Produkcja płytek PCB do zestawu słuchawkowego do śledzenia wzroku, renderowania fovealnego i systemów badawczych

Płytka PCB zestawu słuchawkowego do śledzenia ruchu gałek ocznych dodaje ściśle zsynchronizowany system czujników optycznych wokół oczu użytkownika. Typowe systemy śledzenia ruchu gałek ocznych oparte na wideo wykorzystują oświetlenie bliskiej podczerwieni, jedną lub więcej kamer skierowanych na oczy oraz przetwarzanie, które identyfikuje odbicia źrenicy i rogówki w celu oszacowania kierunku patrzenia. W zestawie słuchawkowym VR, AR lub do celów badawczych komponenty te muszą mieścić się w soczewce, nie wytwarzając nadmiernego ciepła, nie utrudniając widzenia ani nie wydłużając kabla.

Firma Highleap Electronics produkuje projektowane przez klientów płytki z kamerą oka, płytki z oświetleniem NIR, płyty główne do gogli oraz elastyczne złącza. Produkcja koncentruje się na synchronizacji kamery, sterowaniu prądem diod LED, geometrii giętkości, czystości optycznej, rozmieszczeniu termicznym i identyfikowalności kalibracji. Algorytmy estymacji wzroku, limity bezpieczeństwa dla oczu, wydajność renderowania fovealnego oraz wnioski kliniczne/badawcze pozostają w trakcie pełnej walidacji systemu przez producenta OEM.

Typy produktów i konfiguracje sprzętowe zestawu słuchawkowego do śledzenia ruchu gałek ocznych

Śledzenie ruchu gałek ocznych można zintegrować z zestawami słuchawkowymi różnych kategorii, a sprzęt powinien być zdefiniowany w oparciu o przypadek użycia i układ optyczny.

• Zestaw słuchawkowy VR ze zintegrowanym śledzeniem ruchu gałek ocznych: Wykorzystuje kamery oka i emitery bliskiej podczerwieni umieszczone wewnątrz nieprzezroczystego zestawu słuchawkowego do wprowadzania danych wzrokiem, renderowania fovealnego, analizy użytkowników i obecności w mediach społecznościowych.
• Śledzenie ruchu gałek ocznych za pomocą zestawu AR/MR: Musi współistnieć z przezroczystą optyką, zewnętrznymi kamerami i bardziej rygorystycznymi ograniczeniami wagowymi/termicznymi wokół ramki.
• Zestaw słuchawkowy do śledzenia ruchu gałek ocznych: Może stawiać na pierwszym miejscu stabilną liczbę klatek na sekundę, wyjścia synchronizacji i dostęp do surowych danych/obrazów, a nie minimalny rozmiar.
• Zestaw słuchawkowy z funkcją kontroli wzroku ułatwiający dostęp: Koncentruje się na niezawodnym punkcie wzroku i kalibracji użytkownika, czasami z oddzielnym wyświetlaczem lub zewnętrznym hostem.
• Dodatkowy moduł śledzenia ruchu gałek ocznych: Wykorzystuje małe płytki kamery/oświetlenia i łącze USB lub szybkie łącze do istniejącej platformy HMD.
• Zestaw słuchawkowy do śledzenia twarzy i oczu z wieloma czujnikami: Dodaje kamery skierowane do wewnątrz w celu uwierzytelniania na podstawie powiek, wyrazu twarzy lub tęczówki, zwiększając liczbę kamer i przepustowość danych.

Dlaczego śledzenie ruchu gałek ocznych należy traktować jako osobny podsystem PCBA?

Kamery oka i emitery NIR znajdują się blisko układu optycznego i podlegają unikalnym ograniczeniom mechanicznym, termicznym i kalibracyjnym. Utrzymanie ich jako kontrolowanych podzespołów może uprościć układ płyty głównej gogli i zachować spójność optyczną w różnych wersjach produktu.

Oświetlenie NIR, kamery oczne i geometria optyczna

Okulografy wideo zazwyczaj oświetlają oko światłem bliskiej podczerwieni i rejestrują odbicia za pomocą kamer skierowanych w stronę oka. Płytka PCB musi utrzymywać te elementy optyczne w powtarzalnej geometrii.

