Digital Revio KD-310Z , KD-400Z , KD-500Z の開発
The Development of Digital Revio KD-310Z , KD-400Z , KD-500Z

中山春樹＊

藤Nakayama, Haruki

沢敏喜＊

Fujisawa, Toshiki

青木俊之＊

Aoki, Toshiyuki

宮内幸晴＊

Miyauchi, Kohsei

Konica Digital Revio KD-400Z series are 3x zoom digital cameras (Fig.1), which realized the dual slot of amemory stick and SD card for the first time in the world.
KD-400Z series enclosed the dual slot in the world-leading smallest body, and provided the world fastest
starting time and the quality of image like a film.
This paper reports the technical contents which realized them.

１ はじめにコニカ Digital Revio KD-400Z シリーズは、メモリース
ティックとSDカードのデュアルスロットを世界で初めて搭載した３倍ズームデジタルカメラである（Fig. １）。
KD-310Z、KD-400Z、KD-500Z はそれぞれ 320 万、400万、500 万画素の CCD を採用している。

Fig.1 KD-400Z

近年では、デジタルカメラにおいても小型化が急速なピッチで進んでいる。 しかし、理想的な光学系配置を実店店頭や、モバイルプリンタで使用できないことも多い。

現しながら小さくするのは難しい。

ユーザの利便性を向上するためには、現在かなりのシェ

また、ズームレンズ収納型のデジタルカメラの起動にアをもつメモリースティックも同時に使えることが望まは５秒もの時間がかかっていた。起動時間が遅いことはしい。このため両方のメディアを同時に使える構造を考

フィルムカメラと比べ非常に大きな問題であった。

える必要があった。

最近は高画素化が進み、フィルムカメラと比較して解メモリースティックは全長が長く、SDカードは短いた像度で見劣りする状況は克服できてきている。 しかし、め、カメラ底面から挿入した場合両者の接点位置は異な不自然な色調、 強調されすぎた解像感など、銀塩のレベる位置に配置される。この位置の差を巧妙に利用して２ルとの差が残っていた。

つのメディアを配置できるようなデュアルスロットを新規にカスタム開発し、メモリースティックの長さギリギ

これらの問題を解決し、○世界最小サイズ

リまでカメラの高さを低くしている（Fig. ２）。このス○

世界最速起動ロット配置により世界最小サイズでありながら、同時に○

銀塩画質２つのメディアを使用することが可能となった（Fig.３）。

を実現した。その技術的特徴を報告する。

２ 小型化と機能の両立
小型化はユーザの利便性を高めるために重要なポイン
トであるが、小型化のみを追求しても使いにくいカメラになる。 したがって、ユーザにとって必要な機能を実現した上での小型化を考える必要がある。
２．１

メモリースティックと SD カードの配置

カメラを小さくするには、サイズが小さい記録メディFig.2 Arrangementof two slots

Fig.3 Dual Slot

アを採用する必要がある。このためCFカードやスマートメディアを採用することは難しく、SDカード等の最新小２．２レンズを中央に配置して世界最小サイズ型メディアの採用が望ましい。しかしながら、SD カード

ジタルカメラはフィルムカメラと違い、必ずしもボ自体市場導入間もないためシェアがまだ高くなく、写真ディの中央部にレンズを配置する必要がない。このため＊OPT & EM カンパニー オプト事業部

小型化のためにはカメラの左手側にレンズを配置するこIC事業ユニット

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とが多かった。
この場合、両手でカメラを保持すると左手でレンズを隠してしまうため、 片手撮影となってブレが多発する。
小型軽量が進めば進むほどブレが発生しやすいので、カメラブレが発生しにくいようにレンズを中央に配置することが重要になる。これを実現しながら世界最小サイズを達成するために重要なポイントはa

薄いレンズ鏡胴s

細いレンズ鏡胴Fig.5 PCBの実現である。しかし十分な光学性能を確保する上では、レンズ設計での無理な小型化はできない。

さらに、メイン実装基板以外の実装ユニットにおいてそこで、 レンズ駆動部を工夫し、レンズ光学サイズにも小型化のため、STROBE ユニットには、メーカー製のかなりの余裕をもたせながら、レンズ鏡胴サイズが世界ユニットを採用せず、自社で開発することにより最小となるように新規設計した。

