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ラインセンサカメラの選定方法

メインページ光学系

ラインセンサカメラを選定するに、以下の仕様を決める必要があります。

画素数512, 1024, 2048, 4096, 6144, 7450, 8192, 12288など
画素サイズ4.7, 5, 7, 14 μmなど
データレート20,40,50,60,80,120,160,320,640Mhzなど
カメラ出力CameraLink,デジタル,アナログ
レンズマウントCマウント, Fマウント,M42,M72 など
その他露光制御、シェーディング補正、アンチブルーミングの有無、
本体寸法など

画素数、画素サイズ

画素数を決めるには、撮影する視野幅、撮影分解能(mm/pix)を決める必要があります。
例えば、

 視野幅     300mm
 最小欠陥サイズ 0.1mm


だったとすると、まずは最小の欠陥を検出するのに何画素必要か?が重要になります。
何画素必要かは画像処理担当者と相談すると良いと思いますが、ここでは2画素必要だとすると、

 画素分解能 = (最小欠陥サイズ) / (必要画素数) 
         = 0.1 / 2 
         = 0.05(mm/pix)

 
となります。
あとは視野幅より

 必要画素数 = 視野幅 / 画素分解能 
        = 300 / 0.05 
        = 6000画素


これより、6000画素以上のカメラ6144画素を選定します。

ここで重要な事は大は小を兼ねないということ。
同じデータレートの場合、画素数が少ない方がより高速にスキャンすることができます。
また、画素数が少ない方がラインセンサの画素サイズの大きいカメラを選定できる可能性が
あるので、画素サイズの大きい方が一般的に明るく撮影する事が出来ます。

また、センサ長が42mmを超えると一般的なレンズ[Fマウント(ニコン)、
Kマウント(ペンタックス)]を使えなくなり、レンズが高額なものになってしまうので
ご注意下さい。
(画素数でいうと、おおむね7450画素まで)

データレート(スキャンレート)

ラインセンサカメラの送り方向に関する選定を行います。
画素が1ライン分しかないラインセンサなので、被写体(もしくはカメラ)を移動しながら
撮影しないとならないのですが、この時に撮影する間隔の時間を
スキャンレートと呼びます。
スキャンレートは時間(μSec)もしくは1秒間にスキャンする回数(kHz)で表されます。

ラインセンサカメラの選定方法

スキャンレートが遅い(スキャン間隔が長い)と縦方向につぶれた画像となり、
スキャンレートが速い(スキャン間隔が短い)と縦方向にまのびした画像となります。

ラインセンサカメラのスキャンレートの設定 ラインセンサカメラのスキャンレートの設定  ラインセンサカメラのスキャンレートの設定 
スキャンレートが遅いスキャンレートが最適スキャンレートが速い

スキャンレートが速いと必然的に露光時間も短くなってしまうので、画像が暗くなってしまいます。
スキャンレートが遅いと露光時間を長く取る事ができるので、明るく撮影する事が出来るのですが、
露光時間に関しては露光時間≒スキャンレートとなるカメラや、露光時間をスキャンレートとは別に
設定できるカメラがあります。(当然、スキャンレートよりも長い露光時間の設定はできません。)
露光時間を設定できないカメラの場合は、カメラのゲイン設定やレンズの絞りなどで画像の明るさを
調整します。

[計算例]
 ワークの送り速度  200mm/sec
 送り方向の分解能  0.05mm/pix

の場合、
 
 スキャンレート = (送り速度) / (分解能) = 200 / 0.05 = 4kHz
          = (分解能) / (送り速度) = 0.05 / 200 = 250μsec

となるので、最速スキャンレートの250μsecを満たすラインセンサカメラを選定します。

通常、ラインセンサカメラで撮影する時は、エンコーダと同期して撮影するので、ここでは使用する
カメラが必要なスキャンレートで撮影できるかどうか?確認する程度とお考え下さい。
また、スキャンレートを速くすると、露光時間も短くなるので、かなり明るい照明が必要となるので、
ご注意下さい。

カメラ出力

カメラのデータ出力にはCameraLinkデジタルアナログとがあります。
最近ではCameraLinkタイプが多くなってきていますが、カメラリンクケーブルは
規格品ですので、ケーブル長が1、2、5、7、10、15mのどれかになります。
また、高速データレートのラインセンサカメラとなると、使用できるケーブル長も制限される場合が
ありますのでご注意下さい。

レンズマウント

ラインセンサカメラの場合、センサ長が比較的長いので、
 ニコンのFマウント もしくは
 ペンタックスのKマウント
を使うのが一般的です。
これらは35mmフィルムレンズ用のレンズですので、センサ長が43mmまでのカメラで使用が可能です。
他にも、よりガタの無いようにレンズを固定するため、M42のねじマウントを使ったり、
センサ長が43mmを超える場合は、M72のねじマウントを使う場合があります。
レンズメーカについては光学部品/カメラバイヤーズガイドのページを参照下さい。
レンズの選定についてはレンズ選定(視野、撮影距離など)のページを参照下さい。

まとめ

カメラの選定については照明や画像処理なども考慮し選定を行って下さい。
むやみに撮影分解能やスキャンレートを上げてしまうと、高価なカメラ、レンズ、照明、画像入力ボードが必要となってしまうので、トータルバランスが重要です。

ラインセンサカメラのメーカについては、カメラ接続リストとカメラメーカーリンクのページが参考になると思います。
他にもマビックのホームページに産業用CCD/CMOSカメラ検索CameraChoiceという、いいページがありました。
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