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AFE って・・・? 2010/04/05

シグマでは SD15 と DP1x には AFE が搭載されるとしているが、一般的な意味で言うところの AFE が搭載されていないデジタルカメラというのは珍しい。通常 AEF はセンサーに発生した電荷を増幅して A/D(アナログ→デジタル)変換を行うデバイスである。当然 SD14 や DP シリーズにも AFE の働きをするデバイスが存在すると思っていた。しかし、ISO 400 に設定して EV +2.0 で撮影したデータを見る限りでは、実際に搭載されているのは ADC(アナログデジタルコンバータ)のみで、センサーからの電荷を増幅するデバイスはイメージセンサーと対になっているものだけだったようだ。つまり敢えて AFE を搭載と強調しているからには単純な A/D 変換デバイスではなく、現時点では行われていない(と思われる)センサーからの出力を増幅して A/D 変換を行うデバイスであると予測できる。

AFE は通常センサーとペアで開発される。汎用品に近い物もあるけど、データを読み出すタイミングやら出力するビット数、さらにはリニアリティーを補正するなどセンサーとの適合性の問題があるためオーダー品となるのが一般的である。富士通では AFE も作っているので、SD15 や DP1x に搭載される AFE も TRUE II と同じく富士通が製造すると思われる。

さて、イメージセンサーに限らず、トランスデューサー(エネルギーの形態を別の形態のエネルギーに変換するデバイス)には常につきまとう問題がある。その一つは立ち上がり感度。非常に微弱なエネルギーしか与えられなかった場合、それを関知できるかどうか。いわゆる閾値の問題。もう一つはリニアリティーの問題。つまり与えられたエネルギーにきっちり比例した出力が得られるかどうか。そして、規定以上のエネルギーが与えられると計測できなくなる飽和の問題である。その他にも立ち上がり速度の問題と反応持続時間の問題もあるのだけど、イメージセンサーの場合はあまり問題にされないようだ。

今ではほとんど姿を消してしまったレコード盤。レコード盤には溝があり、その溝に音の波形が刻まれている。しかし、音の波形をそのまま記録したのでは微弱な高音はほとんど記録されず、大きな低音はもの凄い振幅となって、溝と溝の間隔をいっぱいに広げないといけなくなる。そのためレコード盤に音を記録する際には高音を大きくして、低音を小さく記録するようになっている。LP レコードは RIAA カーブと言われる基準に基づいて記録され、再生時には逆の特性を持たせた RIAA フォノイコライザーで元の強弱に戻されて再生される。アナログの世界ではそのあまりにも大きすぎる強弱差をこのような工夫で克服してきた。

デジタルの世界でもデジタル化する直前にそう言った工夫を加えてデータを加工して記録し、再生時に元に戻すことが行われる。

さて、下の図は一般的なイメージセンサーからの出力をブルーの線で表し、AFE によって理想的に加工されたデジタル出力を赤い線で表している。

センサーの反応

実際には、これほど完璧な補正は不可能だ。また、特に FOVEON センサーの場合は RGB 各チャンネルからの出力がダイレクトに得られるわけではなく、それぞれの層から R+G+B、R+G、R のデータが送られてくる。そのため AFE による増幅は各チャンネル毎に異なったものとなる可能性があり、一筋縄では行かない。

また、入力された電圧に応じてゲインが変化する回路がこの世に存在しているのは解っているけどそれが応用できるかどうかも解らない。

残念ながら私はイメージセンサーについても、アナログ回路についても、デジタル回路についても全くのシロートである。だから、とんでもなくいい加減なことを書いている可能性がある。もし、とんでもなくいい加減な事を書いている場合は、是非、お叱りをいただけるようお願いする。

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