ビデオセレクター量産型４号機製作風景

ListCam


	Internet Web camera fixed point observation image record system

評価試験用プロトタイプ製作風景

組込み用途などでの引き合いも有って、再びビデオセレクターを製作した。ListCam 190シリーズでの制御を前提としてはいないので、今回のチャンネル切換制御は接点入力制御だ。リレー接点やオープンコレクタ出力のシーケンサーに接続して使用する。特許案件は皆無なので、コスト的にペイするようであればクローンを作ってもＯＫ。ただ、国内人件費を考慮すると前述の価格では利益無いかも(笑)。この種の機材は何百台も出るような関係のプロダクツでは無いのでやむを得ない。どうしても、組み立て加工経費が割高になってしまう。直接材料費は２５％程度だが、時間計算した人件費は５０％以上。下の写真はプロトタイプ。

このビデオセレクター量産型４号機は観測システムなどへの組込み用途想定している。電源は２４Ｖ、ビデオコネクターは交合耐性を考えＢＮＣコネクターとなっている。またコントロール信号は接点入力を採用し、外部シーケンサーなどとの整合性を考慮した。ビデオ信号の切換はアナログビデオスイッチを用いた無接点方式だ。出力には６ｄｂビデオアンプを内蔵し、終段で７５Ωの映像出力に整合している。

■ 映像入力４（BNCコネクタ、７５Ω、コンポジットビデオ１Ｖp-p）
■ 切換系統１系統
■ 映像出力２（BNCコネクタ、７５Ω、コンポジットビデオ１Ｖp-p）
■ 映像切換映像信号専用アナログスイッチ４to１
■ 切換操作遠隔制御選択、手動強制選択
■ 外部制御オープンコレクタまたはGND(COM)とのメイク接点
■ 電源１５Ｖ～２４ＶＤＣ
■ 内部動作電圧１２Ｖ
■ 周囲条件温度－１０～４０℃、湿度３０～９０％
■ 外観１１５ × ８０ × ２０突起物を除く（アルミニウム厚さ１mm）

シーケンサーが作動しない試験運転を考慮して手動ディップスイッチを装備。また、出力を二系統持ち、各出力の有効無効の設定が可能になっている。制御信号はDsub9pin経由。

今回のビデオセレクター４号機は量産を考慮してケース加工や基板加工を専門業者に発注する設計となっている。こうした小ロット製品を製作する際に最もコストが掛るのは、ケース加工とプリント基板製作だ。もちろんアッセンブル工賃も高い。それでも、ボール盤等を使う時間的人件費コストを考えると数十台ロットで専門板金業者にプレス加工で発注したほうが遥かにコストが安くあがる。しかし、その為の設計図面や指示書などを用意するコストを考慮すると、厳密な設計原価計算も必要だろう。今回の設計コストは時間計算でおよそ十数万円相当と見込まれる。もちろん、量産した場合のコストダウンによって製品単価でカバー出来る範囲と見込んだ。売れなきゃ大赤字(笑)。

筺体内部は極めてシンプルだ。要求仕様に従った入出力数に対応するため、若干デバイス数が増えている。本来、適合したデバイスで無駄のない回路設計を行うのだが、出荷数とデバイスの供給の容易さを考慮すると、汎用デバイスで構成するのが一番だろう。 BNCコネクターへの結線は同軸ビデオケーブルを用いずにツイステッドペア線で処理している。筺体のシールド効果と、インピーダンスの低さから、何度か実験テストを繰り返し、作業性を考慮した結果だ。

カテゴリー５のLAN装置を扱っている経験から、６Ｍｈｚ帯域程度のビデオ信号であれば、短距離配線にはきつく撚ったツイステッドペア線で十分だという結論に達したのだが、異論の有る技術者諸兄にはアドバイスをお願いしたい。また、電源はシステム供給電源の関係から２４Ｖを降圧して１２Ｖを得ている。本来、使用しているデバイスの標準動作電圧は９Ｖで試験されているが、耐圧が１５Ｖの事から１２Ｖを電源とした。それでも、降圧ロスのために電源レギュレータからかなりの発熱がある。そこで、アルミ筺体への放熱も行った。取付けフレームへの熱伝導も期待している。本来ならここまでクールにしないのだが、組込み用途を考慮して、放熱対策はオーバースペックで行っている。

