マシンビジョンレンズ---収差

収差とは、レンズが被写体の画像を比例して正確に再現できないことを意味します。素人の用語では、収差は画像の鮮明度の低下または「歪み」を指します。レンズの単色収差は、多色光間の色収差に加えて、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪みの5種類に分類できます。以下では、5種類の単色収差を見てみましょう。ボールの違いこれは、レンズの球面上の各点の集光能力が異なるために発生します。無限遠からの平行光線は、理論的には焦点に収束するはずです。ただし、近軸光線と遠軸光線の収束点が一致していないため、収束光線は点を形成せず、光軸を中心とした混同円を形成します。この収差を球面収差と呼びます。球面収差の存在は画像のぼけを引き起こし、下の図からわかるように、このぼけは開口部のサイズに関係しています。絞りが小さい場合、絞りが遠軸光を遮るため、混同円の直径が小さくなり、画像が鮮明になります。絞りが大きいと、混同円の直径が大きくなり、画像がぼやけてしまいます。球面収差による画像のぼけと被写界深度のぼけは完全に異なり、混同できないことに注意する必要があります。球面収差は、複合レンズまたは非球面ミラーを使用して最大限に除去できます。写真用レンズでは、口径が1段増えると（口径が1段減る）、球面収差が半分になります。撮影時には、光の条件が許す限り、球面収差の影響を軽減するために、より小さな絞りを使用することを検討できます。絞り数の増加も制限されており、一定のレベルに達すると回折限界に達し、分解できなくなります。設計に高屈折率やその他の追加レンズを使用すると、球面収差の影響を減らすことができますが、これによりレンズ2/3と重量が大きくなりすぎ、コストが高すぎる可能性があります。昏睡これは、軸外イメージング中に発生する一種の収差です。平行光のビームは、光軸の外側の点からレンズに放射されます。光学系を通過した後、それは像面上に単一の点像を形成しませんが、非対称の拡散スポットを形成します。彗星中央から端にかけて、尾は細いものから太いものへと描かれています。頭は明るく澄んでいて、尾は広く、薄暗く、ぼやけています。この軸外ビームによって引き起こされる収差はコマ収差と呼ばれます。コマ収差のサイズは、絞りだけでなく、視野にも関係します。また、撮影時の絞りを小さくして、コマ収差による画像への影響を軽減することもできます。散らばったようにこれは一種の軸外収差でもあります。昏睡とは異なり、乱視は視野にのみ関係します。軸外ビームの非対称性により、軸外子午線ビームレットの収束点（つまり、レンズの直径方向）は、矢状ビームレットの収束点（レンズの円弧方向）とは異なります。）この現象は非点収差と呼ばれます。乱視は、目の乱視とは対照的に理解することができます。乱視のある目は、実際には2方向でレンズの曲率が異なるため、点が短い線に拡散して見えるようになります。非点収差はまた、軸外イメージングの画質を大幅に低下させます。開口部を非常に小さく開いても、子午線方向と矢状方向で同時に非常に鮮明な画像を取得することは不可能です。広角レンズでは、視野が比較的広いため、非点収差がより顕著になります。非点収差を低減するには、主に2つの方法があります。対称構造を使用する方法と、軸外視野での光の入射角を低減する方法です。フィールドソング光軸に垂直な面で物体を撮影する場合、レンズによって形成される画像は、画像面ではなく、光軸に対称な曲面上にあります。この種の画像の欠点は、フィールドの湾曲です。像面湾曲は、開口とは関係のない一種の収差です。絞りを小さくしても、像面湾曲によるぼけを改善することはできません。像面湾曲のあるレンズで撮影する場合、画面中央に合わせると画面周辺の画像がぼやけ、画面中央に合わせると中央にある画像になります。画面が再びぼやけ始め、フラットにすることはできません。画像平面の中央と周囲全体で鮮明な画像を取得します。ねじれこれは、オブジェクトによって形成された画像の変形を指します。歪みは画像の鮮明さに影響を与えませんが、画像とオブジェクトの類似性にのみ影響します。歪みのため、物体側の直線が画像側の曲線になり、画像の歪みが発生します。歪みは、糸巻き型歪みと樽型歪みに分けることができます。歪みの根本的な理由は、レンズ画像フィールドの中央領域の横方向の倍率がエッジ領域の横方向の倍率と一致していないことです。下の図に示すように、端の倍率が中央の倍率よりも大きい場合、ピンクッション歪みが発生します。そうでない場合、バレル歪みが発生します。歪みはレンズのF値とは関係がなく、レンズの視野だけです。したがって、広角レンズの歪みは、一般的に標準レンズや望遠レンズの歪みよりも大きくなります。どんなレンズでも、どんな歪みでも、絞りを小さくしても歪みは改善されません。