KR20180091001A

KR20180091001A - 내비게이션 시스템에서 사용하기 위한 추적 장치 및 그를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20180091001A
Application number: KR1020187015403A
Authority: KR
Inventors: 필립 로버트 우즈; 크리스토퍼 도날 필립
Original assignee: 스트리커 코포레이션
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-08-14
Also published as: CN108368974A; JP2019500940A; CA3007956A1; AU2016367130A1; EP3387319A1; WO2017100180A1; US20170165006A1

Abstract

내비게이션 시스템에서 사용하기 위한 추적 장치 및 그를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 추적 장치는 추적 헤드 및 광을 방출하기 위해 상기 추적 헤드에 의해 지지되는 복수의 이미터들을 포함한다. 아치형 내면 및 외면을 갖는 복수의 돔형 렌즈들은 광 굴절을 최소화하는 방식으로 광이 외벽을 통해 방출되도록 상기 이미터들 위에 배치된 균일한 두께의 외벽을 한정한다.

Description

내비게이션 시스템에서 사용하기 위한 추적 장치 및 그를 제조하는 방법

본 출원은, 그의 전체 내용 및 개시가 본원에 참조로 병합된, 2015년 12월 10일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/265,585호에 대한 우선권 및 이익을 청구한다.

본 발명은 일반적으로 내비게이션 시스템에 사용되는 추적 장치 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다.

내비게이션 시스템은 사용자가 객체를 찾는데 도움을 준다. 예를 들어, 내비게이션 시스템은 산업, 우주 항공 및 의료 응용들에 사용된다. 의료 분야에서, 내비게이션 시스템은 외과의가 해부학적 구조에 대하여 수술 기구를 정확하게 위치시키기 위한 목적으로 수술 기구 및 해부학적 구조를 찾는데 도움을 준다. 일반적으로, 상기 수술 기구 및 상기 해부학적 구조는 디스플레이 상에 도시된 그들의 상대 이동과 함께 추적된다.

내비게이션 시스템은 객체의 위치 및/또는 방향을 추적하기 위해 광신호, 음파, 자기장, 무선 주파수 신호 등을 사용할 수 있다. 흔히, 내비게이션 시스템은 추적되는 객체에 부착된 추적 장치를 포함한다. 로컬라이저는 추적 장치상의 추적 소자와 협력하여 추적 소자의 위치를 결정하고 궁극적으로 객체의 위치와 방향을 결정한다. 내비게이션 시스템은 추적 장치를 통해 객체의 움직임을 모니터링한다.

일부 내비게이션 시스템은 추적 소자의 위치를 삼각 측량하기 위해 로컬라이저에 의해 수신되는 광을 직접 방출하는 능동 추적 소자를 사용한다. 능동 추적 소자를 사용하는 한 가지 이점은 로컬라이저에 의해 방출되는 광을 반사하는 반사 소자에 의존하는 내비게이션 시스템과 같은 다른 내비게이션 시스템과 비교할 때 정확성이 향상된다는 것이다. 능동 추적 소자를 사용하는 내비게이션 시스템에서, 추적 소자는 대개 투명 렌즈 뒤에 위치하며, 이는 추적 장치를 재사용을 위해 멸균할 수는 있지만 추적 소자로부터 로컬라이저로 광을 방출할 수 있다. 그러나, 이러한 투명 렌즈는 추적 소자로부터 방출되는 광을 굴절시킬 수 있다. 이 굴절은 로컬라이저가 추적 소자의 위치를 부정확하게 결정하게 하여 추적되는 객체의 위치 및 방향을 부정확하게 계산할 수 있게 한다. 굴절률을 줄이는 것 외에도 일부 응용들에서 적절한 정확도를 실현하기 위해 제조 동안에 추적 소자를 고정밀도로 배치해야하는 경우가 있으며, 이는 일부 경우들에 달성하기 어렵다. 부정확한 제조가 광의 굴절과 관련된 문제와 결합될 때, 정확도 오차는 바람직하지 않게 될 수 있다.

결과적으로, 본 기술 분야에서 전술한 하나 이상의 문제를 극복하는 추적 장치가 필요하다.

일 실시형태에서, 객체를 추적하기 위한 내비게이션 시스템과 함께 사용하기 위한 추적 장치가 제공된다. 상기 추적 장치는 추적 헤드를 포함한다. 복수의 이미터들은 추적 헤드에 의해 지지된다. 상기 이미터들의 각각은 광을 방출하도록 구성된다. 복수의 렌즈들은 상기 복수의 이미터들 위에 배치된다. 상기 렌즈들의 각각은 아치형 내면과 상기 아치형 내면으로부터 등거리로 이격되어 균일한 외벽 두께를 정의하는 아치형 외면을 구비한 외벽을 가진다. 상기 이미터들로부터 방출된 광이 상기 광의 굴절을 최소화하도록 상기 아치형 내면에 수직인 상기 외벽을 관통하게 상기 렌즈들은 상기 이미터들에 대하여 배열된다.

다른 실시형태에서, 내비게이션 시스템은 객체를 추적하기 위해 제공된다. 상기 내비게이션 시스템은 추적 헤드를 포함한다. 복수의 이미터들은 상기 추적 헤드에 의해 지지된다. 상기 이미터들의 각각은 광을 방출하도록 구성된다. 복수의 렌즈들이 상기 복수의 이미터들 위에 배치된다. 상기 렌즈들의 각각은 아치형 내면과 상기 아치형 내면으로부터 등거리로 이격되어 균일한 외벽 두께를 정의하는 아치형 외면을 구비한 외벽을 가진다. 상기 이미터들로부터 방출된 광이 상기 광의 굴절을 최소화하도록 상기 아치형 내면에 수직인 상기 외벽을 관통하게 상기 렌즈들은 상기 이미터들에 대해 배열된다. 상기 내비게이션 시스템은 또한 상기 이미터들로부터 방출된 광을 수신하기 위한 로컬라이저를 포함하여 상기 객체의 위치 및 방향(orientation)을 결정한다.

추적 장치를 제조하는 방법이 또한 제공된다. 상기 방법은 베이스에 대하여 소정의 z-축 높이에서 상기 베이스에 복수의 이미터들을 조립하는 단계를 포함한다. 상기 이미터들의 각각은 광을 방출하도록 구성된다. 상기 방법은 상기 복수의 이미터들 위에 복수의 렌즈들을 위치하는 단계를 더 포함한다. 상기 렌즈들의 각각은 아치형 내면과 상기 아치형 내면으로부터 등거리로 이격되어 균일한 외벽 두께를 정의하는 아치형 외면을 구비한 외벽을 갖는다. 상기 이미터들로부터 방출된 광이 상기 광의 굴절을 최소화하도록 상기 아치형 내면에 수직인 상기 외벽을 관통하게, 상기 복수의 렌즈들의 각각은, x-y 평면에서 상기 이미터들에 대하여 위치된다.

