シュナイダー社高解像度マシンビジョン用レンズ Dirk Muschert, Feb 2012

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しょうこそめや
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2 シュナイダー社高解像度マシンビジョン用レンズ Dirk Muschert, Feb 2012

信頼と協力を重視します Schneider 1 group 8 companies local partner network Jos. Schneider Optische Werke GmbH Germany Schneider Optics, Inc. New York & CPO Los Angeles, USA Schneider Asia Pacific Ltd.

3 信頼と協力を重視します Schneider 1 group 8 companies local partner network Jos. Schneider Optische Werke GmbH Germany Schneider Optics, Inc. New York & CPO Los Angeles, USA Schneider Asia Pacific Ltd. Hong Kong Schneider Optical Technologies (Shenzhen) Co. Ltd. China Schneider Bando Ltd. Seoul, Korea Pentacon GmbH Dresden, Germany Schneider Kreuznach ISCO Division GmbH & Co. KG Göttingen, Germany

4 各方面に焦点を絞っておりますデジタル投影シネマ産業用サーボ水圧機器シュナイダービジネスユニット写真投影用レンズ産業容光学機器シネマ産業用写真用光学機器 B+W フィルター眼科用レンズ写真

5 想的な視覚機能のために総力をあげますマシンビジョン用レンズ高い光学的解像度産業用 CCD 及び CMOS カメラ用極限環境のための堅牢設計

6 想的な視覚機能のために総力をあげます交通法規励行等高度なセキュリティーのためのレンズ VIS から NIR までナンバープレート認識用の高解像度コンパクトなサイズと堅牢な設計マシンビジョン用レンズ

7 理想的な視覚機能のために総力をあげます表面及び紙布類検査用レンズ数 µ に及ぶ高解像度高解像度ラインカメラ ( 最大 12kまで ) に適した大きいイメージサークルフレキシブルなソリューションのためのモジュラー方式マシーンビジョン用レンズ交通法規遵守徹底用等の高品質なセキュリティーのためのレンズ

8 シュナイダー社の産業用光学機器事業部門シュナイダー社のビジョン : シュナイダー社は産業用及び非製造業用の映像処理アプリケーションのためのビジョンシステム技術を改善したいと考えておりますシュナイダー社の使命 : シュナイダー社よりイメージ処理用の高品質な光学ソリューションを供給しトータルシステムの設計者や装置製造者の皆様がビジョンシステムを発展させることを支援をしますシュナイダー社のエンジニアリングと製品開発はお客様との長年のパートナーシップから学んだお客様のご要件のお陰で促進されてきました社員はシュナイダー社の成功のための基本的要因です社員の使命感がお客様の抱える諸問題を解決するものと確信しておりますシュナイダー社には光学機器設計製造における 90 年の経験が有りますので優れた製品を設計製造しお客様にプロフェッショナルらしいコンサルティング及びサポートをしてお客様の成功に貢献することができます

9 産業用光学機器事業部門 Jos. Schneider Optische Werke GmbH が設計し開発し製造しマーケッティングするもの : 光学及び光学器械コンポーネントマシンビジョンのためのサブアッセンブリー及びその他の画像処理アプリケーション競争上の強み : 世界的光学設計専門技術光学的及び機械的高品質堅牢な光学- 器械アッセンブリーフレキシブルで個々の要求に応じたカスタム生産プロフェッショナルなコンサルティングアプリケーション : 表面及び布紙類の検査 LCD,PCB, ガラス金属等のAOI 太陽電池の検査等光起電アプリケーションにおけるAOI ITS 及び交通法規遵守強化システム文書読み込み郵便物の識別と振り分け計測 2D/3D メディカル映像生体認証( バイオメトリクス )

10 ガウス光学 H H' y Object 被写体高 Height S F S f OO' HH' d f' S' f' F' S' X y' y' Image Height イメージ高倍率 β= 映像高 y / 被写体高 y OO = トータルトラック ( 被写体から画像までの距離 ) F- 値 F#=f /EP=1/2 N.A. F- 値の実行値 F#eff=(1-β) F# EP: 入射ピーピュル ( 絞り開口径 ) n = 反射係数 ( 結像面 ) u = 絞り開口角 ( 結像面 ) 絞り値 =n sin u