STROBE回路以外の回路を同じ基板に搭載する工夫をし２．３た。また、STROBE ユニットは向かい合う電源ユニット

小型化のための電装ユニット

撮影レンズ部以外の構成ユニットである電装ユニットとCCD実装基板と巧みに外形を組み合わせることにより、をカメラに組み込む際に、一塊のブロックで構成した方撮影レンズ部左側のブロックをコンパクト仕上げている。

が効率的な配置が可能である。しかし KD-400Z シリーズ

レンズ右側にカードスロットと共に配置された電池にでは撮影レンズ部をカメラの中央に配置したため、電装は、新規に薄型電池を開発した。 また、その後方に配置

ユニットはカメラが大きくならないように配慮しながら、された液晶も、極限まで薄くした新規開発のモジュール

撮影レンズ部左右２つのブロックに分けて配置する必要を採用し、撮影レンズ部左右ブロックの厚みの均一化をがあり設計は非常に困難であった。主要電子部品が搭載図ると共に、本体厚み世界最薄の 29.5mm を実現した。

されるメイン実装基板は、この２つのブロックにまたがったＵ字形の外形をなし、異型かつ小型基板であった。
左右のブロックを接続する部分は細いので、 それぞれの３ 高速起動

ブロックに配置する部品の選択には、 ブロック間にまたが本シリーズの中でも KD-500Z は、500 万画素を搭載しる信号線が少なくするように考慮した。
（Fig. ４、Fig. ５）ながら世界最速となる 1.3 秒起動を実現している。以下でまた基板外のユニットとの組み合わせによって、基板はこれを達成した技術手段について述べる。

上には部分別に異なる搭載部品高さ制限や、部品配置禁

いままでのデジタルカメラでは、さまざまな初期化処止区域が設定された。この複雑な高さ制限を満足しなが理に時間がかかり、通常の方法では５秒程度の時間がから部品配置することは非常に困難であったが、基板外のかっていた。

ユニットの形状変更によって対応した。

いろいろな実験の結果、起動時間は 1.5 秒を切ると人間

KD-400Z シリーズではメイン CPU に、0.5mm ピッチの感覚として速く感じることがわかった。このため、1.5304pin の BGA 部品を新規採用したので、CPU 端子から秒を目標に開発をすすめることにした。これは開発当初線を引出すために搭載基板には多層基板であることが要の世界最速起動カメラよりも３〜５倍の時間であり難易求された。 基板メーカーとの検討の結果、６層ビルド度が高い目標であった。

アップ基板の採用を決定し、高度なレイアウト技術で、高３．１密度実装することによって、コストと基板の厚みを抑えカメラの小型化に寄与している。

高速レンズ駆動機構

超高速起動時間を実現するのにもっとも重要なポイン
トは、 ズームレンズ繰出しの高速化である。この高速化を実現するためには、 高出力のモーターが必要であり、今回は従来より格段に大きなモータ−を使用する必要があった。カメラ小型化競争の中で逆行する選択ではあるが、あえて体積を必要とするハイパワーのモーターを採用することにした。
またレンズ鏡胴を極限まで小型化し、作動効率を徹底的に見直すことで、必要力量の低減も図った。 一方、高速化に伴う音や振動により、カメラの品位が低減するのを防ぐため、ギヤ列にはウォーム歯車を使用した。 これ

Fig.4 Block Diagram of KD-400Z

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らにより従来の３〜５倍の高速化を実現しながら品位のKONICA TECHNICAL REPORT VOL.16（2003）

ある駆動音を実現している。

このため、高速にタスクスイッチが行なえる高速リア

これらの高速化技術の開発により、従来のデジタルカ

ルタイムOSを自社内で独自に開発するように方針を変更

メラはもちろん、既存のフィルムカメラと比べても、世した。 新規に開発する OS は、 同時実行可能なタスク数界最速となるズームレンズ駆動を達成することが可能にや、システムコール数などを必要最小限に絞り、極限まなった。

