防犯カメラのレンズの選定方法
4つの決定事項を正しく選べば、固定焦点か可変焦点か、およびマウント形式の選択は自然と決まります。具体的には、昼夜切り替え用のIRカットフィルター、NIR波長、低照度時の開口径、そして設置時にマウント距離を固定するかどうかです。
昼夜対応の撮像および赤外線補正
カメラに機械式のIRカットフィルター切り替え機構が搭載されている場合は、常にIR補正レンズを使用してください。 日中は、この切り替え機構がIRカットフィルターを挿入するため、センサーは可視光のみを捉え、色が正しく再現されます。夜間は、フィルターが外されるため、センサーは近赤外線（NIR）照明を利用して、低照度下でのモノクロ画像を撮影できます。この切り替えの際も、レンズはフォーカス位置を正確に維持しなければなりません。そうしないと、切り替えが行われるたびに画像がぼやけてしまいます。
Commonlandsでは、まさにこの用途向けに設計されたIR補正済みM12レンズを取り扱っています：CIL046 4.4mm M12レンズは、最大8MPの1/1.7型センサー向けにF/2.0でRGB/IR補正が施されており、CIL290 1.9mm M12魚眼レンズは、最大5MPの1/2.7型センサー向けにIR補正が施され、オプションで660nmのIRカットフィルター付きモデルも用意されています。 いずれも、IRカットフィルターが装着済みのバージョンと未装着のバージョンが用意されています。
通常のガラスは、可視光波長域と近赤外（NIR）波長域で屈折率が異なるため、可視光のみに最適化されたレンズでは、近赤外光が被写体の主な光源となった場合、最も鮮明な像が形成される焦点面がわずかにずれてしまいます。赤外線補正レンズの設計では、ガラスの屈折率を補正することで、両波長帯にわたって焦点面が一致するようにしています。詳細な仕組みについては、「赤外線補正レンズガイド」および「バンドパスフィルターガイド」内の「昼夜用フィルター切替装置」の項目をご覧ください。
設置環境にスイッチャーがない場合（昼間専用の固定カラーカメラ、または夜間専用の固定NIRカメラなど）、設計が単一の波長帯に最適化されており、波長帯を跨ぐ必要がないため、標準的な非IR補正レンズで十分です。デイ/ナイト仕様のベンチテストでは、単一の照明条件下での静的な焦点チェックだけに頼るのではなく、昼間（IRカット）と夜間（NIR）の両方の状態を検証する必要があります。
850nmと940nmの近赤外（NIR）照明の比較
850nmと940nmは、監視用途で一般的に用いられる2つの近赤外（NIR）照明波長であり、その選択は検知距離と隠密性のトレードオフとなります。850nmの照明装置は微かな可視赤色光を放ちますが、ほとんどのCMOSセンサーは940nmに比べて850nmにおいて著しく高い量子効率を維持しており、これは同じ照明出力でもより多くの有用な信号が得られ、多くの場合、有効検知距離が長くなることを意味します。 940nmは不可視光に十分近いため、ほとんどの人は照明装置の作動に気づきませんが、センサーの感度が一般的に低くなるため、940nm感度に対応したセンサーとレンズを特別に選定しない限り、画質や有効射程が低下します。
ここでのレンズの役割は、単に照明の選定にとどまりません。赤外線補正済みのレンズは、照明装置が使用する近赤外（NIR）帯域全体にわたって焦点を維持できる必要があり、レンズのコーティングやガラスの透過率については、単に想定するのではなく、その特定の波長に対して確認する必要があります。850nmでの性能が検証済みのレンズであっても、940nmでも自動的に同等の補正がされているとは限りません。センサー側の量子効率の比較については、「850nm対940nm」ガイドを参照してください。
検知範囲と画質を最優先し、イルミネーターの微かな光が許容できる場合は、850nmを選択してください。設置環境上、イルミネーターを事実上目立たなくする必要がある場合は、940nmを選択してください。ただし、センサーモデルによって940nmにおける量子効率が大きく異なるため、決定する前にセンサーのデータシートで940nmにおける量子効率を確認してください。
低照度時の絞り選択
F値が小さい（つまり明るい）レンズほど、所定の露出とゲイン設定において単位時間あたりの集光量が多くなります。これは、照明の光量が一定の場合、夜間の画質を左右する主な要因となります。CIL522 12mm Cマウントレンズには、F/1.4からF/16まで調整可能な絞り機構が搭載されているため、同じレンズで夜間はF/1.4の開放絞りにして光量を最大化し、日中は絞りを絞ってグレアを抑制し、被写界深度を深くすることができます。M12の低照度用オプションは、製造時に単一の絞り値に固定されており、CIL046はF/2.0の固定絞りとして出荷されます。
絞り込むことには、F値が大きくなるにつれて増大する固有の代償、すなわち回折があります。550nmの可視光の場合、F/8でのエアリーディスクの直径は約10.7µm、F/11では約14.8µmとなります。850nmの近赤外（NIR）照明下では、これらの直径はいずれも約1.5倍に増加します。 これはすでにCIL522の4.2µmという画素ピッチの2.5～3.5倍に相当し、絞り自体が解像度を制限する限界をはるかに超えています。実際には、小画素のCマウント監視用レンズはF/5.6～F/8付近で回折による限界に達するため、日中のグレアや被写界深度の制御のために絞る場合は、利用可能な最小絞りまで絞るのではなく、その限界が許す範囲内にとどめるべきです。 「低照度用レンズ選定ガイド」を参照してください。
