個々の仕様よりもシステムの互換性が重要な理由

カメラプロジェクトは、紙の上では完璧に見えます。

センサーには必要な解像度があります。レンズには指定された焦点距離があります。取り付けネジは合っています。予算は承認されました。

しかし、最初のサンプルでは残念な画像が生成されます。

角がぼやけています。思ったより画像が暗いですね。カメラの温度が上昇するとピントが変化します。または、レンズがエンジニアリング チームの予想とは異なるシーンの領域をキャプチャします。

これらの問題は、必ずしもレンズの欠陥を意味するものではありません。場合によっては、レンズが完全なイメージング システムの一部として評価されるのではなく、個別のコンポーネントとして選択されたことが問題になることがあります。

カメラメーカーや製品開発者にとって、この区別は重要です。優れたレンズ仕様は、適切に適合したカメラ システムと同じではありません。

1. メガピクセルの評価に一致させるだけでは不十分な理由

レンズを選択するための一般的なアプローチの 1 つは、レンズの宣伝されているメガピクセル評価をカメラのセンサーに一致させることです。

これは便利な初期フィルターですが、期待される画質を保証するものではありません。

実際の結果は、ピクセル サイズ、光学解像度、コントラスト、イメージ フィールドの位置、センサー特性、画像処理などのいくつかの要因によって異なります。

高解像度センサーを使用したカメラを考えてみましょう。画像の中心は鮮明に見えますが、隅近くの細かい部分は柔らかく見えます。単一のメガピクセルのラベルでは、この違いを完全に説明することはできません。

このため、エンジニアは、イメージング システムがさまざまな空間周波数でコントラストをどの程度うまく再現するかを表す変調伝達関数 (MTF) を評価することがよくあります。

実際的な問題は、単にレンズが特定のメガピクセル数をサポートしているかどうかだけではありません。アプリケーションにとって重要なのは、レンズが画像領域全体に必要な詳細を提供できるかどうかです。

セキュリティ カメラの場合、コーナー パフォーマンスが広いシーン全体の詳細を認識する能力に影響を与える可能性があります。検査カメラの場合、特定の測定領域の画質がより重要になる場合があります。

正しい評価基準は、カメラが実際に何をしなければならないかによって異なります。

2. 視野は焦点距離以外にも依存します

2.8 mm レンズは広角イメージングを連想させることが多いですが、焦点距離が長いほど、同等の条件下では一般に狭い視野を捉えます。

ただし、焦点距離だけで最終的な視野が決まるわけではありません。

センサーの寸法も重要です。ターゲットに対するカメラの物理的な配置も同様です。

同じ焦点距離のレンズを使用する 2 つのカメラ モジュールを想像してください。センサーの有効寸法が異なる場合、同じ水平または垂直のシーン領域をキャプチャできるとは限りません。

作動距離には、別の実際的な考慮事項が導入されます。ある距離で目的のエリアをカバーするレンズは、カメラが他の場所に設置されている場合、撮影できる範囲が多すぎたり少なすぎたりする可能性があります。

レンズを完成させる前に、次の 3 つのことを確認してください。

センサーのアクティブイメージング寸法

必要な水平および垂直視野

カメラとターゲット間の作動距離

可能であれば、設置予定のスケッチまたはカメラの位置を示す写真を提供してください。

これらの詳細は、光学チームが公称仕様のみに依存するのではなく、提案された焦点距離が適切かどうかを評価するのに役立ちます。

3. 機械的なフィット感は光学性能に影響を与える可能性があります

レンズのネジ山が正しい場合でも、特定のカメラ モジュールには不適切な場合があります。

機械的な適合性には、部品をねじ込みできるかどうかだけが関係します。

利用可能なスペース、レンズからセンサーまでの距離、取り付け公差、ハウジングの設計、および焦点調整方法はすべて、最終的な組み立てに影響を与える可能性があります。

たとえば、コンパクトな製品では、トラックの全長 (TTL) に厳しい制限が課される場合があります。光学要件を満たしていても、利用可能なスペースを超えるレンズは実用的な解決策ではありません。

同様に、ハウジングまたは取り付け構造を変更すると、センサーに対するレンズの位置が変わる可能性があります。

カスタム プロジェクトの場合、光学設計が完成する前に機械図面を共有することは価値があります。

重要な詳細には、マウントのタイプ、最大レンズ寸法、センサーの位置、利用可能な調整範囲、およびハウジングによって課される制限が含まれます。

これは、コンパクトなセキュリティ カメラ、自動車用画像モジュール、組み込みビジョン デバイス、医療用内視鏡システムに特に関係します。

光学的要件と機械的要件を合わせて早期に検討するほど、サンプルの製造後に統合の問題が発見されるリスクが低くなります。

4. 照明条件によって適切なレンズの選択が変わる可能性がある

明るい屋内環境向けのレンズは、夜間屋外で動作するカメラには最適な選択ではない可能性があります。

照明条件は光学要件に影響しますが、解決策は必ずしも最大口径のレンズを選択することではありません。

開口部が広いほど、より多くの光がセンサーに到達できるため、低照度の用途に役立ちます。ただし、画質は被写界深度、収差制御、センサー感度、露出設定、意図した作動距離などの要因にも依存します。

