格安Arduinoデータグラスでマルチメーター読み取り表示

必要な部品と材料

SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 3.3V/8MHz

×1

必要な工具と機材

• 3Dプリンター（汎用）

プロジェクト概要

動作デモ動画：YouTube

誰でも作れる安価なArduinoデータグラス（ヘッドマウントディスプレイ）を目指して開発しました。動機は単純に「欲しかったから」。

試作から完成まで4ヶ月。入手しやすい汎用材料のみで構成することにこだわりました。本プロジェクトの核心は、HMD用光学系の設計方法にあります。画面をただ目の前に置くだけではピントが合わず、見えません。

製作ログには初期実験から現在までの全過程を記録しています。光学設計が最も困難でしたが、解決策を見つけました。試作コストは約70ユーロ。これで高電圧作業用ヘッドアップディスプレイが手に入りました。

ステップ1: 内部構造と仕組み

Bluetooth受信データをOLEDディスプレイに表示 → ミラーで反射 → レンズを通過 → 透明アクリル板に結像し、目の前に映像が見えます。

ステップ2: レンズ - 最難関パート

動作はしましたが、試行錯誤の連続でした。光学の速習から始めました。

まず実像と虚像の違いを理解。人間の目は最短25cm以上離れた物体にしかピントを合わせられません。レンズ公式 1/f = 1/o + 1/i （f=焦点距離, o=物体距離, i=像距離）が鍵となります。虚像距離iは負の値になります。

使用した値:

• f = 10cm
• o = 7.3cm

→ i = -27.03cm（虚像）、倍率 M = 3.7倍

レンズ計算参考サイト: HyperPhysics

ステップ3: 代替レンズ

焦点距離100mmのレンズ入手が難しい場合の代替案：

• 安価な段ボール製VRゴーグル（Google Cardboard類似品）の中にはFL 100mmレンズを採用しているものがある（一般的なCardboardは45mm）
• 更新: 小型フレネルレンズ（FL約110mm）が最適解の可能性。安価、入手容易、カッターでカット可能。Amazon例
• ヘッドマウント型ルーペのレンズも代替候補。3-5枚セットでFL 110-120mmのものが含まれていることが多い。やや重くカットしにくい欠点あり。

ステップ4: 電子回路

最終版ではより小容量バッテリーを使用。280mAhバッテリー使用のため、基板上の3kΩ抵抗を5.6kΩに変更し、充電電流を約200mAに抑制。

ステップ5: エンクロージャ（筐体）

初期テストは段ボール筐体で実施。低コストで良好に動作。

最終版は3Dプリント（123D Designで設計）。初回試作としては上々ですが、いくつか修正が必要です。

FLDXAHDIWMQXWRP.stl / FI9NE6GIWMQXWRV.stl / F72OH47IWMQXWRW.stl / FSAHDV3IWMQXWS2.stl / F7DF5AJIWMQXWSA.stl

ステップ6: Owon B35TマルチメーターとのBluetooth接続

このマルチメーターは内蔵Bluetooth 4.0でスマホ/タブレット接続可能。シリアルプロトコルをリバースエンジニアリングしました。

BTモジュール設定（Arduino簡易プログラムでATコマンド送受信）：

AT+ROLE1    // モジュールをセントラル（マスター）に設定
AT+RESET    // リセット
AT+SHOW1    // デバイス名をレスポンスに表示
AT+IMME0    // 自動接続有効
AT+FILT0    // スキャンフィルター無効
AT+DISC?    // デバイス検索
AT+CONE0    // Owon B35Tに接続（MACアドレス指定）

関連ソフトウェア: GitHub

ステップ7: 完成したArduinoデータグラス

全パーツの収納状態。アクリル反射板のホルダー形状を複数試作。

パーツリスト:

• Arduino Pro Micro 3.3V 8MHz ×1
• Bluetooth 4.0 HM-11 BLEモジュール ×1
• 280mAh LiPoバッテリー ×1 / 50-500mA LiPo充電回路 ×1
• 30mmアクリル平凸レンズ FL100mm ×1
• 1mm厚プラスチックミラー ×1
• 0.66インチ 64×48ピクセル Micro OLED ×1 (SparkFun)
• CDケース（反射板用） ×1

ソフトウェア: GitHub / 動画: YouTube

ステップ8: 初期試作の写真と動画

各種レンズでのテストセットアップ:

初期Bluetoothテスト動画 / プロトタイプ動画

今後の課題:

• Owonマルチメーターへの自動接続機能実装
• バッテリー残量表示追加（BLEモジュール対応済み）
• 着色・ミラーフィルムで明るい場所でも視認可能な反射板製作
• 軽量化と筐体再設計
• 0.49インチ小型ディスプレイでのテスト