JP2017069600A - 小型カメラ及び撮像装置 - Google Patents

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誠二 服部
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Abstract

【課題】ハイビジョン小型カメラの出力信号の伝送距離を長くすること。【解決手段】被写体を撮像してハイビジョンディジタル画像データ信号を出力する小型カメラである。筐体と、筐体内に保持されたレンズと、筐体内に保持され、レンズを透過した光を結像させ、MIPI規格信号を出力するCMOS画像センサ32と、外部から入力される制御信号に基づいて、CMOS画像センサ32を制御して、撮像と画像データとの出力を指令する制御装置341と、筐体内に保持され、CMOS画像センサの出力するMIPI規格信号を入力してLVDS規格信号のハイビジョンディジタル画像データ信号を出力する出力ドライバ361,362と、を有する小型カメラである。【選択図】図2

Description

本発明は、撮像した画像データの長距離伝送を可能にした小型カメラ及びその小型カメラを用いた撮像装置に関する。
従来、下記特許文献1で開示されているように、立体視可能な小型の電子内視鏡が知られている。その文献によると、レンズを透過した光をCMOS画素アレイに集光させ、CMOS画素アレイ上の画像を、イメージシグナルプロセッサ(ISP)で取り込んで、MIPI(Mobile Industry Processor Interface)から、立体画像を得るための立体信号処理装置に伝送している。
また、下記特許文献2によると、カメラヘッド内のCMOS画素アレイから得られた映像信号を、LVDS(Low Voltage Differential Signaling、低電圧差動信号処理)信号に変換して、ディジタル信号として、制御装置であるCPUに伝送している。LVDSは,高速伝送、小さな信号振幅、低消費電力、少ない電磁障害での信号処理が可能になるとされている。
特開2015−19715 特開2011−254525
CMOS画素アレイ、ISP、MIPIを1チップに搭載した撮像素子ICは、ハイビジョン映像信号を出力でき、対角長さ2mm程度の超小型のものが存在するので、特許文献1のように、電子内視鏡に用いることができる。しかしながら、MIPIの出力信号は、規格では15cm以下しか伝送できない。
一方、LVDSバッファの出力信号は長距離伝送が可能であるが、ハイビジョン画像のLVDS出力が可能な小型撮像素子ICは、存在しない。
そこで、本発明の目的は、ハイビジョン画像信号を長距離伝送可能な小型カメラ及びそのカメラを用い、カメラの出力信号を長距離伝送して画像の表示を可能とした撮像装置を実現することである。
上記の課題を解決するための発明の構成は、被写体を撮像してハイビジョンディジタル画像データ信号を出力する小型カメラにおいて、筐体と、筐体内に保持されたレンズと、筐体内に保持され、レンズを透過した光を結像させ、MIPI規格信号を出力するCMOS画像センサと、外部から入力される制御信号に基づいて、CMOS画像センサを制御して、撮像と画像データとの出力を指令する制御装置と、筐体内に保持され、CMOS画像センサの出力するMIPI規格信号を入力してLVDS規格信号のハイビジョンディジタル画像データ信号を出力する出力ドライバと、を有することを特徴とする小型カメラである。
MIPI規格信号は、データレーン信号とクロックレーン信号とがあり、それぞれの伝送路で伝送される。データレーン信号は、400mVの差動平衡出力である高速伝送モードと、1.2Vの不平衡出力である低速伝送モードとが、時間軸上で時分割多重化されている。一方、LVDS規格信号は、3.5mAの電流駆動型の差動平衡出力である。LVDS規格信号を出力する出力ドライバ(以下、「LVDSバッファ」という)は、差動平衡のLVDS信号を入力して、波形成形された所定電圧の差動平衡のLVDS信号を出力するドライバである。
MIPI規格信号には、時間軸上で、400mVの差動平衡出力である高速伝送モードと、1.2Vの不平衡出力である低速伝送モードとが混在している。このため、MIPI規格信号を、信号規格の異なるLVDSバッファに入力するという発想は、当業者において、そのようにする動機、目的もなく、全く、想起できなかった。
本発明者らは、MIPI規格のハイビジョンディジタル画像データ信号を6〜10m程度の長距離伝送できる方法はないかと考えた。そこで、MIPI規格信号を信号規格の異なるLVDSバッファに入力して、そのLVDSバッフの出力信号を6m伝送させたところ、表示装置においてハイビジョン画像を表示することができた。
本発明は、このような発見と発想に基づくものである。
本発明において、筐体内に保持され、レンズ前方を照射するLEDランプを有することが望ましい。
また、筐体の形状は円筒状体や底面が正方形の筒状体(正方筒状体)などの任意形状の筒状体を用いることができる。筐体は、外径(直径)5mm以上、10mm以下、長さ8mm以上、15mm以下の円筒状体、又は、この円筒状体に内接する正方筒状体であることが望ましい。
他の発明は、上記の小型カメラと、小型カメラの制御装置に制御信号を出力し、出力ドライバの出力するLVDS規格信号を入力して、画像データを作成する中央制御装置と、中央制御装置により得られた画像を画面に表示する表示装置とを有する主制御装置とを有することを特徴とする撮像装置である。
本発明によると、小型カメラでCMOS画像センサで撮像したハイビジョン画像データ信号の長距離伝送が可能となり、画像を見る箇所から撮像箇所が遠く離れていても、鮮明なハイビジョン画像を見ることができる。このため、小型カメラを狭い隙間に設置して、その隙間環境の状態を監視したりすることができる。例えば、航空機のジェットエンジン内のタービンファンに、この小型カメラを取り付けて、タービンファンを1回転させて信号ケーブルを繰り出しながら、シュラウド壁面の状態を点検することができる。タービンファンを1回転させて離れた箇所で画像観測するには、信号ケーブルは少なくとも6m程度は必要である。本発明によると、ジェットエンジン内の高精細画像による点検が容易となる。その他、自動車エンジンのシリンダ内部の点検、狭小空間の点検、製造工場での精細加工物のリアルタイムでの監視、車両周辺モニタなどに用いることができる。
本発明の具体的な一実施例に係る小型カメラの機構を示した構造図。 同実施例に係る小型カメラの電気系統を示した電気回路図。 同実施例の小型カメラを用いた撮像装置を示した構成図。 撮像装置のCPUの処理手順を示したフローチャート。
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照して説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
図1は、実施例1の小型カメラ1の構成を示した図である。小型カメラ1は、外径6mmφ、内径5.7mmφ、長さ9.4mmの円筒形状の筐体10を有している。この筐体10の内部に次の各部品が配設されている。光入力側から平板状のレンズカバー12、LDE支持部材14、円筒台形状のリフレクタ16、レンズ18、カメラ基板20、コネクタ22、バッファ基板24、筐体10を蓋するキャップ26が配設されている。カメラ基板20の光入射側の面上には、後述するCMOS画素アレイとMIPIとが集積されたCMOS画像センサIC32が配設されている。また、カメラ基板20の裏面には、後述する周辺IC群34が配設されている。CMOS画像センサIC32のCMOS画素アレイ上にレンズ18を透過した光が結像するように構成されている。
