高精細検査の精度を左右するレンズ選定の考え方

製造ラインの検査工程では、レンズが捉える画像のわずかな誤差が、検査結果に大きな影響を与えます。検査の目的や対象物、使用するカメラに適したレンズを使用することで必要な情報を正確に撮像することができます。検査精度向上には適切なレンズ選定を行うことが重要です。

一般的な選定ステップは以下の3段階です。

イメージサークルとは、レンズが光学性能を確保できる円形の領域を指します。カメラで対象物全体を正しく撮影するためには、このイメージサークルの領域内に、カメラのセンサ（矩形または直線形）が完全に収まっていなければなりません。もし、センサがイメージサークルの外に出てしまうと、画像の周辺が暗くなったり、写らなくなったりする「けられ」と呼ばれる現象が発生し、正確な検査が行えなくなります。

産業用カメラには、主に「ラインセンサ」と「エリアセンサ」の2種類があり、Rayfactはそれぞれに対応するラインナップを揃えています。

ラインセンサとエリアセンサでは、イメージサークルの計算方法が異なります。

ラインセンサで基準になるのは「センサの幅」です。

エリアセンサで基準になるのは「センサの対角線の長さ」です。対角線の長さは、次の式を利用して求められます。

Rayfactはイメージサークルが大きく、大型のラインセンサ/エリアセンサにも対応。
1つのレンズで広範囲の検査が可能になり、検査効率向上に貢献します。

レンズの倍率を変更すると、視野と画素分解能も変化します。
倍率が高くなると視野は狭く、画素分解能は高くなり微細な対象物を検査できます。
このように、視野と画素分解能は関連しているため、並行して確認する必要があります。

検査対象物に対して、設置のスペースの制約の中で、どれくらいの「視野」で検査する必要があるかを確認します。

レンズの倍率が変わると、同じ設置条件でも視野が変わります。例えば、広い視野を確保したい場合は低倍率のレンズが必要になります。

検査したい欠陥サイズに対して必要な「画素分解能」を確認します。

どれだけ微細な部分まで撮影できるかを示し、値が小さいほどより微細な欠陥を検出でき、画素分解能が高いことを意味します。検出したい欠陥やキズを確実に捉えるために重要な指標です。

光学倍率は「視野」と「画素分解能」の両方に影響します。

• 倍率を上げる　→　視野は狭くなるが、画素分解能は上がる（より細かく見える）
• 倍率を下げる　→　視野は広くなるが、画素分解能は下がる（より粗くなる）

このように「広い範囲を一度に見たい（低倍率）」という要求と、「微細な欠陥を見たい（高倍率・高分解能）」という要求は、多くの場合トレードオフの関係になります。

以下は、欠陥サイズから画素分解能を求めることを優先した場合の例です。
設置スペースを確認しながら行いましょう。

（1）検出したい欠陥サイズを決める

（2）3 画素程度^※1 を用いて撮影するため必要な画素分解能を計算する

^※1 一般的に2～5 画素が目安とされますが、検査目的や用途によって最適な画素数が異なる場合があります。

（3）使用するカメラの1画素サイズを確認する

（4）求めた画素分解能にするため、必要なレンズの倍率を計算する

（5）イメージサークルの長さを求める

（6）視野を計算し、検査対象範囲をカバーするか確認する

計算上最適な倍率が導き出せても、その倍率を持つ単焦点レンズが見つからない、という問題は少なくありません。可変倍率レンズは、倍率を連続的に微調整できるため、検査対象や設置条件に合わせた最適な視野と画素分解能を妥協なく実現します。

Rayfactは低倍率から高倍率まで幅広いラインナップを揃えています。
お客様の条件に最適な倍率を確認後、その倍率に固定してご提供することも可能です。

Rayfactは幅広い製品ラインナップを持ち、特定の検査ニーズに合わせた最適なレンズを選択できます。また、UV波長による検査や燃焼・プラズマ試験観察に適した紫外線対応レンズも取り揃えています。カメラの性能を最大限に引き出し、各分野の課題解決に貢献します。