目的に合ったカメラの選定

画像センサは、カメラ・照明・レンズ・コントローラなど、多くの機器から構成されるセンサです。導入にあたっては、それぞれの機器の選定に始まり、設置場所や入出力の仕様確認、検出判断など、さまざまな工程が必要です。ここでは、機器選定の中から、目的に合ったカメラを選定するためのポイントを紹介します。

この1冊でまるわかり！“画像センサ”導入ガイド

画像センサを導入～設置～運用していくまでに、おさえておきたい手順とポイントをわかりやすく解説。

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画像センサに使用されるカメラの種類は大きく以下のように分類されます。この中から用途に合わせて最適な画像が得られるカメラを選定します

【カメラ選定1】画素数で選ぶ（高画素タイプ or 標準タイプ）

画像センサに使用されるCCD撮像素子は、格子状に並んだ小さな画素（ピクセル）の集合体です。標準タイプとしてよく使用される31万画素のCCDから、高画素タイプと呼ばれる200～500万画素のCCDが存在します。

ではこの画素数の違いをどうやって使い分ければよいのでしょうか？

一般的には「視野サイズ」と「画素分解能」という考え方からカメラを選定します。「視野サイズ」は検査対象物を撮像する範囲で、使用するレンズにより変更可能です。また「画素分解能」とは「CCDの1画素が何mmに相当するか」であり、それぞれの関係は以下の式であらわされます。

それではY方向30mmの視野サイズに設定したときの画素分解能を考えてみます。CCDは標準タイプの31万画素（Y=480画素）と高画素タイプの中でも汎用的な200万画素（Y=1200画素）を使用します。

【31万画素カメラ使用時の画素分解能】＝30mm÷480画素＝0.063mm/画素
【200万画素カメラ使用時の画素分解能】＝30mm÷1200画素＝0.025mm/画素　となります。

画素分解能が分かれば、その時の視野サイズでの目安が算出できます。画像センサの代表的なアプリケーションとして「外観検査」と「寸法検査」がありますが、「外観検査」では「最小検出サイズ」が、「寸法検査」では「寸法公差」が良否判定に用いられます。

それぞれの目安は一般的に、
「最小検出サイズ」＝4画素角
「寸法公差」＝±5画素　を基準として算出します。

先ほど計算した画素分解能から、「外観検査」をした際の「最小検出サイズ」を求めると
【31万画素カメラ使用時の最小検出サイズ】＝0.063mm/画素×4画素角＝0.25mm角
【200万画素カメラ使用時の最小検出サイズ】＝0.025mm/画素×4画素角＝0.1mm角　となります。

もし「視野30mm内でφ0.1mmの異物まで検出したい」という検査内容であれば200万画素以上のカメラを選定する必要があるといえます。

【カメラ選定2】CCDタイプで選ぶ（カラータイプ or 白黒タイプ）

「カラーカメラと白黒カメラ、どちらを選定すればよいの？」という質問がよくあります。一般的に、検出したいポイントが「色相変化」で差が出ている場合はカラーカメラでメリットが出るケースがあります。以下は白黒カメラでは検出しづらい白地に黄色の汚れをカラー処理を使用して検出している例です。

ただし、白黒カメラを選定するメリットが無いというわけではありません。以下の「バックライトを使用した寸法計測」のように、「色相変化」ではなく「明度変化」で大きく差が出るようなケースでは白黒カメラを選定することもあります。

【カメラ選定3】転送速度で選ぶ（高速タイプ or 標準タイプ）

画像センサのカメラには、画素数は同じでも転送速度が高速なタイプがあります。31万画素のタイプを例にあげると、標準タイプの転送速度16.0msに対して高速タイプでは4.7ms の転送速度を実現しています。部分取込機能により更なる高速化も可能です。ライン速度が高速な場合はもちろん、通常のライン速度における検査においても「前処理の追加」「検査ツールの追加によるダブルチェック」など、より安定性を高めた検査を行ないたい場合に高速タイプの選択が有効です。

小型カメラはスペックはそのまま、カメラサイズを大幅に小型化したものです。高画素タイプ、標準タイプのカラー・白黒それぞれに小型タイプがあり、多くは限られた設置スペースを有効活用するために選定します。特に既存設備への後付けなどでスペースが無い場合などは、大幅な設備改造が不要になるため小型カメラを選定するメリットが出てきます。