WO2018190565A1 - 어댑터, 및 그 어댑터를 포함한 광학 추적 장치 - Google Patents

어댑터, 및 그 어댑터를 포함한 광학 추적 장치 Download PDF

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WO2018190565A1
WO2018190565A1 PCT/KR2018/004007 KR2018004007W WO2018190565A1 WO 2018190565 A1 WO2018190565 A1 WO 2018190565A1 KR 2018004007 W KR2018004007 W KR 2018004007W WO 2018190565 A1 WO2018190565 A1 WO 2018190565A1
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WO
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adapter
marker
holder
lens
pattern
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PCT/KR2018/004007
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홍종규
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주식회사 고영테크놀러지
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    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
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    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
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    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems

Definitions

  • the technical idea of the present invention relates to an adapter to which a device of a specific use can be mounted, and more particularly, to an adapter to which a marker for positioning tracking can be mounted and an optical tracking device including the adapter.
  • an optical tracking system can be used to track the position of an object.
  • optical tracking systems can be utilized to track objects in real time in equipment such as surgical robots.
  • the optical tracking system typically includes a plurality of markers mounted on an object requiring position tracking, and imaging units for imaging light reflected by the markers, and mathematically calculating the information obtained from the imaging units to obtain location information. Will be obtained.
  • the markers are not mounted in the correct posture on the object, the imaging capability by the imaging unit may be degraded, and the precision of position detection of the entire optical tracking system may be inferior.
  • Background art of the present invention is a marker for measuring position and attitude of Korean Patent Publication No. 10-1627813 (May 31, 2016), 'Optical tracking system' of No. 10-1487248 (January 22, 2015), No. 10- 1406220 (2014.06.03) 'Optical tracking system and tracking method using the same' is disclosed.
  • the technical idea of the present invention is to provide an adapter in which medical markers can be easily mounted in a correct position and posture, and an optical tracking device including the adapter.
  • the technical idea of the present invention is a body portion having a structure that can be accommodated by combining a position tracking marker (marker); And projections protruding from the front surface of the body portion, wherein the projections restrict the movement in the first direction of the marker and the movement in the second direction perpendicular to the first direction, thereby positioning the marker in the body portion.
  • Mounting unit to guide the mounting; And a target coupling portion extending from the body portion and coupled to an object for which position tracking is required.
  • the mounting element is required to be coupled to the object is mounted, the body portion having a structure corresponding to the appearance of the mounting element; And projections protruding from the front surface of the body portion, the projections restricting the movement in the first direction of the mounting element and the movement in the second direction perpendicular to the first direction, thereby connecting the mounting element to the body portion.
  • Mounting unit for inducing mounting to a set position; And a target coupling portion extending from the body portion and coupled to the object.
  • a marker having a patterned pattern portion, a lens portion for injecting light into the pattern portion, and a holder for accommodating the pattern portion and the lens portion therein;
  • An adapter coupled to the object for which location tracking is desired and mounted with the marker; At least one imaging unit that receives parallel light of the pattern from the marker and forms an enlarged pattern image;
  • a processor configured to compare the pattern image with a pre-stored reference image to calculate a position and a direction of the marker, wherein the adapter comprises: a body portion having the marker mounted thereon and having a structure corresponding to the marker; Protrusions protruding from the front surface, wherein the protrusions guide the marker to a predetermined position of the body part by limiting movement in the first direction of the marker and movement in the second direction perpendicular to the first direction. It provides an optical tracking device comprising a mounting portion for mounting, and a target coupling portion extending from the body portion to couple to the object.
  • Adapter according to the technical idea of the present invention can be easily combined with the mounting element, and can accurately maintain the position and posture of the mounted mounting element.
  • the adapter according to the technical concept of the present invention is a marker mounting adapter
  • the adapter can be easily coupled with the holder of the marker and can accurately maintain the position and posture of the mounted marker.
  • the adapter includes a body portion having a through hole through which the protrusion of the holder of the marker can be inserted and a mounting portion for inducing the correct position and posture of the marker, so that the marker has a structure in which the protrusion of the holder is inserted into the through hole. It is easily mounted to the adapter and can also be mounted to the adapter in the correct position and posture via the mounting portion.
  • the adapter according to the technical idea of the present invention is a marker mounting adapter
  • the marker is easily mounted in the correct position and posture on the adapter, thereby simplifying the installation of the optical tracking device including the adapter and the marker, and precisely detecting the position. Can improve.
  • FIG 1A-1C are perspective and plan views of an adapter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A and 2B are perspective views showing the structure of a marker mounted to the adapter of FIG. 1A.
  • 3A to 3C are plan views illustrating a structure in which the marker of FIG. 2A is coupled to the adapter of FIG. 1A.
  • 4A and 4B are plan views of adapters according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing another structure of the marker mounted to the adapter of FIG. 1A.
  • 6A to 6C are conceptual diagrams illustrating a light intensity control marker according to one embodiment of the present invention.
  • 7A to 7C are cross-sectional views illustrating various structures of the light intensity control marker of FIG. 6A in detail.
  • 8A to 8C are cross-sectional views illustrating various structures of the light intensity control marker of FIG. 6B in detail.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating in detail the structure of the light intensity control marker of FIG. 6C.
  • FIGS. 10A and 10B are side views of a light intensity control marker including a holder in accordance with one embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram of an optical tracking device including an adapter according to an embodiment of the present invention.
  • a body portion having a structure that can be accommodated by combining a position tracking marker (marker); And projections protruding from the front surface of the body portion, wherein the projections restrict the movement in the first direction of the marker and the movement in the second direction perpendicular to the first direction, thereby positioning the marker in the body portion.