본 발명의 이점은 첨부한 도면과 관련하여 고려될 때에 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해 될 수 있으므로 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 환자와 함께 사용되는 내비게이션 시스템의 사시도이고,
도 2는 상기 내비게이션 시스템의 개략도이고,
도 3은 추적 장치의 사시도이고,
도 4는 상기 추적 장치의 단면도이고,
도 5는 상기 추적 장치의 제 1 하우징의 사시도이고,
도 6은 상기 추적 장치의 상기 제 1 하우징의 분해도이고,
도 7은 이미터 지지 어셈블리의 상부 사시도이고,
도 8은 상기 이미터 지지 어셈블리의 하부 사시도이고,
도 9는 상기 이미터 지지 어셈블리를 갖는 상기 제 1 하우징의 상부 사시도이고,
도 10은 상기 이미터 지지 어셈블리를 갖는 상기 제 1 하우징의 하부 사시도이고,
도 11은 상기 이미터 지지 어셈블리, 발광 다이오드 및 렌즈를 갖는 상기 제 1 하우징의 상부 사시도이고,
도 12는 상기 렌즈들 중 하나의 사시도이고,
도 13은 상기 이미터 지지 어셈블리들 중 하나 및 상기 렌즈들 중 하나의 단면도이고,
도 14는 회전 턴테이블 상의 원 둘레로 회전될 때 발사되는 LED의 에러를 나타내는 그래프이고,
도 15는 상기 추적 장치의 제 2 하우징의 하부 사시도이고,
도 16은 상기 추적 장치의 상기 제 2 하우징의 상부 사시도이고,
도 17은 상기 추적 장치의 커넥터의 하부 사시도이고,
도 18은 상기 추적 장치의 커넥터의 분해도이고,
도 19는 상기 커넥터의 상부 사시도이고,
도 20은 상기 제 2 하우징에 부착된 상기 커넥터의 사시 단면도이고,
도 21은 상대측 케이블 커넥터와 함께 상기 제 2 하우징에 부착되는 상기 커넥터의 하부 사시도이고,
도 22는 상기 제 2 하우징에 부착된 상기 커넥터의 상부 사시도이고,
도 23은 상기 커넥터에 부착된 자석의 상부 사시도이고,
도 24는 상기 자석에 인접하게 위치된 플럭스 리턴 플레이트(flux return plate)의 상부 사시도이다.

도 1을 참조하면, 내비게이션 시스템(20)이 도시된다. 내비게이션 시스템(20)은 의료 시설의 수술실과 같은 수술 환경에 도시된다. 내비게이션 시스템(20)은 수술실 내의 다양한 객체의 움직임을 추적하도록 설정된다. 이러한 객체는, 예를 들어 수술 기구(22), 환자의 대퇴골(F) 및 환자의 경골(T)을 포함할 수 있다. 내비게이션 시스템(20)은 외과 의사에게 객체의 상대 위치 및 방향을 표시하고 경우에 따라서는 소정의 경로 또는 해부학적 경계에 대해 수술 기구(22)의 움직임을 제어 또는 제한하기 위해 이들 객체를 추적한다.

내비게이션 시스템(20)은 내비게이션 컴퓨터(26)를 수용하는 컴퓨터 카트 어셈블리(24)를 포함한다. 내비게이션 인터페이스는 내비게이션 컴퓨터(26)와 동작 적으로 통신한다. 내비게이션 인터페이스는 무균영역(sterile field)의 외부에 위치되도록 적응된 제 1 디스플레이(28) 및 상기 무균영역(sterile field) 내부에 위치되도록 적응된 제 2 디스플레이(29)를 포함한다. 디스플레이(28, 29)는 컴퓨터 카트 어셈블리(24)에 조정 가능하게 장착된다. 마우스 및 키보드와 같은 제 1 및 제 2 입력 장치들(30, 32)은 내비게이션 컴퓨터(26)에 정보를 입력하거나, 그렇지 않으면, 내비게이션 컴퓨터(26)의 특정 양상을 선택/제어하도록 사용될 수 있다. 디스플레이(28, 29) 상의 터치 스크린(미도시) 또는 음성 활성화를 포함하는 다른 입력 장치가 고려된다.

로컬라이저(34)는 내비게이션 컴퓨터(26)와 통신한다. 도시된 실시형태에서, 로컬라이저(34)는 광학 로컬라이저이며, 카메라 유닛(36)(감지 장치로도 지칭)을 포함한다. 카메라 유닛(36)은 하나 이상의 광학 위치 센서(40)를 수용하는 외부 케이싱(38)을 갖는다. 일부 실시형태에서, 적어도 2개의 광학 센서(40)가 사용되며, 때로는 3개 또는 4개가 사용된다. 광학 센서(40)는 3개의 분리된 전하 결합 소자(CCD)일 수 있다. 일 실시형태에서, 3개의 1차원 CCD가 사용된다. 다른 실시형태들에서, 각각 독립된 CCD, 또는 2개 이상의 CCD들을 갖는 별개의 카메라 유닛들이 상기 수술실 주위에 배열될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 상기 CCD는 적외선(IR) 신호를 검출한다.

카메라 유닛(36)은 이상적으로 장애물이 없는 아래에 설명된 추적기의 시야로 상기 광학 센서(40)를 위치시키기 위해 조정 가능한 암부 상에 장착된다.

카메라 유닛(36)은 광학 센서(40)로부터 신호를 수신하도록 상기 광학 센서(40)와 통신하는 카메라 제어기(42)를 포함한다. 카메라 제어기(42)는 유선 또는 무선 접속(미도시)을 통해 내비게이션 컴퓨터(26)와 통신한다. 이러한 연결 중 하나는 고속 통신 및 등시성 실시간 데이터 전송을 위한 직렬 버스 인터페이스 표준 인 IEEE 1394 인터페이스일 수 있다. 상기 연결에는 회사별 프로토콜(company specific protocol)을 사용할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 광학 센서(40)는 내비게이션 컴퓨터(26)와 직접 통신한다.

위치 및 방향 신호 및/또는 데이터는 객체를 추적하기 위한 목적으로 내비게이션 컴퓨터(26)로 전송된다. 컴퓨터 카트 어셈블리(24), 디스플레이(28) 및 카메라 유닛(36)은, 여기에 참조로 병합된, 2010년 5월 25일자로 발행된 "수술 시스템"이라는 명칭(Malackowski 외)의 미국 특허 제7,725,162호에 설명된 것과 유사할 수 있다.

