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レンズに関する豆知識

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レンズの特性

ワークディスタンス(WD)

対象物に焦点が合っているときの、レンズの先端から対象物までの距離を意味します。作動距離ともいいます。
CCD の場合、ワークディスタンス:視野=焦点距離:CCD サイズという比例式が成り立ちます。

焦点距離

レンズの仕様の一つとして「焦点距離」があります。
FA用のレンズには代表的なものとして、8mm/16mm/25mm/50mmといった仕様のレンズがあります。
撮像したい対象物に必要な視野と焦点距離から、焦点の合う位置=WD(ワークディスタンス)を求めることができます。

レンズの特性

WDと視野の大きさは、レンズの焦点距離とCCDのサイズで決まり、
接写リングが不要な最至近距離以上では、次の比例式で表されます。

WD:視野=焦点距離:CCDサイズ

例1:焦点距離16mmレンズ、CCDサイズ3.6mmの場合、
視野を45mmにするには、WDは200mmとなる

視 野

ワークディスタンスの範囲における撮像範囲です。
一般的に、被写体とレンズのワークディスタンスが長いほど視野は広がります(視野角)。
また、レンズの焦点距離に応じて、視野の広がりが決まります。視野に対して、レンズを用いて撮影できる範囲の角度を、
画角もしくは視野角といいます。レンズの焦点距離が短いほど、画角が大きくなるため、視野が広くなります。
逆に、焦点距離が長いと遠くの対象物を拡大することができます。

レンズの特性

被写界深度

レンズのピントが合っているように見える範囲(被写体側の距離)を意味します。
範囲が広い場合、「被写界深度が深い」といい、逆に範囲が狭い場合は「被写界深度が浅い」といいます。
厳密には、ピントが合っている場所は一つしかありませんが、人間の目には一定の範囲でクリアに結像
しているように見えます。この範囲を被写界深度といいます。

レンズの特性

色収差

色収差の原理

色収差とは、可視光の波長によって屈折率が異なることから、レンズを透過してできる映像がずれることを意味します。
屈折率が異なるということは焦点距離が異なることを意味し、波長ごとの色がバラバラになって映像を結び、
像がぶれたように映ります。

色収差(軸上色収差)の仕組み

レンズの特性

色収差の種類

色収差には軸上色収差と倍率色収差の2種類があります。

軸上色収差

光の波長によって屈折率が異なることで、それぞれ焦点が異なるため、
全体的にぼやけた映像になる状態。

倍率色収差

色によって映像の倍率が異なることから、レンズの端にいくほど色がにじむ状態。

色収差を防ぐ方法

色収差の問題を解決するために、アクロマートレンズという屈折率の異なるレンズを組み合わせる方法があります。
また、レンズの材質に波長の分散が少ない蛍石(フッ化カルシウムの結晶)やED ガラスなどを用いることもあります。

レンズの特性
アクロマートレンズによる色収差の補正

歪曲収差(ディストーション)

歪曲収差(ディストーション)は、レンズを通して映される映像が歪んだ状態を意味します。
実際には完璧な形状のレンズというものは存在しません。
そのため、理論的にはレンズを通過した直線光は直線のまま進むはずですが、
レンズを通過した光は外側もしくは内側に歪みます。前者は「樽形歪み」 といい、後者は「糸巻き型歪み」といいます。

歪曲収差は、広角レンズでは樽形歪みとして現れ、
ズームレンズでは糸巻き型歪みとして現れます。
歪曲収差を補正するには、非球面レンズを用います。

ここが違う
キーエンスの画像処理用レンズは今回
紹介したレンズの歪みを少しでも軽減するために
CA-LHシリーズではフローティング構造
CA-LHE、CA-LHRシリーズでは
フローティング構造+非球面レンズ

で歪曲収差を補正しています。

レンズの特性