視野と焦点距離 – 知っておくべきこと

視野と焦点距離は、レンズに関して最も重要な概念の 2 つです。焦点距離はレンズの特性を定義するものですが、視野は他の特定のパラメータによって異なります。組み込みビジョン アプリケーション用のレンズを選択するときは、目的の視野が得られるように、センサーに適したレンズを選択する必要があります。

この記事では、焦点距離と視野とは何か、それらの違い、および組み込み ビジョン アプリケーション用のレンズを選択する際に 2 つの概念を徹底的に理解することが重要である理由を学びます。

視野とは？

視野とは、カメラが焦点を合わせたり撮影したりできるシーンの最大領域です。これは度数で表されます。測定方法に応じて、下の画像に示すように、FOV を垂直、水平、または斜めに表すことができます。

図 1: 様々なタイプの 視野（FOV）

視野（FOV）の計算方法

レンズの FOV は、以下の式を使用して計算されます。

ここで、

AFOV – 視野角

HFOV – レンズを通して見える物体の幅

作動距離 (WD) – レンズと対象物の間の距離

ただし、ほとんどの場合、レンズの FOV は DFOV または対角視野を使用して表されます。そのため、DFOV 値も計算する必要がある場合があります。その方法を見てみましょう。

通常、水平方向の寸法 (HFOV に他なりません) と作動距離が与えられます。 これらを用いて、AFOV を計算することができます。

これが完了したら、以下に示すように、AFOV の計算に使用される式を反転させます。

DFOV は、上記の式で HFOV をそれに置き換えることで計算できます。AFOV と作動距離は既知のエンティティであるため、これを使用して DFOV を導き出すことができます。

同様に、VFOV または垂直視野は、同じ式で HFOV を VFOV 値に置き換えることで計算できます。

焦点距離とは？

それでは焦点距離を見てみましょう

焦点距離はレンズの特徴です。 これは、レンズとセンサーの平面との間の距離であり、レンズが被写体を無限遠に焦点を合わせるときに決定されます。通常はミリメートルで表されます。 その値は、レンズの曲率と素材によって異なります。

視野と焦点距離 – それらの関係

次の式は、視野と焦点距離の関係を示しています。

ここで、f はレンズの焦点距離、h はセンサー サイズです。

この式から、焦点距離が短いほどAFOVは広くなり、その逆も成り立つことがわかります。 これは、次の図に明確に示されています。

図 2: 焦点距離と AFOV（視野角）

視野と焦点距離の関係を理解する意義

組み込みビジョンアプリでは、ほとんどの場合、イメージ センサーが最初に選択されます。これは、レンズの選択が使用するセンサーによって大きく左右されることを意味します (理由としては、AFOV はセンサーのサイズに依存するため)。特定のセンサー サイズで、より広いFOVを実現するには、焦点距離の短いレンズを使用する必要があり、その逆も同様です。ただし、焦点距離を短くすることはできないため、センサーサイズを大きくすると、より広い視野を実現するのにも役立ちます。

組み込みビジョン アプリケーションに適したレンズの選択

複数の要因を考慮して適切なレンズを選択することは、時には圧倒されることがあります。これは、e-con Systemsがお手伝いできるところです。 当社のカメラ モジュールを統合する際に、お客様と緊密に協力して、アプリケーションに最適なレンズを選択できるようにします。また、レンズ固定やレンズマウントのカスタマイズサービスも承っております。組み込みビジョン システムに適したレンズを選択する方法について詳しくは、組み込みカメラ アプリケーションに適したレンズを選択する方法という記事をご覧ください。

e-con Systemsについて

当社は、20 年近くにわたって組み込みビジョンの水準を引き上げてきました。MIPI カメラ、USB カメラ、GMSL2 カメラ、FPD-Link III カメラ、および GigE カメラの幅広いポートフォリオを備えた当社は、機械が毎日よりよく世界を見て理解できるようにするというビジョンに忠実です。当社のカメラは 300 以上のお客様の製品に導入されており、世界中で 200 万台以上のカメラを出荷しています。お客様の組込みシステムに最適なカメラの選択と組込みのお手伝いをお探しでしたら、ご遠慮なく camerasolutions@e-consystems.com までご連絡ください。なお、当社のカメラの全製品はこちらでご覧いただけます。