내비게이션 컴퓨터(26)는 개인용 컴퓨터 또는 랩탑 컴퓨터일 수 있다. 내비게이션 컴퓨터(26)는 상기 디스플레이(28, 29), 중앙 처리 장치(CPU) 및/또는 다른 프로세서, 메모리(미도시) 및 저장 장치(미도시)를 갖는다. 내비게이션 컴퓨터(26)는 아래에서 설명되는 바와 같이 소프트웨어로 로딩된다. 소프트웨어는 카메라 유닛(36)으로부터 수신된 신호를, 추적되는 객체의 위치 및 방향을 나타내는 데이터로 변환한다.

내비게이션 시스템(20)은 본 명세서에서 추적기라고도 불리는 복수의 추적 장치들(44, 46, 48)을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 하나의 추적기(44)는 환자의 대퇴골(F)에 단단히 부착되고 또 다른 추적기(46)는 환자의 경골(T)에 단단히 부착된다. 추적기(44, 46)는 뼈의 부분에 견고하게 부착된다. 추적기(44, 46)는, 여기에 참조로 병합된 미국 특허 제7,725,162호에 도시된 방식으로 및/또는 2014년 1월 16일 출원한 "시선 오차를 표시 및 감소시키기 위한 내비게이션 시스템 및 방법"이라는 명칭의 및 여기에 참조로 병합된 미국 특허출원 공보문 제2014/0200621호로서 공개된 미국 특허출원 제14/156,856호에 도시된 방식으로 대퇴골(F) 및 경골(T)에 부착될 수 있다. 다른 부착 방법도 가능하다. 추가 실시형태에서, 추적자(미도시)가 슬개골에 부착되어 슬개골의 위치 및 방향을 추적한다. 또 다른 실시형태에서, 추적기(44, 46)는 다른 조직 유형 또는 해부학적 구조의 부분에 장착될 수 있다.

기구 추적기(48)는 수술 기구(22)에 단단히 부착된다. 기구 추적기(48)는 제조 중에 수술 기구(22)에 통합될 수 있거나 또는 수술 절차를 준비하기 위해 수술 기구(22)에 개별적으로 장착될 수 있다. 추적되고 있는 수술 기구(22)의 작업 단부는 회전 버, 전기 절제 장치, 다른 에너지 애플리케이터 등일 수 있다.

도시된 실시형태에서, 수술 기구(22)는 수술 조작기에 부착된 엔드 이펙터 일 수 있다. 이러한 배치는 그의 개시 내용이 참조로 여기에 병합된 "다중 모드에서 수술 기구를 제어할 수 있는 수술 조작기"라는 명칭의 2015년 9월 1일 등록된 미국 특허 제9,119,655호에 도시된다.

다른 실시형태에서, 수술 기구(22)는 임의의 절단 가이드, 지브(jib) 또는 조작기 또는 로봇과 같은 다른 구속 메커니즘의 도움없이, 사용자의 손에 의해서만 수동으로 위치될 수 있다. 이러한 수술 기구는, 그의 개시 내용이 참조로 여기에 병합된, "Surgical Instrument Including Housing, a Cutting Accessory that Extends from the Housing and Actuators that Establish the Position of the Cutting Accessory Relative to the Housing"라는 명칭의 2012년 8월 31일에 출원한 미국 특허 출원 제13/600,888호에 기재된다.

로컬라이저(34)의 광학 센서(40)는 추적기(44, 46, 48)로부터 광신호를 수신한다. 도시된 실시형태에서, 추적기(44, 46, 48)는 능동 추적기이다. 이 실시형태에서, 각각의 추적기(44, 46, 48)는 광신호를 광학 센서(40)에 전송하기 위해 적어도 3개, 바람직하게는, 4개의 능동 추적 소자를 갖는다. 추적 소자는 예를 들어, 적외선과 같은 광을 전달하는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 광학 센서(40)는 바람직하게는 100 Hz 이상, 보다 바람직하게는 300 Hz 이상, 가장 바람직하게는 500 Hz 이상의 샘플링 속도를 갖는다. 일부 실시형태에서, 광학 센서(40)는 8000 Hz의 샘플링 속도를 갖는다. 샘플링 속도는 광학 센서(40)가 순차적으로 점화된 LED(50)로부터 광신호를 수신하는 속도이다. 일부 실시형태에서, LED(50)로부터의 광신호는 각 추적기(44, 46, 48)마다 다른 속도로 점화된다.

도 2를 참조하면, 상기 LED들(50)의 각각은 내비게이션 컴퓨터(26)로/로부터 데이터를 송신/수신하는 연관 추적기(44, 46, 48)의 추적기 제어기(62)에 연결된다. 일 실시형태에서, 추적기 제어기(62)는 내비게이션 컴퓨터(26)와의 유선 접속을 통해 대략 수 메가바이트/초로 데이터를 전송한다. 다른 실시형태에서, 무선 접속이 사용될 수 있다. 이들 실시형태에서, 내비게이션 컴퓨터(26)는 추적기 제어기(62)로부터 데이터를 수신하기 위한 송수신기(미도시)를 갖는다.

각 추적기(44, 46, 48)는 또한 추적기(44, 46, 48)의 각속도를 측정하는 3-차원 자이로스코프 센서(60)를 포함한다. 자이로스코프 센서(60)에 의해 측정된 각속도는 내비게이션 시스템(20)이 추적기(44, 46, 48)를 추적하게 하기 위해 추가적인 비-광학 기반 데이터를 제공한다. 각 추적기(44, 46, 48)는 또한 3-축 가속도계(70)를 포함한다. 가속도계(70)는 내비게이션 시스템(20)이 추적기(44, 46, 48)를 추적하게 하기 위해 추가적인 비-광학 기반 데이터를 제공한다.

자이로스코프 센서(60) 및 가속도계(70)의 각각은 내비게이션 컴퓨터(26)로 /로부터 데이터를 송신/수신하는 연관 추적기의 하우징 내에 위치된 추적기 제어기(62)와 통신한다. 데이터는 유선 또는 무선 접속을 통해 수신될 수 있다.

내비게이션 컴퓨터(26)는 내비게이션 프로세서(52)를 포함한다. 카메라 유닛(36)은 추적기(44, 46, 48)의 LED(50)로부터 광학 신호를 수신하고, 삼각 측량에 의해 결정되는 신호 및/또는 데이터일 수 있는, 로컬라이저(34)에 대한 추적기(44, 46, 48)의 LED(50)의 위치에 관한 신호 및/또는 데이터를 프로세서(52)에 출력한다. 자이로스코프 센서(60)는 자이로스코프 센서(60)에 의해 측정된 3-차원 각속도와 관련하여 비-광학 신호를 프로세서(52)로 전송한다. 수신된 광학 및 비-광학 신호에 기초하여, 내비게이션 프로세서(52)는 로컬라이저(34)에 대한 추적기(44, 46, 48)의 상대 위치 및 방향을 표시하는 데이터를 생성한다. 자이로스코프 센서 또는 가속도계가 없는 추적기가 사용될 수도 있다.