  • Mounting unit to guide the mounting; And a target coupling portion extending from the body portion and coupled to an object for which position tracking is required.
  • FIG. 1a to 1c are perspective views of the adapter according to an embodiment of the present invention
  • Figure 1a is a perspective view from the front of the adapter
  • Figure 1b is a perspective view from the back
  • Figure 1c is a plan view from the front of the adapter .
  • the adapter 100 of the present exemplary embodiment may include a body 110, a mounting unit 120, a target coupling unit 130, and at least one adapter magnet 140. .
  • the body portion 110 may have a circular ring shape in which a through hole TH is formed at a center thereof.
  • the body 110 may have a form similar to a cylinder except for a through hole TH.
  • the body portion 110 may include a front surface 110f, a rear surface 110b, and a side surface 110s.
  • the body portion 110si may include an inner surface 110si surrounding the through hole TH. It may include an outer surface (110so) constituting the outer surface of the body portion (110).
  • the horizontal cross section of the through hole TH of the body part 110 may have a circular shape.
  • the protrusion of the mounting element may be inserted and accommodated in the through hole TH.
  • the mounting element may be, for example, a marker (200 in FIG. 2A), and when the marker 200 is mounted to the adapter 100, the protrusion 214 of the holder 210 of the marker 200 is formed through the through hole TH. ) Can be inserted. Therefore, the horizontal cross section of the through hole TH may vary depending on the shape of the protrusion of the mounting element.
  • the protrusion of the mounting element has the form of a polygonal column such as a triangular prism or a square pillar
  • the horizontal cross section of the through hole TH has a polygonal shape corresponding to the shape of the protrusion of the mounting element.
  • the mounting element is not limited to the marker.
  • the adapter of the present embodiment may correspond to a universal adapter as a medium for coupling the mounting element to the object.
  • Body portion 110 may be formed of a material resistant to temperature changes or external forces.
  • the body part 110 may be formed of a rigid plastic such as polyvinyl chloride (PVC), poly-ethyllen terephthalate (PET), poly-carbonate (PC), or acrylic.
  • PVC polyvinyl chloride
  • PET poly-ethyllen terephthalate
  • PC poly-carbonate
  • acrylic acrylic
  • the material of the body 110 is not limited to the above materials.
  • the body portion 110 may be formed of a dark material having a low reflectance in order to improve the incident efficiency of the light to the marker 200 as the mounting element and the detection efficiency of the light emitted from the marker.
  • the mounting part 120 may be disposed in the body part 110 around the through hole TH, and may include protrusions protruding from the front surface 110f of the body part 110.
  • the mounting part 120 includes three protrusions 120-1, 120-2, and 120-3, for example, a first protrusion 120-1, a second protrusion 120-2, and a third protrusion 120-3. ) May be provided.
  • the first to third protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 may function as stoppers for the marker 200.
  • the holder 120 allows the marker 200 to be coupled in the correct position and posture when the marker 200 is mounted on the adapter 100.
  • the front surface 110f of the body portion 110 corresponds to a reference surface coupled with the holder 210 of the marker 200, and in the xyz coordinate system, the front surface 110f is the xz plane.
  • the first protrusion 120-1 and the second protrusion 120-2 are the same as the first coordinate x1 and the second coordinate x2 on the x-axis, and the same on the z-axis. It may be arranged at the position of the level L1.
  • the third protrusion 120-3 may be disposed at the third coordinate x3 in the x-axis and at the position of the second level L2 higher than the first level L1 in the z-axis.
  • the first protrusion 120-1 and the second protrusion 120-2 engage with the supporting coupling structure portion of the holder 210 of the marker 200 to limit the movement along the z-axis direction of the marker 200. It can function to level the 200.
  • the third protrusion 120-3 may engage with the supporting coupling structure portion of the holder 210 of the marker 200 to limit the movement along the x-axis direction of the marker 200 to adjust the position on the x-axis. can do.
  • the support coupling structure of the holder 210 is formed of a recessed area RA having a step relative to the front surface 212f of the holder body 212, as shown in FIG. 2A, the holder of the marker 200.
  • the lower stepped portion 212st1 of the recess area RA of 210 is supported while being in contact with the first protrusion 120-1 and the second protrusion 120-2, thereby lowering the stepped portion 212st1.
  • the height of the z-axis may be adjusted to the first level L1.
  • the side step portion (212st2 in FIG. 2A) of the recess area RA of the holder 210 of the marker 200 is supported while being in contact with the third protrusion 120-3, thereby preventing the side step portion 212st2.
  • the position of the x-axis may be aligned with the third coordinate (x3) part.
  • the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 of the mounting part 120 may be disposed to be coupled to the body part 110 in a structure penetrating the body part 110.
  • the coupling structure of the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 is not limited thereto.
  • the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 may be coupled to the body portion 110 in a structure in which only a portion of the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 is inserted into the body portion 110.
  • the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 may have a structure in which the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 are integrally coupled with the body 110 through injection molding.
  • the three-dimensional structure of the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 of the mounting portion 120 has a cylindrical shape, three of the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 are formed.
  • the dimensional structure is not limited thereto.
  • the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 may be formed in a columnar structure such as a triangular prism or a square prism.
  • the number and arrangement positions of the protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 of the mounting portion 120 are not limited to three and the arrangement positions described above.
  • the protrusions of the mounting part 120 may be variously changed according to the structure of the body part 110 and the structure of the holder 210 of the marker 200.
  • the target coupling part 130 may include an extension part 130e and a horizontal part 130h.
  • the extension part 130e may extend in one direction from the body part 110 in parallel to the front surface 110f or the rear surface 110b of the body part 110.
