揭密Snap第三代AR眼鏡Spectacles 3

作者 : Brian Dipert,EDN特約作者

本文要拆解的這款第三代Snap Spectacles售價高達380美元,其目標用戶鎖定於「崇尚創意新工具的時尚粉絲以及藝術家」...

聽到「智慧眼鏡」一詞,也許你會跟我一樣不自覺地想到:一種戴在頭上的裝置,利用能捕捉並詮釋現實世界影像的攝影機以及顯示器(可能是獨立顯示器,也可能利用眼鏡的鏡片作為顯示器),向佩戴者提供資訊,並增強其所看到的現實世界資料。Snap的Spectacles就是一款大家熟知的擴增實境(AR)眼鏡。簡單地說,AR眼鏡本質上就是戴在頭上的攝影機(至少目前是這樣),能夠捕捉靜態影像和視訊影像,然後透過無線連接的智慧型手機或其他行動裝置——支援藍牙(Bluetooth)和Wi-Fi Direct連接,將影像發送到使用者的Snap帳戶,並與好友或關注者分享。

本文要拆解的這款第三代Snap Spectacles售價高達380美元,其目標用戶鎖定於「崇尚創意新工具的時尚粉絲以及藝術家」。

Snap Spectacles 3的價格比以前的版本更高,但它支援位於眼鏡左右兩側的兩個攝影機,分別以60fps影格速率擷取1,216×1,216畫素的視訊(但仍然只能轉換為720p寬螢幕),或擷取1,728×1,728畫素靜態影像。Spectacles 3中甚至嵌入了GPS接收器,因此可以為拍攝的影像加上「地理標籤」(geotag)。這台裝置中並內建四支麥克風,每一對麥克風仍置於同一個陣列,用於擷取「立體聲」音訊。眼鏡架的大部份都是金屬材質,但是不再防水了。眼鏡盒看起來很「高級」。

現在開始拆解!打開這個「高級」的眼鏡盒後,可以看到盒中附上了一條USB-to-USB-C充電線、基於Google Cardboard設計的3D立體眼鏡,並包含一個充電電池組,據Snap聲稱,在眼鏡電量耗盡之前,電池組可以為眼鏡電池充電四次。這支眼鏡內部有一排四個LED燈,用以指示電池的充電進度(1)。

1Snap Spectacles 3眼鏡盒附的充電組,四個LED燈用於指示電池充電進度。

你可能已經注意到,在此眼鏡盒的觸點和眼鏡之間有一塊黃色透明塑料片(見1)。取下黃色塑料片,即使眼鏡盒中的電池處於滿電狀態,LED狀態燈也會重新開始,直到眼鏡本身充滿電。

這個眼鏡盒還有一個亮眼的功能:掀開蓋子後,充電狀態LED會自動亮起幾秒鐘,完全不需要手動按下按鈕來顯示其充電狀態。

因此我認為在眼鏡盒的前半部份應該設計了一個磁性開關,可以跟眼鏡盒「翻蓋」邊緣的磁條相互作用(2)。那麼,眼鏡盒中究竟有什麼呢?讓我們繼續往下拆。

2:眼鏡盒「翻蓋」邊緣的磁條設計。

我很害怕產生刺鼻的煙及發熱,加上黏合劑黏得很緊,所以眼鏡盒部份就不再過度拆解了。我懷疑眼鏡盒的每一半都有一個可充電電池和充電電路,讓眼鏡盒的兩半部份以及前面提到的LED和磁性開關互相連通。不好意思,親愛的讀者們,因為我不想弄到最後連自己或房子著火,所以就不再進一步拆眼鏡盒了。緊接著來看看眼鏡部份吧!

Snap Spectacles 3眼鏡的鏡框尺寸為47×25×153mm,重量為56.5克。3所示為眼鏡與直徑為19.1mm的1美分硬幣進行尺寸比較。

3Snap Spectacles 3眼鏡與1美分硬幣的尺寸比較。

我必須坦承,自己並不是特別喜歡這種眼鏡款式,也許是我不夠前衛、沒有創意吧!親愛的讀者朋友,你們喜歡這種款式嗎?現在展開鏡架,就像要把它們戴在頭上一樣,如4所示。

4:展開Snap Spectacles 3眼鏡的鏡架。

你看看在兩鏡架上靠近鉸鏈的橢圓形塑料「外殼」,裡面是不是非常適合放電池?我也是這麼認為,答案就等稍後揭曉。另外,據Snap稱,眼鏡充滿電大約需要75分鐘,每次充滿電可以擷取並同步最多70段視訊。

5是從鏡架外面看過去的樣子,這時可以看到鏡架頂部的開關,用於啟動靜態影像以及擷取視訊影像。

5:鏡架頂部的開關。

把眼鏡倒過來,可以看到眼鏡每一側都有另外兩樣東西(6):一是多色LED,我最初以為它是麥克風,但如果是麥克風的話位置就有點奇怪;另一個是螺絲釘,一開始我想著擰下這顆螺絲就可以拆開眼鏡,結果並不能(謎底稍後揭曉)。