プリント基板設計は、他の筺体への組込みも考慮して、可能な限り小さな基板で設計した。プロトタイプでは実際に調達する部品を並べて、スペースを確認する。同じ容量のコンデンサでもメーカーによって大きさが異なるからだ。ICや抵抗はどうにでもなるがコンデンサの大きさにだけは注意したい。有名な秋月電子通商のキットでもシルク通りには部品が入らない事が良く有る。ところで、最近は８５℃耐温ではなく１０５℃耐温のコンデンサのほうが主流のなのだろうか？先日購入した際には８５℃のコンデンサは姿を消していた。

プロトタイプはユニバーサル基板に作ってみた。プリントパターンの間違いをチェックする意味もあるのだが、案の定制御ロジックの論理を勘違いしていた。ＨとＬを逆に設計すると制御ロジックが滅茶苦茶になる。高価なシミュレータを使えない素人なので仕方がないだろう(笑)。実際に組んでみると、デバイスの参考回路通りに設計すると、組み合わせで問題が発生する場合がある。今回はデバイス内蔵の６ｄｂアンプのゲインが予想以上に輝度に影響を与えていたので、後段で１ｋで整合させターミネートさせるのに苦労した。

後で思えば２倍の２Vp-pで出力インピーダンス１ｋなのだから当然なのだが、普段利用している回路の場合、出力側装置にＡＧＣが入っていて気がつかなかった。カットアンドトライで定数を設定した後、回路図に修正を加えていると「な～んだ！」気がつく事があって、我ながら情けない。

本来、入出力線はコネクターで基板と接続するのが好ましいのだが、元々基板自体も手作業の半田付けなので、今回もコネクターは使わなかった。ケースカバー側に実装したＬＥＤ電源ランプへの配線は、カバー開閉時のリード線の断線を考慮して、部品の一部にホットボンドで固定した。また、各端子とリード線との接続部分も短絡防止と半田付け部分の耐久性を考慮して、熱収縮チューブで補強固定している。組立後に付加した補償回路などで若干配置が悪くなっている部分があるが、プリント基板製作の際には修正する必要がある。

今回の量産型４号機は組込み用途での製作依頼をきっかけに設計したもので、特化した仕様を持っているが、コントロール系を汎用化し、安価な部品を使った物も製作して、ライブカメラユーザー向けに頒布しようと考えている。ライブカメラ向けであれば、出力系統は１系統でも良いだろう。ただ、監視カメラ兼用であれば２系統有ったほうが便利かもしれない。入力は４チャンネルで十分だろうし、それ以上のチャンネルではＰＣの負荷が高すぎる。

ビデオセレクター量産工程

プリント基板作成のためのマスクパターンフィルム。左のフィルムは６面同時焼き付け用だ。昨今ではレーザープリンタ用ＯＨＰシートとレーザープリンターで簡単に作成する事が出来る。ただし、トナー濃度やレーザープリンタの特性から、面積の広い部分ではパターンが薄くなるので、２枚重ねで使用すると良い。片側のフィルムを小さめに切って、ポリエステルテープで止めるとよい。レタッチするよりも確実だ。印字する時にトンボレジスターを一緒に印字する事を忘れない事。これが有ると無いでは、２枚重ねの作業精度がかなり変わる。

フィスムの伸びに注意してサイズの全く同じプリントを選ぶ事。ＯＨＰ用として売られている耐熱型フィルムが比較的精度を保てるようだ。露光はトナー面をフォトレジスト基板に密着させ、ガラス板を乗せて行う。パターンは部品面から製作した物は反転不要だ。ガラス板を載せる時は、４隅をクリップで止めるか、ペーパーウェイトを乗せて、フィルムと感光基板とを十分に密着させる必要が有る。

卓上蛍光灯スタンドで約４０分。ブラックライトなら３分程度で露光が完了する。感光基板の露光にはブラックライトが最適だ。ランプが１本の場合は、２～４センチの距離で１分くらいの間隔でムラの無いように移動させながら露光すると良いとされているが、１０センチ程度の距離で２～３分の露光をかけたほうが露光の仕上がりは奇麗になるようだ。あまり近いと、光がフィルムのパターンを回り込んで線が痩せる事が有る。露光は微妙な色の変化を憶えるのがコツ。