  • one direction may be a z-axis direction on the x-z plane.
  • the direction in which the extension 130e extends is not limited to the z-axis direction.
  • the horizontal portion 130h may extend in a direction perpendicular to the front surface 110f of the body portion 110, that is, in the y-axis direction perpendicular to the x-z plane, at the end of the extension portion 130e.
  • the horizontal portion 130h may extend in a direction that the front surface 100f of the body portion 110 faces.
  • the present invention is not limited thereto, and the horizontal portion 130h may extend in the direction in which the rear surface 110b of the body portion 110 faces.
  • the adapter 100 may be coupled to the target object through the horizontal portion 130h of the target coupling part 130.
  • the object may be a mounting element such as an object (Ob of FIG. 11) to which a marker is mounted and tracking is required.
  • a coupling structure such as a screw groove Hs is formed in the horizontal portion 130b, and the adapter 100 can be coupled to the object by screwing the horizontal portion 130h to the object through the screw groove Hs.
  • the coupling structure formed in the horizontal portion 130h is not limited to the screw groove.
  • a structure for hook coupling, snap coupling, or the like may be formed in the horizontal portion 130h.
  • the object has a protruding structure
  • the protruding structure of the object is inserted into the groove of the rear portion of the extension portion 130e, so that the adapter 100 is more firmly attached to the object. Can be combined.
  • At least one adapter magnet 140 may be disposed in a structure embedded in the body portion (110). As shown in FIG. 1A, the top surface of the at least one adapter magnet 140 may be exposed through the front surface 110f of the body portion 110. The at least one adapter magnet 140 may be disposed in a structure completely embedded in the body portion 110 without exposing the upper surface. In one embodiment, at least one adapter magnet 140 may be arranged symmetrically with respect to the center of the through hole TH. In the adapter 100 of the present embodiment, the at least one adapter magnet 140 may include first and second adapter magnets 140a and 140b. Of course, the number of the at least one adapter magnet 140 is not limited to two.
  • At least one adapter magnet 140 may be disposed three or more, in some cases, only one may be disposed or omitted.
  • the first and second adapter magnets 140a and 140b may be symmetrically disposed with respect to the center of the through hole TH.
  • the first and second adapter magnets 140a and 140b may be asymmetrically disposed with respect to the center of the through hole TH.
  • the at least one adapter magnet 140 is formed by a magnetic force and at least one holder magnet 230 disposed inside the holder 210 of the marker 200 when the marker 200 is mounted to the adapter 100. Can be combined. Thus, when the marker 200 is mounted to the adapter 100, at least one adapter magnet 140 and at least one holder magnet 230 may provide a coupling force between the marker 200 and the adapter 100. Can be.
  • the first adapter magnet 140a is disposed at a position of the third level L3 higher than the second level L3 in the z axis, and the second adapter magnet 140b is disposed in the third axis in the z axis. It may be disposed at the position of the fourth level L4 higher than the level L3. As such, the first and second adapter magnets 140a and 140b may not be aligned with the first and second holder magnets 230a and 230b of FIG. 2A.
  • first adapter magnet 140a is coupled to the first holder magnet 230a of FIG. 2A by magnetic force
  • second adapter magnet 140b is coupled to the magnetic force of the second holder magnet 230b of FIG. 2A. Can be combined.
  • first adapter magnet 140a and the first holder magnet 230a may not be aligned with each other, while the second adapter magnet 140b and the second holder magnet 230b are aligned with each other. Can be.
  • first adapter magnet 140a and the first holder magnet 230a may be aligned with each other and the second adapter magnet 140b and the second holder magnet 230b may not be aligned with each other. .
  • first adapter magnet 140a and the first holder magnet 230a may not be aligned with each other, and the second adapter magnet 140b and the second holder magnet 230b may not be aligned with each other. .
  • the coupling between the adapter 100 and the marker 200 may be further strengthened.
  • the first holder magnet 230a of the marker 200 may be the first adapter magnet 140a of the adapter 200.
  • the second holder magnet 230b of the marker 200 is the second of the adapter 200.
  • a strong magnetic force may be received from the adapter magnet 140b in the ⁇ z axis direction and / or + x axis direction of FIG. 1C, and thus, the recess area RA of the marker 200 may be mounted on the mounting portion of the adapter 100. More tightly in contact with 120).
  • the expression that the magnets are aligned with each other is based on a relative positional relationship in which when the magnets of different polarities are in close contact with each other, as long as there is no external force applied to the magnets, a stable and neutral close state can be maintained. It means that there is.
  • the expression that the magnets are not aligned with each other indicates that when magnets of different polarities are in close contact with each other, there is a relative positional relationship that tries to be close to each other until there is no external force applied to the magnets, until they are stable and neutral. Means. Whether or not the magnets are aligned should be understood in context, taking into account tolerance ranges and manufacturing errors.
  • the magnets are similar in shape and size and can be considered aligned when their centers coincide on the x-z plane of FIG. 1C.
  • the magnets are similar in shape and size but are not aligned when their respective centers have intentional deviations in the x or z axis of FIG. 1C.
  • the center of the first adapter magnet 140a and the center of the first holder magnet 230a may not coincide with each other, and thus, the first adapter
  • the center of the magnetic force on the magnet 140a and the center of the magnetic force on the first holder magnet 230a may not coincide with each other.
  • the center of the first adapter magnet 140a may be disposed below the center of the first holder magnet 230a (eg, in the -z axis direction of FIG. 1C), and specifically, the first protrusion ( 120-1).
