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二十二步,拆Magic Leap One

作者:大壮旅 编辑:李诗
2018/08/27 11:17

二十二步,拆Magic Leap One

雷锋网(公众号:雷锋网)按:Magic Leap One 的混合现实技术过去几年一直吊着大家的胃口,当它出现在工作室的拆解台上时,我们大家都有种穿越的感觉。鉴于这家神乎其神的公司已经融资 23 亿美元,我们真心希望它们在产品里加了魔法粉,因此 iFixit “狠心”对其进行了拆解。雷锋网编译了全文,让我们一起来看看 Magic Leap One 到底有什么黑科技吧。

第一步

二十二步,拆Magic Leap One

在拆解这款万众期待的产品之前,我们还是不得不罗嗦下参数:

Magic Leap One 用上了英伟达 Tegra X2 (Parker) SoC,辅佐它的是 2 个 Denver 2.0 64 位核心和 4 个 ARM Cortex A57 64 位核心。GPU 方面则采用了基于 Pascal 的集成 GPU,它配备了 256 个 CUDA 核心。

在存储上,Magic Leap One 则采用了 8 GB+128 GB 的组合。接口除了 USB-C,还支持正在被逐步遗忘的 3.5 毫米耳机接口。网络方面不但支持 Wi-Fi 802.11ac/b/g/n,还配备了蓝牙 4.2。

其实这款英伟达 SoC 原本是为车载应用设计的,它已经在特斯拉等厂商的自动驾驶和 ADAS 系统中占据了重要地位。看起来,Magic Leap 好像错选了产品,不过拆开了才发现,这种为了绘图和理解环境采用的多层外部传感器设计与自动驾驶汽车是异曲同工。

第二步

不看广告看疗效,在将 Magic 拆成“碎片”之前,我们先体验了一下,看看这款声名在外的产品能否提供宣传中所谓超凡脱俗的体验。

可靠的红外摄像头这次可立了大功,鼻梁上方频闪的红外投影仪能提供深度感应,其原理与 iPhone X 的 Face ID 和 Kinect 类似。

如果你凑近看,还能在每个镜片上额外发现 4 个 红外 LED,它会“秘密”点亮你的眼球,方便进行追踪(随后我们会详细分析追踪器)。

第三步

二十二步,拆Magic Leap One

在正式开始前,我们得再罗嗦点专业内容:

内容创作得从 Lightpack 说起,它能提供电力并控制数据处理,除此之外还能发送图像和声音数据给头戴设备(Lightwear)。

与此同时,Lightwear 能追踪手柄的位置和朝向,并对你的周边环境进行绘图以插入虚拟元素。

至于这些虚拟元素如何生成,这属于另一个讨论范畴了。

第四步

玩转“混合现实”可不容易,毕竟想在屏幕上搞增强现实是一回事(比如智能手机和带外置摄像头的 VR 屏幕),但想在实际的,未经过滤的现实“画布”上可要难得多。为了要展现自己的魔术,Magic Leap One 用到了两个巧妙的技术:

波导显示器——其实它本质上是个透明屏幕,波导(Magic Leap 称其为“光子光场芯片”)会引导光(这里可理解为图像)通过一层薄薄的玻璃,随后放大并映入用户的眼睛中。

焦平面——在 VR 显示器上,所有事物都是对上焦的。不过在现实中眼睛看到的世界可不是这样,“背景虚化”我们的眼睛也能玩出来。为了模拟这种效果,Magic Leap 叠加了多个波导来创造焦平面,将图像切割成清晰和模糊的区域。

第五步

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这一部分,我们还是一同挖挖隐藏在里面的光学宝藏吧。快速测试里我们取下了偏光镜片,为的是深入挖掘,看能不能有什么新发现。

说实话,这副眼镜里面的设计毫无美感,除了突出的红外线 LED,还有布满条纹的波导“显示”区域,以及一些奇怪的胶水。

波导区域由 6 个不那么漂亮的薄膜层压成,每层之间都有小的气隙。

其边缘区域看起来像是手喷的黑色,这样处理应该是为了最大限度地减少内部反射和干扰。

第六步

二十二步,拆Magic Leap One

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在固定用的头带内,我们则发现了一级激光标签。在眼睛上玩激光?是不是觉得有些吓人?别担心,正常使用中它非常安全,甚至比你的 CD 机都安全。

拧松标准 Torx 螺丝并取下面板,这时你能看到第一个扬声器(一共两个)。它通过弹簧进行连接,还有彩色垫圈保护。这可能是这款设备最好维修的地方了。

这些面板下,还隐藏了单个内置电缆的两个上端,同时还有调整佩戴角度的磁力点。

不过,头带右侧凸出的那个黑色小盒子又是什么?