• Umiejscowienie diody LED NIR: Emitery powinny być umieszczone w taki sposób, aby tworzyć zamierzony wzór odbicia rogówki, nie blokując widoku użytkownikowi i nie wytwarzając niekontrolowanych punktów świetlnych.
• Moduły kamery oka: Małe kamery mogą używać produkcja płytek PCB do aparatów fotograficznych lub dedykowane karty rozszerzeń z kontrolowaną orientacją obiektywu i czujnika.
• Elastyczna taśma kamery: Kamera FPC pozwala na umieszczenie czujników blisko obiektywu, podczas gdy procesor pozostaje w innej części zestawu słuchawkowego.
• Czystość optyczna: Topnik, klej, kurz i odciski palców wokół kamery/obiektywu mogą pogorszyć kontrast obrazu, dlatego należy to sprawdzić przed ostatecznym montażem.
• Dane mechaniczne: Kamery i płytki NIR powinny odwoływać się do tej samej ramki optycznej, która jest używana do obiektywów i regulacji rozstawu osi optycznej (IPD).

Czy emitery NIR można przenosić w trakcie produkcji?

Nie bez przeglądu optycznego OEM. Niewielkie zmiany położenia lub kąta mogą zmienić geometrię błysku, równomierność oświetlenia i obliczenia bezpieczeństwa oczu, nawet jeśli obwód elektryczny pozostaje niezmieniony.

Synchronizacja kamery, interfejs procesora i szybkie ścieżki danych

Dokładność śledzenia ruchu gałek ocznych zależy od deterministycznego przechwytywania obrazu i znakowania czasem. Płytka PCB powinna zachowywać zegar, synchronizację i ścieżki danych od kamer w oku do procesora.

• Dane kamery: Należy postępować zgodnie z poniższymi instrukcjami MIPI CSI lub innymi łączami do kamer o dużej prędkości projektowanie szybkich płytek PCB zasady.
• Synchronizacja: Kamery lewego/prawego oka i lampy błyskowe NIR mogą wymagać wspólnych wyzwalaczy lub precyzyjnego czasu powiązanego z wyświetlanymi klatkami.
• Procesor/dostawca usług internetowych: Niektóre zestawy słuchawkowe przetwarzają obrazy oczu na głównym układzie SoC XR, inne korzystają ze specjalnego procesora lub układu FPGA umieszczonego w pobliżu kamer.
• Przepustowość pamięci: Surowe obrazy oka lub obrazy o dużej liczbie klatek na sekundę mogą znacząco zwiększyć obciążenie procesora głównego, szczególnie w przypadku kamer śledzących ruch na zewnątrz.
• Moduły dodatkowe USB: Można używać samodzielnych urządzeń badawczych lub dodatkowych urządzeń do śledzenia ruchu gałek ocznych Złącza USB-C do przesyłu danych i zasilania, jeśli interfejs jest zaprojektowany dla wymaganej przepustowości.

Wyświetlacz, IPD i mechaniczna interakcja śledzenia ruchu gałek ocznych

Kamery oczne są zamontowane wokół tego samego obszaru optycznego co wyświetlacz i obiektywy. Regulacja rozstawu osi optycznej (IPD) lub ruch obiektywu mogą zatem zmieniać geometrię kamery, jeśli układ mechaniczny nie jest zaprojektowany jako jedna całość.

• Interfejs wyświetlacza: Otaczający zestaw słuchawkowy może być używany płytka PCB wyświetlacza elementy sterujące dla paneli lewych/prawych i ich FPC.
• Mechanizm IPD: Jeśli obiektywy lub wyświetlacze się poruszają, kamery oczne mogą musieć poruszać się wraz z nimi lub model kalibracji musi uwzględniać zmianę geometrii.
• Ulga dla oka: Pole widzenia kamery powinno być dostosowane do zamierzonego zakresu kształtów twarzy i pozycji oczu, bez konieczności wyginania płytki PCB pod wpływem obciążenia mechanicznego.
• Czujnik zbliżeniowy: Funkcja wykrywania obecności może wyłączyć oświetlenie NIR po zdjęciu zestawu słuchawkowego.
• Separacja termiczna: Diody LED NIR i procesory znajdujące się w pobliżu oczu powinny wykorzystywać określone ograniczenia prądu i temperatury, wynikające z projektu dotyczącego bezpieczeństwa optycznego.

