最近では、組み込みカメラアプリケーションのニーズを満たすために、カメラモジュールの設計方法が重要な役割を果たしています。
カメラ対応の組み込みシステムを構築するには、適切なセンサー、インターフェース、レンズ、プロセッサなどを選択する必要があります。特に、最終アプリケーションに必要な要件を満たす適切なカメラレンズを選択することは絶対に重要です。
この記事では、M12レンズとは何か、M12レンズを選択する際に考慮すべき要素、M12レンズを使用することで大きなメリットが得られる組み込みビジョンアプリケーションの種類について説明します。
M12レンズとは？
M12レンズは、直径12mmのレンズスレッドを持つ、標準的でコンパクトなレンズです。Sマウントレンズとして知られ、通常はM12マウント、CSマウントまたはCマウントのようなレンズホルダーを使用してボードカメラに取り付けられます。M12レンズは、レンズとセンサーの間に一定の距離がないため、ホルダーに固定することで焦点を調整できます。M12レンズは、さまざまな焦点距離のレンズを市場で入手できます。
当社にはM12レンズと統合された、NileCAM81_CUOAGX、AR0821 4K HDR GMSL2カメラ(NVIDIA Jetson AGX Orin用)とSee3CAM_CU55M、5MPモノクロUSB NIRカメラの2つがあり、以下に示します。
図1.1:NileCAM81_CUOAGX、AR0821 NVIDIA Jetson AGX Orin用4K HDR GMSL2カメラ
図 1.2: See3CAM_CU55M、M12レンズ付 5MPモノクロUSB NIRカメラ
お使いのアプリケーションにM12 レンズを選択する際に考慮すべき要素
M12 レンズとは何かを理解した上、用途に合わせて M12 レンズを選択する際に考慮すべき要点について説明します。
- 視野 (FoV)
- 解像度
- NIR感度
- 動作温度範囲
- コスト
それぞれについて詳しく見てみましょう。
視野 (FoV)
一般に、カメラアプリケーションには、広いFoVを可能にするレンズマウントが必要です(これには例外があります)。C/CSマウントのカメラはあまり好まれなくなってきており、M12レンズは十分に広いFoVを提供するため、製品開発者は今日、他のレンズタイプよりもM12を選ぶ傾向にあります。一部のメーカーは、焦点距離が1mmから50mmの範囲で、FoVが10oから230oのM12レンズを提供しています。波長が短いほど、FoVは広くなり、カメラが広い領域をカバーできるようになります。ただし、FoVが広いと、レンズの歪みが大きくなる可能性があります。これは、後段処理で修正できます。
狭角と広角M12レンズを使用して撮影された画像を以下に示します。
図 2: 狭角と広角M12レンズを使用して撮影した画像
要するに、アプリケーションでカメラが広い範囲またはシーンをカバーする必要がある場合は、広視野角を提供するM12レンズを使用する必要があります。
アプリケーションに基づいてレンズに必要なFOVを計算するには、FOV計算ツールをご覧ください。
解像度
一般的に、より大きなセンサーを使用すれば、低品質のレンズでも画像の鮮明さは向上します。 しかし、画質をさらに向上させるには、高解像度センサーを、センサーと同じレベルの詳細を再現できるレンズで補完する必要があります。これをレンズの解像力といいます。 多くの組み込みビジョン アプリケーションでは、4K(高解像度と見なされる)M12 レンズは、多くの場合画質が向上するため、より解像力が高いと見なされます。
レンズの解像力とその計算方法の詳細については、レンズの解像力の計算方法の記事を参照してください。
近赤外感度
NIR(近赤外線)とは、電磁スペクトルの可視光帯域に隣接する領域(750～2500nm)を指します。優れたNIR性能を備えたカメラは、ナンバープレート認識システム、虹彩認識システム、医療用顕微鏡、監視、3Dポイントクラウドイメージングデバイスなどの暗視および低照度アプリケーションに最適です。例えば、当社のSony STARVIS IMX462ベースのNIRカメラであるSee3CAM_CU27は、NIR感度の高いカメラの完璧な例です。