第七步

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注:调查显示,这是一个拥有六自由度的磁力传感器线圈,它的存在是为了追踪手柄的位置。

同时,它还能测量三个垂直磁场的强度以确定控制器相对于头戴设备的位置和朝向。

打开手柄后,我们发现了更大的追踪器和一块 8.4 Wh 的电池。

在线圈外壳中喷涂铜屏蔽可能是为了防无线电干扰,同时还不会干扰磁场。

干扰问题可能就是跟踪器设计在如此奇怪位置的原因,而且这可能只是个暂时的解决方案。说实话,这样的技术有点老,而且对左撇子相当不友好。

注:我们还找到了看起来是定制的触控板(配了 LED),难道这是未来的光线跟踪硬件?

第八步

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拆下头带和内面板后,我们终于能清晰了解眼部追踪红外发射器到底长什么样了。令人惊讶的是,它居然是串联在一起的,无法单独控制。

最后,我们“抠”出了 Magic Leap 的“心脏”:光学和显示组件。

最激动人心的时刻要来了,大家最好准备。

第九步

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掀起一个内部传感器阵列后,我们在下面找到了将图片注入波导的光学系统。

注:这些明亮的颜色来自从衍射光栅反射的环境光,并不代表特定的色彩通道。

每个光斑都有不同的深度,并与波导的每一层一一对应。

在后面我们还找到了真正的显示设备:OmniVision OP02222 场顺序彩色 LCOS 设备。不过,这可能是 Magic Leap 专门定制的版本。

第十步

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这一步,让我们更深入地了解投影和波导光学系统。

那么这六层都有什么?在两个不同的焦平面上,每个色彩通道(红、绿、蓝)都有单独的波导。

如果没有特定颜色的波导,每种颜色都会聚焦在略有偏差的点上,图像自然会变形。

上面的“FIG.6”是 Magic Leap 的专利,它可透露了不少光学器件内部工作的诀窍。(雷锋网此前曾发文详解Magic Leap光波导专利文件,“深度 | 宣传光纤扫描成像多年,Magic Leap最终投入光波导怀抱(最新专利文件详解)”)

第十一步

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铸造的镁块能容纳下所有光学和传感器逐渐,不过对头戴显示器来说还是太沉了。我们拆过的 VR 头戴设备一半都用轻质的塑料。

当然,金属也有金属的好处,至少它散热要好不少,而电子器件和红外照明器(看着像 VCSEL设备)可都是发热大户。

图中粉红色的东西是导热膏,它也帮红外测距仪散热的。

除此之外,金属还提供更坚固的安装位置,以便在严格校准后保持光学器件稳定和对焦精准。

不过,一路“硬”到底也不现实,头戴设备里的一些零部件还是得用到泡沫粘合剂,加热后弯曲戴上会更加宽松舒适。

第十二步

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这一块的组装就没那么精细了,我们可能要打开传感器的盖子才能一探究竟。

这些双传感器阵列戴上设备后大致在你的太阳穴部位,频闪红外深度传感器则位于正中间。

仔细观察鼻托那的深度传感器,又能发现不少硬件,比如红外感应摄像头和红外点阵投影器。

注:Magic Leap 处理的很好,在这款设备上你无需设定接收器位置,因为它可以自行完成投影和读取。

第十三步

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将所有传感设备与头带连接,这里用到了昂贵的分层柔性电缆:

Movidius MA2450 Myriad 2 视觉处理单元

SlimPort ANX7530 4K 显示接口接收器

0V00680-B64G-1C(可能是相机组合器芯片,亚马逊 Fire Phone 也用过)

阿尔卡特/英特尔 10M08V81G - 8000 逻辑单元 FPGA,可能用于胶合逻辑,或管理 MV 部件或相机桥梁数据

Parade Technologies 8713A 双向 USB 3.0 转接驱动器

恩智浦 TFA9891 音频放大器

德仪 TI 78CS9SI

第十四步

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弹出红外发射器环,我们发现眼部追踪红外相机隐藏在黑暗滤镜后面。

显然,这都是 OmniVision 的 CameraCubeChip 相机,不过外部又安装了二向色滤光片。

眼部追踪在 VR 和 AR 中的应用让一些非常酷的交互能呈现在我们眼前。同时,真实性和渲染效率也有所提高。

当然,眼部下只放一颗摄像头可能会限制眼部追踪的精准度和范围。在测试中我们也找到了问题,用户向下看比向上看时眼部追踪效果更好。

第十五步

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下面的拆解就有点破坏性了,不过看看 Magic Leap 都用了什么光学组件还是很有趣的。

