レンズの分類と選択

レンズの分類

機能別に分類すると、固定焦点レンズ、ズーム（拡大）レンズ、固定絞りレンズとなります。
用途による分類：テレセントリックレンズ、FAレンズ、ラインスウィープレンズ、マクロレンズ（または顕微鏡ヘッド）。
画角による分類は、通常のレンズ、広角レンズ、望遠レンズ。
焦点距離による分類：短焦点レンズ、中焦点レンズ、長焦点レンズ。

        産業用では、固定焦点レンズやテレセントリックレンズがよく使われます。 固定焦点レンズとは、レンズの焦点距離が固定されているものを指します。テレセントリックレンズ（Telecentric lens）とは、主に従来のレンズパララックスの補正のために特別に設計されたレンズで、ワーキングディスタンスの一定範囲内にあり、結果として得られる画像の倍率はワーキングディスタンスによって変化しません。 一般的には以下のように分類されます。

        対物側テレセントリックレンズ：対物側の主光線が光軸に平行、すなわち主光線の収束中心が対物側の無限遠に位置するため、フォーカシングの不正確さによる対物側の読み取り誤差を解消することができます。 (図1）。
        像側テレセントリックレンズ：主光線の像側が光軸に平行、つまり主光線の収束中心が無限遠の像側に位置しており、測定誤差による像側の不正確なフォーカスを効果的に取り除くことができる。 (図2）。

         両面テレセントリックレンズ：物体側の主光線と像側の主光線をそれぞれの端で無限遠に投射し、2つのレンズの長所を両立させる。

         従来の表面欠陥検出では、判定の有無などシステムの精度に対する要求が高くないため、通常のレンズを選択することができます。 通常のレンズでは、使用距離が異なると倍率が安定せずに視差が生じ、測定精度に影響を及ぼすため、精密な測定を行う場合にはテレセントリックレンズの選択を検討してください。 テレセントリックレンズは、視差を克服して一定の倍率でターゲットの検出を確実に行うことができ、測定精度を向上させることができます。 下の図は、一般的なレンズとテレセントリックレンズの効果を比較したものです：

レンズ選択

1、選択のアイデア

マシンビジョンシステムでは、カメラのセンサーチップにワークを結像させることがレンズの主な役割であるため、レンズの選択はマシンビジョンシステム全体の性能に直接影響を与えます。 レンズは一般的に、以下の方法で合理的に選択することができます：

2、留意点

a. フォーカシングリングとオプティカルインターフェース
        鮮明な画像を得るために、光学系のレンズ群やバックフォーカスの相対的な位置を調整する構造部品を「ピントリング（またはフォーカスリング）」と呼ぶ。 以下の図は、それぞれの状態でのフォーカスリングの見え方を示しています：

        レンズとカメラをつなぐ機械的なインターフェース。 Cポート、CSポート、Fポート、Kポートなど、業界で一般的に使用されている光インターフェースについては、共通の仕様が策定されています。

  b.対応するカメラチップの最大サイズ
        最大対応カメラチップサイズとは、レンズが対応可能なクリアな撮像範囲の最大値のことです。 実際にカメラとレンズを選択する際には、選択したレンズの最大互換チップサイズが、選択したカメラのチップサイズ以上であることが重要です。
        一般的に使用されているレンズとカメラチップの互換性については以下の通りです

3、選考プロセス

a.まず、アプリケーションの要件（視野角、精度、取り付け高さなど）を決定します。
b.アプリケーションの要求に応じて、主要な光学性能パラメータを計算する。 例えば、視野角、カメラチップの大きさ、作動距離から、視野角（水平）／チップ（水平）≒作動距離／焦点距離を算出します。
c. 解像度のマッチング：実用上、レンズの解像度がカメラの解像度よりも低くならないように注意する必要があります。
d. 被写界深度の要件：被写界深度を必要とするプロジェクトでは、可能な限り小さな絞りを使用します。被写界深度に影響を与える要因は数多くあり、その判断基準はより主観的なものであるため、具体的な被写界深度の計算は、実際の使用条件と組み合わせる必要があります。
e. 光源とのマッチングに注意して、適切なレンズを選ぶ。
f. 使用環境での設置スペースに注意してください。
ケース。
       使用条件：視野角は180mm×135mm、カメラチップは1″（チップサイズ12.8mm×9.6mm）、イメージエレメントサイズは3.5μm、カメラインターフェースはCタイプインターフェース、ワーキングディスタンスは800mm以下。
        (1)焦点距離の公式の計算によると、F′＝作動距離÷（水平画角÷チップ）＝800÷（180÷12.8）＝56.89mmとなります。
        (2)最も近い焦点距離を選択し、f′は50mmとし、決定した焦点距離に応じて新作動距離を計算すると、新作動距離≒（水平画角÷チップ）×焦点距離＝（180÷12.8）×50＝703.125mmとなり、新作動距離＜800mmとなり、選択した焦点距離が実現可能となります。
        (3）ピクセルマッチング：ピクセル＝12.8÷（3.5×10-3）×9.6÷（3.5×10-3）＝1.00×107 となり、1000万画素クラスの高精細な固定焦点レンズを選ぶことをお勧めします。
        (4) インタフェースをCインタフェースに決定する。
        (5)まとめると、OPT Machine Vision社のOPT-C5024-10Mが選択できます。