THine Value MIPI CSI-2の伝送距離問題を解決する方法！ 新コンセプトを採用した小型カメラシステムの開発事例
2019.08.27
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急成長するアジアの医療用電子機器市場に照準を合わせ、ヘッド分離型・小型カメラシステムの開発プロジェクトをスタートさせたB社。従来の医療用電子機器の固定概念にとらわれない「導入・運用コストを抑えつつも高性能」を実現する新コンセプトのカメラシステム開発に取り組むことになる。
課題
千載一遇のチャンス
東アジアに本社を構える小型カメラシステムの開発を得意とするB社にとって、まさに「千載一遇のチャンス」が到来したと言って過言ではないでしょう。同社のマーケティング担当者によると、「現在、中国やタイ、ベトナム、マレーシア、インドネシアなどのアジア諸国における健康志向の高まりによって、それらの国々の富裕層をターゲットとした医療用電子機器の需要が増加している」とのこと。今後、恐らくB社の主力製品である小型カメラシステムについても、同市場に向けた需要が拡大していくはずです。
これまでB社は、コスト・パフォーマンスの高さを最大の特徴とする小型カメラシステムを開発／製造し、アジア地域を中心に市場を開拓してきました。しかし、最近になって競合他社が増えており、売上高の伸びは停滞気味。そこで、アジア市場における医療用電子機器の需要増加をキッカケに再成長を果たすべく、新しい小型カメラシステムの開発プロジェクトを急遽立ち上げることになったのです。
これまでB社は、コスト・パフォーマンスの高さを最大の特徴とする小型カメラシステムを開発／製造し、アジア地域を中心に市場を開拓してきました。しかし、最近になって競合他社が増えており、売上高の伸びは停滞気味。そこで、アジア市場における医療用電子機器の需要増加をキッカケに再成長を果たすべく、新しい小型カメラシステムの開発プロジェクトを急遽立ち上げることになったのです。
新しいアイデアを小型カメラシステムに適用
この開発プロジェクトに参加する主要エンジニアは3人。その中の一人であるN氏は、比較的若手のエンジニアです。N氏は、米国の理工系大学に留学し、米国企業で数年間働いた後に母国に戻ってB社に加わりました。それ以来ずっと、カメラシステムの開発に携わっています。
しかし、コスト・パフォーマンスの高さを売り物にするB社では、なかなかN氏の独創性を生かせず、消化不良の毎日を過ごしてきました。そんな中で巡ってきた大きなチャンスです。この開発を成功させれば、B社を新しいステージに乗せることができ、N氏が思う存分に腕を振るえるようになる。そうした思いから、開発プロジェクトを先導する役割を買って出ました。
ところが、製品企画の段階から、3人のエンジニアの意見がなかなか1つにまとまりません。新しい小型カメラシステムには、どのような付加価値を盛り込めばいいのか。その決断が極めて難しかったからです。侃々諤々の議論が続きます。
そうした中で、最終的にはN氏のアイデアが採用されました。N氏のアイデアとは、「どの競合他社も採用していない新しいコンセプトを持ち込むことで、従来の高コスト・パフォーマンスという特徴を残しつつ、高性能化を図る」というものでした。新しいコンセプトの詳細はここでは説明できませんが、従来のカメラシステムの固定概念を覆すことは間違いありません。
B社にとっては、まったく新しい小型カメラシステムをアジア市場に向けて投入することになります。B社は大きな賭けに出ました。
しかし、コスト・パフォーマンスの高さを売り物にするB社では、なかなかN氏の独創性を生かせず、消化不良の毎日を過ごしてきました。そんな中で巡ってきた大きなチャンスです。この開発を成功させれば、B社を新しいステージに乗せることができ、N氏が思う存分に腕を振るえるようになる。そうした思いから、開発プロジェクトを先導する役割を買って出ました。
ところが、製品企画の段階から、3人のエンジニアの意見がなかなか1つにまとまりません。新しい小型カメラシステムには、どのような付加価値を盛り込めばいいのか。その決断が極めて難しかったからです。侃々諤々の議論が続きます。
そうした中で、最終的にはN氏のアイデアが採用されました。N氏のアイデアとは、「どの競合他社も採用していない新しいコンセプトを持ち込むことで、従来の高コスト・パフォーマンスという特徴を残しつつ、高性能化を図る」というものでした。新しいコンセプトの詳細はここでは説明できませんが、従来のカメラシステムの固定概念を覆すことは間違いありません。