一个由六个 LED 组成的小环负责处理——红色、绿色和蓝色,两个焦平面各两次。

这些 LED 随后会照耀 LCOS 微显示器来生成图像,它安装在隔壁的黑色塑料外壳上。

从该外壳内部,准直透镜会与来自 LED 的原始光输出对其,并安装在偏振分束器上。

随后,偏振光束会通过一系列透镜,将图像聚焦到波导上的入射光栅上。

入射光栅本身看起来像嵌入六个(现在略微破碎的)波导中的小点。

我们专门拿了“注射”单元进行仔细观察,并找到了与每个入口光栅相关的颜色:两个红色,两个绿色和两个蓝色。

第十六步

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把光学部分的问题讲透后,我们得把精力转到这套设备的大脑——Lightpack 上了。

机身上的通风口一眼就能看到,因此我们开始怀疑这款口袋 PC 是否用上了主动散热系统。别着急,拆开后就能见分晓。

FCC 的标识上我们看不到什么新鲜的点,它只是告诉用户 Lightpack 由 Magic Leap 设计,还在墨西哥组装。据说,Magic Leap 硬件的实际制造商现在依然是不可告人的秘密。

第十七步

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想把 Lightwork 一分两半花了不少力气,不过用吹风机和撬杠我们最终还是将它开膛破肚了。

大多数要拖着 PC 的 VR 设备都少不了各种线材,不过 Lightpack 却只有一条固定绳,“保护”它的有 LED 光带、一些螺丝和不少铜带。

注:虽然一跟线缆让这款头戴设备的人机工程学上了个台阶,但家里有宠物的还是得防着。

弄掉一些铸造的镁之后,我们终于看到主板了。

第十八步

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拆解时为了那块硅填充的屏蔽场,我们忽略了模块化耳机接口和按键板。

PC 上流行的 Cooler Master 风扇为这块 PCB 的降温立下了汗马功劳,这也为之前的通风口做了解释。

在拆解这一块时,光拆掉螺丝拿不下散热器,这家伙粘的可真紧。吹了 10 分钟热风后,导电手柄终于松了。

对于这样一个小型可穿戴设备来说,它的冷却系统考虑非常周到,不过这也是他们应该做的,毕竟谁也不想在口袋里放个暖手宝。

第十九步

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说了这么多,是时候看看 Magic Leap 用了什么芯片啦,这台设备里可真不少,它们包括:

英伟达 Tegra X2 "Parker" SoC,搭配 NVIDIA Pascal GPU

两块三星 K3RG5G50MM-FGCJ 32 Gb LPDDR4 DRAM

Parade Technologies 8713A 双向 USB 3.0 转接驱动器

北欧半导体 N52832 无线电 SoC

瑞萨 9237HRZ 充电器

Altera(英特尔旗下公司)10M08 MAX 10 field 可编程门阵列

Maxim Semiconductor MAX77620M 电源管理 IC

第二十步

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当然,这还不是全部,Lightpack 里还有:

东芝 THGAF4T0N8LBAIR 128 GB NAND 通用闪存

Spansion FS128S 128 Mb 四路SPI NOR闪存

德仪 TPS65982 USB Type-C 和 USB 供电控制器

uPI 半导体 uP1666Q 2 相位降压控制器

德仪 INA3221 双向电压监控器

第二十一步

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接下来掀起蝶形外壳,让电池外壳更容易撬开。

想把电池拆下来可不容易,因为这里只给了个拉动去除标签,不过有总比没有好。

这些层次和粘合剂可能是为了防止产品摔坏并保证其耐用性。不过,拆起来这么复杂也意味着,一旦电池坏掉,你就只能换新设备了,当然修机器大神除外。

Magic Leap 在 Lightpack 里塞了个双芯电池三明治,容量为 36.77 Wh,工作电压 3.83V,与一些流行的平板类似。

第二十二步

二十二步,拆Magic Leap One

显然,Magic Leap One 是一款昂贵且硬件有短板的产品。每一点结构都旨在保持设备寿命内的精确校准。在我们看来,无论价格如何,它都是全速推出的市场试验品。

希望最终的消费者版本能保持这种对设计和耐用性的坚持,同时再对一些软肋进行改进。

最终,iFixit 给出的可修复性评分为 3 分(满分十分,分数越高越好修)。


Via. iFixit

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