  • the first holder magnet 230a is moved by the magnetic force between the first holder magnet 230a and the first adapter magnet 140a in a direction in which the marker 200 is in contact with the mounting part 120. This becomes stronger, and thus, the marker 200 may be stably mounted on the mounting portion 120, and the coupling between the marker 200 and the adapter 100 may be strengthened.
  • the center of the second adapter magnet 140b and the center of the second holder magnet 230b may not coincide with each other, and thus, the second adapter magnet
  • the center of magnetic force on 140b and the center of magnetic force on second holder magnet 230b may not coincide with each other.
  • the center of the second adapter magnet 140b may be disposed below the center of the second holder magnet 230b (eg, in the -z axis direction of FIG. 1C), and specifically, the third protrusion ( 120-3).
  • the second holder magnet 230b is moved by the magnetic force between the second holder magnet 230b and the second adapter magnet 140b in a direction in which the marker 200 is in contact with the mounting part 120.
  • FIGS. 3A to 3C are plan views illustrating a structure in which the marker of FIG. 2A is coupled to the adapter of FIG. 1A.
  • 3A is a plan view from the front of the fourth mark P4 after the marker is mounted on the adapter
  • FIG. 3B is a plan view from the front of the third mark P3, according to one embodiment
  • FIG. 3C is another According to an embodiment, it is a plan view seen from the front of the third mark P3.
  • the marker 200 mounted on the adapter 100 includes a holder 210, first and second holder magnets 230a and 230b, and a lens unit ( 240 and the pattern portion 250 of FIG. 6A and the like.
  • the holder 210 may have a structure for receiving and supporting the lens unit 240 and the pattern unit 250 therein.
  • the holder 210 includes a holder body 212 and the protrusion 214, the outer shape may have a substantially cylindrical shape.
  • the holder body 212 may have a front surface 212f, a side surface 212s, and a rear surface 212b.
  • the front surface 212f of the holder body 212 may correspond to a coupling surface coupled to the front surface 110f of the adapter 100.
  • a recess area RA may be formed at an outer portion of the front surface 212f of the holder body 212.
  • the lower surface 212RAb of the recess area RA may have a step with the front surface 212f of the holder body 212.
  • the lower stepped portion 212st1 and the side stepped portion 212st2 may be formed in the recess area RA.
  • the lower stepped portion 212st1 may extend along the x-axis in response to the first level (L1 of FIG. 1C) in the z-axis on the x-z plane.
  • the side step portion 212st2 may extend along the z-axis corresponding to the third coordinate (x3 in FIG.
  • the first protrusion 120-1 and the second protrusion 120-2 of the mounting portion 120 contact the lower stepped portion 212st1.
  • the holder body 121 may be disposed in the recess area RA and may support the holder body 121 through the lower stepped portion 212st1.
  • the third protrusion 120-3 of the mounting part 120 is inserted into the recess area RA while contacting the side stepped part 212st2, and supports the holder body 121 through the side stepped part 212st2. can do.
  • the side step portion 212st2 may extend only a portion of the z-axis, and then be vertically folded to extend the x-axis. However, depending on the position of the first and second holder magnets 230a and 230b, the side step portion 212st2 may extend only in the z-axis without being bent in the x-axis.
  • the recessed area RA is generally formed along the outer edge of the holder body 212, the recessed area RA is formed only in the lower stepped portion 212st1 and the side stepped portion 212st2 and is formed in another part. It may not be.
  • the side surfaces 212s of the holder body 212 may have the same shape as the side surfaces of the cylinder, and the plurality of marks P1, P2, P3, and P4 may be disposed at equal intervals along the side surfaces of the cylinder. In other words, when the plurality of marks P1, P2, P3, and P4 constitute one circle, the plurality of marks P1, P2, P3, and P4 may be disposed at 90 ° intervals from the circle. .
  • the direction of the lens unit 240 of the marker 200 using the plurality of marks P1, P2, P3, and P4 is approximate. Can be visually identified and the marker 200 can be easily mounted at a predetermined location on the adapter 100.
  • the rear surface 212b of the holder body 212 may have a smaller area than the front surface 212f. Accordingly, the inclined surface 212bs may connect the rear surface 212b and the side surface 212s. In some cases, the area of the front surface 212f and the rear surface 212b of the holder body 212 may be substantially the same, and there may be no inclined surface.
  • the protrusion 214 may be disposed at the center portion of the front surface 212f of the holder body 212. At least one lens belonging to the lens unit 240 may be disposed in the protrusion 214. The lens may be exposed through the open hole OH of the front surface 214f of the protrusion 214, and light may be incident and emitted through the exposed lens. Accordingly, the open hole OH portion of the front surface 214f of the protrusion 214 may correspond to a kind of aperture.
  • the protrusion 214 may have a structure that protrudes in a cylindrical form from the front surface 212f of the holder body 212.
  • the structure of the protrusion 214 is not limited.
  • the protrusion 214 may have a polygonal pillar shape.
  • the shape of the through hole TH of the adapter 100 may be changed correspondingly.
  • the first and second holder magnets 230a and 230b may be disposed in a structure buried in the front surface 212f of the holder body 212.
  • the first and second holder magnets 230a and 230b are formed by magnetic force with the first and second adapter magnets 140a and 140b of the adapter 100 when the marker 200 is mounted to the adapter 100.
  • Each can be combined. Accordingly, the number and positions of the first and second holder magnets 230a and 230b and the first and second adapter magnets 140a and 140b may correspond to each other. Meanwhile, in FIG.
  • first and second holder magnets 230a and 230b are disposed in a structure completely embedded in the holder 210, the first and second adapter magnets 140a and 140b are different. It may be buried in a structure that one surface is exposed, such as).