B社にとっては、まったく新しい小型カメラシステムをアジア市場に向けて投入することになります。B社は大きな賭けに出ました。
MIPI® CSI-2対応品しかない
早速、N氏が中心となって、設計作業に着手しました。これまで通り、価格はできる限り抑える。しかし性能は、B社の従来品を上回るレベルまで高める。これが新しいコンセプトの小型カメラシステムの開発目標です。
まずは小型化の鍵を握るカメラヘッドの検討です。カメラの高性能化を図る中で、撮影画像の高精細化を目指したい。そこで、外形寸法の小さいカメラヘッドへの搭載が可能な小型サイズでありながらも、画素数が多い（解像度が高い）CMOSイメージ・センサを探します。解像度が高ければ、より高精細な画像が得られます。
その検討にはかなり苦戦したものの、N氏は希望するサイズと解像度を実現するメドを何とかつけることができました。しかし、ここでN氏は、ある重要なことに気付きました。今回のシステムに見合うCMOSイメージ・センサを選ぶと、出力インターフェースが「MIPI CSI-2」のセンサに絞られてしまうのです。B社がこれまでのカメラシステム開発で取り扱った経験がある「パラレル」や「sub-LVDS」が選択肢にありません。
こうなると2つの課題を解決しなければならなくなります。1つは、コントロールユニット側で画像処理を実行するFPGAに、MIPI CSI-2の受信に向けたIPコアを搭載しなければならないことです。この課題については、FPGAの設計経験が豊富なN氏であれば解決できそうです。
もう1つは、MIPI CSI-2の伝送可能な距離が20～30cmと短いことです。今回の小型カメラシステムでは、カメラヘッド側で検査・処置を行う箇所の画像を取込んで、撮影した画像データをコントロールユニット側で処理するシステム構成を想定しています。カメラヘッドとコントロールユニットを結ぶケーブルに必要な長さは、検査箇所や処置箇所で異なりますが、いくら何でも30cmでは短すぎます。これでは、ヘッド分離型カメラとしての役割を果たせません。
これは難題です。設計工夫で解決できるのか。それとも開発目標を変更すべきなのか。N氏は頭を抱えてしまいました。
まずは小型化の鍵を握るカメラヘッドの検討です。カメラの高性能化を図る中で、撮影画像の高精細化を目指したい。そこで、外形寸法の小さいカメラヘッドへの搭載が可能な小型サイズでありながらも、画素数が多い（解像度が高い）CMOSイメージ・センサを探します。解像度が高ければ、より高精細な画像が得られます。
その検討にはかなり苦戦したものの、N氏は希望するサイズと解像度を実現するメドを何とかつけることができました。しかし、ここでN氏は、ある重要なことに気付きました。今回のシステムに見合うCMOSイメージ・センサを選ぶと、出力インターフェースが「MIPI CSI-2」のセンサに絞られてしまうのです。B社がこれまでのカメラシステム開発で取り扱った経験がある「パラレル」や「sub-LVDS」が選択肢にありません。
こうなると2つの課題を解決しなければならなくなります。1つは、コントロールユニット側で画像処理を実行するFPGAに、MIPI CSI-2の受信に向けたIPコアを搭載しなければならないことです。この課題については、FPGAの設計経験が豊富なN氏であれば解決できそうです。
もう1つは、MIPI CSI-2の伝送可能な距離が20～30cmと短いことです。今回の小型カメラシステムでは、カメラヘッド側で検査・処置を行う箇所の画像を取込んで、撮影した画像データをコントロールユニット側で処理するシステム構成を想定しています。カメラヘッドとコントロールユニットを結ぶケーブルに必要な長さは、検査箇所や処置箇所で異なりますが、いくら何でも30cmでは短すぎます。これでは、ヘッド分離型カメラとしての役割を果たせません。
これは難題です。設計工夫で解決できるのか。それとも開発目標を変更すべきなのか。N氏は頭を抱えてしまいました。
課題のポイント
①アジアにおける医療用電子機器市場に向けて、新しいコンセプトを採用したヘッド分離型・小型カメラシステムを開発
②「MIPI CSI-2」対応のCMOSイメージ・センサしか見つからない
③伝送可能な距離が30cmと短いため、今回のヘッド分離型カメラシステムには不適格
②「MIPI CSI-2」対応のCMOSイメージ・センサしか見つからない
③伝送可能な距離が30cmと短いため、今回のヘッド分離型カメラシステムには不適格