で高速実行できるように設計した。

３．２

サブ CPU による高速起動

今回のカメラでは、つぎのような CPU を使用した。

レンズ機構が高速になっても、それを駆動する電気回路が高速に制御できなければ意味がない。

○

100MIPS 32Bit RISC CPU○

命令キャッシュ ４ KByte

デジタルカメラでは待機電力の小さいサブ CPU でス○

５段パイプラインイッチ情報を検出し続け、起動スイッチの作動を検出し○CPU 内蔵の 8KByte 超高速 RAM

た後に使用電力の大きいメインCPUを動作させるための○ビットサーチモジュール電源を始動している。このため、デジタルカメラではス

この CPU の機能を最大限に利用するため、OS はすべイッチが入力されてからメインCPUがレンズの駆動指示てアセンブラで記述し、CPU内の16個のレジスタとCPUをするまでに数百ミリ秒ほど時間がかかっていた。

内の高速内蔵メモリを最大限に利用できるように、使用この時間を短くするため、DC/DC コンバーターの立ち上げ時間を高速化し、100 ミリ秒で安定電圧の出力が可能になるように設計した。

する機械語命令を厳選して OS を記述した。
この CPU の、命令キャッシュと、パイプラインを有効に利用できるように遅延スロット命令等の並べ方を工夫しさらにサブCPUが起動スイッチを検出した瞬間にサブ高速化をはかっている。 さらに、 タスクのディスパッチCPU が直接レンズモーターを駆動する構成（Fig. ６）に時において必要とされるタスク情報構造体は、CPU に内し、メインCPU が立ち上がる前からレンズを繰出すこと蔵されるビットサーチハードウエアモジュールを最速に利ができるようにした。 また、このカメラのデザイン上の用できるデータ構造とし、タスクスイッチにおけるアク特長となっている３個の青 LED もサブ CPU によって、ティブタスクサーチのオーバーヘッドを削減している。

起動スイッチが入れられると即座に高速点滅処理するようにしている。

この OS の開発により、メイン CPU が起動すると同時に CCD ドライバの初期化処理、液晶ドライバの初期化、この構成によりレンズカバーを開いた瞬間に、青色LED が点灯して即座にレンズが繰出し、ストレスのない起動操作を可能にした。

カードの初期化をマルチタスクで行ない、高速起動を実現している。
なお、デジタルカメラのソフトウエアは大規模なため、ほとんどの場合Ｃ言語で記述される。このためＣ言語で使用する、グローバル変数の初期化処理などには数百ミリ秒もの時間がかかっていた。これを解決するため初期化処理を行なう OS と、起動処理が終了してから動作するOSとを別に構成することによりこの時間を削減した。
またOSを自社開発したことにより、数マイクロ秒の開閉を保証する超高精度シャッター制御や、リアルタイム音声入出力処理なども可能になった。 特に、音声入出力処理は、62.5 マイクロ秒ごとに、10bit のデータを正確なFig.6 High-speed Start-up processing (SCPU & MAIN)周期で入出力しなければならず、高速なOSがないと実現が難しかった部分である。

３．３

完全アセンブラによる自社開発 OS

この OS により、種々の起動処理を行ないながら、サン組み込み機器用OSの開発には高い技術レベルが要求されかなりの開発工数が必要となる。このため開発当初は、プリング周波数 16kHz の高品質な音楽の再生を行なうことを可能にしている。
なお余談になるが、今回のカメラではどのメディアが次の 3 種類の OS を検討した。
a

OS 専業メーカ製リアルタイム OS

使われるかが起動時にわかるように、起動音を３種類用

sチップメーカーが供給するリアルタイム OS意している。この音楽の作曲は開発グループ内で行ない、dLinux

非常に多数の曲の中から、カメラできれいに聞こえ、 心

しかし、これらのカーネルソースコードを詳細に検討し、 様々な実験をした結果、今回のシステムではこれらのOSを使って高速起動を実現することは困難であることが判明した。

理的に起動が速く感じる曲を選んだ。
３．４

記録メディアの初期化処理

デジタルカメラの初期化処理の中でも、記録メディアの初期化処理はもっとも時間がかかる部分である。記録

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メディアの種類やその容量によっては５秒程度かかるこない、トータルで 15 万枚以上の撮影を行った。ともあり、この部分の高速化は大変重要な課題となる。

