本實(shí)用新型涉及虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于iPhone手機(jī)的外置運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器VR眼鏡。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)，這個(gè)概念由美國VPL Research公司創(chuàng)始人Jaron Lanier在1989年提出的，這一詞語很快成為這一技術(shù)領(lǐng)域的專用名詞，并一直沿用至今。虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示器設(shè)備，簡(jiǎn)稱為VR眼鏡，VR眼鏡是利用仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)集合的產(chǎn)品，并且通過雙眼視差，使用戶會(huì)有很強(qiáng)的立體感。在VR眼鏡設(shè)備中，配備有陀螺儀、加速計(jì)等慣性測(cè)量單元(IMU-Inertial measurement unit),IMU為VR眼鏡的重要組成部分，它是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置，它可以實(shí)時(shí)感知用戶頭部的位置，并對(duì)應(yīng)調(diào)整顯示畫面的視角，使得用戶仿佛融入到VR眼鏡中的虛擬世界里。VR眼鏡要求虛擬現(xiàn)實(shí)的響應(yīng)時(shí)間要短，且得出數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)不能有震蕩。如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間較長，在佩戴頭盔后體驗(yàn)者頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，畫面在相應(yīng)的跟隨變化上就會(huì)出現(xiàn)滯后，將導(dǎo)致佩戴者產(chǎn)生眩暈，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。

在VR眼鏡的已有技術(shù)中，通常有兩種解決方案：一種是直接利用智能手機(jī)自帶的IMU采集用戶的頭部運(yùn)動(dòng)信息，如中國專利201420788390.9公開了一種VR眼鏡，它包括主體支架、于主體支架兩端分別設(shè)置的眼罩和可打開的手機(jī)擱架、設(shè)置于主體支架內(nèi)的雙目透鏡，所述手機(jī)擱架包括：框架、位于框架上的面板；所述面板上包括一與面板分體的第二面板，所述第二面板可相對(duì)面板打開或閉合以使放置于手機(jī)擱架上的手機(jī)的攝像頭被暴露或遮擋。該已有技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)手機(jī)所播放虛擬現(xiàn)實(shí)與實(shí)景疊加式的虛擬現(xiàn)實(shí)。該VR眼鏡可以將iPhone手機(jī)放置到VR眼鏡中，但iPhone手機(jī)與VR眼鏡并沒有電路連接。只是使用iPhone手機(jī)自帶的IMU，該IMU只有由3軸加速的傳感器和3軸陀螺儀，采樣頻率較低為100Hz，延時(shí)大，有明顯的延時(shí)卡頓感覺，用戶體驗(yàn)感覺不好，移動(dòng)是會(huì)發(fā)生眩暈等現(xiàn)象。另一種是采用IMU結(jié)合磁力計(jì)、氣壓計(jì)、溫度計(jì)等組成多軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置，通過多軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置采集人體頭部運(yùn)動(dòng)信息，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，調(diào)整顯示器畫面的角度及方向，使人有沉浸感體驗(yàn)，如中國專利201420789276公開了“一種實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的裝置”，該裝置包括：虛擬主機(jī)；其中，所述虛擬主機(jī)，進(jìn)一步包括，處理器、傳感器、顯示屏和音頻模塊；所述處理器，用于處理數(shù)據(jù)信號(hào)；所述傳感器，用于采集數(shù)據(jù)信號(hào)；所述顯示屏，用于顯示視頻信號(hào)；所述音頻模塊，用于輸入或輸出音頻信號(hào)。該實(shí)用新型裝置雖然改善了用戶體驗(yàn)，但是其裝置中需配備主機(jī)及顯示器等多種設(shè)備，體積大、成本高，只能與高性能電腦通過數(shù)據(jù)線相連，不可與手機(jī)相連，體驗(yàn)中受到場(chǎng)地及環(huán)境限制，可移動(dòng)性大大降低，不便于推廣使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服已有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的是用較小的成本消除使用VR眼鏡體驗(yàn)時(shí)的眩暈問題，并使得用戶使用和攜帶方便，全面提升用戶體驗(yàn)感。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型在iPhone手機(jī)內(nèi)含的處理器及顯示器的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于iPhone手機(jī)的外置運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器VR眼鏡。本實(shí)用新型所述的VR眼鏡是由iPhone手機(jī)連接外置運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器、并安裝在VR眼鏡外殼中構(gòu)成；其中，所述的外置運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器包括與iPhone手機(jī)進(jìn)行通信的iPhone手機(jī)連接器接口電路、微控制單元(MCU:Microcomputer Control Unit)、MFI(Made for iOS)認(rèn)證芯片以及多軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置。