  • the lens unit 240 may include at least one lens.
  • the lens unit 240 may inject light into the pattern of the pattern unit 250 of FIG. 6A through at least one lens.
  • the number of lenses constituting the lens unit 240, a coupling structure, or the like may be variously changed.
  • the lens unit 240 may include lenses of an appropriate number and an appropriate coupling structure corresponding to the planar pattern or the curved pattern on the pattern unit 250.
  • a pattern for calculating the position and direction of the marker 200 may be formed in the pattern unit 250.
  • the pattern may be, for example, a planar pattern or a curved pattern.
  • the method of calculating the position and direction of the marker using the pattern is already known, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the first to third protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 of the mounting part 120 of the adapter 100 may include the recesses RA of the holder 210.
  • the holder 210 may be disposed in contact with the stepped portions 212st1 and 212st2.
  • the marker 200 that is, the holder 210, may be mounted with the correct position and posture on the adapter 100.
  • the first and second holder magnets 230a and 230b are coupled to the corresponding first and second adapter magnets 140a and 140b by magnetic force, respectively, so that between the marker 200 and the adapter 100. It can provide a firm coupling force.
  • Adapter 100 of the present embodiment can be easily combined with the mounting element, and can accurately maintain the position and posture of the mounted mounting element.
  • the adapter 100 of the present embodiment is a marker mounting adapter
  • the adapter 100 may be easily coupled with the holder 210 of the marker 200, and the position and posture of the mounted marker 200 may be adjusted. It can be kept accurate.
  • the correct position of the body part 110 and the marker 200 in which the through hole TH, through which the protrusion 214 of the holder 210 of the marker 200 can be inserted is formed. And it may include a cradle 120 for inducing posture.
  • the marker 200 is mounted to the adapter 100 in a structure in which the protrusion 214 of the holder 210 is inserted into the through hole TH, and also in the correct position and posture through the holder 120. It may be mounted to the adapter 100.
  • the adapter 100 of the present embodiment can contribute to simplifying the installation of the optical tracking device due to its structural features and maintaining the optical tracking device firmly from external impact or damage.
  • the first holder magnet 230a may not be aligned with the first adapter magnet 140a.
  • the center of the first adapter magnet 140a and the center of the first holder magnet 230a may not coincide with each other, and thus, the first adapter
  • the center of the magnetic force on the magnet 140a and the center of the magnetic force on the first holder magnet 230a may not coincide with each other.
  • the center of the first adapter magnet 140a may be disposed below the center of the first holder magnet 230a (eg, in the -z axis direction of FIG. 1C), and specifically, the first protrusion ( 120-1).
  • the first holder magnet 230a is moved by the magnetic force between the first adapter magnet 140a and the first holder magnet 230a in the direction in which the marker 200 comes into contact with the mounting part 120. As this becomes stronger, the marker 200 may be stably mounted on the first protrusion 120-1, and the coupling between the adapter 100 and the marker 200 may be strengthened.
  • the center of the second holder magnet 230b and the center of the second adapter magnet 140a may not be aligned in a plan view viewed from the front of the first mark P1.
  • FIGS. 1A and 3B are plan views of adapters according to embodiments of the present invention and may correspond to FIG. 1C. Descriptions already described in FIGS. 1A to 3B will be briefly described or omitted.
  • the adapter 100a of the present embodiment may be different from the adapter 100 of FIG. 1A in the form of the body portion 110 ′.
  • the body portion 110 of the adapter 100 of Figure 1a has a circular ring shape
  • the body portion 110 'of the adapter 100a of the present embodiment may have a ring shape of the rectangular shape.
  • the through hole TH is formed in the center of the body part 110 ', and the mounting part 120 and the adapter magnet 140 are disposed in the body part 110' around the through hole TH.
  • the structure in which the target coupling portion 130 extends from the body portion 110 ′ may be substantially the same as in the structure of the adapter 100 of FIG. 1A.
  • the adapter 100b of the present embodiment may be different from the adapter 100 of FIG. 1A in the form of the body portion 110 ′′.
  • the body portion of the adapter 100 of FIG. 110 has a circular ring shape
  • the body portion 110 "of the adapter 100b of the present embodiment may have a ring shape having a hexagonal shape.
  • the structure of the through hole TH, the mounting part 120, the adapter magnet 140, and the target coupling part 130 may be substantially the same as that of the adapter 100 of FIG. 1A.
  • the through hole TH is disposed at the center, and various types of body parts, such as an elliptic ring and a triangular ring, in which the mounting part and the magnet may be disposed at a predetermined position, may be employed in the adapter.
  • the shape of the through-hole TH may be changed according to the structure of the protrusion of the mounting element to be coupled, and also the number, structure, and arrangement position of the mounting portion, and the number and arrangement position of the adapter magnet may be variously changed. Yes is as described above.
  • FIG. 5 is a plan view showing another structure of the marker mounted to the adapter of FIG. 1A, showing the front portion of the holder of the marker.
  • FIG. Descriptions already described in FIGS. 1A to 3B will be briefly described or omitted.
  • the marker 200 ′ that can be coupled to the adapter (100 of FIG. 1A) of the present embodiment may be different from the marker 200 of FIG. 2A in the support coupling structure portion.
  • three insertion holes IH1, IH2, and IH3 may be formed in the holder body 212a of the holder 210a of the marker 200 ′ as a support coupling structure, instead of the recess area.
  • Each of the three insertion holes IH1, IH2, and IH3 may correspond to three protrusions 120-1, 120-2, and 120-3 of the mounting part 120 of the adapter 100.
