スーパーテレセントリックレンズ - 高精度産業用画像測定

工業生産が高精度と高一貫性を目指して発展するにつれて、広い視野や高精度の測定シナリオにおける従来の非テレセントリックレンズの遠近誤差や倍率変化の問題が徐々に表面化してきました。大型ワーク、基板全体の検査、高精度の寸法測定といったアプリケーションのニーズを満たすために、ウルトラテレセントリックレンズが登場し、ハイエンドマシンビジョンシステムの重要な光学部品となっています。

一般的な工業用レンズと比較すると、スーパーテレセントリックレンズの構造設計では、より大きな有効口径とより複雑なレンズの組み合わせが使用されるため、全体のサイズが比較的大きくなります。ただし、この設計は単に体積を重視するものではなく、より低い歪み、より安定した一定倍率、より大きな有効視野を実現し、光学的性質から測定結果の精度と一貫性を確保することを目的としています。

実際の応用では、ウルトラテレセントリックレンズは遠近誤差を効果的に排除できます。一定の高さの範囲内で測定対象物の位置が変化しても、撮像サイズは大きく変わりません。この特徴により、大型ワークの測定や精密部品の寸法検査、複数対象の同時検査などのシーンで特に威力を発揮します。

現在、スーパーテレセントリックレンズは、半導体パッケージング検査、3C電子基板全体検査、精密ハードウェア測定、新エネルギー電池および磁極片検査などの分野で広く使用されています。安定した結像性能と極めて高い測定再現性を備えたウルトラテレセントリック レンズは、マシン ビジョン システムに信頼性の高いデータ基盤を提供します。

テレセントリックレンズの設計と比較

工業用レンズは光学構造の観点から、非テレセントリックレンズとテレセントリックレンズに分類できます。このうちテレセントリックレンズは、光路特性の違いにより物体側テレセントリックレンズ、像側テレセントリックレンズ、バイテレセントリックレンズに分けられます。 3 つのそれぞれには、画像精度とアプリケーション シナリオの点で独自の特徴があります。

光学系では、物体空間内の開口絞りの像を入射瞳と呼び、像空間内の像を射出瞳と呼びます。入射瞳、開口絞り、射出瞳は共役の関係にあります。開口絞りの中心を通過する光を主光線といいます。入射瞳と射出瞳の中心を同時に通過し、結像ビームの中心方向を表します。
テレセントリック光学設計では、主光線は物体側または像側で光軸と平行に保たれるため、遠近効果が効果的に除去されます。これがテレセントリックレンズと通常の工業用レンズを区別する鍵となります。

工業用検査の精度と効率の要件が継続的に改善されるにつれ、ウルトラテレセントリックレンズは徐々にハイエンドの外観検査ソリューションの中核となる光学構成となり、インテリジェント製造と自動生産に対するより強固な技術サポートを提供します。

テレセントリックレンズ設計

高テレセントリック設計
テレセントリック光学システムは、高精度視覚測定の分野で広く使用されており、そのテレセントリック レベルは、さまざまな被写界深度における画像倍率の一貫性を直接決定します。設計プロセス中に、テレセントリック性指数を0.01%レベルで制御し、被写界深度範囲内の異なる深度位置におけるレンズの結像倍率の差が無視できる程度になるように効果的に保証し、それによって測定結果の安定性と信頼性が大幅に向上しました。この設計は、高精度の深さ測定におけるバイテレセントリック レンズのアプリケーションを強力にサポートし、精密視覚測定の分野でのアプリケーション スペースをさらに拡大します。

屈折光路設計は
光路構造によって制限されます。従来のテレセントリックレンズは通常、サイズが大きく、円筒形であるため、特にスペースが限られた自動生産ラインでは、機器の設置と固定に一定の困難をもたらします。この問題を解決するために、私たちは屈折型光路構造を革新的に採用しました。複数の光路変換により、描写性能を確保しながらレンズ全体の大幅な小型化を実現し、レンズ全長を半分以下に短縮しました。同時に、より便利な設置および位置決め方法と組み合わせることで、自動生産ラインにおけるテレセントリック レンズの適応性が効果的に向上し、バイテレセントリック製品を実際の生産シナリオにより密接に統合できるようになります。