M12レンズを備えたNIRカメラは、小型のアプリケーションにも適しています。これは、可視ブロックおよびIRパス、IRバンドパス、IR狭帯域フィルターなど、多くのフィルターで利用できるためです。一方で、C/CSマウントレンズを搭載したカメラは、大きなフォームファクターアプリケーションに最適です。
動作温度範囲
最新の組み込みカメラの多くは、放熱が少ない液体オートフォーカスレンズを使用されています。また、広い温度範囲で確実に動作する傾向があります。産業環境で動作するカメラは、通常、高温範囲を必要とします。この場合、液体レンズが好まれます。通常、製品開発者は、組み込みカメラに液体レンズを埋め込む際に、M12レンズタイプを使用することを好みます。このレンズアセンブリは、クイックオートフォーカス、広い温度範囲での動作、低消費電力、カメラ寿命の延長などの高度な機能を実現できます。
コスト
M12レンズは、標準サイズのレンズの代わりに、低価格でコンパクトなレンズとして人気があります。C/CSマウントレンズの方が画質は良いのですが、M12レンズは幅広い用途に対応できるのが特徴です。
最終的な考え
M12 レンズを使用すると、サイズとパフォーマンスのバランスが取れます。マウントのサイズが小さいほどレンズの構造が難しくなり、性能が低下します。しかし、M12レンズは、そのシンプルなデザインにより、他のレンズに比べてカスタマイズが容易です。
M12レンズが使用される一般的な組み込みビジョンアプリケーション
M12レンズは通常、コンパクトなサイズが最優先されるアプリケーションで使用されます。 それらは当初、監視用のCCTVカメラに配備され、後に小型設計の要求を満たすことで人気を博しました。
M12/Sマウントレンズには、魚眼レンズ、広角レンズ、低歪曲レンズ、低光感度レンズ、ピンホールレンズ、自動車用レンズが含まれます。M12レンズが使用される最も一般的な用途には次のようなものがあります。
M12 レンズを使用できるその他の組み込みカメラアプリケーションの詳細については、その他の市場のページをご覧ください。
M12レンズの代替品は何ですか?
もちろん言うまでもなく、今日のエンベデッドビジョンアプリケーションで使用されているレンズはM12 レンズだけではありません。 この記事の前半で、他のいくつかのオプションについて説明しました。 以下は、M12レンズの代替品です。
- 小さいフォーム ファクターの場合は M8。
- C/CS マウントレンズ–ねじ付きマウントレンズは、大きなフォームファクターのアプリケーションによく使用され、C/CS マウントカメラに簡単にねじ込むことができます。
- Fマウントレンズ-センサーサイズがC/CSマウントレンズのイメージサークルに対して大きすぎる場合に使用します。
当社がレンズとカメラの統合を容易にする方法
組み込みビジョン分野での20年近くの経験に裏打ちされた当社は、独自のアプリケーション要件を満たす適切なレンズを選択するのに役立ちます。また、製品開発者がレンズの固定と取り付けをカスタマイズして、レンズケラレや色の歪みなどの問題を解消するのを支援することもできます。
そのため、適切なレンズの選択や組み込みビジョン製品へのカメラの統合についてサポートが必要な場合は、camerasolutions@e-consystems.com までお問い合わせのうえ、カメラセレクターで、お客様のアプリケーションに最適なカメラをお探しください。
Prabu Kumarは、e-con Systemsの最高技術責任者兼カメラ製品責任者であり、組み込みビジョン分野で15年以上の豊富な経験があります。彼は、USBカメラ、組み込みビジョンカメラ、ビジョンアルゴリズム、FPGAに関する深い知識をも有しています。医療、工業、農業、小売、生体認証などのさまざまなドメインにまたがる50以上のカメラソリューションを構築してきました。また、デバイスドライバー開発とBSP開発の専門家でもあります。現在は、新時代のAIベースのアプリケーションを強化するスマートカメラソリューションの構築に全力を注いでいます。