所述的iPhone手機(jī)連接器接口電路是由Lightning(C10)及外圍電路構(gòu)成；

所述的微控制單元可以是由ARM-Cortex系列處理器及外圍電路構(gòu)成；

所述的MFI認(rèn)證電路是由Coprocessor 2.0C及外圍電路構(gòu)成；

所述的多軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置可以是九軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置，由MPU9250芯片及外圍電路構(gòu)成。

本實(shí)用新型在VR眼鏡中裝有九軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置并與iPhone手機(jī)相連接，運(yùn)動(dòng)采樣頻率可達(dá)1000Hz，將采樣數(shù)據(jù)通過Lightning接口傳輸?shù)絠Phone手機(jī)中，使畫面更流暢，延時(shí)小，定位更準(zhǔn)確。本實(shí)用新型不但解決了iPhone手機(jī)內(nèi)置陀螺儀精度及頻率不夠，導(dǎo)致VR眼鏡體驗(yàn)效果不佳，出現(xiàn)眩暈的問題，而且不必與計(jì)算機(jī)及顯示器等較大外圍設(shè)備相連，靈活小巧，可移動(dòng)性高，大大提升了VR眼鏡的用戶體驗(yàn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型外置運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器電路原理圖；

圖3是本實(shí)用新型工作流程圖；

圖4是本實(shí)用新型外殼及組裝結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也是本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及工作原理作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種適用于iPhone手機(jī)的外置運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器VR眼鏡，它是由iPhone手機(jī)100連接外置運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器200、并安裝在VR眼鏡外殼300中構(gòu)成；其中，所述的外置運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器包括與iPhone手機(jī)進(jìn)行通信的iPhone連接器接口電路201、微控制單元(MCU)202、MFI(Made for iOS)認(rèn)證芯片203以及多軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置204。

其中，所述的與iPhone手機(jī)進(jìn)行通信的iPhone連接器接口電路是由Lightning(C10)接口電路構(gòu)成；所述的MCU可采用ARM-Cortex系列處理器及外圍電路構(gòu)成；所述的MFI認(rèn)證電路應(yīng)采用Coprocessor 2.0C及外圍電路構(gòu)成；所述的多軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置可采用九軸運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器，用以滿足三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀和三軸磁力計(jì)的需要。使用時(shí)，iPhone手機(jī)與Lightning接口電路相連接，由iPhone手機(jī)為VR眼鏡供電，VR眼鏡通過USB協(xié)議與iPhone手機(jī)通信，由Coprocessor 2.0C芯片及外圍電路完成MFI認(rèn)證，MCU控制運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置采集數(shù)據(jù)，例如，每1ms采集一次并將數(shù)據(jù)發(fā)送到iPhone手機(jī)，iPhone手機(jī)通過內(nèi)置IOS系統(tǒng)的app軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

如圖2所示，所述的與iPhone手機(jī)進(jìn)行通信的iPhone手機(jī)連接器接口電路是由蘋果公司指定型號(hào)的Lightning(C10)及外圍電路構(gòu)成；

所述的微控制單元是由ARM-Cortex系列處理器及外圍電路構(gòu)成，例如：STM32F103RCT6及外圍電路；

所述的MFI認(rèn)證電路是由蘋果公司指定芯片Coprocessor 2.0C及外圍電路構(gòu)成；

所述的多軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置為九軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置，例如：MPU9250及外圍電路組成的九軸運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器。

圖2中，Y1為晶振，晶振頻率可采用8MHz；KEY1為模擬手機(jī)返回功能按鍵；芯片P1及外圍電路構(gòu)成與iPhone手機(jī)進(jìn)行通信的iPhone手機(jī)連接器接口電路；VCC為電源正：3.3V；GND為地。

本實(shí)用新型所述一種適用于iPhone手機(jī)的外置運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器VR眼鏡電路部分具體連接結(jié)構(gòu)如下：

圖2中，芯片P1及外圍電路構(gòu)成Lightning接口電路，為蘋果公司指定連接器，使用USB通信方式。其中，P1的1腳與VCC相連，P1的2腳與GND相連，P1的3腳與R3的2腳相連，R3的2腳與VCC相連，R4的1腳與VCC相連，R5的2腳與P1的3腳相連，R6的2腳與P1的4腳相連。

圖2中，芯片U1(STM32F103RCT6)及外圍電路構(gòu)成所述的MCU：其中U1的5腳與Y1的1腳相連，U1的6腳與Y1的2腳相連，U1的7腳與R4的2腳相連，U1的16腳與U2的22腳相連，U1的28腳與R1的1腳相連，U1的34腳與U2的23腳相連，U1的35腳與U2的9腳相連，U1的36腳與U2的24腳相連，U1的44腳與R5的1腳相連，U1的45腳與R6的1腳相連，U1的50腳與KEY1的1腳相連，U1的52腳與U3的6腳相連，U1的53腳與U3的2腳相連，U1的60腳與R2的1腳相連，U1的12、18、31、47、63腳與GND相連，U1的13、19、32、48、64腳與VCC相連，R1的2腳與GND相連，R2的2腳與GND相連，Y1的1腳與C1的1腳相連，Y1的2腳與C2的1腳相連。