11 光学的解像度レンズは細かい特徴を正確に高いコントラストで再現しなくてはなりません MFT(modulation transfer function ) はシャープネスとコントラストによりイメージシステムの品質を示しますレンズの MTF はストラクチュアのサイズで決まりますこれは通常は白と黒の線のペアよりなる格子模様で 1mm あたりのペア数 (lp/mm) ( 空間周波数とも呼びます ) が様々に変化します

12 円形座標光軸イメージサークル : レンズによる最大映像サイズパラメータ映像高レンズのパラメーターは通常円座標上で表される - レンズは理論上完全回転対称である - 同じ半径の円周では同じ特性である - パラメータのグラフは画像高 ( 半径 ) に沿って描かれる

13 変調伝達関数 (MTF, Modulation Transfer Function) レンズの MTF は以下の事項により決定します : mmあたりのラインペアの数レンズを使う実際のセットアップで使う倍率 β ( 実効 N.A) 虹彩絞りの調整(F 数値 ) 視野角(w ): MTF(tan)~cos^3(w )

変調伝達関数径方向 sagital orientation 周方向 tangential orientation イメージセン Image Center ター ( optical ( 光軸 axis ) ) 映像高が一定の円 Orientation 径方向及び周方向の試験グリッド周波数 of

14 変調伝達関数径方向 sagital orientation 周方向 tangential orientation イメージセン Image Center ター ( optical ( 光軸 axis ) ) 映像高が一定の円 Orientation 径方向及び周方向の試験グリッド周波数 of sagital & tangential Test Frequencies Circle of constant image height 光軸から見て周方向試験グリッドによる MTF は径方向試験グリッドのそれとは異なります ( ラインスキャンにおいては周方向試験グリッド MTF をご使用下さい )

15 ナイキスト周波数ピクセルサイズ (p) が 5µ の場合ナイキスト周波数は以下のとおりとなります : 1 1 R N = = = 100 Lp/mm 2 x p 0,005 x 2 ナイキスト周波数は 1mm あたりのラインペア数の限界です例えばセンサーのピクセルサイズで決定されますそれが最大可能解像度です

レンズの解像度 % Contrast [%] ( ) From 製品の例から our excample: 理想的コントラスト特性 : ナイキスト周波数までは 100% コントラストナイキスト周波数を超えたらコントラストは 0% 現実のコントラスト特性 : 低い空間周波数では高いコントラスト高い周波数では低いコントラストレンズ選択における通常の判断基準は 0.

16 レンズの解像度 % Contrast [%] ( ) From 製品の例から our excample: 理想的コントラスト特性 : ナイキスト周波数までは 100% コントラストナイキスト周波数を超えたらコントラストは 0% 現実のコントラスト特性 : 低い空間周波数では高いコントラスト高い周波数では低いコントラストレンズ選択における通常の判断基準は 0.67 ナイキスト周波数において 30% 以上のコントラスト空間周波数 Spatial frequency R in Line Pairs per mm R:1mm [1/mm] あたりのラインペア数 Abb.1 MTF as function MTF- 空間周波数特性 of the spatial frequency 注意 ) トータルシステムの MTF はレンズの MTF フィルターの MTF イメージセンサーの MTF 電子部分の MTF の積になります

相対照度相対照度とは光軸から最大画像高までの照度の減少 (%) ですビグネッテイングとも言います

光学器設計者が特に高相互アパーチャレンズに意図的に組み入れるビグネッティングは区別されます f/5.

8 image circle radius center / optical axis 21.6mm = rel.

17 相対照度相対照度とは光軸から最大画像高までの照度の減少 (%) ですビグネッテイングとも言います自然のビグネッテイングがフィールド角の ~cos^4(w) に従って不可避的に生じるのに対して光学器設計者が特に高相互アパーチャレンズに意図的に組み入れるビグネッティングは区別されます f/5.6 + f/8.0 相対照度色々な焦点距離倍率における相対照度 f/2.8 image circle radius center / optical axis 21.6mm = rel. image height magnification 倍率被写体 object - to イメ image ージ間距離 distance 照度減少なし 25% 減少 50% 減少 75% 減少

18 幾何学的ディストション ( たわみ ) 実主光線ディストーション ( ポジティブ ) θ 近軸主光線イメージ高 y' = f' Tan θ ディストションとはフィールド内の位置の変数として倍率が変化することです Zero ディスト Distortion ション無しネガティブつまり樽型ポジティブつまりピンクッション型

