ИК излучатель и схема 3D очков Samsung SSG-2200 KR

Очки Samsung SSG-2200 KR построены на затворной технологии. То есть они имеют жидкокристаллические шторки, закрывающиеся синхронно со сменой изображения на экране. Чтобы обеспечить синхронность необходимо иметь связь с передающим устройством. Соответственно левая линза должна открываться тогда когда на экране присутствует изображение для левого глаза, а не для правого и не во время смены кадров. Первые модели очков были проводными, при этом от очков к компьютеру шел провод, по которому и осуществлялась синхронизация. Сейчас для передачи сигнала синхронизации применяют в основном два канала. Это bluetuth и инфракрасный. Последний и используется в очках Samsung SSG-2200 KR.

Для просмотра 3D изображений кроме очков понадобится монитор с частотой вертикальной развертки не менее 100 Гц. В моем случае это электронно-лучевой монитор от LG FLATRONez T710PH. И инфракрасный излучатель, который будет передавать информацию о синхронизации очкам. Также, конечно же, можно использовать и современные жидкокристаллические 3D мониторы и телевизоры. Но этот вариант мы не рассматриваем, так как с ними в комплекте, как правило, идут собственные очки, а излучатель встроен в монитор или телевизор.

Что касается не 3D жидкокристаллических мониторов с герцовкой ниже 100. То результат весьма сомнительный. На моем PHILIPS Brilliance 220sw с частотой 60Гц наблюдать 3D изображение не получается. Не говоря уже о просто диком мерцании с частотой 30 Гц на глаз получить достаточное разделение ракурсов не выходит. Наблюдается некая каша из правого и левого ракурсов. Нет конечно же определенный эффект есть но сравнить его с трубчатым монитором нельзя.

Итак, мы выяснили, что для просмотра 3D изображений нам понадобятся очки, трубчатый монитор и инфракрасный излучатель. Также нам понадобится ПК, к которому мы подключим наш монитор и излучатель. Вся прелесть использования очков от Samsung в том, что нам нужен всего лишь ИК излучатель, чтобы заставить их работать. То есть, имея очки, мы можем направить их на источник ИК сигнала, и они начнут затемнять попеременно шторки синхронно с сигналом. Понятное дело, что параметры излучения должны быть строго фиксированы, вспышки от вашего ДУ для телевизора не заставят работать очки корректно, но построить правильное излучение не так сложно.

Теперь пришло время поговорить о излучателе.

Рисунок 1- Схема ИК излучателя на ИЕ2.

На самом деле все достаточно просто. На входе мы имеем транзисторный ключ. В принципе его установка не обязательна, но крайне желательна. Так как на двух разных видеокартах были получены кадровые импульсы с амплитудой 5В и 3В соответственно. В принципе мы попадаем в диапазон уровней логической единицы для данной серии микросхем, который составляет половину напряжения питания. Но все же неплохо дотянуть уровни до напряжения питания, а также транзистор защитит выход вашей видеокарты, выступая в роли буфера между схемой излучателя и видеокартой. Далее у нас стоит двоичный счетчик выполненный на ИЕ2, его задача состоит в том чтобы разделить входной сигнал на 8(далее Я поясню зачем это нужно). На выходе счетчика находится фазосдвигающий узел, состоящий из RC цепочки растягивающей фронт и спад и порогового устройства в виде транзистора. К слову использование RC цепочки без транзистора не дало желаемого результата. С выхода фазосдвигающей цепочки сигнал попадает на вход генератора выполненного на ne555. Его задача состоит в формировании несущей частоты ИК излучения (опять же далее будет понятно, зачем он нужен). Ну и наконец, к выходу генератора через силовой транзистор подключены инфракрасные светодиоды в количестве 5 штук. Спросите, почему 5? Просто больше не было. Да вроде как, и нет необходимости.

Итак, теперь подробнее. Почему мы делим входной сигнал на 8? Да потому что инженеры Samsung решили, что передавать синхроимпульс с каждым кадром не нужно. Его можно передавать каждые 4 кадра, а очки в свою очередь самостоятельно рассчитывают время открытия шторки на один кадр, исходя из информации о суммарной длительности 4х кадров. При этом контроллер внутри очков реагирует как на фронт, так и на спад импульса синхронизации. То есть дважды за один период входного сигнала. Отсюда получаем еще множитель на 2. Суммарно получаем 4x2=8. Зачем это сделано сказать не могу. Но имеем то, что имеем.

Рисунок 2 - Временные диаграммы сигнала синхронизации.

Где - Сверху, короткие импульсы, это кадровая развертка, снимаемая с разъема VGA.

Снизу это сигнал после счетчика выступающего в роли делителя частоты.