내비게이션 프로세서(52)는 내비게이션 컴퓨터(26)의 동작을 제어하기 위해 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 프로세서는 임의의 유형의 마이크로 프로세서 또는 멀티 프로세서 시스템 또는 다른 유형의 프로세서일 수 있다. 프로세서라는 용어는 단일 프로세서로만 제한되지 않는다.

수술 절차의 시작 전에, 부가 데이터가 내비게이션 프로세서(52)에 로딩된다. 추적기(44, 46, 48)의 위치 및 방향 및 이전에 로딩된 데이터에 기반하여, 내비게이션 프로세서(52)는 수술 기구(22)의 작업 단부의 위치 및 작업 단부가 적용된 조직에 대한 상기 수술 기구(22) 방향을 결정한다.

내비게이션 프로세서(52)는 또한, 수술 부위에 대한 수술 기구 작업 단부의 상대 위치를 나타내는 이미지 신호를 생성한다. 이러한 이미지 신호는 디스플레이(28, 29)에 인가된다. 이들 신호에 기초하여, 디스플레이(28, 29)는 외과 의사 및 스태프가 수술 부위에 대한 수술 기구 작업 단부의 상대 위치를 볼 수 있게 이미지를 생성한다. 디스플레이(28, 29)는, 전술한 바와 같이, 터치 스크린 또는 명령의 입력을 허용하는 다른 입력/출력 장치를 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 단 하나의 LED(50)만이 한 번에 광학 센서(40)에 의해 판독될 수 있다. 카메라 제어기(42)는, 하나 이상의 적외선 또는 RF 송수신기(카메라 유닛(36) 및 추적기(44, 46, 48) 상의)를 통해, 또는 유선 접속을 통해, 여기에 참조로 병합된, 미국 특허 제7,725,162호(Malackowski 외)에 개시된 바와 같은, LED(50)의 점화를 제어할 수 있다. 대안적으로, 카메라 제어기(42)로부터의 명령 없이, 추적기(44, 46, 48)가 국부적으로 활성화될 수 있으며(추적기(44, 46, 48) 상의 스위치에 의해서와 같이), 일단 활성화되면 그의 LED들(50)을 순차적으로 점화한다.

대퇴골(F) 및 경골(T)에 부착된 추적기(44, 46)의 한 버전이 도 3 및 도 4에 도시된다. 간략화를 위해, 상기 추적기들(44, 46) 중의 하나에만 하기 참조가 이루어질 수 있으나, 상기 추적기들(44, 46)은 동일할 수 있다.

추적기(44)는 전술한 원리에 따라 객체의 위치 및 방향을 추적하기 위한 목적으로 객체에 장착되도록 구성된 추적 헤드(72)를 포함한다. 네 개의 추적 소자가 내비게이션 시스템(20)에 의해 사용되도록 제공되어 객체의 위치 및 방향을 추적한다. 도시된 버전에서, 4개의 추적 소자는 적외선 LED(50)의 형태이다. LED(50)는 추적 헤드(72)에 의해 지지되어 로컬라이저(34)의 광학 센서(40)에 의해 수신될 광을 방출한다.

추적 헤드(72)는 제 1 하우징(74) 및 제 2 하우징(76)을 포함한다. 제 2 하우징(76)은 제 1 하우징(74)에 연결되어 내부 챔버(78)를 정의한다. 제 1 하우징(74) 및 제 2 하우징(76)은 합동(congruent) 외면을 가져 상기 추적 헤드(72)의 연속적인 외면을 형성한다. 상기 연속적인 외면은 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이 둥근 모서리를 갖는 일반적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다.

추적기 제어기(62), 자이로스코프(60), 가속도계(70) 및 다른 내부 전자 소자가 장착된 인쇄 회로 기판(PCB)은 내부 챔버(78) 내에 배치되고, 내부 챔버(78)에 배치된 이들 전자 부품을 손상시키지 않고 추적기(44)의 멸균을 허용한다.

도 3 내지 도 6 에 도시된 바와 같이, 제 1 하우징(74)은 용접 링(80), 리드(82) 및 라이트 링(light ring)(84)을 포함한다. 용접 링(80), 리드(lid)(82) 및 라이트 링(84)은 합동(congruent) 외면을 가져 추적 헤드(72)의 연속적인 외면의 부분을 형성한다.

용접 링(80)은 티타늄으로 형성된다. 용접 링(80)은 티타늄으로 또한 형성될 수 있는 제 2 하우징(76)에 레이저 용접되도록 구성된다. 용접 링(80)은 그의 주연부 둘레에서 대체로 균일한 두께를 갖고 링 형상이다. 제조 중에, 용접 링(80)은 제 2 하우징(76)의 어깨부에 안착되어 그에 용접된다. 도시된 실시형태에서, 용접 링(80)은 다수의 위치설정용 돌출부(81)를 갖는다. 돌출부들(81)은 용접 링(80)의 각각의 측면의 내면의 중앙에 위치된다. 돌출부들(81)은 상기 내면의 일 부분만을 가로질러(span), 조립 동안에 제 2 하우징(76)의 주변 테두리(83) 상에 최종적으로 놓이게 된다(도 4 및 도 6 참조). 다른 실시형태에서, 돌출부들(81)은 제 2 하우징(76)의 림부(rim)(83) 상에 놓인 연속적인 주변 플랜지로 대체될 수 있다.

리드(82)는 티타늄으로 형성된다. LED들(50)이 리드(82)를 지나 광을 방출하도록 배열된다. 라이트 링(84)은 용접 링(80)과 리드(82) 사이에 배치된다. 라이트 링(84)은 지르코니아 또는 사용 동안에 상기 추적기(44) 및/또는 다른 부품/시스템의 특정 상태 조건을 표시하도록 조명하는 다른 물질로 형성될 수 있다. 용접 링(80) 및 리드(82)는 제조 중에 납땜 예비 성형체(brazing preforms)(86)를 사용하여 라이트 링(84)에 납땜 된다. 용접 링(80)과 라이트 링(84)은 동일한 외부 형상 및 두께를 가질 수 있다.