Sztywno-giętkie, miniaturowe płytki PCB i projektowanie termiczne w pobliżu optyki

Płytki śledzące ruch gałek ocznych są często wąskie, zakrzywione i rozmieszczone wokół obudowy obiektywu. Elastyczne połączenia między nimi pozwalają zmniejszyć ich gabaryty, jednocześnie utrzymując czułe kamery i nadajniki w stałych lokalizacjach.

• Elastyczna płytka drukowana: Elastyczna PCB może przenosić emitery bliskiej podczerwieni, kamery lub sygnały synchronizujące wokół obwodu soczewki.
• Sztywność-zginanie: Sztywno-elastyczna płytka drukowana można łączyć sztywne wyspy kamer z cienkimi, zakrzywionymi połączeniami.
• Wskaźnik rozwoju społecznego: Można używać kompaktowych płyt przetwarzania lub kamer PCB HDI gdy obudowy o małym rozstawie otworów wymagają mikroprzelotek.
• Ścieżka termiczna: Ciepło diody LED i procesora należy odsunąć od powierzchni skierowanej w stronę oczu za pomocą ramki zestawu słuchawkowego i Techniki zarządzania temperaturą PCB.
• Kontrola naprężeń: Zginanie i regulacja obiektywu nie powinny mechanicznie obciążać połączeń lutowanych aparatu.

Montaż PCBA, śledzenie modułów i kontrola optyczna

Sprzęt do śledzenia ruchu gałek ocznych może przejść test elektryczny, ale nie przejść kalibracji ruchu gałek ocznych z powodu usterki mechanicznej kamery lub nadajnika. Produkcja pierwszego egzemplarza powinna zatem obejmować punkty kontrolne optyczne/mechaniczne.

• Montaż: Highleap może zapewnić Montaż PCB do czujników kamer, sterowników LED, procesorów i złączy FPC.
• Kontrolowane pozyskiwanie: Czujniki kamery, obiektywy, diody LED NIR i procesory powinny być zgodne z zatwierdzonymi przez klienta normami pozyskiwanie komponentów zasady.
• AOI: AOI w PCBA można sprawdzić orientację komponentów i widoczność połączeń przed zainstalowaniem elementów optycznych.
• RTG: Urządzenia przetwarzające BGA/LGA można kontrolować za pomocą Kontrola rentgenowska gdzie wymagane.
• Identyfikowalność: Dane dotyczące wersji i kalibracji modułu kamery powinny pozostać powiązane z numerem seryjnym zestawu słuchawkowego lub modułu śledzenia ruchu gałek ocznych.

Test funkcjonalny i pakiet RFQ dla produkcji PCB zestawu słuchawkowego do śledzenia ruchu gałek ocznych

Produkcyjny FCT powinien zweryfikować oświetlenie, rejestrację obrazu z kamery i czas przed ostateczną kalibracją modelu wzroku. Producent OEM powinien zdefiniować obiektywne urządzenie, zamiast polegać na ocenie jakości śledzenia przez operatora.

• Emitery bliskiej podczerwieni: Sprawdź prąd kanału i czas włączania/wyłączania za pomocą zatwierdzonego urządzenia optycznego/elektrycznego.
• Kamery oczne: Sprawdź przechwytywanie obrazu z lewej/prawej strony, liczbę klatek na sekundę i synchronizację.
• Interfejs procesora: Potwierdź transfer danych oraz stan oprogramowania sprzętowego/konfiguracji.
• Dane mechaniczne: Sprawdź położenie kamery/diody LED względem ramy optycznej.
• Prąd/termiczny: Przetestuj zdefiniowany stan ciągłego śledzenia ruchu gałek ocznych.
• FCT: Highleap może wdrożyć rozwiązania zdefiniowane przez klienta testy funkcjonalności z dziennikami szeregowymi.