコンピュータ
6、15 記憶手段
13 焦点検出手段
16 撮像素子
2 カメラ本体
3 撮影レンズ
5、14 マイクロコンピュータ
6、15 記憶手段
13 焦点検出手段
16 撮像素子
Claims (7)
- 撮影レンズの射出瞳の複数領域から射出する光束によって、該複数領域毎に各々被写体像を形成し、該複数の被写体像の相対的位置関係より該撮影レンズの焦点情報を該撮影レンズの撮影画面内の複数領域において求める焦点検出装置であって、
該撮影画面内の光軸以外の検出領域であって、同一検出領域の互いに異なる相関検出方向における焦点情報を検出し、
該検出した互いに異なる相関検出方向における異なる焦点情報について、各々補正演算を行う補正演算手段を有し、該補正演算手段での演算結果より得た合焦信号に基づいて合焦動作を行うことを特徴とする焦点検出装置。 - 前記補正演算手段は、前記互いに異なる相関検出方向によって異なる補正値で補正することを特徴とする請求項1の焦点検出装置。
- 前記互いに異なる相関検出方向において、被写体像のコントラストを検出するコントラスト検出手段を有し、
前記補正演算手段は、該コントラスト検出手段により検出された互いに異なる相関検出方向におけるコントラスト情報と、前記互いに異なる相関検出方向の焦点情報とを用いて補正することを特徴とする請求項1の焦点検出装置。 - 前記互いに異なる相関検出方向は、前記撮影レンズの光軸を中心として放射状に伸びる方向と、その方向に直交する方向であることを特徴とする請求項1、2又は3の焦点検出装置。
- 前記補正演算手段は、前記撮影レンズの非点収差情報に基づいて前記補正演算を行っていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項の焦点検出装置。
- 前記請求項1乃至5の何れか1項に記載の焦点検出装置を内蔵することを特徴とするカメラ本体。
- 前記請求項1乃至5の何れか1項に記載の焦点検出装置を内蔵するカメラ本体と、該カメラ本体に着脱可能な撮影レンズとを有することを特徴とする撮像装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US8363153B2 (en) | 2010-02-10 | 2013-01-29 | Nikon Corporation | Focus detection device |
JP2016161678A (ja) * | 2015-02-27 | 2016-09-05 | キヤノン株式会社 | レンズ装置、撮像装置、撮像システム、プログラム |
CN108225744A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-06-29 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于角锥棱镜的光学镜头多视场像质检测装置及方法 |
-
2007
- 2007-11-28 JP JP2007306834A patent/JP2009128843A/ja active Pending
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