  • the first protrusion 120-1 is the first insertion hole IH1
  • the second protrusion 120-2 is the second insertion hole IH2.
  • the third protrusion 120-3 may be inserted into the third insertion hole IH3.
  • the support coupling structure of the holder 210 of the marker 200 is not limited thereto.
  • the holder 120 of the adapter 100 is inserted to support the holder of the marker, all the supporting coupling structures of the holder capable of correctly inducing the position and posture of the marker may be employed in the marker.
  • 6A to 6C are conceptual diagrams illustrating a light intensity control marker according to one embodiment of the present invention.
  • the light intensity control marker 200a of the present embodiment may include a lens unit 240, a pattern unit 250, and a light intensity control unit 260.
  • the lens unit 240 may include at least one lens and emit light incident through the aperture Ap, that is, incident light Pin1 and Pin2, to the pattern unit 250.
  • the aperture Ap may be disposed in front of the incident surface of the lens unit 240 to define a cross-sectional area in which incident light Pin1 and Pin2 are incident on the incident surface of the lens unit 240.
  • the lens unit 240 refracts and transmits the incident light Pin1 and Pin2 through the lenses, thereby allowing the light to enter the pattern in the pattern unit 250.
  • the lens unit 240 may include only one lens or two or more lenses.
  • the lens unit 240 may include a plurality of lenses based on the concept of a lens group.
  • the lens unit 240 may include at least two lens groups spaced apart from each other, and each lens group may include at least one lens.
  • Embodiments in which the lens unit 240 has the concept of a lens group are illustrated in FIGS. 8A to 9.
  • the incident light Pin1 passing through the iris in parallel with the optical axis may be incident perpendicularly to the incident surface of the lens unit 240.
  • the incident surface of the lens unit 240 may be a plane.
  • the incident surface of the lens unit 240 may be a plane parallel to the opening surface of the aperture Ap.
  • the area of the exit surface of the lens unit 240 may be larger than the area of the incident surface of the first lens unit 240.
  • the pattern unit 250 may have a concave curved shape based on surfaces perpendicular to the incident lights Pin1 and Pin2.
  • the curved surface may be, for example, spherical or paraboloid.
  • a curved pattern (see P of FIG. 9) and a reflective layer (see 260R of FIG. 9) may be formed in the pattern unit 250.
  • Light incident on the pattern unit 250 may be reflected through the reflective layer. Since the curved pattern is present in the pattern unit 250, the curved pattern may be reflected in the light reflected by the pattern unit 250.
  • the curved pattern includes a transparent portion and an opaque portion, the light reflected from the pattern portion 250 may have different light intensities corresponding to the transparent portion and the opaque portion of the curved pattern.
  • the shape of the pattern portion 250 is not limited to the curved surface in the light intensity control marker 200a of the present embodiment.
  • the pattern portion 250 may have a planar shape, and thus, the pattern in the pattern portion 250 may also have a planar shape.
  • the light intensity controller 260 may be disposed between the lens unit 240 and the pattern unit 250.
  • the light intensity adjusting unit 260 reduces the light amount of the light Pin1 incident near the optical axis, that is, the light intensity, and keeps the intensity of the light Pin2 incident far from the optical axis substantially the same, or at least Can be reduced.
  • the light Pin1 incident near the optical axis may refer to light incident in parallel with the optical axis
  • the light Pin2 incident far from the optical axis may refer to light incident at a predetermined angle with respect to the optical axis. have.
  • the light intensity adjusting unit 260 appropriately adjusts the intensity of the light Pout1 of the center portion of the pattern portion 250 close to the optical axis and the intensity of the light Pout2 of the outer portion of the pattern portion 250 far from the optical axis. Can be adjusted. For example, compared with the case where there is no light intensity control unit 260, when the light intensity control unit 260 is included, the intensity of the light Pout1 at the central portion of the pattern unit 250 is 10% or more. The intensity of the light Pout2 in the outer portion of the pattern portion 250 may remain substantially the same or may be reduced to a minimum of 1% to 2%.
  • the light incident to the light intensity control marker 200a is reflected by the pattern portion 250 and emitted, the light emitted from the light intensity control marker 200a passes through the light intensity control unit 260 twice. . Therefore, in the light intensity control marker 200a of the present embodiment, light emitted from the light intensity control marker 200a is output at a uniform intensity in a portion close to the optical axis and a portion far from the optical axis.
  • the light transmission characteristic can be adjusted appropriately.
  • the light intensity controller 260 may be implemented through, for example, a gradient filter or a transparent film.
  • the gradient filter is also called a ND (neutral density) filter, the transmittance of light in the central portion close to the optical axis can be lower than the transmittance of light in the outer portion far from the optical axis.
  • the intensity of the light can be adjusted by adjusting the thickness of the portion where the light passes. For example, the decrease in the intensity of the light when the light passes through the transparent film through the long path may be large, and the decrease in the intensity of the light when the light passes through the transparent film through the short path.
  • a detailed configuration of the light intensity controller 260 will be described in more detail in the description of FIGS. 7A to 9.
  • the light passing through the lenses may be darker in the outer part farther from the optical axis than the central part close to the optical axis by vignetting effect.
  • the light passing through the lenses darkens in the outer portion
  • the light passing through the lenses of the lens unit 240 and entering the pattern portion 250 may also be bright in the center portion and dark in the outer portion.
  • the difference in the light intensity between the center portion and the outer portion of the pattern portion 250 may act as a cause of the inaccurate imaging of the pattern on the pattern portion 250 in the imaging unit (500 in FIG. 11), and thus Errors can be caused in the calculation of position and orientation.