적어도 하나의 상태 표시 광원은 라이트 링(84)을 통해 광을 방출하도록 배열된다. 적어도 하나의 표시 광원은 LED; 상이한 컬러의 광을 각각 방출할 수 있는 RGB LED와 같은 복수의 멀티 컬러 LED들; 제 1 컬러의 광을 방출할 수 있는 제 1 복수의 LED들 및 상기 제 1 컬러와 상이한 제 2 컬러의 광을 방출할 수 있는 제 2 복수의 LED들; 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 경우, 상태 표시 광원은 주황색 가시광을 방출할 수 있는 적어도 하나의 LED(90a) 및 녹색 가시 광을 방출할 수 있는 적어도 하나의 LED(90b)를 포함한다.

도 4 내지 도 8을 참조하면, 복수의 이미터 지지 어셈블리(96)가 제 1 하우징(74)의 리드(82) 내에 지지되어 LED들(50)을 지지한다. 특히, 리드(82)는 상기 이미터 지지 어셈블리들(96)을 수용하기 위한 복수의 포켓들(98)(도 5 참조)을 정의한다. 상기 포켓들(98)의 각각은 관통 개구(100), 내부 카운터 보어(102) 및 외부 카운터 보어(104)를 갖는다. 관통 개구(100) 및 카운터 보어(102, 104)는 가공, 주조(molding/casting) 등에 의해 형성될 수 있다는 것을 알아야 한다.

이미터 지지 어셈블리들(96)의 각각은 베이스(102)를 포함한다. 베이스(102)는 304L 스테인리스 강과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 베이스(102)는 리드(82)에 고정되고 외부 카운터 보어(104)에 놓이는 환형 림(106)을 포함한다. 또한, 베이스(102)는 림(106)으로부터 하향으로 매달린 원통형 몸체(108)를 포함한다. 베이스(102)는 또한 몸체(108)로부터 하향으로 매달린 정렬부(110)를 포함한다.

정렬부(110)는 본체(108)의 중심 축(A)으로부터 오프셋 된 종축(L)을 갖는다. 정렬부(110)는 이미터 지지 어셈블리(96)가 제조 동안에 한 방향으로 포켓(98) 내에만 끼워질 수 있도록 긴 형상을 갖는다. 이미터 지지 어셈블리(96)는 납땜, 레이저 용접, 접착제 등의 하나 이상에 의해 리드(82)에 고정된다. 이미터 지지 어셈블리(96)의 부착이 도 9 및 도 10에 도시된다.

이미터 지지 어셈블리(96) 각각은 베이스(102)의 관통 개구(113, 115)(도 13 참조)에 위치된 한 쌍의 핀(112, 114)을 포함한다. 핀(112, 114)은 구리 베릴륨으로 적어도 부분적으로, 경우에 따라, 구리 베릴륨, 기타 구리 합금 또는 기타 재료로 완전히 이루어질 수 있다. 핀(112, 114)은 Kryoflex(도 13 참조)와 같은 다결정 세라믹(117)으로 관통 개구(113, 115) 내의 베이스(102)에 고정되고 밀봉될 수 있다. 핀(112, 114)은 LED(50)에 대한 캐소드 및 애노드 접점을 제공한다.

반사기 헤드(116)는 핀(112)과 일체형이어서, 반사기 헤드(116) 및 핀(112)은 한 조각으로 형성된다. 일 실시형태에서, 각 LED(50)의 이미터는 각 반사기 헤드(116)에 의해 지지되고 각 반사기 헤드(116)에 대하여 중심된다. 일 실시형태에서, 이미터는 LED(50)의 다이(51)이다. 일 예시적인 버전에서, 다이(51)는 Optoelektronik GmbH(D-12555 Berlin, Kopenicker Str. 325 b, Haus 201)의 EPIGAP ™ 다이(일련번호 ELC-875-22)이다.

반사기 헤드(116)는 다이(51)와 접촉하도록 구성되어, 반사기 헤드(116)는 애노드 연결을 통해 LED(50)의 애노드 접점에 연결을 제공한다. 캐소드 연결은 핀(112)의 중심에서 다이(51)와의 접촉에 의해 제공된다. 반사기 헤드(116)는 컵 형상 또는 다이(51)를 지지하기에 적합한 임의의 형상일 수 있다. 다이(51)는 접착제에 의해 반사기 헤드(116)에 고정될 수 있으며, 실리콘 젤 또는 다른 코팅물로 코팅될 수 있다. 일부 실시형태에서, 다이(51)는 반사기 헤드(116)(미도시)에 다이(51)를 캡슐화하기 위해 실리콘 젤로 덮일 수 있다.

도 11 내지 도 14를 참조하면, 각각의 다이(51)가 렌즈들(120) 중 대응하는 하나를 통해 광학 센서(40)로 광을 방출하도록 렌즈(120)는 반사기 헤드(116)에 안착된 각각의 다이(51) 위에 배치된다. 각각의 렌즈(120)는 아치형 내면(124) 및 아치형 외면(126)을 갖는 아치형 외벽(122)을 갖는다. 아치형 외면(126)은 아치형 내면(124)으로부터 등거리로 이격되어 균일한 벽 두께(T)를 정의한다. 다이(51)의 초점(F)으로부터 방출된 광선(R)이 광선의 굴절을 최소화하도록 아치형 내면(124)에 수직인 외벽(122)을 관통하게 상기 렌즈들(120)의 각각은 다이(51)에 대해 배치된다. 각 렌즈(120)는 대략 돔 형상을 가지며, 사파이어로 형성된다.

렌즈(120)는 이미터 지지 어셈블리(96)에 납땜된다. 보다 구체적으로는, 렌즈들(120)의 각각은 솔더링(130)에 의해 베이스(102)에 솔더링된다. 솔더링(130)은 편평한 링 부분 및 상향 연장되는 립 부분을 갖는다. 평평한 링 부분은 베이스(102)의 상면에 형성된 상부의 환형 홈(121) 내에 끼워질 수 있는 크기이다. 홈(121)은 베이스의 내측 융기된 보스(123)와 림(106) 사이에 위치한다. 솔더링(130)은 가열시, 렌즈(120)를 반사기 헤드(116) 주위 및 림(106) 내에서 베이스(102)에 고정시킨다.

렌즈(120)의 외벽(122)의 아치형 형상으로 인해, 렌즈(120) 각각은 다이(51)를 수용하기 위한 내부 공간(132)을 정의한다. 결과적으로, 다이(51)는 다이(51)의 초점(F)으로부터 방출된 광선(R)이 광선의 굴절을 최소화하도록 외벽(122)에 수직인 외벽(122)에 충격을 가하도록 배열될 수 있다. 보다 구체적으로, 외벽(122)은 기하학적 중심(O)를 갖는 반구를 정의한다. 다이(51)의 초점(F)은 반구의 중심(O)과 일치하여, 다이(51)의 초점(F)으로부터 방출된 광선(R)은 외벽(122)에 도달하기 위해 모든 방향으로 동일한 거리를 이동한다. 이러한 기하학적 배열은 다이(51)가 로컬라이저(34)에 대한 점 광원으로 구현되게 한다.

