秋月カメラ MK-7428の同期化改造

まずは、カメラの分析にかかります。

探すもの

分析によって、見つけ出さなければならないのは、

主たるクロックを発生させているところ

１画面(1/30秒)周期のロジック信号です。カメラの基板には、表と裏を確認して、水晶発振子らしきものは１個しかありません。オシロスコープで確認すると、約19.1[MHz]で発振していることが確認できます(カメラには 19.07[MHz]を使うものがわりとあるようです ←3種類の秋月カメラで確認)。

次に、周期信号を探します。これは、カメラを動かしたまま、かたっぱしから、探っていきます。この時、1/30周期の信号を見つけ出すのが難しい場合、もしくは 1/60にも見える信号はあるものの、 1/30かどうか微妙な場合は、２信号を組み合わせます。具体的には、水平同期信号(15.75[kHz])と垂直同期信号(60[Hz])、もしくはそれぞれに等価な信号です。この二つを組(例えば XOR)にすると 1/30秒周期が得られます。

分析結果

パターン上の信号配置

カメラの基板の表(ばらしてすぐに見えるところ)の片隅の一番大きな(とはいえ小さい)正方形のICがどうも、タイミング生成部 (というかこれ１個でほぼ全機能)の様です。X1とX2は裏面にある水晶の足です。両者の信号をオシロで観測してみたのですが、波形からはどちらが入力側か不明でした。適当な抵抗経由で 19.07[MHz]の波形をつっこんでみて、X1側が入力であることを確認しました。

次にロジック信号は、適当にあさったところ、1および2と記した箇所で、それぞれ複合同期信号(映像信号に含まれる同期用信号)と水平同期信号(CCDを駆動するために多少調整したらしいもの)が得られました。なお、2については、□で囲んだ箇所を最初改造ターゲットにしたのですが、ここは半田が載らず、接続先の左下のICの４番目のピン(赤線で示した)を対象にしました。

それぞれの信号を観測したものを、２種類示します。
タイミング１、タイミング２
上が信号１、下が信号２で、垂直同期信号付近を拡大表示しています。良く見ると、２つの観測結果で、上下の信号のタイミングが、下の信号半周期分ずれています。これが1/60秒周期で２種類の画面があるという部分で、これが二つセットで 1/30秒周期になります。

ここまで分かれば、次はいよいよ改造です。

カメラの改造

カメラ本体の改造は２つの手順で行いました。

水晶をはずす

クロック供給線、同期信号拾い線、GNDの接続

まず、水晶は、ごく普通にはずします。
この手のものをはずすときは、半田吸い取り線とかはあまり効きません。むしろ、引っ張りながら加熱、が効果的です。だれかに引っ張って貰うのもいいと思います。私は一人でやってます。右手は半田ごて、左手は基板です。左手は親指、中指薬指で基板をホールド、人指し指を水晶にかけます。最初は短い方向の左右にこじるように力をかけながら、交互に半田を溶かし、ちょっと浮いてきたら、長手方向に力をかけながら。溶かしていない方の足をてこにする感じで。ジャンクばらし歴１０年以上で、すでに「はずす」と思ったら無意識に体が反応してしまうので(笑)、口で説明するのは難しいのですが...。
　水晶はずし前、水晶はずし後

次に、既に見つけてあるポイントに線を接続します。

クロック入力端子(X1)
同期信号端子(1,2)
GND端子(４ピンコネクタわき)

GNDは触れてませんでしたが、どこか適当に見つけて接続します。４ピンのコネクタのわきにちょうどありました。
　配線箇所全体図、複合同期信号、水平同期信号
ICへの接続は、それなりにやっかいです。四角いICは 0.5mmピッチです。私の手順は

安売りの老眼鏡をかける ←慣れると両眼ルーペとして機能。
(どうも遠視気味なので、裸眼だと細かいところが....)
ICピンにフラックスをぬっておく(活性化)
ラッピングワイヤに半田メッキ(ぼてぼてにしないこと)
コテ先から完全に半田をぬぐっておく(残ってると一瞬でブリッジ)
目標のピンに線を重ねて真上から加熱

です。軽く引っ張ってみて、ちゃんとくっついたようだったら、最寄りの場所にホットボンドで固めてしまいました(止めないでいたら、パターンごと剥離した経験あり)。図では、ピンの基板側に半田付けしてありますが、２個目以降でICからの生え際の角を試したら、半田付けが楽になりました。ちなみに、ブリッジした場合は、フラックスをぬってコテ先(無論半田は落しておきます)でこすってみると解消することがあります。それでだめなら、半田吸い取り線をつかいましょう。いずれにせよ、やたらと加熱するのは危険でしょう。

ここまでやって、テスタで調べてショートの無いことを確認して、電源を投入してみます。当然、うつりません。そこに、19.07[MHz]のクロックを接続してみると(次節参照)、成功なら映像が映ります。また、２本の同期信号の線にも、周期的な信号が観察されます。