  • the light intensity control marker 200a of the present exemplary embodiment includes the light intensity control unit 260 disposed between the lens unit 240 and the pattern unit 250, whereby the center portion and the optical axis of the pattern unit 250 close to the optical axis are provided.
  • the size of the light intensity in the outer portion of the pattern portion 250 far from the can be adjusted appropriately. Accordingly, the light intensity control marker 200a of the present embodiment can improve the imaging ability for the pattern in the imaging unit 500 of the optical tracking device (1000 in FIG. 11), and also adjust the position and orientation of the marker. It can be calculated accurately.
  • the light intensity control marker 200b of the present embodiment includes the lens unit 240 having at least two lens groups 240-1 and 240-2, and the light intensity control unit 260 at least. It may be different from the structure of the light intensity control marker 200a of FIG. 6A in that it is disposed between two lens groups 240-1 and 240-2.
  • the lens unit 240 includes a first lens group 240-1 and a second lens group 240-2, and the light intensity controller 260. May be disposed between the first lens group 240-1 and the second lens group 240-2.
  • Each of the first lens group 240-1 and the second lens group 240-2 may include at least one lens.
  • the lens unit 240 includes two lens groups 240-1 and 240-2, but may be provided with three or more lens groups.
  • the light intensity controller 260 may be disposed between at least one of two adjacent lens groups.
  • the function of the light intensity control unit 260 is as described in the description of FIG. 6A. Accordingly, the light intensity controller 260 relatively decreases the intensity of the light Pin1 incident near the optical axis and keeps the intensity of the light Pin2 far away from the optical axis substantially the same or at a minimum. By doing so, the intensity of the light Pout1 of the center portion of the pattern portion 250 and the intensity of the light Pout2 of the outer portion of the pattern portion 250 can be appropriately adjusted.
  • the light intensity control marker 260a is disposed on the rear surface 250b of the pattern portion 250. It may be different from the structure of 200a).
  • the light intensity control unit 260a may be disposed in a film form on the rear surface 250b of the pattern unit 250.
  • the pattern portion 250 does not have a reflective layer, instead the reflective layer 260R may be formed on the back of the light intensity control unit 260a.
  • a reflective layer may be provided on the pattern unit 250.
  • the light incident on the front surface 250f of the pattern portion 250 is reflected from the reflective layer 260R disposed on the rear surface of the light intensity control portion 260a, but the light intensity adjustment is performed. It may pass through the portion 260a twice. Accordingly, in the light intensity control marker 200c of the present embodiment, the intensity of the light Pout1 of the center portion of the pattern portion 250 and the light Pout2 of the outer portion may be adjusted through the light intensity adjusting portion 260a. Can be.
  • FIG. 7A to 7C are cross-sectional views illustrating various structures of the light intensity control marker of FIG. 6A in detail. Descriptions already described in the description of FIG. 6A will be briefly described or omitted.
  • the lens unit 240a1 may include two lenses 242 and 244.
  • the lens unit 240a1 may include a first lens 242 and a second lens 244, and may have a structure in which an incident surface of the second lens 244 is coupled to an exit surface of the first lens 242.
  • the second lens 244 is a negative meniscus lens or a concave meniscus lens, wherein the curvature of the concave surface is greater than the curvature of the convex surface, and the concave surface may correspond to the groove of the hemisphere. Can be.
  • the light may be refracted while passing through the lenses 242 and 244 of the lens unit 240a, and the light intensity may be adjusted while passing through the light intensity adjusting unit 260 to enter the pattern unit 250.
  • the light reflected by the pattern unit 250 is emitted through the light intensity control unit 260 and the lenses 242 and 244 of the lens unit 240a, and the light intensity is again increased by the light intensity control unit 260.
  • the light emitted from the light intensity control marker 200a1 through two light intensity adjustments by the light intensity control unit 260 may maintain a uniform light intensity to some extent regardless of the distance from the optical axis.
  • the light intensity controller 260 may be implemented as, for example, a gradient filter. That is, based on the light transmission characteristics of the lenses of the lens unit 240a, a gradient filter in which the light transmittances of the center portion and the outer portion are appropriately adjusted may be used as the light intensity controller 260.
  • the gradient filter may be mounted attached to a separate device, or may be attached to the exit surface of the lens, for example, the second lens 244 in the form of a film.
  • the lens unit 240a2 may include three lenses 242, 244, and 246.
  • the lens unit 240a2 may include a first lens 242, a second lens 244, and a third lens 246, and the second lens 244 may be disposed on the exit surface of the first lens 242.
  • the incident surface may be coupled, and the incident surface of the third lens 246 may be coupled to the exit surface of the second lens 244.
  • the third lens 246 is a positive meniscus lens or a convex meniscus lens, and the curvature of the concave surface may be smaller than the curvature of the convex surface.
  • the light is refracted while passing through the lenses 242, 244, and 246 of the lens unit 240a2, and the light intensity is adjusted while passing through the light intensity adjusting unit 260 to enter the pattern unit 250.
  • the light reflected by 250 may be emitted from the light intensity control marker 200a2 through the same process.
  • the light intensity controller 260 may be implemented as, for example, a gradient filter.
  • the light intensity control marker 200a3 of the present embodiment has the light intensity control marker 260a attached to the lens unit 240a2 in the form of a transparent film. It may be different from (200a2).
  • the light intensity controller 260a may be disposed on the emission surface of the third lens 246 in the form of a transparent film.
  • the light intensity controller 260a in the form of a transparent film may have a transmittance varying according to a thickness of a path through which light passes. In other words, in the case of the gradient filter, the transmittance varies depending on the position even though the light passes through the path of the same thickness, but the light intensity control unit 260a of the transparent film depends on the thickness of the path through which the light passes regardless of the position.