반사 방지 피막이 제조 중에 렌즈들(120)의 각각에 도포된다. 상기 피막은 렌즈(120) 상에 스퍼터링 코팅되거나 다른 종래의 방법에 의해 도포될 수 있다. 반사 방지 피막은 적외선 스펙트럼을 위해 설계되고 내면 및/또는 외면(124, 126)에 도포될 수 있다.

제조 동안에, 다이(51)의 초점(F)이 렌즈(120)의 중심(O)과 일치하도록, 각각의 다이(51)가 조립된다. 일 실시형태에서, 바람직하게는 다이(51)가 고정되기 전에 반사기 헤드(116)가 베이스(102)에 대해 소정의 z-축 높이에 위치되도록, 상기 반사기 헤드(116)는 베이스(102)에 삽입된다. 반사기 헤드(116)는 다음으로, 베이스(102)에 용접되거나 납땜되어 밀봉된다. 따라서, 다이(51)에서의 미약한 허용 오차로 인해, 다이(51)가 반사기 헤드(116) 내에 위치되고 고정될 때, 다이(51)는 z-축에 대해 적절하게 위치될 것이다. 다른 실시형태에서, 다이(51)는 반사기 헤드(116) 내에 먼저, 위치되고 고정될 수 있으며, 다이(51)의 초점(F)이 반사기 헤드(및 운반된 다이(51))가 베이스(102)에 고정되는 소정의 z-축 높이에 있을 때까지 광학 측정 장치(미도시)에 의해 광학적으로 추적되고 측정될 수 있다.

다이(51)가 반사기 헤드(116)의 소정 위치에 고정되면, 렌즈(120)는 다이(51) 위에 배치된다. 렌즈(120)의 z-축 높이는 보스와 접하는 렌즈(120)의 바닥에 의해 설정된다. 또한, 다이(51)의 초점(F)으로부터 방출된 광선(R)이 광선(R)의 굴절을 최소화하도록 아치형 내면(124)에 수직인 렌즈(120)의 외벽(122)을 관통하게 x-y 평면에 대하여 위치될 필요가 있다. 렌즈(120)의 배치 동안에, 렌즈(120)가 다이(51)에 대해 x-y 평면에서 중심에 위치하도록 보장하기 위해 광학 측정 장치에 의해 렌즈(120)가 광학적으로 추적되고 측정된다. 렌즈(120)를 다이(51)에 대하여 x-y 평면에서 중심이 되게 하면, 렌즈(120)의 중심은 다이(51)의 초점(F)과 일치하게 된다.

일단 렌즈(120)가 위치되면, 렌즈(120)는 솔더링(130)을 사용하여 베이스(102)에 납땜된다. 도 13에 도시된 버전에서, 렌즈(120)의 바닥은 홈(121) 위의 보스(123) 상에 놓인다. 이러한 배치는 전술한 바와 같이, 베이스(102) 상의 렌즈(120)의 z-축 높이를 견고하게 제어한다. 렌즈(120)가 보스(123) 상에 적소에 고정된 상태에서, 솔더링(130)은 가열되고 액화되어 렌즈(120)의 외측 가장자리를 림(106)에 고정한다. 솔더링 재료는 또한 렌즈(120) 아래에 흘러서 렌즈(120)의 바닥을 상기 베이스(102)에 고정한다. 일부 실시형태에서, 금속화된 피막(131)은 베이스(102)에 대한 렌즈(120)의 더 양호한 솔더링을 용이하게 하기 위해 렌즈(120)의 외면(126)을 부분적으로 따라 상기 바닥에 도포될 수 있다.

다이(51)의 초점(F)이 반구의 기하학적 중심(O)에 위치하도록 렌즈(120)를 반복적으로 배치하기 위해 그리고 반사기 헤드(116)를 베이스(102)에 대해 소정의 z-축 높이로 반복적으로 배치하기 위해 특별한 고정구가 생성될 수 있다. 특히, 고정구는 베이스(102), 핀(112,114)(반사기 헤드(116)를 포함), 솔더링(130), 렌즈(120) 및 상기 핀(112,114)과 상기 베이스(102) 사이의 다결정 세라믹 물질(117)을 수용할 수 있다. 고정구는 고정구에 배치될 때 이들 부품들 사이에 소망하는 높이를 설정하고 유지하도록 설계될 수 있다. 광학 측정 장치는 렌즈(120)의 적절한 x-y 위치설정을 결정한다. 일단 위치 결정되면, 렌즈(120)는 다이(51)에 대하여 고정구의 제 위치에 고정될 수 있다. 이들 부품들은 가열되어 솔더링(130)이 소정의 높이에서 핀(112, 114)(및 반사기 헤드(116))을 베이스(102)에 고정하기 위해 베이스(102) 및 다결정 세라믹 용융물에 렌즈(120)의 금속화된 피막(131)을 고정하도록 용융된다.

도 14는 회전 턴테이블에서 테스트 된 예시적인 LED의 플롯을 예시한다. LED가 원을 중심으로 회전하는 동안 LED가 점화됨에 따라 카메라 유닛(36)에 의해 데이터가 수집되었다. 이 데이터에 원 맞춤(circle fit)을 적용하여 LED의 시야각에 대한 위치 오차를 결정한다. 도시된 바와 같이, 기본적으로 0도에서 에러가 없고, LED가 시야각을 통해 스윕(sweep)함에 따라, 80도에서 최악의 오차는 약 0.1mm이다. 다른 경우에, 에러는 카메라 유닛(36)의 노이즈 플로어 내에 있기 때문에 에러가 카메라 유닛(36)에 의해 측정될 수 없다. 예를 들어, 에러는 위치 오차의 ± 0.05mm보다 작다.

도 15 내지도 24를 참조하면, 전력 및 통신 채널들 중 적어도 하나를 추적기(44)에 연결하기 위해 커넥터(140)가 제 2 하우징(76)에 고정된다. 제 2 하우징(76)은 본체(142) 및 본체(142)로부터 하향으로 매달린 커넥터부(144)를 갖는다. 상기 커넥터부(144)는 커넥터(140)가 위치하는 개구(143)를 정의한다(도 15 및 도 16 참조). 내부 카운터 보어(146) 및 외부 카운터 보어(148)는 커넥터(140)를 지지하도록 개구(142)로부터 반경 방향 외부로 배치된다. 포스트(150) 및 핑거부(152)는 커넥터(140)를 더 지지하기 위해 개구(143) 내로 돌출한다.

