お使いのカメラに合ったマシンビジョンレンズの選び方

レンズ選びのポイントをご説明する前に、まずはどのような種類のレンズがあるのかを把握しておく必要があります。一般的なレンズにはエントセントリックレンズ、テレセントリックレンズ、広角レンズ、魚眼レンズがあり、これらのほかにも近赤外線用の特殊なレンズが存在します。

ここでは、マシンビジョン用途で主に使用されているエントセントリックレンズに焦点を絞って見ていきます。標準的なエントセントリックレンズは、レンズとセンサーの視野角が固定されています。この視野角は人間の目と似ており、遠くにある物は小さく、近くにある物は大きく見えます。最も一般的なエントセントリックレンズは、人間の目の中にあるのです。

カメラ本体とレンズの間には、マウントと呼ばれる接続機構があります。マウントには規定のサイズがあり、カメラ本体のレンズ装着部の形状によって種類が異なります。

例えば、マシンビジョンカメラで最も一般的なCマウントは、対角線長が20mm以下のセンサー（センサーサイズ1.5インチに相当）に対応しています。大型センサーの場合は、Fマウントが通常使用されますが、この種類のマウントは産業用マシンビジョン用途ではあまり使用されていません。産業用マシンビジョン用途では、小型センサーに適したC/CSマウントやSマウントを使用することが一般的です。Sマウントレンズは、1/2インチ、1/3インチまたはより小さいセンサーに使用されます。CマウントレンズをCSマウントの本体に取り付けるためには、5mmの変換リングが必要になります。しかし、他のマウントの場合はこのような変換方法がなく、CSマウントレンズをCマウントのカメラに取り付けることはできません。

解像度の高い画像を撮影するには、解像度の高いレンズが必要です。

しかし、本当の意味で解像度の高い画像を撮影するには、メガピクセル数以外の要素も考慮する必要があります。つまり、そのような小さなサイズのピクセルでも表示できるレンズを選ぶということです。1mm当たりのラインペア数で表されるレンズの解像度は、1mmの中に分離して見えるラインペアが何本存在するかで決まります。識別可能なラインペア数が多いほど、レンズの解像度は高くなります。

画像の中央から境界までにおけるレンズの解像能力はMTF（変調伝達関数）で表され、不明な場合はメーカーに問い合わせることができます。MTF曲線を計算する際には、白と黒の線を徐々に細くしていきながら撮影を行い、テストチャートを作成します。このチャートでは、判別可能なラインペアの数によって最高解像度が決まり、これを1mm当たりのラインペア数（lp/mm）で表します。

一般消費者向けのカメラやスマートフォンのメーカーの多くは、製品のメガピクセル数の大きさをアピールします。これは、メガピクセル数が大きいほど解像度も高くなり、最高の画像を撮影できるということを表しています。しかし、実際にはきちんと合うレンズがなければ、メガピクセル数が大きくても十分な性能を発揮できません。高品質なレンズは価格が高いため、多くのメーカーはレンズのコストを抑えようします。例えば、20メガピクセルの解像度を持つスマートフォンの撮影画像がブレている場合、メガピクセル数が大きいセンサーを使用したとても、単にブレた部分を拡大することしかできません。しかし、5メガピクセルの解像度を持つカメラに高品質なレンズを組み合わせた場合、たとえメガピクセル数が小さくても、撮影した画像は明らかに鮮明になります。

通常、産業用画像処理に使用するセンサーの解像度はVGA（0.3メガピクセル）から5メガピクセルの間です。少なくともCマウントカメラについては、解像度が高くても意味がありません。解像度が高いと1つのピクセルが小さすぎてノイズも多くなるため、必要な測定や検査ができないのです。

上記を十分に理解したうえで、以下の質問にお答えください。

• レンズマウント：お使いのカメラとレンズのマウントは合っていますか（Cマウントなど）？
• 解像度：レンズの解像度はセンサーの解像度に合っていますか？

• 焦点距離：焦点距離はセンサーのサイズや用途に合っていますか？
• イメージサークル：イメージサークルの大きさがセンサーサイズ以上になっていますか？
• 絞り：絞り値は撮影場所の照明条件に合っていますか？

チェックリストのすべての項目に対する回答が「はい」になりましたか？