同期化回路の製作と接続

カメラ単体で、クロックを加えて動作するようになったら、しめたものです。同期化回路を加えてみます。

さて、ずっと水晶をはずして別に用意した 19.07[MHz]のクロックを外部から加えると言ってきました。もちろん、ファンクションジェネレータなどで与えることも出来ますが、カメラを使う度に持ち出すわけにもいきませんので、自前で用意します。
ある意味、地球に易しい方法は、取り外した水晶の再利用です。ただ、水晶を安定して発振させる必要があり、面倒です(恥ずかしながら、私はいままで完全に成功したことないです)。そこで、手っ取り早く信号を得るため、水晶発振器(not子)を使いました。とはいえ、19.07[MHz]などと半端な周波数のものはその辺では手に入りません。
そこで、トラ技で広告を見掛けていたラムステート株式会社で購入することにしました。ここはいろいろ扱ってますが、特注水晶を扱っています。本物の特注水晶は、高くつき、納期もかかりますが、 PLLを使っているらしい、プログラマブル水晶発振器も扱っていて、今回はこちらにしました。これだと、５Ｖを繋ぐだけで、すぐに目的にクロックが得られます。クロックまわりの動作試験もこれでやっていました(電源は秋月5V SW-ACアダプタ@850円)。
実際には厳密には周波数は出ず、最寄りの設定可能な周波数になるのですが、問い合わせして、注文した手元の伝票では、"SG8002DC19.069921PHC" と記載されています。誤差無しといってもいいと思われます。
(送料がわりと高いので(^^;; また使うだろうと思って、３個買ってついでにチップ抵抗(@2円)もごそっと買いました。)

さて、同期化回路ですが、回路的にはこんな感じです。

カメラ１のクロック＝(not クロック) and イネーブル１

カメラ２のクロック＝(not クロック) and イネーブル２

イネーブル２＝not
((カメラ１の複合同期 xor カメラ１の水平同期) xor
(カメラ２の複合同期 xor カメラ２の水平同期))
をクロックでラッチ(D-FF)

回路図カメラ１のイネーブル１は、外部入力端子であえて用意します。これは、２つのカメラに行くクロックの位相差をなくすため、ゲートディレイを同じにするためです(カメラ２だけ and するとその分遅れる)。もちろん、クロックのライン長も同じになるようにしたほうがいいでしょう。位相差は色ずれを招きます。イネーブル２は、両カメラのロジックの一致検出です。 D-FF でラッチすることで、グリッチ(ひげ)を避けます。それと and を取って問題ないように、イネーブルと and するクロックは not してあります(タイミング図を書くとご理解いただけるかと思います)。速めのロジックICで組んでもいいと思いますが、手元にGAL-Writer(ずっとまえにトラ技にのっていた ROM-GALライタ：重宝してます)があるので、GAL1個に書き込んでいます。余裕からすると、やれば４カメラ同期くらいできそうです。
　回路(汚い上にGALなので参考になるかどうか...)
　カメラと接続

一番簡単で確実な試験は、カメラ２側から映像信号がでているかどうかです。映像が出ていれば成功です。回路のミスでないことを確認するには同期信号の線(4本)のどれかをはずしてください。
(映像が出ている＝ちゃんとクロックがでている＝同期信号が一致)

参考までに、２種の同期信号をxor(+D-FFラッチ)したものを、示しておきます。
　Ａ、Ｂ
やはり、垂直同期部分で、２つの微妙に異なるタイミングパターンが観測されます。どちらでも、同期していることが確認できます。以上で、カメラの同期化改造は成功です。

仕上げ

剥き出しのままだと、線が引っ掛かって切れたり、危険性が高くなります。そこで、ケースに納めることにしました。このカメラはすばらしいことに、背面に余分なコネクタ、しかも丁度４ピンがついてます。ご丁寧に、プラグもセットで入ってます。本来 AUTO IRIS用のコネクタみたいですがありがたく流用しました。 H,C,G,X は私の落書きで、水平同期，複合同期、GND、水晶です。このコネクタの最初からついている線をはずし、GND 以外には万が一の保護用(気休め)の100Ω抵抗を挟んで線を接続しました。
　写真１、写真２
(注：微妙な理由により、手元のカメラと位置関係が若干違います)

これで組み立てると、ちょっと進化します。さらに、同期化回路も箱にいれて、コネクタを有効活用すると外部同期のカメラに見えます。
(注：微妙な理由により、同期化回路の箱は写真がとれていません)