도 17 내지 도 19를 참조하면, 커넥터(140)는 구리 베릴륨으로 적어도 부분적으로 형성되고, 어떤 경우에는 완전히 구리 베릴륨으로 형성된 복수의 핀들(154)을 포함한다. 커넥터(140)는 또한, 핀(154)을 위한 지지 구조체(56), 인쇄 회로 기판 PCB와 핀(154) 사이의 전기 통신을 제공하기 위한 유동 케이블(158), 스테인리스 강 및 티타늄과 같은 폭발 결합된 금속(explosion bonded metals)으로 형성된 부싱(bushing)(160)을 포함한다.

도 20을 참조하면, 지지 구조체(156)는 핀 리테이너(pin retainer)(157) 및 외부 플레이트(159)를 포함한다. 핀 리테이너(157) 및 외부 플레이트(159)는 함께 용접되거나 한 조각으로 형성될 수 있다. 일 실시형태에서, 핀 리테이너(157)는 일반적으로 원통형이며, 304L 스테인리스 강과 같은 스테인리스 스틸로 형성된다. 핀 리테이너(157)는 다른 실시형태에서는 상이한 형상을 취할 수 있다. 일 실시형태에서, 외부 플레이트(159)는 455 스테인리스 강과 같은 스테인리스 강으로 형성된다. 이 재료는 후술하는 바와 같이 외부 플레이트(159)를 통과하는 자속의 통과를 향상시킨다. 도시된 실시형태에서, 플럭스 요소라고도 하는 외부 플레이트(159)는 편평한 상면을 갖는다.

핀(154)은 Kryoflex와 같은 다결정 세라믹 물질(161)을 사용하여 지지 구조체(156)의 핀 리테이너(157)의 통로(162)를 통해 내부 밀봉된다. 임의의 도전성 재료로 형성될 수 있는 유동 케이블(158)은 핀(154)의 일 단부에 부착되고 다른 단부는 PCB에 결합된다. 지지 구조체(156)의 핀 리테이너(157)는 핀 리테이너(157)가 외부 플레이트(159)에 대해 적절히 배향될 수 있도록 외부 플레이트(159)에 형성된 키홈(166) 내에 끼워지도록 형상된 키부(keyed portion)와 같은, 배향 피처(orienting feature)를 갖는다.

외부 플레이트(159)는 또한, 핀 리테이너(157)의 바닥과 외부 플레이트(159)가 접하도록 핀 리테이너(157)를 수용하는 관통 개구(170)를 포함한다. 핀 리테이너(157)는 조립될 때 외부 플레이트(159)의 상면 상에 놓이는 환형 립(lip)(174)을 더 포함한다. 외부 플레이트(159)가 제 2 하우징(76)에 대해 적절하게 배향되도록 포스트(150)를 수용하게 오목부(175)와 같은 배향 피처가 외부 플레이트(159)의 바닥면에 형성된다. 포스트(150)는 오목부에 고정되어 외부 플레이트(159)는 제 2 하우징(76)에 대해 회전이 제한된다.

부싱(160)이 스테인리스 강 및 티타늄과 같은 이종 금속 재료에 용접될 수 있도록 상기 부싱(160)은 폭발 결합(explosion bonded)되거나 용접된다. 예를 들어, 부싱(160)을 스테인리스 강(예를 들어, 304L 스테인리스 강) 및 함께 폭발 용접되는 티타늄 재료로 형성함으로써, 부싱(160)의 티타늄 부분을, 티타늄으로 형성된 제 2 하우징에 용접(예를 들어, 밀폐식 레이저 용접)할 수 있고, 스테인리스 강으로 형성된, 지지 구조체(156)에 부싱(160)의 스테인리스 강 부분이 용접(예를 들어, 밀폐식 레이저 용접)될 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 부싱(160)은 스테인리스 강으로 형성된 제 1 부분(160a)과 티타늄으로 형성된 제 2 부분(160b)을 갖는다.

클로킹 특징(clocking feature)으로도 지칭되는 커넥터 배향 피처(176)는 후술되는 바와 같이 추적기 케이블로부터 결합 케이블 커넥터(C)를 배향시키는 것을 돕기 위해 립(174)으로부터 연장한다. 도시된 실시형태에서, 커넥터 배향 피처(176)는 케이블 커넥터(C)에서 유사한 형상의 오목부(177)를 수용하도록 형상화 된 단일 돌출부이다.

커넥터(140)는 케이블 커넥터(C)로의 연결을 용이하게 하기 위해 한 쌍의 자석(180, 182)을 더 포함한다. 일 실시형태에서, 자석(180, 182)은 사마륨-코발트(SmCo) 자석이다. 자석(180, 182)은 외부 플레이트(159)의 상면을 향하여 반대 극성을 가지도록 배열된다. 자석(180, 182)이 상기 외부 플레이트(159)의 상면을 향해 자기장을 지향하도록 플럭스 리턴 플레이트(190)(도 24 참조)가 제공되기도 한다. 플럭스 리턴 플레이트(190)는 연강으로 형성될 수 있고, 도 24에 도시된 바와 같이 포스트(150) 및 유동 케이블(158)에 연결될 수 있다.

도 21에 도시된 바와 같이, 케이블 커넥터(C)는 적절히 접속될 때 외부 플레이트(159)의 상면을 향하여 반대 극성을 갖도록 배열된 대응하는 자석(200, 202)을 갖는다. 이러한 자석 배열은 또한 커넥터(140)에 대한 케이블 커넥터(C)의 적절한 배향을 용이하게 하고 사용자가 케이블 커넥터(C)를 커넥터(140)에 부적절하게 연결하는 것을 방지한다. 즉, 이러한 자석 배치는 사용자가, 핀(154)이 케이블 커넥터(C) 상의 대응 핀(203)과 적절히 정렬되지 않을 경우인, 상이한 배향으로 상기 케이블 커넥터(C)를 상기 커넥터(C)에 연결하는 것을 방지한다. 또한, 전술한 바와 같이, 외부 플레이트(159)는 455 스테인리스 강으로 형성되어 외부 플레이트(159)를 통한 자속 및 자석(180, 182)과 자석(200, 202) 사이의 연결을 향상시킨다.

추적기(44) 및 LED(50)와 광학 센서(40) 사이의 시선 상의 에러를 검출하기 위한 에러 검출 시스템에 대한 예시적인 전기 회로도가, 여기에 참조로 병합된 "시선 오차를 표시 및 감소시키기 위한 내비게이션 시스템 및 방법"이라는 명칭의, 2014년 1월 16일 출원한, 미국 특허 출원 제14/156,856호에 도시되어 기술되어 있다.