19 幾何学ディストション GD% = h' - h h x 100 GD% = 幾何学ディストーション (Geometric Distortion) h = イメージ高 ( ディストション無し ) h = 実際のイメージ高 ( ディストション有り ) 例 GD% = 10% h = 4.5mm h = 4.95mm ( 実際のイメージ高 )

20 スペクトル補正レンズのスペクトル補正が不十分ですとカラーフリンジを招き画質を損ねます白黒カメラでも画質が損なわれます

21 DOF 被写体平面イメージ平面フィールド深度フォーカス深度 DOF( フィールド深度 ) は被写体のシャープな画像が映る距離の範囲です DOF は F 値により強く左右されますカメラ内臓センサーの取り付け位置及び角度の機械的誤差やレンズハウジング及びインターフェースの機械的誤差は DOF( フィールド深度もフォーカス深度も共に ) を損ないます最適焦面位置からの距離により変化する撮影性能に関する詳細な情報がレンズの焦点 MT F データにより得られますレンズ光軸とセンサの間の機械的誤差は高倍率撮影の場合大きな問題となります

22 マシンビジョン用標準製品 : コンパクト C- マウントレンズ : 焦点距離 4.8mm 70mm センサーフォーマット最大 2/3 inch: CNG 1.8/4.8, CNG 2.1/6, CNG 1.4/8, CNG 1.4/12 XNP 1.4/17, XNP 1.4/23, XNP 1.9/35 Tele-Xenar 2.2/70 センサーフォーマット最大 1 inch: CNG 1.9/10, CNG 1.8/16 センサーフォーマット最大 22mm ダイアゴナル : XNP 2.0/28, XNP 2.8/50

23 マシンビジョン用標準製品 : 高感度 C マウントレンズ : 最大センサーフォーマット 2/3 inch: Xenon 0.95/17 最大センサーフォーマット 1 inch: Xenon 0.95/25

0/45 Componon-S 2.8/50 最大センサーサイズ 60mm: Apo-Componon 4.0/60 最大センサーサイズ 80mm: Componon-S 4.

24 マシンビジョン用標準製品 : モジュラー Macro システム : 焦点距離 28mm 150mm 最大センサーサイズ 30mm: Componon 2.8/28, Componon CPN 2.8/35 最大センサーサイズ 43mm: Apo-Componon 2.8/40, Apo-Componon 4.0/45 Componon-S 2.8/50 最大センサーサイズ 60mm: Apo-Componon 4.0/60 最大センサーサイズ 80mm: Componon-S 4.0/80, Apo-Componen 4.5/90 センサーサイズ 100mm: Componon-S 5.6/100, CPN-S 5.6/135, CPN-S 5.6/150 Makro-Symmar 5.6/80

25 マシンビジョン用標準製品 : 高解像度ラインスキャン用レンズ : Makro-Symmar 5.6/120 最大 12k までの高解像度ラインスキャン用最大 90mm までの大きいイメージサークル最小 5µ のピクセルまで高い光学解像度低いディストーション拡大用の 4 バージョン : 1X, 0.75X, 0.5X, 0.33X

26 マシンビジョン用標準製品 : 産業用フィルター : - UV カット, IR カット, UV-IR カット - IR 透過 - カラーフィルター - 中間濃度フィルター - 偏光フィルター - 帯域透過干渉光除去フィルター - 反射防止その他薄膜コーティング

MacroVaron 4.5/85 CAS 0.5X-2.0X 0.5 倍 2 倍高解像度検査用レンズ CAS(Continuous Aberration Suppression 連続収差抑制 ) 補償機能付き焦点距離 : 85mm F#: 4.5 倍率レンジ : 0.50X - 2.00X (to be adjusted by CAS) CAS は動力付加可能 : トゥースシステム m=0.

27 MacroVaron 4.5/85 CAS 0.5X-2.0X 0.5 倍 2 倍高解像度検査用レンズ CAS(Continuous Aberration Suppression 連続収差抑制 ) 補償機能付き焦点距離 : 85mm F#: 4.5 倍率レンジ : 0.50X X (to be adjusted by CAS) CAS は動力付加可能 : トゥースシステム m=0.5 z=95 イメージサークル : 62mm ( 対応センサー例 : 8k 7µ, 8k 5µ, 12k 5µ) 歪率 : < 0.1% 明度比 : 85% for 2y =62 β = 連続的超高多色性 MTF: 全フィールドにわたり 70 lp/mm に対して 30% 波調レンジ : 400nm 700nm 厳重なアイソプラティズム : 全ての倍率レンジにわたってコマ収差がありません高次の色収差補正妥協を許さない CDM (chromatic differences of magnification 色収差 ) 重視波動光学重視の最適化, 全開状態で最高の性能を実証このレンズには回折制限性能があります!!!