固定焦点と可変焦点
固定焦点レンズは、よりシンプルでコンパクト、かつ多くの場合安価な選択肢であり、設置前に取り付け距離や必要な撮影範囲が分かっている場合には、実用的な選択肢となります。固定された出入り口の上の一定の高さに設置されたカメラの場合、稼働開始後に視野角を変更する必要はほとんどないため、固定レンズを採用することで、機械的な調整作業や潜在的な故障箇所を排除することができます。
バリフォーカルレンズを使用すれば、設置業者は光学系を交換することなく、現場で焦点距離、ひいては視野角を調整することができます。この柔軟性は、設置業者が屋根や電柱に登ってからでないと正確な設置距離が決まらない場合や、試運転後に撮影範囲の要件自体が変更される可能性がある場合に、そのコストに見合う価値を発揮します。Commonlandsの現在のM12およびCマウント製品ラインナップは、固定焦点レンズです。詳細な比較については、「固定焦点レンズとバリフォーカルレンズの比較ガイド」をご覧ください。
範囲とカバレッジ
広角レンズと望遠レンズはそれぞれ異なる課題を解決するものであり、同じセンサー解像度において、その両方を十分にこなせる単一のレンズは存在しません。焦点距離が短いレンズは、より広い範囲を捉えることができますが、その広い範囲にセンサーの画素が分散されるため、個々の被写体に割り当てられる画素数が減少します。一方、焦点距離が長いレンズは、画素を狭い範囲に集中させるため、全体的な画角を犠牲にする代わりに、遠方の被写体の解像度を向上させることができます。
マシンビジョン全般で用いられるのと同じ直線的な関係式が、そのまま適用されます：EFL = (作動距離 × センサー幅) / 被写体幅。この線形関係は、一般的な監視カメラの設置環境のように、作動距離が焦点距離よりもはるかに長い場合に成立します。この式には、CIL290などの魚眼レンズは含まれません。190°の魚眼レンズの撮影範囲は、そのレンズ固有の歪みマッピングに従うためです。 特定の設置環境における幾何学的条件については、視野角計算ツールを使用して確認してください。
撮影範囲計画において、最も遠い距離で撮影対象に実際に必要な詳細度を決定し、その距離でその画素密度を達成できるよう焦点距離とセンサー解像度を決定すべきであり、先に焦点距離を決めてから詳細度が追随することを期待するようなやり方は避けるべきです。 広範囲をカバーするカメラ1台と、特定の要所を捉える長焦点距離のカメラ1台以上を組み合わせたマルチカメラ構成は、この考え方の直接的な結果です。広角カメラが状況把握を担当し、狭角カメラが実際に識別レベルの詳細を必要とする領域を担当します。
センサーのフォーマットと解像度の整合
直線収差補正レンズの場合、イメージサークルはセンサーの対角線を余裕を持ってカバーしていなければなりません。そうしないと、他の仕様がどれほど優れていても、画像の四隅でヴィネット現象が発生してしまいます。フィッシュアイレンズは例外です。フィッシュアイレンズの円形画像は、対角線をクリアするようにサイズ調整されるのではなく、センサーによって意図的にトリミングされます。 一般的な監視用センサーフォーマットは、M12光学系を採用したコンパクトなIPカメラモジュールでは1/2.9インチから1/1.7インチまで、高解像度のCマウントモデルでは最大2/3インチまたは1.1インチまであります。 CIL046は8MPで最大1/1.7"まで対応し、CIL290フィッシュアイの5.8mmイメージサークルは1/2.7"センサーと組み合わせられ、CIL542は2.5µmのピクセルピッチで25MPの1.1"センサーに対応しています。
レンズの解像力は、少なくともセンサーのピクセルピッチと同等以上でなければなりません。そうでないと、光学的なボケが制限要因となり、追加されたメガピクセル分について実用的なディテールがほとんど得られなくなります。2つの隣接するレンズのイメージサークル規格のどちらを選ぶか迷った場合は、カバー範囲の点では大きい方が安全な選択肢ですが、特定のセンサーに対する解像力やCRAとの互換性については、推測するのではなく、必ず確認する必要があります。「空間解像度ガイド」および「センサーサイズとレンズの互換性ガイド」を参照してください。
屋外用カメラの防塵・防水対策
レンズに独自の防塵・防水等級が必要となるのは、密閉されたカメラハウジングのドームや窓の後ろに設置されているのではなく、天候に直接さらされる場合のみです。レンズの前面要素が環境に直接さらされる基板レベルやオープンフレームの設計において、レンズ単体での等級が重要となります。 Commonlandsでは、屋外での直接露出に対応した厳選されたM12レンズを取り扱っています。CIL290は、IR補正機能を備えているほか、IP67規格に準拠しており、CIL948はIP67規格に加え、雨水をはじく撥水コーティングが施された前玉を備えています。
レンズのIP67規格は、レンズアセンブリ自体を粉塵や一時的な水没から保護するものです。カメラ本体、コネクタ、ケーブルについては、別途規格認定を受けていない限り、この保護範囲には含まれません。完全に露出された屋外設置を行う前に、レンズレベルだけでなくシステムレベルでの規格を確認してください。IP規格ガイドおよび耐環境性レンズガイドをご参照ください。