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USB 3.0 - 次世代のカメラインターフェース

次世代のカメラインターフェースとして好発進を切ったUSB 3.0。スマートフォンとコンセント、カメラとコンピューターなど、USB は2つのシステムをつなぐ装置として、現在のところ一般市場で最も普及しているインターフェースとなっています。
この一般消費者向けインターフェースの機能を向上させ、産業用途でも安定して使用できるようにするため、カメラメーカーが集まってUSB 3.0向けの産業用インターフェース規格を開発した結果、2013年1月にUSB3 Vision規格が発表されました。
この規格を使用することで、ハードウェアやアクセサリーがUSB3 Visionに準拠しているかをテストすることができ、認証を受けた機器は、産業用途の厳しい要件を満たし、スムーズかつ安定して動作することが保証されます。

USB 3.0と他の競合するインターフェース

もちろん、市場に存在するインターフェースはUSB 3.0だけではありません。ほかにも人気のインターフェースとしてGigE（Gigabit Ethernet）やCamera Link 、FireWire、USB 2.0などがあります。これらのインターフェースにはそれぞれ長所と短所があり、理想的な用途も異なります。例えば、GigEは長いケーブルにも対応でき、Camera Linkは広い帯域幅が必要な用途に最適です。

FireWireとUSB 2.0は古いうえに性能に限界があり、しかも対応機器の数も減少していることから、簡単におすすめできるものではなくなりました。FireWireはその優れたプラグアンドプレイ機能とリアルタイム互換性で一世を風靡しましたが、今では手頃な価格の対応機器が少なくなってきており、今後も減少傾向は続くと見られます。また、対応機器に不良があった場合についても、交換が難しいうえにコストもかかることから、FireWireは近いうちに市場から姿を消すと見られます。USB 2.0対応機器は低価格で汎用性も高いですが、インターフェースとしてすでに次の世代のUSB 3.0に追い越されています。このことに関する詳細については、後ほどさらに検討を進めます。

インターフェースを選定する際には、各用途の要件に応じてCamera Link、GigE、USB 3.0の中から最適なものを選ぶのが一般的です。

様々なインターフェースの持つ強みを組み合わせたUSB 3.0は、Camera LinkとGigEとの間にある速度の差を解消するために必要な帯域幅を持っているほか、プラグアンドプレイ対応でCPU負荷が低く、信頼性の高い産業用カメラ規格USB3 Visionも確立されています。しかも、USB 3.0はホストとデバイス間のデータ転送において高い信頼性を誇り、（バッファー）メモリーも内蔵しているため、産業用途において最高の安定性を発揮します。

Camera LinkとGigEとの間にある速度の差を解消するために必要な帯域幅を持つUSB 3.0

様々なインターフェースの比較

USB 3.0とGigEの比較

製品の登場から普及までの期間の比較

比較的新しいカメラインターフェースであるUSB 3.0は、マシンビジョン市場においてはまだ一般市場ほど普及していません。過去の歴史を見ても、新型インターフェースがマシンビジョン市場に登場してから受け入れられるまでには、多くの場合で約5年のタイムラグがあります。その分かりやすい例として、2006年に発表された GigE Vision規格があります。GigEが必要な数の支持を得て世界中のユーザーに広がるまでには、何年もの時間がかかりました。GigEは今やビジョン向けインターフェースとして非常に重要な位置を占めるまでになっています。

USB 3.0とUSB 2.0の比較

上記で触れた通り、USB 3.0とその前の世代のUSB 2.0についても比較をしていきたいと思います。これまで、USB 2.0には膨大な数の対応機器があると盛んに言われてきましたが、今やこれも影をひそめつつあります。最新世代のコンピューターハードウェアには始めからUSB 3.0接続が搭載されており、今後数年でUSB 3.0対応機器が広く普及していくと見られます。

今後数年で増加を続けると見られるUSB 3.0対応機器

以上のことから、USB 3.0対応アクセサリーのラインナップは次第に拡大し、価格面でもUSB 2.0対応アクセサリーの水準に近づくでしょう。

USB 3.0のもう一つの大きな特長として広い帯域幅があり、カメラの速度を向上させています。しかも、最新世代のCMOSセンサーといった最新のカメラセンサーは、旧世代のセンサーよりも高い能力を有するインターフェースを必要とするため、USB 2.0インターフェースを搭載したカメラと組み合わせて使用されることはほとんどありません。一方で、USB 3.0インターフェースは新世代センサーの性能を十分に発揮でき、速度に影響を与えることなくこれらのセンサーの解像度を最大限まで引き出す能力を持っています。

新世代センサーの性能を十分に発揮できる能力を持つUSB 3.0インターフェース

今後の展望

他の新型インターフェースと同様に、USB 3.0も高い付加価値がない限り移行が難しいという課題を抱えています。しかし、市場シェアが年々増加していることに伴い、USB 3.0の進化も明らかに速まっています。USB3 Vision規格についても、今後数年で市場において広く受け入れられることが期待されていることから、USB 3.0はGigEとともにマシンビジョン市場におけるインターフェースとしての地位をさらに高めていくと見られます。