전술한 설명에서 몇몇 실시형태들이 논의되었다. 그러나, 여기에서 논의된 실시형태들은 본 발명을 포괄적으로 나타내거나 임의의 특정 형태로 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 사용된 용어는 제한보다는 설명의 성격을 띤다. 전술한 설명에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하며, 본 발명은 구체적으로 기술된 것과 다르게 실시될 수 있다.

Claims

객체를 추적하기 위한 내비게이션 시스템과 함께 사용하기 위한 추적 장치로서, 상기 추적 장치는,
추적 헤드와;
상기 추적 헤드에 의해 지지되는 복수의 이미터들로서, 상기 이미터들의 각각은 광을 방출하도록 구성된, 상기 복수의 이미터들과;
상기 복수의 이미터들 위에 배치되는 복수의 렌즈들로서, 상기 렌즈들의 각각은 아치형 내면과 상기 아치형 내면으로부터 등거리로 이격되어 균일한 외벽 두께를 정의하는 아치형 외면을 구비한 외벽을 갖는, 상기 복수의 렌즈들을 포함하고,
상기 이미터들로부터 방출된 광이 상기 광의 굴절을 최소화하도록 상기 아치형 내면에 수직인 상기 외벽을 관통하게 상기 렌즈들의 각각은 상기 이미터들에 대하여 배열되는, 추적 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 렌즈들의 각각은 돔 형상을 갖는, 추적 장치.
제 1 항 내지 제 2 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈들의 각각은 사파이어로 형성되는, 추적 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 이미터들의 각각은 적외선 발광 다이오드의 다이를 포함하는, 추적 장치.
제 4 항에 있어서, 복수의 이미터 지지 어셈블리들을 포함하고, 상기 이미터 지지 어셈블리들의 각각은 상기 다이들 중 하나를 지지하는, 추적 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 이미터 지지 어셈블리들의 각각은 상기 다이들 중 상기 하나를 수용하기 위한 반사기 헤드를 포함하는, 추적 장치.
제 5 항 또는 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 이미터 지지 어셈블리들의 각각은 베이스와, 다결정 세라믹 물질로 상기 베이스에 밀봉된 구리/베릴륨으로 적어도 부분적으로 형성되는 핀을 포함하는, 추적 장치.
제 5 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈들은 상기 이미터 지지 어셈블리들에 솔더링되는, 추적 장치.
제 5 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 추적 헤드는 제 1 하우징 및 상기 제 1 하우징에 연결되어 내부 챔버를 정의하는 제 2 하우징을 포함하는, 추적 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 이미터 지지 어셈블리들의 각각은 상기 제 1 하우징에 레이저 용접되는, 추적 장치.
제 9 항 또는 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 챔버 내에 배치되고 상기 내부 챔버 내부에 밀폐식으로 밀봉된 제어기를 포함하는, 추적 장치.
제 9 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 하우징은 적어도 부분적으로 티타늄으로 형성된 용접 링을 포함하는, 추적 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 제 1 하우징은 적어도 부분적으로 티타늄으로 형성된 리드(lid)를 포함하는, 추적 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 하우징은 상기 용접 링과 상기 리드 사이에 배치된 라이트 링(light ring)을 포함하는, 추적 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 리드 및 상기 용접 링은 상기 라이트 링에 납땜(braze)되는, 추적 장치.
제 14 항 또는 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 라이트 링을 통해 광을 방출하도록 배열된 적어도 하나의 광원을 포함하는, 추적 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원은 가시광을 방출하도록 구성된 발광 다이오드를 포함하는, 추적 장치.
제 9 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 하우징은 적어도 부분적으로 티타늄으로 형성되는, 추적 장치.
제 9 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 전력 및 통신 채널들 중 적어도 하나를 상기 추적 장치에 연결하기 위한 커넥터를 포함하는, 추적 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 커넥터는 복수의 핀들, 상기 핀을 위한 지지 구조체, 유동 케이블, 및 상기 제 2 하우징 및 상기 지지 구조체에 용접되는 폭발 결합된(explosion bonded) 스테인리스 강 및 티타늄으로 형성된 부싱(bushing)을 포함하는, 추적 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 제 2 하우징에 용접되는, 추적 장치.
제 20 항 또는 제 21 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 커넥터는 케이블 커넥터로의 연결을 용이하게 하도록 구성된 한 쌍의 자석들을 포함하고, 상기 한 쌍의 자석들은 상기 지지 구조체를 향하여 반대 극성을 갖도록 배치되는, 추적 장치.
제 22 항에 있어서, 상기 한 쌍의 자석들과 함께 사용하기 위한 플럭스 리턴 플레이트(flux return plate)를 포함하는, 추적 장치.
제 1 항 내지 제 23 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈들의 각각에 도포된 반사 방지 피막을 포함하는, 추적 장치.
객체를 추적하기 위한 내비게이션 시스템으로서, 상기 내비게이션 시스템은,
추적 헤드와;
상기 추적 헤드에 의해 지지되는 복수의 이미터들로서, 상기 이미터들의 각각은 광을 방출하도록 구성된, 상기 복수의 이미터들과;
상기 복수의 이미터들 위에 배치되는 복수의 렌즈들로서, 상기 렌즈들의 각각은 아치형 내면과 상기 아치형 내면으로부터 등거리로 이격되어 균일한 외벽 두께를 정의하는 아치형 외면을 구비한 외벽을 갖고, 상기 이미터들로부터 방출된 광이 상기 광의 굴절을 최소화하도록 상기 아치형 내면에 수직인 상기 외벽을 관통하게 상기 렌즈들의 각각은 상기 이미터들에 대하여 배열되는, 상기 복수의 렌즈들과;
상기 이미터들로부터 방출된 상기 광을 수신하여 상기 객체의 위치 및 방향을 결정하는 로컬라이저를 포함하는, 내비게이션 시스템.
객체를 추적하기 위한 내비게이션 시스템과 함께 사용하기 위한 추적 장치를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
베이스에 대해 소정의 z-축 높이에서 상기 베이스에 복수의 이미터들을 조립하는 단계로서, 상기 이미터들의 각각은 광을 방출하도록 구성되는, 상기 단계와;
상기 복수의 이미터들 상에 복수의 렌즈들을 위치하는 단계로서, 상기 렌즈들의 각각은 아치형 내면과 상기 아치형 내면으로부터 등거리로 이격되어 균일한 외벽 두께를 정의하는 아치형 외면을 구비한 외벽을 갖는, 상기 단계를 포함하고,
상기 이미터들로부터 방출된 광이 상기 광의 굴절을 최소화하도록 상기 아치형 내면에 수직인 상기 외벽을 관통하게, 상기 복수의 렌즈들의 각각은 x-y 평면에서 상기 이미터들에 대하여 위치되는, 방법.