カメラレンズ用被写界深度計算機 | 被写界深度計算機＆ハイパーフォーカル距離

マシンビジョンにおいて、被写界深度はなぜ重要なのでしょうか？

被写界深度は、鮮明で信頼性の高いマシンビジョンの基礎となる要素です。被写界深度によって、被写体のどの部分が ピントが合っており、どの部分がぼやけるかが決まります。これは、コンピュータビジョンアルゴリズムが 特徴点を検出したり、バーコードを読み取ったり、ロボットの動きを正確に制御したりできるかどうかに直接影響します。

被写界深度（DoF）は、カメラの「ピントが合う範囲」と考えてください。浅すぎると、重要な被写体がぼやけてしまいます。 深すぎると（F値を小さくする必要があるため）、高速シャッタースピードに必要な十分な光量を確保できず、 代わりに動きによるブレが生じてしまう可能性があります。

電卓の計算結果は、実際にはどういう意味なのでしょうか？

自分の用途に合った設定をどのように選べばよいですか？

これらの計算の背後にある物理的原理とは何でしょうか？

ガウス光学財団

この計算機は、薄レンズの式と幾何光学を用いて被写界深度を算出します。 基本の式は、被写体距離（u）、像距離（v）、焦点距離（f）の関係を示しています：

なぜ「サークル・オブ・コンフュージョン」が重要なのか

「サークル・オブ・コンフュージョン（CoC）」とは、ぼやけに対する許容範囲のことです。ピントが合っていない点光源は、 センサー上でぼやけた円として映し出されます。この円がCoCの閾値よりも小さい場合、 人はそれを「十分にシャープ」だと認識します。

単純な自由度（DoF）の計算式は、どのような場合に通用しなくなるのか？

小口径における回折限界

回折の影響が顕著になるのは、エアリー円盤が画素サイズに近づいたときであり、マシンビジョンで一般的に使用されるような小さな 画素の場合、これはf/11よりはるかに早い段階で発生します。回折によって生じる エアリー円盤の直径は、おおよそ以下の通りです：

ここで、λは波長（緑色光の場合、≈550nm）、NはF値である。F/16の場合、これにより 約21µmのボケが生じる――これは多くの画素サイズよりも大きい！

実際のレンズ収差

実際のレンズは完璧ではありません。球面収差、コマ収差、非点収差といった問題があり、 これらは計算上の被写界深度内であっても解像度を低下させる可能性があります。マシンビジョン向けに最適化された高品質な M12レンズは、 多群構成の設計により、これらの収差を最小限に抑えています。

センサー技術は被写界深度にどのような影響を与えるのか？

モノクロセンサーとカラーセンサーの比較

モノクロセンサーは、各画素が 輝度情報をすべて捉えるため、一般的に有効解像度が高くなります。一方、ベイヤー型カラーセンサーでは、各画素が1つの色 チャネルしか捉えないため、補間処理が必要となり、その結果、エッジがぼやけることがあります。

グローバルシャッターとローリングシャッターの比較

被写界深度の計算には直接影響しませんが、グローバルシャッター方式のセンサーは、 すべての画素が同時に露光されるため、動的なロボット工学の用途において重要です。ローリングシャッター方式では、 ピントの問題のように見える歪みが生じることがありますが、これは実際には時間的なずれによるものです。 グローバルシャッター方式の画素には画素内記憶回路が追加されるため、 通常、画素サイズは大きくなります。同じ解像度であれば、画素サイズが大きいほどセンサーフォーマットも大きくなり、 特定のレンズにおける視野角が変化します。また、画素サイズが大きくなると、画素ベースの混同円が緩和され、 被写界深度が深まります。

オートフォーカスと固定焦点、どちらが良いのでしょうか？

この計算ツールを使用して最適な固定焦点位置を算出した後、機械的に、あるいは ネジロック剤を使用して固定してください。 M12マウントのレンズの場合、 通常はレンズを正しい位置まで回転させて固定します。