赤外線イメージングでは追加の考慮事項が必要になります。

たとえば、850 nm または 940 nm の赤外線照明を使用するカメラには、その波長範囲に適したレンズとフィルターの構成が必要な場合があります。主に可視光用に設計されたシステムは、近赤外線条件でも同等のパフォーマンスを発揮すると自動的に想定すべきではありません。

昼夜対応のセキュリティ カメラの場合、レンズ、フィルターの配置、センサー、照明戦略を合わせて評価する必要があります。

目標は、1 つの仕様を単独で最大化することではありません。実際の使用条件で必要な画像を実現するためです。

5. 温度安定性はシステムレベルの要件です

温度は光学コンポーネントと機械コンポーネントの両方に影響を与える可能性があります。

材料の寸法や屈折特性が変化すると、環境の変化に応じて焦点位置が移動したり、画質が変化したりする可能性があります。これらの影響の大きさは、光学設計、材料、機械構造、動作温度範囲によって異なります。

したがって、室温での短い実験室テストで良好な性能を示したレンズでも、屋外製品や自動車製品に使用する前に追加の評価が必要になる場合があります。

環境要件が厳しいプロジェクトの場合は、予想される動作温度範囲を早めに指定してください。

その後、エンジニアリング チームは、温度に関連した焦点の移動、材料の選択、機械的補償、または追加の検証を考慮する必要があるかどうかを判断できます。

すべてのレンズに断熱設計が必要であると想定しないことが重要です。適切なソリューションは、アプリケーション、許容可能なパフォーマンスの変動、および全体的なシステム要件によって異なります。

6. カスタム レンズを選択する必要があるのはどのような場合ですか?

すべてのカメラ プロジェクトに新しい光学設計が必要なわけではありません。

標準レンズがセンサー、視野、機械的、および環境要件をすでに満たしている場合、標準レンズが最も経済的で実用的な選択肢となる可能性があります。

既存の製品が 1 つ以上の重要な制約を満たせない場合、カスタム開発を検討する価値があります。

典型的な理由は次のとおりです。

標準外のレンズ直径または全長

制限された機械的エンベロープ内の特定の視野

特殊な波長またはフィルタリング要件

画像分野全体にわたる厳しい画質要件

アプリケーション固有の環境条件

標準レンズでは対応できない統合要件

商業的な考慮もあります。

カスタム設計には、追加のエンジニアリング、ツール、テスト、および認定作業が含まれる場合があります。したがって、その適合性は、予想される生産量、目標コスト、開発スケジュール、および特定の要件を満たす価値によって決まります。

最良の出発点は、必要な結果を定義し、実行可能なオプションを比較することです。カスタムが常に標準よりも優れていると仮定するのではありません。

7. 完全なイメージング システムの一部としてレンズを評価する

レンズの量産を承認する前に、意図したカメラ構成でレンズがどのように機能するかを検討してください。

有用な評価プロセスには次のものが含まれます。

まずは互換性を確認します。

センサー、視野、マウント、機械的寸法、スペクトル要件を確認してください。

次に、代表的なサンプルをテストします。 

意図した作動距離、絞り、照明、および関連するフィールド位置で画像を評価します。

3 番目に、重要なパフォーマンス基準を確認します。 

これらには、画像の詳細、歪み、隅の明るさ、焦点の安定性、またはその他のアプリケーション固有の要件が含まれる場合があります。

最後に、生産の受け入れ基準を確立します。 

サンプルが承認されたら、将来の生産ロットを一貫して評価できるように、関連する仕様とテスト条件を文書化します。

正確なプロセスはアプリケーションによって異なります。コンパクトな監視レンズと特殊な医療用画像処理レンズは、必ずしも同じ認定手順を必要とするわけではありません。

重要なのは、許容基準がカメラが実際にどのように使用されるかを反映していることです。

より良いカメラの構築はより優れた光学統合から始まります

Shanghai Silk Optical Technology Co., Ltd. の一部である Boshi Optics では、セキュリティ、自動車用イメージング、ドローン、医療用内視鏡、その他のイメージング システムなどのアプリケーション向けの光学レンズの設計、開発、製造を行っています。

特定の要件を持つプロジェクトの場合、最も生産的な議論は、センサー、ターゲット視野、作動距離、利用可能な機械スペース、照明条件、動作環境、予想される生産量など、完全なアプリケーションから始まります。

これらの詳細は、既存のレンズが適切かどうか、またはカスタマイズされたソリューションがさらなる評価に値するかどうかを判断するのに役立ちます。

新しいカメラを開発している場合、または既存のモジュールで画質の問題が発生している場合は、アプリケーションの詳細を Boshi Optics と共有してください。

私たちのチームは利用可能な要件を確認し、潜在的なレンズのオプション、カスタマイズの可能性、サンプル評価に向けた次のステップについて話し合うことができます。

成功するレンズプロジェクトは、最長の仕様書から始まるわけではありません。それは、カメラが何を達成する必要があるかを理解することから始まります。

当社のカスタマイズされた光学ソリューションを探索するか、当社を通じて Boshi Optics にお問い合わせください。公式ウェブサイトあなたのプロジェクトについて話し合うために。