この膨大な実写撮影によるチューニングにより、銀塩

特に今回のカメラでは、メモリースティックとSDカー写真に極めて近い自然な色再現の画質を得ることが可能

ド、 そして内蔵メモリの３種のメディアがあり、普通にになった。

起動処理を行なっていては、通常カメラの３倍の時間が４．２

フラッシュ撮影

従来のネガフィルムで得られた広いラチチュードがデかかってしまう。
このため、まず各メディアのI/Oアクセス部分を、CPUジタルカメラの CCD では得られないため、近距離のフのパイプラインを最大限に活用したアセンブラで記述す

ラッシュ撮影時にフラッシュの光量制御が適切に行なえることにより、各メディアに供給しているクロック限界ず、オーバー露出となることが多かった。の速度でデータのリードライトを行なえるソフトウエア

従来のフラッシュ回路ではこの問題が解決できなかっを作成した。 また、いままで時間がかかっていたファイたため、フラッシュ発光のためのディレイコンデンサ部

ル管理部分の処理速度も改善をしている。そして電源分など、様々な工夫を行なった自社開発のフラッシュ回OFF 時の処理にも工夫をし、次回の起動に備えている。

路を新たに開発した。
この新規開発フラッシュにより、調光が極めて高精度

これらの結果により、a

メモリースティックに制御できるようになった。これにより人肌の再現を自s

SD カード然にできただけでなく、10cm のマクロ撮影時でフラッd

内蔵メモリ

シュを使用しても適正露出を得ることができる。の３種の記録媒体を使えるカメラでありながら、世界４．３ハードウエアによるノイズ低減

多くのデジタルカメラでは、カメラ薄型化の目的で最速である 1.3 秒での起動を実現している。

CCD の信号取り出しに、極薄の両面のフレキシブル板を用い、CCD 信号処理回路があるメイン基板と長い信号線４ 高画質の実現で連結するケースがほとんどであった。これはハード基

KD-400Z シリーズの、銀塩画質を実現するための取り板を用いるよりも、カメラを２ミリ程薄くできるためで組みを報告する。

ある。この方式では信号線が細く長くなり、 シールド面４．１積も小さく画像上にノイズがのりやすい。

画質アルゴリズムチューニング

KD-400Zシリーズでは液晶のレイアウトをCCD背後か今回のデジタルカメラ開発において、画質面で特に重らはずすことによりハード基板のスペースを確保した。

要視した点は、a

自然な色再現s

このハード基板は４層から構成され、内層に電源層を設高い解像感の両立である。これを銀塩フィルムに匹敵するレベルけた。また基板内に A/D 変換 IC などの CCD 画像処理回路をすべて搭載することによりノイズを低減した。にすることを目標にした。
400万画素の解像度は銀塩の135ミリフィルムに匹敵するものの、デジタルカメラで自然な色再現を実現するのは困難であった。 たとえば、高い解像感と鮮やかな色の５ まとめ

追求は風景描写には適しているが、それと同じアルゴリ

KD-400Z シリーズでは携帯性を追求し世界最小サイズズムを使って、人肌を忠実に再現をすることはかなり難を達成した。またデジタルカメラに要求される即写性のしい。画質を決定する主な要因としては、改善も行ない、 世界最速起動を実現した。そして画質面

○

レンズ性能

○

露出

での成果は専門雑誌（参考文献参照）でも大きくとりあげ

○

γカーブ

○

エッジ処理

られ、 数ある競合デジタルカメラの中でも、画質上位カ○

ノイズ処理

○

カラーマトリクス

メラとして評価されている。

○彩度○

カラーバランス

今後はフィルムメーカーとして画質へのこだわりをさがあるが、その中でも自然な色再現を決定するのは、カらに高め、より魅力のあるカメラを開発していきたい。

ラーマトリクスと彩度、そしてカラーバランスである。
KD-400Zシリーズは、赤の再現をやや記憶色側にふり、それ以外の色を測色的な設定にし、心理学的に好ましい色再現と正確な色再現との絶妙なバランスをとっている。

●参考文献
１）デジタル PHOTO 専科

No.2２）デジタルカメラマガジン 2002 年８、９月号
３）特選街

2002 年９月号

この設定を見出すために毎日数百枚の試写を行ない、その結果によって日々アルゴリズムの改善をおこなうと※いうサイクルを約半年間にわたって繰り返した。色再現のチューニングは様々な場所で様々な時間帯を選んで行38

Memory Stick"（" メモリースティック "）はソニー株式会社の商標です。

※

スマートメディア

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は株式会社東芝の商標です。