MacroVaron 固定 β バージョン新規 : シュナイダーは倍率固定型で価格効率性が高い MacroVaron も販売しております既に倍率ならびに F 値がお決まりの場合は : その固定倍率ならびに固定絞り値にてセミカスタム版をご注文下さい倍率ならびに F 値がお決まりでない場合は : -

28 MacroVaron 固定 β バージョン新規 : シュナイダーは倍率固定型で価格効率性が高い MacroVaron も販売しております既に倍率ならびに F 値がお決まりの場合は : その固定倍率ならびに固定絞り値にてセミカスタム版をご注文下さい倍率ならびに F 値がお決まりでない場合は : - カスタマ評価用の標準品をお取り寄せ下さい - お客様にて最良の β と絞り ( 通常は全開 ) を決定し β リングと絞りをそのポジションに固定してください - その評価用サンプルをドイツに返送してセミカスタム版をご注文下さい - 定められた通りに β 設定と絞りを固定したセミカスタム版をシュナイダー社にて製造し送付致します約 30% のコスト削減を見込めます

29 Micro-Symmar 2.8/50 3.5X 3.5 倍高倍率検査用レンズ焦点距離 :50mm F#:2.8 倍率 :3.5X ワーキングディスタンス :31mm (7µ のピクセルサイズは検体に於いては 1 ピクセルあたり 2µ に相当します ) イメージサークル :58mm( たとえば 8K 7µ センサーに使用できます ) ディストション :<0.1% 相対照度 :2y =58mm で 95% 全フィールドに亘り 50lp/mm に於ける MTF は 40% ( 検体側 :30%MTF は 210lp/mm) 波長レンジ : nm このレンズには回折制限性能があります価格効率の良い 6 エレメント設計です

30 ビームスプリッター付 3.5 倍 MacroVaron 4.5/85 同軸照度ビームスプリッター付 3.5 倍検査用レンズ焦点距離 : 85mm F#: 4.5 倍率 : 固定 3.5x イメージサークル : 62mm ( センサー例 : 8k 7µ, 8k 5µ, 12k 5µ) 歪率 : < 0.1% 最適な同軸照度ビームスプリッタープリズム MFT 最適化のためにビームスプリッタープリズムで光学設計上の補償 WD ( 被写体 -BS プリズム ): 64mm

5 メガピクセル用新型 C- マウントレンズソニー ICX 625 (5 MP) ピクセル数 : 2456 2058 ピクセルサイズ : 3.45µ 3.

31 5 メガピクセル用新型 C- マウントレンズソニー ICX 625 (5 MP) ピクセル数 : ピクセルサイズ : 3.45µ 3.45µ センサーダイアゴナル :11,0mm ナイキスト周波数 : 145lp/mm 2/3 ナイキスト : 97 lp/mm このセンサーに対応するレンズはイメージサークル 11mm および 97lp/mm における MTF30% が必要です Apo-Xenoplan レンズの 5MP 用 Schneider- Kreuznach シリーズ : コンパクトな設計 nm で最適化したトランスミッション VIS 及び NIR 補正焦点と絞りに長期間安定ロッキング機能 Apo-Xenoplan 1.4/17 Apo-Xenoplan 1.4/23 Apo-Xenoplan 1.8/35

32 マイクロレンズ付きセンサーに対応するシェーディング除去レンズレンズピクセル上の電子回路堅牢な側面が周辺の光を遮断シリコン基層マイクロレンズが最大限の光を集めるのでセンサーのフィルファクタは増加しますただしマイクロレンズには来た光を効率よく集めてピクセルの活動的な部分に焦点を結ぶ許容角度範囲が有ります

33 マイクロレンズ付きセンサーに対応するシェーディング除去レンズテレセントリックレンズ ( イメージ側 ) 従来型のレンズ : イメージの周辺では入射角がマイクロレンズの許容角度を超えるのでシェーディングが起きるイメージサイドテレセントリックレンズ : 入射角はマイクロレンズの許容角度内なのでシェーディングは起こらない