光路のセンタリング構造設計
従来のテレセントリックレンズは、主に複数のセグメント機構で構成されるネジ付きリング構造を使用しています。製造と組み立ては簡単ですが、レンズ全体の同軸度に影響を与えやすく、その結果、画質に影響を与える可能性があります。組立効率と結像性能のバランスを図るため、製品設計段階からセンタリング光路構造を導入し、センタリング機構により各構成部品の同軸度の整合性を確保し、組立工程の最適化を実現しました。この設計により、レンズの結像品質と製品の一貫性が効果的に向上し、量産時の品質の安定性と歩留まりが確実に保証されます。

工業用レンズの選び方

高精度画像測定アプリケーションでは、通常の工業用レンズは実際の使用において特定の制限に直面することが多く、これは主に次の側面に反映されます。

測定対象物が異なる測定面にある場合、一貫した結像倍率を維持するのは困難です。

レンズの歪みは比較的大きく、寸法測定精度に影響を与えます。

明らかな視差現象が存在します。つまり、物体距離の変化により結像倍率が変化します。

レンズの解像度には限界があり、高精度の検出のニーズを満たすことが困難です。

視覚的光源の幾何学的特性の影響を受けるため、画像のエッジ位置にはある程度の不確実性が生じます。

上記の問題を解決するために、テレセントリックレンズは独自の光学構造により効果的な改善を実現します。結像主光線はほぼ平行であるため、テレセントリック レンズは特定の作動距離範囲内で安定した一貫した倍率を維持することができ、高さの変化によって引き起こされる測定誤差を大幅に低減し、読影結果に対する遠近感と視差の影響を根本的に排除します。

同時に、テレセントリック レンズは通常、画質が向上し、歪み性能が低くなります。高解像度センサーおよび測定ソフトウェアと併用すると、高い再現性と一貫性を備えた正確な寸法測定を実現できます。このため、テレセントリックレンズは高精度測定や計測検査などのアプリケーションシナリオで重要な光学部品となっており、高い測定精度と安定性を必要とするマシンビジョンシステムで広く使用されています。

レンズ選びのスキルと活用事例

よく言われるのは、「マシン ビジョンは本質的に、測定と判断のために人間の目の代わりに機械を使用することです」です。完全なマシン ビジョン システムは、通常、産業用カメラ、レンズ、光源、画像処理システム、およびアクチュエーターで構成されます。中でも工業用レンズは、現実世界と画像データをつなぐ重要な架け橋です。それらの選択が合理的かどうかは、システムの画像品質と検出精度に直接影響し、ビジュアル システム設計において無視できない重要なリンクです。

マシンビジョンシステムでは、画質がすべての分析と判断の基礎となり、レンズは画像の鮮明さ、歪みの制御、視野範囲を決定する重要な要素となります。適切なレンズは、測定対象の実際のサイズと詳細な特性を正確に復元し、バックエンド アルゴリズムに安定した信頼性の高いデータ入力を提供します。逆に、レンズの選択が不適切な場合は、解像度不足、過度の歪み、被写界深度の不一致などの問題が発生する可能性があり、画像処理の難易度が高くなるだけでなく、検出結果の精度と一貫性に直接影響します。したがって、システム設計の初期段階で科学的かつ合理的なレンズを選択することは、マシン ビジョン システムのパフォーマンスを確保するための重要な前提条件です。

電子機器製造、自動車産業、包装および印刷、食品加工、医療検査およびその他の産業におけるマシンビジョン技術の広範な応用に伴い、さまざまなシナリオにおけるレンズの要件はますます多様化しています。測定対象物の大きさ、構造、要求精度、設置スペースなどに大きな違いがあります。これにより、レンズの選択は単純なパラメータのマッチングではなくなり、特定の用途に基づいた総合的な評価が必要になります。次に、一般的なレンズの種類とその特性を実際の適用事例と組み合わせて開始し、工業用レンズの選択の重要なアイデアと実践的な方法をさらに探求します。

要約すれば、工業用レンズの合理的な選択は、マシンビジョンシステムの安定した動作と高精度の検出の基礎となります。テレセントリックレンズは、その独自の光学構造と結像特性により、精密測定や高精度検出の分野でかけがえのない利点を発揮します。高いテレセントリック性や中心にある光路などのコア設計から、実際の作業条件下で実行される画像化および測定テストの検証に至るまで、テレセントリックレンズは理論的に技術的な利点があるだけでなく、実際のアプリケーションでも安定した信頼性の高い測定性能を示します。精度、効率、一貫性に対する工業検査要件の継続的な改善により、テレセントリック レンズは徐々にハイエンド マシン ビジョン システムの重要な部分になりつつあり、インテリジェントな製造と自動化された生産により強固な光学的保護を提供します。