6:把眼鏡倒置後,可以看到眼鏡彩色LED和螺絲

最後來看看眼鏡橫樑內的充電觸點(7)。

7:眼鏡橫內的充電觸點。

8顯示眼鏡在使用時(多種模式中的一種),從正前方看,眼鏡右側的「攝影機+LED」結構特寫(眼鏡左側鏡也有一個)。

8:攝影機+LED組件特寫

9顯示眼鏡在擷取影像時,裡面一個LED點亮的樣子。

9:在眼鏡擷取影像時,內部一個LED點亮的樣子

現在來看看兩邊眼鏡架內側的近橢圓塑料殼體,我在前面提到在此塑料殼體中可能是鋰離子充電電池組。如果仔細看前面鏡架和眼鏡倒置的圖片,就會發現在塑料和鏡架金屬之間有小縫(在一端和下方),而其他地方都是用黏膠緊緊地密封好的。我懷疑這些縫是「通風孔」,這也印證了之前的猜測,即電池就在裡面,但只有一種方法可以找出答案。我試著將一支平頭螺絲起子插入縫中,想藉助螺絲起子刮除黏膠,但沒有成功。我只好再拿出熱風槍(先拆右邊的鏡架),如10所示。

10:使用熱風槍拆開右邊鏡架的橢圓形塑料殼體。

猜對了!不過讀者們應該也已經知道了,對吧?接下來拆開左側。

左側也有一塊電池!在此可以從內部看到鏡架頂部的「快門」開關。請注意,兩側鉸鏈附近有兩顆六角螺釘。我有一套iFixit 64合1板手,可以使用其中的六角板手來卸下這兩顆螺釘,但是卻擰不下來。因為它們塗了一層透明而堅固的材料,似乎可以抵抗熱風槍加熱,當然,我沒有過度加熱,因為擔心會產生刺鼻的煙和過量的熱。

接下來,再使用熱風槍將眼鏡橫樑的塑料與金屬部份分開。我從中間開始(在充電觸點附近),向外移動到鏡角。11是橫樑塑料(背面)的中間,顯示兩個攝影機組件之間的佈線,其電源和其他功能很快就可以清楚地看到。

11:兩個鏡影機組件之間的佈線。

12對應橫樑前半部份(金屬)的背面,顯示眼鏡的鼻橋和鏡片邊框。

12:橫前半部份的金屬背面,以及鼻橋和鏡片邊框。

13可以看到,其中一個鏡片在分離橫樑的過程中已經彈出,其上有一個切口用於配合攝影機。

13:鏡片上的切口是為了配合攝影機而設計

這張圖片還顯示了之前提到的每側鏡角後面那顆螺釘的基本功能。Snap已與Lensabl合作提供帶有度數鏡片的Spectacles 3 (價格稍高些)。仔細想想,就會知道是否選擇可配度數鏡片很可能是在眼鏡製造過程的後期才做出決定的。插入所需的鏡片,擰緊螺釘,然後將它們送到零售商那裡,如果鏡片是有度數的,就可以直接交給客戶。

再回來看橫樑的塑料部份:這是我們第一次看到左側鏡角的攝影機和其他組件(在這篇文章中,我提到的「右」和「左」都是從佩戴者的角度來看。換句話說,如果你從正面看,那麼眼鏡右側的攝影機組件就位於眼鏡的左上角),如14所示。

14:左側鏡角的攝影機和其他組件。

攝影機組件前面的防護罩很快就拆下來了,露出包圍著攝影機的LED環(15)。

15:包圍左側攝影機LED環。

16是拆開後的眼鏡組件全貌,其中右側攝影機的防護罩還沒拆下來。

16:拆開後的眼鏡組件全

我們再來看金屬的前半部份。17是左右兩側鏡角的特寫。

17:左側鏡角特寫。

拆除剩餘的塑膠和單獨的金屬部份後,就沒再留下任何實質性的東西了,至少我是這樣認為的,所以是時候把鏡角模組拿出來仔細看看了。拆解時使用小平頭螺絲起子完成,最後看到右側鏡角模組含有三層PCB,每層之間都透過軟性PCB電纜互連(18)。

18:右側鏡角模組含有三層PCB,每層之間都透過軟性PCB電纜互連。

還剩一項任務,至少對這個模組而言如此:把法拉第籠(Faraday cage)取下來看看下面是什麼(19)。

19:拆下右側鏡角模組的法拉第籠。

順便提一下,20是拆除右側鏡角模組後剩下的物件。

20:拆除右側鏡角模組後剩下的物件。

接著我再手動將鏡片重新插入金屬架中,使其方向接近正常(21)。

21:手動將鏡片重新插入金屬架中,使其方向接近正常。

至於左側鏡角模組,我最初本來打算跳過的,因為我覺得它與右側鏡角模組應該是一樣的。幸虧沒有真的跳過這一步驟,因為拆開後發現它完全不同(例如,左側鏡角模組只有兩層PCB)。

22左側鏡角模組只有兩層PCB

還有一個法拉第籠上方還等著被拆呢(23)!