Фазосдвигающая цепочка. Дело в том, что время открытия одной шторки меньше чем время закрытия другой. То есть время показа одного кадра меньше времени затемнения другого. На практике для ЭЛТ монитора получается что шторка открывается в момент начала формирования электронным лучом кадра а закрывается еще до того как луч дошел до конца экрана. Таким образом, внизу экрана получается черная полоса. Она достаточно узкая, но все же. Так вот чтобы избавится от этого явление, мы сдвигаем начало экспозиции кадра от момента начала его вывода на экран. Соответственно момент закрывания шторки также сдвигается. Вследствие этого закрытие шторки происходит в следующем кадре, а не в конце предыдущего. Почему такое соотношение времен открытого и закрытого состояния шторок точно не скажу. По моему мнению, это связано со скоростью работы TFT матрицы, ведь изначально очки предназначены для жидких мониторов.

Рисунок 3 - Временная диаграмма сдвига фазы.

Рисунок 4 - Форма напряжения на линзе.

На фото сверху показана осциллограмма напряжения на линзе очков. По ней видно, что напряжение на линзе меняет полярность от кадра к кадру. Это сделано для того чтобы через жидкие кристаллы не тек постоянный ток. Это для них вредно. Под напряжением, подаваемым на линзы, показаны кадровые синхроимпульсы. На фото слева видно что затемнение линз происходит до того как закончится кадр. Это импульсы короткой длительности, которые начинаются до появления кадрового импульса. На фото справа приведены те же напряжения только со сдвигом фазы. При этом сокращено время экспозиции кадра, но фаза затемнения совпадает с кадрами.

Рисунок 5 - Изображение без фазосдвигающей цепочки.

Рисунок 6 - Изображение с фазосдвигающей цепочкой.

Далее о генераторе. Зачем нужна несущая для ИК излучения? Все также просто чтобы защитить наш канал передачи от помех. Приемник находящийся внутри очков имеет внутри себя фильтр частот настроенный на 22кГЦ. Соответственно сигнал на других частотах будет игнорироваться, как и однократные не периодические вспышки.

Таким образом, на выходе нашего излучателя мы имеем пачки импульсов частотой 22кГц, а частота следования пачек составляет либо 15Гц, либо 12,5Гц. Откуда такие цифры? Ну, частота несущей понятно, а частота пачек не совсем. Дело в том, что очки способны работать на частоте 100Гц и 120Гц, соответственно если их поделить на 8 то и получим исходные цифры. Если частота кадровой развертки будет другой, то очки не синхронизируются с ней и работать не будут.

Рисунок 7 - Временная диаграмма сигнала синхронизации.

Где, fosc - несущая частота равная 22 кГц

IR SYNC - Пачки импульсов синхронные с кадровыми импульсами.

Рисунок 8 - Фото готовой платы.

Вторая схема построена на контроллере от Attiny 13. Она есть в статье. Отличается она тем, что в данной вариации добавлены две кнопки, одна подключена к 6 ноге, а вторая к 7 ноге контроллера. При этом вторые концы кнопок заведены на землю. То есть активный уровень для входов получается нулевой. Еще на входе добавлен буферный повторитель(зачем он нужен написано выше). Прошивка также изменена под другую несущую частоту ИК излучения.

Рисунок 9 - Схема излучателя на контролере

По сути, на выходе мы имеем туже форму сигнала, что и в схеме выше. Те же пачки импульсов частотой 22кГц с частотой следования пачек равной кадровой частоте деленной на 8. И соответственно сдвигом фазы относительно входного сигнала. Кстати сдвиг фазы составляет 1мс. задержка в первой схеме устанавливается с помощью резистора и конденсатора. В принципе ее можно регулировать, заменив резистор на подстроечный. А в схеме с контроллером для этого применяются две кнопки, которые увеличивают и уменьшают задержку. Но что, на мой взгляд, самое важное это то, что схема не критична к номиналам элементов. В первой схеме крайне важно поставить указанные номиналы элементов, отмеченные звездочкой. Это фазосдвигающая цепочка. Мы же не хотим, чтобы у нас было затемнено пол экрана. И параметры генератора несущей частоты. Если они будут отличаться, то генератор выдаст частоту не равную 22кГц. А фильтр внутри очков ее попросту не пропустит, в итоге очки не будут синхронизироваться.

Рисунок 10 - Готовый излучатель на Attiny 13.

Теперь хотелось бы сказать непосредственно о схеме самих очков. Она срисовывалась с платы методом прозвонки проводников тестером. И соответственно замеров некоторых значений элементов тем же прибором. Оговорюсь сразу. В схеме наверняка присутствуют неточности. Ибо таким методом на очень мелкой и многослойной плате достаточно сложно получить 100 процентную гарантию точности. Но, тем не менее, схема дает понять общие принципы работы очков. Из каких основных блоков они состоят, и каким образом функционируют.