バッファ基板24のカメラ基板20と対向する面上には、LVDSバッファ36が配設されており、他の面には電源IC群38が配設されている。カメラ基板20とバッファ基板24とは、多数の接続ピン40を有するコネクタ22により電気的に接続されている。LVDSバッファ36の出力は、バッファ基板24上のコネクタ25を介して、ケーブル40に接続されている。また、LED支持部材14の前方のリング部内壁に2つの白色LED42、43が配設されている。
次に、本実施例の小型カメラ1における電気回路図を図2に示す。
カメラ基板20上には、CMOS画像センサIC32が配設されている。CMOS画像センサIC32には、ソニー株式会社製IMX188OQDを用いた。CMOS画像センサIC32は、レンズ18により集光した光を結像させるCMOS画素アレイ321と、CMOS画素アレイ321の画素を、順次、走査して、画素データをMIPI(D−PHY)規格信号として出力するMIPI322を有している。その他、周辺IC群34として、CMOS画像センサIC32に撮像を指令し、画素データの出力を指令するCPU(制御装置)341、CMOS画像センサIC32にクロックを付与するクロック発生器342、電源IC343が、カメラ基板20上に配設されている。
バッファ基板24には、CMOS画像センサIC32のMIPI322が出力するデータレーン信号、クロックレーン信号を、それぞれ、入力するLVDSバッファ361、362が配設されている。LVDSバッファ361、362には、TEXAS INSTRUMENT製DS25BR120を用いた。その他、電源IC群38として、電源IC381、382がバッファ基板24上に配設されている。電源IC381はLVDSバッファ361、362へ給電するICであり、電源IC382はカメラ基板20上の各ICに給電する電源ICである。また、カメラ基板20からバッファ基板24へ向かうデータレーン信号、クロックレーン信号、バッファ基板24からカメラ基板20へ向かうCMOS画像センサ32を制御するセンサ制御信号、給電は、コネクタ22により伝達される。LED42、43の給電は、コネクタ23a、23bにより、行われる。、
LVDSバッファ361から出力されるデータレーン信号が、ハイビジョンディジタル画像データ信号である。バッファ基板24にはケーブルコネクタ25が配設されており、このコネクタにケーブル40が接続される。ケーブル40は、LVDSバッファ361の出力するデータレーン信号、LVDSバッファ362の出力するクロックレーン信号を伝送する信号線、センサ制御信号をカメラ1に伝送する信号線、カメラ1に対する給電線とが束ねられたケーブルである。
次に、上記の小型カメラ1と、小型カメラ1を制御して、ハイビジョンディジタル画像データ信号を受信して撮像した画像を表示する主制御装置2と、両者を結合する長さ6−10mのケーブル40とを有する撮像装置3について説明する。
主制御装置2は、CPU51、入出力インターフェース52、ROM53、RAM54、表示装置55から成るコンピュータシステムで構成されている。
図4は、CPU51の処理手順を示したフローチャートである。ステップ100において主制御装置2の初期設定が行われる。ステップ102において、小型カメラ1にケーブル40を介して給電する。これにより、小型カメラ1のLED42、43に給電されて、被写体が照明されて、画像がCMOS画像センサIC32のCMOS画素アレイ321上に被写体の像が形成される。また、バッファ基板24上のLDVSバッファ361、362、カメラ基板20上のCPU341、クロック発生器342及びCMOS画像センサIC32に給電されて、それらのICは動作可能状態となる。
次に、ステップ106において、センサ制御信号がCPU341に出力されて、そのCPU341の制御によりCMOS画像センサIC32は、CMOS画素アレイ321の画素を、順次、走査して、MIPI322に出力し、MIPI322からMIPI規格信号(MIPI D−PHY)のデータレーン信号とクロックレーン信号とが、それぞれ、LVDSバッファ361、362に出力される。MIPI規格のデータレーン信号は、時間軸上で、400mVの差動平衡出力である高速伝送モードと、1.2Vの不平衡出力である低速伝送モードとが多重化された信号である。LVDSバッファ361、362からはLVDSデータレーン信号と、LVDSクロックレーン信号とがケーブル40を介して、主制御装置2に送信される。このとき、LVDSバッファ361からは、MIPI規格の差動平衡出力の高速伝送モードによるデータだけが出力されて、不平衡出力の低速伝送モードによるデータは出力されない。したがって、ステップ108では、それらのLVDSバッファ361、362からの高速伝送モードの出力信号(差動平衡)が入力されて、デコードが行われる。LVDSバッファ361から出力されるLVDSデータレーン信号がハイビジョンディジタル画像データ信号である。
ステップ110で、入力した画像データ信号の同期がとれていることを確認して、同期がとれていなければステップ102に戻る。同期がとれていれば、ステップ112において、受信したハイビジョンディジタル画像データ信号をHDMI(登録商標)規格にエンコードして、表示装置55に出力する。次に、ステップ116において、予定の全画像データの受信が完了したか否かが判定され、完了していなければ、ステップ108に戻り、順次、受信されるハイビジョンディジタル画像データ信号がデコードされて、上記の処理が繰り返される。ステップ116の判定は、例えば、所定フレーム数の画像データの処理が完了したか否かである。
本撮像装置3を、ジエットエンジンのシュラウド内壁面の損傷の有無を検出する装置に用いた。1フレームの撮像範囲は、エンジンの軸方向の幅で58mm、周回方向の幅で42mmである。シュラウドの内壁一周当たり、約500枚程度撮像した。この500枚のフーレームを合成してシュラウドの内壁一周の展開画像を得た。
シュラウドの内壁の座標と画像フレームとの対応関係は、小型カメラ1をファンに取り付けた初期位置が分かっているので、最初の画像フレームとシュラウドの原点とを一致させることができる。その後は、小型カメラ1の光軸の方位角は、エンジン軸の回転角と一致しているので、エンジンの回転角から、シュラウドの座標と連続して撮像される画像フレームとを対応させることができる。
本発明によると、小型カメラ1から出力されるハイビジョンディジタル画像データ信号を、6〜10m程度の長距離を伝送させることができる。そのため、本小型カメラは、撮像箇所と画像を見る箇所とが離れている場合に、有効である。本小型カメラは、自動車エンジンのシリンダ内部の点検、狭小空間の点検、製造工場での精細加工物のリアルタイムでの監視、車両周辺モニタなどに用いることができる。
本発明は、小型カメラと画像を処理し表示する主制御装置との間の距離が6〜10m程度と長くなっても、狭小空間での被写体の高精細画像を得ることができる。
1…小型カメラ
2…主制御装置
3…撮像装置
10…筐体
18…レンズ
20…カメラ基板
22,25…コネクタ
24…バッファ基板
32…CMOS画像センサIC
36…LVDSバッファ
321…CMOS画素アレイ
322…MIPI
361、362…LVDSバッファ

