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

1.1 Cマウント、Sマウントカメラレンズ

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。

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。

解像度が5メガピクセル（500万画素）のセンサーの場合、5メガピクセルすべてを表示できるレンズが必要となります。

焦点距離が長くなるほど、望遠タイプのレンズとなります。スポーツカメラマンやパパラッチが持っているような巨大なレンズは、一般消費者向けのカメラのレンズと比べて明らかに長い焦点距離を持っています。反対に、広角レンズや魚眼レンズでは焦点距離が短くなります。

焦点距離はセンサーの大きさ、対象物とレンズの距離、撮影距離によって決まります。ほとんどレンズサプライヤーは自社のホームページで計算ツールを提供しており、焦点距離を算出することができます。

F値が大きいほど絞りは狭くなり、センサーに届く光の量が少なくなります。絞りが広く開いた状態だと、センサーに届く光の量が増えるため、高画質な画像を撮影するために必要な照明の量が少なくすみます。

照明条件が悪い場合は、絞りを大きく開くと効果的です。

絞りを狭くする場合は、メリットとデメリットの両方が生じます。口径食などの問題が減り、焦点深度は大きくなりますが、絞りを狭くしすぎないように注意しなければなりません。絞りが狭すぎると、絞り羽根によって入射光が回折され、小絞りボケが起きてしまい、画質に悪影響を与えます。

そのため、各レンズには最適なF値がありますが、これは実際のところ、小絞りボケの発生を最小限に抑えつつ、焦点深度を最大限まで利用可能な状態を表した値なのです。