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自制VR眼镜教程

  自制VR眼镜 ——长文多图

  虽然经历了很长一段时间,但是2016年应该是虚拟现实(VR)真正成为现实的一年。VR眼镜到底是什么? 好的,我们拿HTC Vive来跟大家讲解:

  首先让我们先来了解下这款VR的参数:

  两块分辨率为2160*1200 的1080P AMOLED显示屏

  90Hz刷新频率

  内置前置摄像头和麦克风

  加速度仪,陀螺仪,和激光定位仪

  通过灯塔红外发射器实现360度跟踪的头戴式耳机

  110度广角视野

  拔出四根外接线后,我们看到这款眼镜的型号是:0PJT100。 同时也可以看到一个3.5mm标准耳机插孔,直流输入口, HDMI端口 和两个USB3.0端口。

  开发者福音:HTC将最右边的USB端口开放出来以供给第三方开发者访问。

  我们把Vive整个翻转过来,看看它的前置摄像头,这款摄像头为Vive提供了AR(增强现实)的能力。它是如何运行的呢,我们后面慢慢介绍。

  首先介绍下海绵泡沫保护带,它们通过尼龙搭扣连接到眼镜上,使得佩戴更舒适。

  在两片眼镜片中间放置了一个接近传感器来检测是否佩戴了Vive眼镜,否则会关闭显示屏以节省电源和处理器的消耗。

  我们接着开始拆卸Vive的眼睛舒适度调节器。这个调节器通过控制眼镜镜片到你的眼睛之间的距离来调节眼睛舒适度。 在Rift CV1中却没有这项功能,可能是因为CV1的镜片是非对称的,你只需调整眼镜的高低位置就可以调节焦距。


  揭开Vive的外壳,我们发现了大量的传感器——据HTC官方数据总共有32个。

  当两个灯塔基站发射红外光来回扫描整个房间时,这些光电二极管会接收来自它们的信号。这样接入网络的PC电脑就能够通过计算这些红外光线的接收时间差来确定VR眼镜的位置和方向。

  这个跟踪定位方式和Oculus Rift 刚好相反。 Rift是通过固定在桌面上的摄像头来接收VR眼镜发出的红外光线并追踪其位置,而Vive的VR眼镜则是通过接收没有定位功能的灯塔发出的红外光线来确定位置。

  离近点看的话就会发现外壳上的每一个凹陷处都装有一小片红外滤镜。 这些红外窗口让其下的光电管更清楚的接收到来自灯塔基站的红外射线。

  拿掉眼镜外面的保护套后,我们拨出ZIF接头上的开关,断开散布在主板上的红外光电管的连接。

  按压前置摄像头后面的弹性接头就可以很轻易的去除传感器阵列。

  隐藏在这个阵列背后的是几个给眼镜供电的弹性接口,大块铜片的后面是摄像头。

  我们用螺丝刀撬开前置摄像头。这款摄像头由Sunny光学技术公司制造,序列号为:TG07B C1551。这个名字 大家可能也比较熟悉,我们在OnePlus One 和Project Tango手机上都见过这款Sunny的摄像头。

  接着我们取出了眼镜的主板,让我们看看这个VR眼镜内部到底都用了哪些芯片。

  主板正面:

  :意法半导体(STMicroelectronics) 32F072R8 ARM Cortex-M0 微控制器

  :东芝(Toshiba) TC358870XBG 4K高清HDMI至MIPI双DSI转换器

  :半磁半导体(SMSC) USB5537B 7口USB Hub控制器

  绿:曜鹏科技公司(Alpha Imaging Technology)AIT8328系列内置图像处理器的SoC

  :骅讯(Cmedia) CM108B系列 USB 音频编码器

  :镁光科技(Micron) M25P40 4 Mb 串行闪存

  :镁光科技(Micron) N25Q032A13ESE40E 32 Mb 串行闪存

  正面其他芯片:

  :德州仪器(Texas Instruments) TPS54341 降压转换器

  :德州仪器(Texas Instruments) TS3DV642 12道双工多路复用器/解复用器

  :凌云逻辑公司(Cirrus Logic) WM5102 音频编码器

  绿:百利通半导体(Pericom Semiconductor) PI3EQX7841 USB3.0 中继器

  :莱迪思半导体(Lattice Semiconductor) LP4K81 A3311RG2 超低电压可编程门阵列

  主板背面芯片:

  :北欧半导体(Nordic Semiconductor) nRF24LU1P 2.4 GHz SoC (x2)

  :恩智浦半导体(NXP Semiconductors) 11U35F ARM Cortex-M0 微控制器

  :莱迪思半导体(Lattice Semiconductor) ICE40HX8K-CB132 超低电压可编程门阵列

  绿:应美盛(Invensense) MPU-6500 6轴陀螺仪和加速度仪

  :镁光科技(Micron) N25Q032A13ESE40E 32 Mb 串行闪存

  :美国国家半导体(National Semiconductor) 61AE81U L00075B

  接下来介绍的是放置主板的塑料框。它的侧边有一小段橙色数据线连接着VR眼镜上的按钮。

  接下来我们看看镜头的构成:

  在旋开几个螺丝并简单撬动后, 我们打开了显示屏盖看到两个三星的AMOLED屏。


  每个显示屏对角线长度约为91.8mm,对应的447ppi像素密度。而Rift CV1的像素密度为456ppi,因为CV1要在更小一点的面积里(90mm)保持Vive一样的分辨率。


  每个镜头都有不干胶固定,但是用量刚好,外面没有露出来。 我们注意到每个镜片都有一组同心圆,很像菲涅尔透镜。

  眼镜拆解完,接着介绍它的控制手柄。我们很快找到了它的型号:2PR7100。


  Vive由HTC制造,但是可以明显看出在Vive的设计过程中大量的借鉴了其他家的手柄设计。其中手柄上的触摸板就很容易让人想到Steam的控制手柄。

  除了触摸板和按钮以外,控制手柄集成有24个传感器, 通过两个灯塔基站,这些传感器就能够准确的跟踪手柄所处的位置。

  从控制手柄中取出触摸板后,我们马上注意到手柄中的电路板和Steam手柄中的电路板几乎一模一样。

  和Steam手柄一样, 电路板中也有7个很好认的测试点,这样在测试时直接连接电路板就变得非常容易。


  接下来是3.85V, 3.69瓦时 960毫安时锂电池。它的型号是B0PLH100,还有一个二维码,不过扫描二维码是并没有什么秘密,只是电池的序列号:3SMA2638404214。手柄的芯片组成如下图:

  有几个芯片是手柄和眼镜中都有的,也有几个是手柄独有的:

  :恩智浦半导体(NXP Semiconductors) 11U37F ARM Cortex-M0 微控制器

  :莱迪思半导体(Lattice Semiconductor) ICE40HX8K-CB132 超低电压可编程门阵列

  :应美盛(Invensense) MPU-6500 6轴陀螺仪和加速度仪

  绿:镁光科技(Micron) M25P40 4 Mb 串行闪存

  :美国国家半导体(National Semiconductor) 61AKE6U L00075B

  :TI61ACCV1 BQ24158

  在把眼镜和手柄拆的四分五裂后,我们再来看看灯塔。它到底有哪些秘密,一起来看看。

  通过红外透镜我们能够隐约看到灯塔的内部——一组整齐排列的红外LED灯。Vive配有一对灯塔,图中可以看到镭射器发出的明亮耀眼的光芒。

  每个灯塔通过控制红外LED闪动来启动一个信号周期, 发出的垂直及水平方向上的镭射光开始扫描整个房间,紧接着VR眼镜和控制手柄上的那些神奇的光感器就开始搜寻这些镭射光线。 VR眼镜和手柄能够通过传感器接收到的镭射信号的顺序来确定它们的位置。

  下面我们就来拆解灯塔,看看它的系统构成。


  这些灯塔基站的型号是2PR8100,具有1级产品管制标签。 1级表示这个基站中的红外镭射器发出的光线强度是在美国CDRH制定的最大强度标准范围内。换句话说,基站发出的光线即使照射到眼睛,其影响也是微乎其微。

  有了称手的工具,我们很快取掉了灯塔上的固定卡子和保护灯塔前板的垫片。 拆解前板相对比较容易,我们着手准备细致分析这款神奇产品的复杂内部构成。

  庆幸的是整个内部模块被安装集成在了一起。只需旋开几个螺丝,它就整个掉出来了。

  揭开一层保护膜,我们看到一组红外LED灯和旋转马达驱动的镭射器,以及一个红外光电二极管来和另外一个灯塔保持同步。


  现在请把我们的目光移向灯塔,看看它内部的芯片:

  :恩智浦半导体(NXP Semiconductors) 11U37F ARM Cortex-M0 微控制器

  :美国国家半导体(National Semiconductor) 61AFCXU L00075B

  :博通(Broadcom) BCM20736 蓝牙 Smart SoC

  绿:意法半导体(STMicroelectronics) ST1480AC 信号收发器

  :德州仪器(Texas Instruments) TLC59284 16路 LED 驱动

  :德州仪器(Texas Instruments) SN74AHCT595DBR 3态输出的8位移位寄存器

  听过日本电产(Nidec)这个名字的人可能不多,但是在Xbox One Kinect 和 Mac Pro 2013版中我们都见过他家的直流马达。这些马达的型号是:B2044N01。

  上图是灯塔的各个组件。眼镜和手柄的组件如下面两张图所示。

  眼镜的零部件

  手柄的零部件

  HTC Vive 可维修指数:8分(满分10分)

  虽然这个物件儿有点复杂,但是拆解过程很容易而且不会破坏其原有结构。

  头部固定的背带和前面板都是可拆卸的,而且没有内置任何传感器和比较容易损坏的电子器件。

  使用标准的飞利浦或者Torx螺丝刀就可以搞定眼镜,手柄和基站的整一套拆解工作

  复用Steam手柄的触摸板,说明这些配件损坏的话可以很容易换掉。

  由于数量众多的零部件,并且其中不少还很精巧,所以你在尝试修理前需要一本服务手册。

 

  整个系统只在镜头,灯塔基站的盖子,和传感器阵列处用到了不干胶,其他地方基本没有使用。
    


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