34 マイクロレンズ付きセンサーに対応するシェーディング除去レンズピクセルマイクロレンズ付きセンサーに対応する Schneider-Kreuznach シリーズの Apo-Xenoplan レンズ : Apo-Xenoplan 2.0/20 Apo-Xenoplan 2.0/24 Apo-Xenoplan 2.0/28 Apo-Xenoplan 2.0/35 C- マウントイメージサークル 24mm マイクロレンズ付き CCD 向けに最適化コダック 4 MP 及び 8 MP センサー用に設計波長レンジ nm 非常に高いイメージパーフォーマンスコンパクトで強靭な設計

35 InGaAs センサー用 SWIR レンズ nm 近赤外線レンズ : SWIRON 1.4/23 : コンパクト C- マウントレンズイメージサークル 11mm 100% 90% XNP 1.4/23 Coatings : broadband coating vs. SWIR coating SWIRON 2.8/40 : V- マウントインターフェース付き Macro レンズイメージサークル 43mm total transmission 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% nm Broadband Coating nm SWIR Coating 平均透過率約 94% ( nm) イメージサークル全体で一様なコントラストディストションは 1% 未満近赤外線帯域での透明度が高いガラス素材を使用近赤外線帯域における迷い高を最小化するラッカーを内側に塗布

36 産業用 F- マウントレンズ Xenon-Emerald 2.8/28: F#2.8, 焦点距離 28mm Xenon-Emerald 2.2/50: F#2.2, 焦点距離 50mm Xenon-Emerald 2.8/100: F#2.8, 焦点距離 100mm ラインスキャンセンサー及び大型平面センサー向けの設計イメージサークル 43.2mm トランスミッション nm 低ディストション産業用の環境に対応した堅牢な機械部分焦点と絞りの設定にロック機能 F- マウントインターフェース

16K ラインスキャンカメラ用のソリューション : e2v カメラ : 16,384 ピクセル 5µm ピクセル径ナイキスト周波数 100 lp/mm 所要イメージサークル 82mm M95 レンズインターフェース, 9.4mm センサー距離シュナイダー SR 5.6/120 シリーズ (0.3 倍 1.

37 16K ラインスキャンカメラ用のソリューション : e2v カメラ : 16,384 ピクセル 5µm ピクセル径ナイキスト周波数 100 lp/mm 所要イメージサークル 82mm M95 レンズインターフェース, 9.4mm センサー距離シュナイダー SR 5.6/120 シリーズ (0.3 倍 1.0 倍 ) が使用できます : M95 延長チューブ, M95 to M58 アダプター, Unifoc 76 フォーカスマウント Dalsa, Takenaka 製カメラ及びその他 : 16,384 ピクセル 3.5µm ピクセル径ナイキスト周波数 143 lp/mm 所要イメージサークル 58mm M72 レンズインターフェース, 12.0mm センサー距離最大限の解像度をお使い頂くために新シリーズのレンズを開発しました : Xenon-Sappire シリーズ (0.02 倍 1.75 倍 )

38 16k 用 Xenon-Sapphire レンズシリーズ 3.5µ ピクセル 16k ラインスキャンセンサー用無限大から 0.7 倍までの異なる光学倍率に対応最少 3.5µ までの極小ピクセルに対応できる高解像度イメージサークル 62mm 全フィールドにわたり一定の MTF 低ディストーション型式名 : 0.02x Xenon-Sapphire 4.7/ x Xenon-Sapphire 4.5/ x Xenon-Sapphire 3.9/ x Xenon-Sapphire 3.7/ x Xenon-Sapphire 3.5/ x Xenon-Sapphire 3.2/ x Xenon-Sapphire 3.2/97 計画中 : 1.75 倍 Xenon-Sapphire 3.2/88 2 つのバージョン : 同軸照度用 BS なし及び BS あり

39 国内お問合せ先 : クロニクス株東京都新宿区西新宿2-3-1 新宿モノリス13階 sales@chronix.co.jp Tel : Fax :

シュナイダー社高解像度マシンビジョン用レンズ Dirk Muschert, May 2013

シュナイダー社高解像度マシンビジョン用レンズ Dirk Muschert, May 2013 シュナイダー社高解像度マシンビジョン用レンズ Dirk Muschert, May 2013 信頼と協力が最重要です Schneider 1 group 8 companies local partner network Jos. Schneider Optische Werke GmbH Germany Schneider Optics, Inc. New York & CPO Los Angeles,