Рисунок 11 - Схема очков

Основой конструкции является контроллер, выполненный в 14 выводном корпусе и промаркированный как HA1508. Проанализировав схему его включения и расположение ног, я пришел к выводу, что это некий аналог Attiny44, ибо расположение ключевых выводов, таких как шины питания и линия сброса у них совпадают. Контроллер выполняет основные функции управления. Такие как обработка нажатия кнопки. Включение выключение устройства. Обработку сигнала приходящего с фото датчика. Управление жидкокристаллическими линзами. Питается вся схема от встроенного аккумулятора LSSP381223AB емкостью 70мАч и напряжением 3,7В. Так как напряжения батареи недостаточно чтобы затемнить линзу, в схеме предусмотрен повышающий преобразователь напряжения. Собран он на некоем загадочном элементе промаркированным как PH0. Из схемы включения этого преобразователя можно сказать, что это импульсный преобразователь содержащий дроссель, делитель обратной связи, выпрямительный диод и накопительную емкость.

Напряжение с преобразователя идет на коммутатор линз, выполненный на менее загадочной MAX4583, ибо к ней мне удалось найти даташит. Далее MAX под управлением контроллера, коммутирует напряжение порядка 10В сформированное преобразователем, на линзы синхронно с изображением на экране. Поскольку в схеме присутствует встроенный аккумулятор, то неизбежно возникает необходимость его периодически заряжать. Эту роль на себя берет очередной неопознанный элемент под названием KKVC. Опять же, исходя из его схемы включения, можно предположить, что это линейный стабилизатор тока, ограничивающий зарядный ток батареи. Также этот элемент выдает сигнал контроллеру говорящий о том, что в данный момент идет заряд батареи. В активном состоянии, то есть когда присутствует сигнал синхронизации и шторки затемняются периодически синхронно с изображением, устройство потребляет ток порядка 2,5 мА. В выключенном состоянии этот ток составляет 0,7мкА.

Рисунок 12 - Печатная плата очков верх

Рисунок 13 - Печатная плата очков низ

Ну а теперь самое интересное. В силу разных причин. Меня не устраивал алгоритм работы очков в их базовой комплектации. Во первых укороченное время засветки не подходит для ЭЛТ монитора, об этом я говорил выше. Во вторых, так как вывод изображения на экран выполняется программно то нет жесткой синхронизации изображения с нужной линзой. То есть в момент включения линзы с 50% вероятностью могут затемняться в противоположной фазе. При этом мы получим вывернутый на изнанку объем. Когда линзы будут открывать правому глазу не правое, а левое изображение, соответственно левому правое. Хотелось бы иметь возможность сменить очередность ракурсов непосредственно в очках, а не тянутся, и искать где находится клавиатура или мышь. А также недостатком с моей точки зрения является синхронизация каждые 4 кадра, а не каждого кадра в отдельности. Тема синхронизации очков с изображением достаточно болезненная для тех, кто не имеет аппаратной синхронизации как, например, в комплекте очков с 3D телевизором или тем же самым 3D от NVIDIA, а использует такую вещь как программный pageflip.

Исходя из выше сказанного, было решено написать свою собственную прошивку для контроллера. Как вы можете догадаться, зашить ее в существующий контроллер не получится. Ибо мне не удалось найти на него не то чтобы даташит а хотя бы какую ни будь информацию. Соответственно после написания прошивки я поступил так, снял родной контроллер и на его место поставил Attiny44 с моей прошивкой. Как оказалось позже родной фотоприемник физически не способен работать с короткими синхроимпульсами. То есть если взять частоту 120 Гц поделить пополам и промодулировать ею 22кГц, то на выходе фотоприемника ничего не будет. Так как он может работать только с длинными импульсами, которые формируются при модуляции несущей частоты сигналом частотой 15Гц. Таким образом, чтобы использовать синхронизацию с каждым кадром, нужен фотоприемник, работающий с более короткими длительностями управляющего сигнала. Для этих целей подойдет такой приемник как TSOP4836. У него отличается несущая частота излучения, она составляет 36кГц.

Соответственно после замены фотоприемника, схема излучателя, работающая на частоте 22 кГц, уже не подойдет. А также для синхронизации с каждым кадром делитель на 8 уже не нужен. Но не беда можно использовать схему на контроллере приведенную выше, с соответствующей прошивкой.

Теперь что касается программной части. Как упоминалось ранее для вывода на экран поочередно правого и левого изображения применяется программный пейдж флип (pageflip). То есть изображение выводит специальный проигрыватель. Могу порекомендовать для этих целей Stereoscopic Player или sView у них обоих присутствует такая функция. Что касается просмотра стереокино, то здесь возникают трудности. Как оговаривалось ранее вывод изображения программный, а не аппаратный. Проигрыватель просто выкидывает изображения, а видеокарта их уже выводит на экран. При этом очередность кадров может быть нарушена. То есть перспектива вывернется наизнанку. Происходит это из за того что, вывод картинки программный а не аппаратный, как скажем в стерео драйвере NVIDIA или промышленном 3D телевизоре. А при программном выводе неизбежны сбои. Почему при просмотре изображений этого не происходит? Да по тому, что затрачивается минимум ресурсов вашего ПК. А при просмотре видео да на 120 Гц да в 720р требуется недюжинная мощь вашего питомца.

И напоследок если вы хотите просто смотреть 3D картинки, то переделывать очки я вам не рекомендую, все работает и так.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• AVR
• Sprint-Layout
• Proteus
• CodeVisionAVR