以上で、同期した２台のカメラをつくることができました。

Ｎ　Ｇ

今日の不幸はあしたの知恵番外編

Note: 今日の不幸はあしたの知恵とは？
いまをさること５年前くらい、Ｍ２のころに、書き綴った失敗のみ集めたページ。いまは、サーバ上にあるものの、リンクは完全に切れているため、検索にもかからない存在。あの頃は若かったんですね(笑)。いや、コンセプトは、「失敗を２度と失敗しないように糧とする」なんですけど。

ところで、このページの写真(オシロ画面はオシロの機能で出力)はどうやってとってるんでしょう。不気味なまでの接写があったりしますが。実は、これ、全部おなじ機材で取ってます。
　MK-7428(笑)
改造された２台の他に、撮影用の１台が三脚付きで机の上にのってます。いえ、載ってました(いまは改造したうちの１台がのってます)。これは便利です。どうせ画面画質しか要求してないので、640x480 なんかでいいですし、ビデオキャプチャにつないでリアルタイムで映像を確認しながら、適当に直射電灯を遮ったりピントをあわせたりして、画像取り込みをするだけです(@Linux-v4l, Thanks to さくらださん)。
スーパーマクロ画像はカメラのレンズ固定のネジを緩めて、レンズがとれる限界まで回してます(笑)。

しかし、彼がまさか主役になるとは、想像してませんでした。

ある日のお昼前

以下、博士と弟子の会話(笑)

博：「うむ、カメラのシステムチェックも済んだし、最終組み立てに入るとするか。」
弟：「らじゃ。」
博：「それじゃ、その小さい方のカバーを、カメラの前面板と背板の溝に注意してはめて」
弟：「は～い」
ごそごそ、ぐいぐい、ばちん。から、ころん。
弟：「はかせ～、はまったんですけど、なにか転がり出てきました～。なんでしょ～？」
博：「？？？ ケースを加工したときに 切削屑でものこったか？」
弟：「それにしては、リアルな形状ですが....」
博：「！！！」(青→紺色)
ぱかっ。
博：「あ"っ！！！」
弟：「ど、どうしました？」
博：「こ、コイルが...電源部のコイルが」
弟：「....。」
博：「と、とりあえず、しゅ、修理... コアが砕けただけ？ コアをセットして.. 
　　　やっぱりうごかん。あ、断線しちょる」
弟：「つないでみますか？」
博：「むろん。」
ナ：「髪の毛より細い線の接続は困難を極めた。しかし 彼らは気合いでなしとげた」
弟：「電源、いれてみます？」
博：「祈りながら。」
スイッチオン。
博：「映らないなぁ。まだ切れてるのかなぁ。」
弟：「はかせ～、このしゅ～ってでてる煙みたいの、なんでしょうね？」
博：「！！！ 主電源緊急遮断」
弟：「ご臨終ですか？」
博：「ご臨終じゃな」(涙)

※まじで、事故ったとき、頭の中に人格が二つ出来たみたいです。呆けて現実を理解しない人格と、冷静に分析した人格と....。

顛末。

原因は、CCDカメラの基板をはずしたときの再組み立てです。今回、実は、カメラのケースを９０度回転させて取り付けられるように、前後の板に切削加工を加えてました。そのため、水晶を取る以外に、完全にばらしていたのですが、どうも取り付けを１８０度誤ったみたいです。
　正　誤
この正誤は違いが分かりにくいですが、基板を取り付けた金具の基板の左右にある、ふちの切目の位置が異なります。正しいほうはコイルから遠く、誤り例では近くなってます。この溝はばらした方ならわかると思いますが、ケースの側がはまるところで、ここに下側のケースがはまります。問題は、このケースの側板についている、固定用の雌ねじです。上下２種類の側板で太さが違うのは気になっていたのですが...。上のは細く、コイルに当たらないのですが、下のは太く、位置的にコイルに干渉します。ってわけで、１８０度逆にしたため、干渉位置にコイルが来てしまって、知らずにはめて直撃。みなさんもお気をつけ下さい。
(上の方で「微妙な理由により」はこの辺です)

で、解決策としては、撮影用に使っていたカメラ(自前)を改造することに急遽決定。方法は確立していたので、お昼休みに30分くらいでちゃっちゃと改造終了しました(確立してるとそのくらい簡単ですが)。

まるで、カメラマン２人が主役のドラマを取っていたら、一人が突然急死して、本物のカメラマンが急遽主役抜擢、というような....。しかも、悪の組織に改造されちゃいます。不幸な出来事です。そんなわけで、最後の方、カメラが１台しか映ってなかったりするのは、同期した一方で、もう一方を取ってたりするからです....。だって、同期回路はずしちゃうとカメラとして役に立たないんですもの。

この不幸、みなさんの明日の知恵として役立ててください(合掌)

さて、撮影用のカメラ、また、かわなきゃなぁ。秋月のWEB発注だと１日で届くのがありがたいところ。

秋月カメラ MK-7428の同期化改造

ターゲット

おやくそく

カメラの分析