ウルトラワイドで歪みのないレンズ、衝突試験に耐える堅牢性
Written by: Andrea Van Landingham, Jon Boucher
自動車の衝突試験の分野では、高速カメラが衝撃のダイナミクスをキャプチャして分析するために重要です。画像システムは、過酷な環境に耐えるだけでなく、狭いスペースでも鮮明でクリアな画像をキャプチャするための様々な機能が求められ、正確な衝突観察に必要な精度が求められます。そこで登場するのが、 Theia Technologies’ の特許取得済み Linear Optical Technology® を搭載したレンズです。Theiaの歪み補正技術を持つレンズは、その比類のない広視野と非常に低いバレル歪みで一貫して選ばれています。Theiaの ML183M レンズは、1.8～3mmの焦点距離範囲で最大120°の水平視野を提供し、1%未満のバレル歪みと5メガピクセル以上の解像度を持ち、2018年から自動車衝突試験で使用されています。そして、最新の MY23F レンズは、50マイル毎時での衝撃に耐える堅牢性を追加し、高解像度、広角、歪みのない画像を車両衝撃のキャプチャが可能にします。
図1. ML183Mを使用した車両内装のインストルメントパネルビュー。TheiaのLinear Optical Technology®レンズの120度のウルトラワイドアングルイメージング、低歪み、高解像度機能を示しています。
RingSide Creativeのスティーブ・ワイリー氏は、衝突試験業界で最大の高速カメラ購入者の一人であり、現在は最大35,000ドルの価格が付いた約130台の高速カメラを使用して、主要自動車メーカーのための衝突試験分析を行っています。ワイリー氏は、Vision ResearchのPhantom Miro C210Jなどのカメラに統合するために、 RMA Electronics, から高品質の堅牢なレンズを購入しています。RMA Electronicsは、産業用機械ビジョンおよびセキュリティレンズの世界的なディストリビューターおよび技術アドバイザーであり、ワイリー氏の衝突試験に十分耐えられる精密レンズ、たとえばTheiaの特許取得済みLinear Optical Technology®レンズを推奨しています。これらのレンズは、画像の曲がりやエッジの圧縮がない直線的な画像を作成することで、バレル歪みを光学的に補正し、画像の解像度を向上させ、直線を真っ直ぐに保ち、歪みを補正するための後処理ソフトウェアの必要性を排除します。RMAの社長ロン・マッサ・ジュニア氏は、「ワイリー氏から優れた近接フォーカス解像度性能を持つ広角レンズの必要性について相談を受けた際、すぐにTheiaの特許光学を思い浮かべました。2014年から彼らのディストリビューターを務めており、そのアプリケーションで非常に低い返品率と高い顧客満足度を得ているため、ぴったりだと思いました。そして、私たちは正しかったです！」と述べています。
ワイリー氏も同意しており、ML183Mレンズの広角と光学性能が、3000回以上の衝突試験でこのレンズを選択する決め手となったと言います。ML183Mは、フットウェルやインストルメントパネルビューなど、カメラを置くスペースが限られた車両内装ビューをキャプチャする際に重要です。ワイリー氏が言うには、「通常のレンズを置くスペースがない場所や、広角のショットを取得するためのスペースが限られている場所では、このレンズが優れています」（図1参照）とのことです。
ML183Mの近接フォーカス、ウルトラワイドアングル、そして高解像度機能に興奮したワイリー氏は、産業用衝突環境に必要な堅牢性を高めるためにレンズの耐久性に投資しました。地元の光学工学会社を使用して、ショック、振動、および飛散物からのさらなる保護のためにカスタムメタルバレル、ハウジング、および加工アルミニウムレンズフードを製作しました。また、可変焦点のML183Mを固定焦点レンズに改造しました。ワイリー氏は「固定焦点レンズはズームレンズよりも好まれます。なぜなら、衝突試験車両がターゲットに衝突すると、ズームが動いてフォーカスが外れ、緩むからです」と説明しています。
Theiaの新しいウルトラワイドで歪みのないMY23Fレンズのリリースにより、これらのカスタマイズの必要性が減少しました（図2参照）。MY23Fレンズの機械設計と構造は、レンズ要素がメタルハウジングに固定されている産業用堅牢光学を作成するように最適化されており、振動やショック中の要素の移動を排除しています。ワイリー氏の最も激しいテストは50Gの範囲であり、MY23Fは±Z軸で最大50Gのショックと10Gで200Hzまでの振動に耐えると認証されており、前モデルに比べて衝突試験環境での性能が向上しています。その結果、追加の部品製造、時間、およびコストが削減され、ウルトラワイドで歪みのない画像を提供し続けています。ただし、MY23Fにはレンズの前面要素が飛散物から損傷するのを防ぐためにレンズフードが依然として必要です。
図2. 左側の画像はTheiaのML183Mと、衝突試験中の追加保護のために必要な追加のメタルバレル、ハウジング、レンズフードを示しています。右側の画像はTheiaのMY23Fと、レンズを保護するために必要な唯一の追加部品であるアルミニウムレンズフードを示しています。
さらに、MY23Fレンズマウントはレンズバレルに統合されており、衝撃中の破損の可能性が減少しています。これは衝突試験において重要です。ワイリー氏によれば、「衝突試験で最も一般的な破損はマウント部分であり、テスト中に緩んだ物体によってマウントがレンズから引き抜かれることがあります。MY23Fとその統合マウントであれば、これが起こらないと考えています」とのことです。
結果は自明です。ワイリー氏は「新しくリリースされたMY23Fを少なくとも45回のテストで使用しており、問題はありませんでした。さまざまな位置に設置して、すべての軸に力がかかるようにしています。レンズはフォーカスを維持し、力の影響を受けていないようです。画像品質も非常に良好です」と述べています。レンズは非常に良好に機能しており、ワイリー氏はテスト中のより多くの場所、例えば車両下部のショットでの使用を検討しています。
ワイリー氏はまた、レンズのフレアに関しても良好であると述べています。多くのテストで非常に明るいスペキュラーライトに直接撮影しますが、コントラストは少し低下しますが、レンズの性能は非常に良好です。これは、Theiaのレンズが低分散ガラスと反射防止コーティングで作られており、さまざまな挑戦的な照明条件で光学性能を最適化しているため、驚くべきことではありません。
これまで、Theiaの特許取得済みLinear Optical Technology®とその利点は、1/2.3インチのイメージセンサーまでしか利用できませんでした。新しいMY23Fレンズでは、この技術をより大きな1/1.8インチセンサーに対応できるようになり、大きなピクセル、優れた光収集能力、ダイナミックレンジで人気があります。5メガピクセル以上の解像度性能を持ち、VisibleおよびNIR光の両方で200lp/mmの解像度を持ち、堅牢な設計を備えたMY23Fレンズは、今日の機械ビジョンにおいて比類のない存在です。MY23Fの116°の水平視野と0.5%のバレル歪みは、1/1.8インチイメージャー用の市場で最も広い低歪みレンズとなっています。