組み込みビジョンカメラ用M12レンズ

用途に合ったSマウントレンズの選び方

最適なM12レンズを選定するには、画像システムの性能を左右する主要な光学原理を十分に理解する必要があります。 各光学パラメータは、画質に影響を与えるだけでなく、 システム全体のコスト、物理的なサイズ、および設計の複雑さにも影響を及ぼします。

画角と焦点距離に関する考慮事項

• 画角（FOV）の要件 画角は、M12レンズがシーンのどの範囲を捉えるかを決定します。焦点距離が短いほど、 移動型ロボットにおける状況認識に不可欠な広い撮影範囲が得られ、一方、焦点距離が長いほど、 精密な検査作業に必要な細部の抽出が可能になります。 これには本質的なトレードオフがあり、 広角のM12レンズでは樽型歪みが生じるため計算による補正が必要となる一方、望遠の Sマウントレンズは、優れた幾何学的精度を維持しつつ遠近感を圧縮します。当社の FOV計算ツールを使用すれば、 特定の用途に合わせて、歪みの影響を含めた正確な撮影範囲をシミュレーションできます。
• 被写界深度（DOF）の最適化 被写界深度とは、画像上で許容できるほど鮮明に見える軸方向の距離範囲を指します。f値が大きいほど 被写界深度は深くなりますが、光量も減少します。これは、さまざまな照明条件下で動作するボードカメラにとって、極めて重要な要素となります。 被写界深度を広くすることの技術的な利点は、固定作動距離のアプリケーションにおいて再フォーカスの必要性を排除できることですが、一方で被写界深度を浅くすることで、3D再構成のための光学断面法が可能になります。当社の被写界深度計算ツールを使用して、お客様の特定のピクセルピッチの制約を考慮しながら、これらのパラメータを最適化してください。
• センサーフォーマットの互換性 ヴィネット現象を防ぐためには、M12レンズの像円がセンサーの対角線長を超える必要がありますが、 レンズを大きすぎると、光学性能が無駄になり、センサー周辺部での収差が増加します。重要な点は、 M12レンズとセンサーフォーマットを適合させることで、画角全体にわたるMTF性能を最適化しつつ、 サイズとコストの両方を最小限に抑えられるということです。 1/2.3インチ用に最適化されたSマウントレンズを1/3インチセンサーで使用すると、 光学設計の性能が十分に活かされず、逆にレンズが小さすぎると許容できないほどの四隅の暗さが生じます。当社の 焦点距離計算ツールは、お客様の特定のセンサーフォーマットに最適な焦点距離を 決定するのに役立ちます。

光学性能仕様

• 解像度とMTF性能 変調伝達関数（MTF）は、さまざまな空間周波数におけるコントラストの保持度を定量化するもので、 画像のシャープさに直接影響を与えます。 M12レンズの緑色のナイキスト周波数におけるMTFは、 十分な性能を発揮するために20%を超える必要があります。実用上の意味としては、MTF性能が低いM12レンズは、 センサーの解像能力を無駄にしてしまう一方、MTFを過剰に仕様化すると、ピクセルサイズに制限がある場合には、測定可能なメリットがないままコストが増加してしまいます。最適なシステム性能を得るためには、ボードレンズのMTF仕様を、 センサーの性能に慎重に合わせてください。
• F値と集光力 F値は、照度の二乗反比例の法則に従って、集光能力を決定します。 F値が小さいほど（F1.4～F2.0）、低照度条件下でのS/N比は最大化されますが、その一方で、 光学収差が増加し、被写界深度が浅くなります。 技術的なトレードオフとして、明るいM12レンズは、 露光時間を短縮してモーションブラーを低減できる一方で、絞りを絞ると、 収差が低減されることでエッジのシャープさが向上します。Sマウントの絞り仕様を 選択する際は、具体的な照明条件やダイナミックレンジの要件を考慮してください。
• レイ・アングル（CRA）の整合 最新のCMOSセンサーは、マイクロレンズを利用して光をフォトダイオードへと導いていますが、これらのマイクロレンズは 特定の入射角に合わせて最適化されています。M12レンズとセンサー間のCRAの不整合により、 波長に依存したヴィネット（色むら）が発生します。これは、軸外光がフォトダイオードに届かないために生じ、特徴的な ピンクやグリーンのコーナーティンティングを引き起こします。 重要な仕様は、CRAの整合を ±5～7°以内に維持することです。これにより、後処理では修正が極めて困難なこの色むらを防止できます。

環境的および機械的要因

• 防塵・防水性能の要件 IP67規格に準拠したM12レンズを採用することで、保護窓が不要になります。保護窓があると、不要な 反射が生じ、光透過率が低下し、システムコストが増加してしまいます。 これらの 空気とガラスの境界面を取り除くことによる光学的な利点は、迷光の低減によるコントラストの向上であり、また、密閉型基板実装型レンズは、内部の曇りの原因となる湿気の侵入を防ぐことで、温度変化があっても一貫した性能を維持します。屋外での用途には、必ずIP規格に準拠したSマウントレンズを指定してください。
• 熱安定性に関する考察 オールガラス製のM12レンズは、低熱膨張係数（CTE）の材料と非熱依存型の光学設計により、−40°Cから+85°Cの範囲で焦点の安定性を維持します。一方、ガラスとプラスチックのハイブリッド構造を持つSマウントレンズはコストを削減できますが、プラスチックの高い熱膨張係数および屈折率の温度依存性（dn/dT）により、温度変化に伴う焦点のずれが生じます。 設計上の考慮点としては、温度変動が激しい屋外用ボードカメラには全ガラス製を指定し、一方、温度管理された屋内環境では、コストを最適化したハイブリッド設計を採用することが挙げられます。