最近ではカー用品店にも豊富に売られているし、時々￥９８０位の特売品もあるようなのでブラックライト蛍光管を買うよりも安価に入手できるだろう。私は４Ｗのものを使っている。電池駆動用４Ｗのブラックライトは１００Ｖ４Ｗの蛍光灯器具に装着すると、なぜかかなり発熱して寿命も短いようだ。もう少し大きめの１００Ｖ１０Ｗ程度のブラックライトのほうが良いかもしれない。

現像は、小ロットであればスプレー式現像液が便利だ。ただし、現像液に浸す方法に比べると現像ムラが起きやすいので、パターン面の未現像部分を注意しながら、補完する必要がある。大量に現像する場合は現像液に浸したほうが確実。エッチングは塩化第二鉄の腐食液による。４５℃に湯煎して撹拌しながら丁寧に行う。２００ｃｃのボトルでハガキ大基板が５枚程度処理可能。大量にプリント基板を製作する場合には、廃液処理が必要なため、業者に発注する事をお薦めする。

塩化第二鉄溶液はかなりの回数使用する事が出来るが、劣化するほど処理時間が長くなって、細かいパターンがボソボソになる事が有る。パターン作成時に出来るだけ、溶融する銅の面積を少なくて済むパターン設計を心がけよう。

エッチングの終了したフォトレジスト基板は、無水エタノールで感光材を落とす。クレンザーで酸化膜を丁寧に落としフラックスを塗布する。感光材を落としただけではハンダの乗りが悪いので、酸化膜落としは必須だ。最近はハイテクスポンジというような商品名の研磨スポンジが売られている。銅面の酸化皮膜落としとつや出しには最適だ。メッキのような光沢が得られる。フラックスはスプレー式のものがお薦めだ。穴あけはこのあと行う。今回は基板ベースにガラスコンポジット基板を使用した為、超硬度タンガロイのガラス基板用ドリルを使用。

普通のドリル刃では２～３枚で切れなくなる。基板は２枚程度つなげた大きさで加工すると能率が良い。紙フェノール基板では、通常のドリル刃で十分対応出来る。ただし、紙フェノールは１.６ｔの厚さが有り、ガラスコンポジットの１ｔに対してかなり切削屑が出る。また、切断も手間が掛かる。ドリルの問題さえ解決できる場合は、ガラスコンポジットをお薦めする。作業後は必要に応じてグリーンレジストをかけて仕上げる。手作業でのハンダ付けの場合、腕に自信が有れば、レジストマスクなどは不要だろう。

パーツを実装し、完成した量産タイプ基板。この程度の大きさなら、一度のロットが５０枚を越えた時点で、基板業者に発注して、ＣＡＤデータによる穴あけと、部品実装はハンダ槽処理にしてしまったほうが良い。日本国内の労働コストを計算すると、手作業で製作するのはこの程度が限界だろう。基板価格がペイしなくなる。一日５０００ホール程度が肉体的限界(笑)。

大量に制作中のBNC端子。ほとんどマニファクチャ状態。このような作業こそ労働賃金１／１０の東南アジアに発注してしまいたい処だが、小ロット生産ゆえに避けられない作業だ。金メッキ端子に耐熱テフロンリードを半田付けした後、熱収縮チューブを被せて保護し、ツイステッドペア状態にしてゆく。シールドストリッパーを使った被覆除去と下ハンダ処理はかなり過酷。工学部系学生さんのアルバイト募集中(笑)。

量産型ＰＣ制御ビデオデレクターの品質試験機。ビデオチャンネル切換動作のテストをＰＣ無しで行うために、電源と切換ロジックを搭載し、ビデオスイッチャーに接続するだけで目的の切換動作試験を行う事が出来る。多数製作する時に、毎回ＰＣに接続して信号試験ソフトを動かす手間を省くのが目的。ボタンを押す事で、ビデオチャンネルを切替えるための信号を出す事が出来る。これ自体が、ビデオセレクターのリモートコントロールユニットという形になっている。

ビデオセレクター４号機量産型製品写真

完成した量産型４号機の出荷状態。筺体のアルミ厚は１.５ｍｍとこのクラスとしてはかなり厚めに作られている。腰かけてもつぶれない。アルマイトアルミのシートプレスは東京ＢＯＸの職人さんの匠の技。電源モニタのＬＥＤは超高輝度緑だが、電流を半分に押さえている。仕様のままでは、明るすぎて組み込み機器の内部照明になってしまう。一般向けにはなじみの薄いBNCコネクター仕様だが、RCAピンプラグ変換ジャックを使えば普通のビデオジャックで使用可能。

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