23:拆下另一個法拉第籠。

在拍最後幾張照片時,我把智慧型手機換成了專門的數位傻瓜相機。利用相機的近拍模式(Macro mode),我可以離得更近,但結果卻很難說是更好還是更壞。由於PCB上的許多元件都非常小,其中一些封裝標記看不清甚至完全沒有,這使問題變得複雜了。當然,我還是能夠辨別出一些有趣的部份,你應該也能看出這些照片和之前那些照片的區別(要不然就相信我吧!)。24是右側模組。

24用相機拍攝的右側模組。

最顯眼的IC是三星(Samsung) 4GB NAND快閃記憶體,位於左上象限的PCB上,用於儲存本地影像。在寫這部份時,我又仔細看了照片,注意到中間那塊PCB上的泡沫墊,用鑷子把它夾走後,下面只有一個軟性PCB連接器。我猜其中一塊軟性PCB處理與攝影機本身有關的訊號,另一個處理攝影機周圍的LCD陣列。接著將整個模組整個翻過來,如25所示。

25:用相機拍攝的右側模組背面。

右側的PCB上有一顆引人注目的IC:這顆IC顯然來自Intersil——現在是瑞薩電子(Renesas Electronics)的子公司,但IC上面的第二行和第三行標記讓人一頭霧水:

BR5732
D937AR

透過Google完全找不到任何IC能與這兩個標記對應。歡迎讀者們提出您的見解。Intersil的核心專長在於電源管理和精密類比元件,所以我猜測這些元件(連同該模組中的其他IC和被動元件)用於處理數位電源維護和/或電池充電。

現在來看左側模組(26)。

26用相機拍攝的左側模組。

位於右邊PCB上、法拉第籠下方的大型晶片(不出所料)是高通(Qualcomm)的QCA9377單晶片雙頻Wi-Fi和藍牙(標準和低功耗)控制器。但旁邊那塊形狀奇特的金屬並不是Wi-Fi/藍牙天線。透過查看FCC檔案(ID:2AIRN-003),得知這塊金屬就是鏡框的一部份——具體來說是左側鏡片周圍的部份。聰明!

那麼,那塊「形狀奇特的金屬」是做什麼用的呢?把PCB翻過來尋找答案吧(27)!

27:用相機拍攝的左側模組背面。

注意右邊的大型IC。多虧我有一個照明放大鏡,雖然很便宜,但是很有用,IC上的標記有點模糊,但仍然可以辨識:

©010D
ZOEM8B
C02010
14 CC3

這顆IC來自於u-blox的GNSS (全球導航衛星系統)接收器。另一面那塊「形狀奇特的金屬」是什麼?答案就是相應的GPS天線!

回到PCB這一面。GPS接收器旁邊是另一個奇怪的設計,Nordic Semiconductor的N52832 Bluetooth 5.2 SoC。這種零件組合我以前也遇到過,現在仍然感到困惑:為什麼要採用兩種不同的晶片(這顆和前面提到的高通那顆)來處理藍牙任務?

我能看清楚的就只有這些了,其他的都太小了,有一些字跡太淡,有些根本就沒有標記。現在仍有幾個問題懸而未決,令人煩惱:

  • 系統處理器在哪裡?至少眼鏡裡面應該有智慧元件用於回應使用者的開關按壓、控制LED、管理麥克風和攝影機(及其產生的資料)等。
  • 音訊和影像資料是儲存之前進行壓縮和處理,還是其「原始資料」先儲存到快閃記憶體,等傳輸完成後再由行動裝置完成所有的後續處理?第一代Spectacles中有一顆Ambarella SoC用於執行眼鏡原生處理任務,但我並未在此看到類似的IC,除非是我不小心漏掉了。如果Spectacles 3需要控制語音,就需要DSP Group或Syntiant等公司的整合音訊處理器,但在這種較簡單的場景下……
  • 至於麥克風(應該是MEMS),它們到底在哪裡?據說總共有四個,但我一個都找不到。我猜測它們應該在攝影機周圍(每側模組兩個),聲音是透過攝影機元件和鏡框之間的狹窄縫隙從外面滲入的(因此Spectacles 3不防水),不過,對此我並不能確定。其他還有什麼新元件呢?

好了,文章太長了,就到此打住吧!親愛的讀者朋友們是否能解答我的疑惑?希望Snap的工程師能夠讀到這篇文章,補上缺失的部份,並增加相關的描述…當然,如果有必要也可以匿名喔!

(參考原文:Teardown: Dissecting Snap’s third-gen AR glasses,by Brian Dipert)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2021年12月號雜誌

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