圖2中，芯片U2(MPU9250)及外圍電路構(gòu)成所述的九軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置，其中，MPU9250芯片可使用IIC(Inter IC BUS)通信方法和SPI(Serial Peripheral Interface)通信方式，相對(duì)于IIC通信方式，SPI通信方式時(shí)鐘信號(hào)頻率更高，通信速率更快，本實(shí)施例采用了SPI通信方式與MCU通信，通過U2的9腳、22腳、23腳、24腳與MCU相連。九軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置的具體鏈接方式可以是：U2的9腳與R13的1腳相連，U2的10腳與C11的1腳相連，U2的11腳與R12的1腳相連，U2的22腳與R7的2腳相連，U2的23腳與R9的2腳相連，U2的24腳與R8的2腳相連，U2的1、8、13腳與VCC相連，U2的18、20腳與GND相連R7的1腳與VCC相連，R8的1腳與VDD相連，R9的1腳與VCC相連，R10的2腳與VCC相連，R11的2腳與VCC相連，R12的2腳與GND相連，R13的2腳與GND相連，C9的1腳與VCC相連，C9的2腳與GND相連，C10的1腳與VCC相連，C10的2腳與GND相連，C11的2腳與GND相連。

圖2中，芯片U3(Coprocessor 2.0C)及外圍電路構(gòu)成所述的MFI認(rèn)證單元，此為蘋果公司指定芯片。使用IIC通信方式與MCU通信，每次系統(tǒng)與iPhone手機(jī)相連時(shí)都需通過MFI認(rèn)證，系統(tǒng)才可被iPhone手機(jī)識(shí)別為一有效外設(shè)，如沒有MFI認(rèn)證，iPhone手機(jī)將不會(huì)與外設(shè)進(jìn)行通信。圖中U3的2腳與R10的1腳相連，U3的6腳與R11的1腳相連，U3的1腳與GND相連，U3的7腳、8腳與VCC相連，C7的1腳與VCC相連，C7的2腳與GND相連，C8的1腳與VCC相連，C8的2腳與GND相連。

圖2中，按鍵電路為KEY1的2腳與GND相連。

如圖3所示，在上述電路基礎(chǔ)上可以內(nèi)設(shè)如下的軟件程序：當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，通過USB協(xié)議建立系統(tǒng)與iPhone連接，建立iAP2(蘋果公司專門為蘋果配件指定的協(xié)議)協(xié)議，只有建立蘋果公司制定的通信協(xié)議才能接入iPhone手機(jī)，并與iPhone手機(jī)進(jìn)行通信，該通信協(xié)議分為兩層，Link層(鏈路層)為底層協(xié)議，Session層(會(huì)話層)為上層協(xié)議，首先建立Link層連接，然后進(jìn)行MFI認(rèn)證，判斷MFI是否通過，如果沒有通過，系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行MFI認(rèn)證程序，如果MFI認(rèn)證通過，開始建立Session層連接，Session層建立完成后系統(tǒng)即與iPhone手機(jī)進(jìn)行上層數(shù)據(jù)收發(fā)，通過定時(shí)器中斷設(shè)置系統(tǒng)每1ms讀取一次運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)Session層發(fā)送到iPhone手機(jī)中。

如圖4所示，本實(shí)用新型由殼體及內(nèi)部電路組成，使用時(shí)，打開VR眼鏡前面板，放入iPhone手機(jī)，將VR眼鏡的Lightning連接線與iPhone手機(jī)的Lightning接口相連接，閉合前面板，固定住iPhone手機(jī)。

需要說明的是，本實(shí)用新型各設(shè)備實(shí)施方式中提到的各單元都是邏輯單元，在物理上，一個(gè)邏輯單元可以是一個(gè)物理單元，也可以是一個(gè)物理單元的一部分，還可以以多個(gè)物理單元的組合實(shí)現(xiàn)，這些邏輯單元本身的物理實(shí)現(xiàn)方式并不是最重要的，這些邏輯單元所實(shí)現(xiàn)的功能的組合才是解決本實(shí)用新型所提出的技術(shù)問題的關(guān)鍵。此外，為了突出本實(shí)用新型的創(chuàng)新部分，本實(shí)用新型沒有引入上述各設(shè)備實(shí)施方式以及與解決本實(shí)用新型所提出的技術(shù)問題關(guān)系不太密切的單元，但這并不表明不存在上述設(shè)備實(shí)施方式以及其它有關(guān)實(shí)施單元。

雖然通過參照本實(shí)用新型的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。