Claims (4)

  1. 被写体を撮像してハイビジョンディジタル画像データ信号を出力する小型カメラにおいて、
    筐体と、
    前記筐体内に保持されたレンズと、
    前記筐体内に保持され、前記レンズを透過した光を結像させ、MIPI規格信号を出力するCMOS画像センサと、
    外部から入力される制御信号に基づいて、前記CMOS画像センサを制御して、撮像と画像データとの出力を指令する制御装置と、
    前記筐体内に保持され、前記CMOS画像センサの出力するMIPI規格信号を入力してLVDS規格信号の前記ハイビジョンディジタル画像データ信号を出力する出力ドライバと、
    を有することを特徴とする小型カメラ。
  2. 前記筐体内に保持され、レンズ前方を照射するLEDランプを有することを特徴とする請求項1に記載の小型カメラ。
  3. 前記筐体は、外直径5mm以上、10mm以下、長さ8mm以上、15mm以下の円筒状体、又は、この円筒状体に内接する正方筒状体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の小型カメラ。
  4. 請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の小型カメラと、
    前記小型カメラの前記制御装置に前記制御信号を出力し、前記出力ドライバの出力するLVDS規格信号を入力して、画像データを作成する中央制御装置と、前記中央制御装置により得られた画像を画面に表示する表示装置とを有する主制御装置と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
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