  • the transmittance can vary.
  • the light intensity controller 260a may be formed in the form of a transparent film having substantially the same thickness as the first thickness T1c of the center portion and the first thickness T1e of the outer portion in the optical axis direction on the exit surface of the third lens 246. Can be formed.
  • the light passing through the lens unit 240a2 passes along the optical axis direction at the central portion of the third lens 246, and has a first angle ⁇ with respect to the optical axis at the outer portion of the third lens 246. Can pass. Therefore, in the center portion of the third lens 246, the path of light passing through the light intensity adjusting unit 260a in the form of a transparent film corresponds to the first thickness T1c, while the outside of the third lens 246 is outside.
  • a path through which light passes the light intensity controller 260a may correspond to the second thickness T2.
  • the light intensity control unit 260a is disposed on the exit surface of the third lens 246, but the arrangement position of the light intensity control unit 260a is limited thereto. It doesn't happen.
  • the light intensity controller 260a may be disposed on the emission surface of the first lens 242 or the second lens 244.
  • the light intensity controller 260a may be disposed on at least two exit surfaces of the first lens 242, the second lens 244, and the third lens 246.
  • the lens portion includes two or three lenses, the number of lenses of the lens portion is not limited thereto.
  • the lens unit may include one or four or more lenses.
  • FIGS. 6B and 7A to 7C are cross-sectional views illustrating various structures of the light intensity control marker of FIG. 6B in detail. Descriptions already described in FIGS. 6B and 7A to 7C will be briefly described or omitted.
  • the lens unit 240b1 may include two lens groups 240b1-1 and 240b1-2.
  • the lens unit 240b1 may include a first lens group 240b1-1 and a second lens group 240b1-2.
  • the first lens group 240b1-1 includes the first lens 242-1, the second lens 244-1, and the third lens 246-1, and the first lens 242-1.
  • An incident surface of the second lens 244-1 may be coupled to an emission surface of the second lens 244-1
  • an incident surface of the third lens 246-1 may be coupled to the emission surface of the second lens 244-1.
  • the second lens group 240b1-2 may include one lens.
  • the light intensity control unit 260 may be disposed between the first lens group 240b1-1 and the second lens group 240b1-2. After the light is refracted while passing through the lenses 242-1, 244-1, and 246-1 of the first lens group 240b1-1, and the light intensity is adjusted while passing through the light intensity adjusting unit 260, The light incident on the pattern unit 250 through the second lens group 240b1-2 may be emitted from the light intensity control marker 200b1 through the same process.
  • the light intensity controller 260 may be implemented as, for example, a gradient filter, and the third lens 246-1 of the first lens group 240b1-1 in the form of a film or mounted in a separate device as described above. It may be bonded to the exit surface of the).
  • the lens unit 240b2 may include two lens groups 240b2-1 and 240b2-2.
  • the lens unit 240b2 may include a first lens group 240b2-1 and a second lens group 240b2-2.
  • the first lens group 240b2-1 includes a first lens 242-1, a second lens 244-1, and a third lens 246-1, and the first lens 242-1.
  • An incident surface of the second lens 244-1 may be coupled to an emission surface of the second lens 244-1
  • an incident surface of the third lens 246-1 may be coupled to the emission surface of the second lens 244-1.
  • the second lens group 240b2-2 includes a fourth lens 242-2 and a fifth lens 244-2, and the fifth lens 244 is disposed on the exit surface of the fourth lens 242-2.
  • the incident surface of -2) may have a structure combined.
  • the second lens group 240b2-2 may include the fourth lens 242-2 having the positive (or convex) meniscus lens structure and the pattern portion 250 bonded to the light control intensity portion 260.
  • the light intensity control marker 200b1 of the present exemplary embodiment since the second lens group 240b2-2 includes two lenses, the light may be more precisely focused on the pattern unit 250.
  • the light intensity controller 260 may be disposed between the first lens group 240b2-1 and the second lens group 240b2-2.
  • the light is refracted while passing through the lenses 242-1, 244-1, and 246-1 of the first lens group 240b2-1, and the light intensity is adjusted while passing through the light intensity controller 260.
  • the light incident to the pattern unit 250 through the lenses 242-2 and 244-2 of the second lens group 240b2-2, and the light reflected from the pattern unit 250 undergoes the same process, and then uses a light intensity control marker. May exit from 200b2.
  • the light intensity adjusting unit 260 may be implemented as, for example, a gradient filter, and is mounted on a separate device or disposed in a separate device, or the emission surface of the third lens 246-1 of the first lens group 240b1-1 in the form of a film. It may be bonded to the arrangement.
  • the light intensity control unit 260a is attached to the third lens 246-1 of the first lens group 240b2-1 in the form of a transparent film. And may be different from the light intensity control marker 200b2 of FIG. 8B.
  • the light intensity controller 260a is disposed on the exit surface of the third lens 246-1 in the form of a transparent film, and is disposed on the first thickness T1c and the outer portion of the center portion in the optical axis direction.
  • One thickness T1e may be the same.
  • the intensity of Pout2 can be adjusted.
  • the arrangement position of the light intensity adjusting unit 260a is not limited to the exit surface of the third lens 246-1.
  • the light intensity control unit 260a includes the first lens 242-1, the second lens 244-1, the third lens 246-1, and the first lens 246-1. At least one of the four lenses 242-2 and the fifth lens 244-2 may be disposed on the emission surface.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating in detail the structure of the light intensity control marker of FIG. 6C. Descriptions already described in the description of FIGS. 6C and 7A to 8C are simply described or omitted.
  • the light intensity control marker 200c1 may have a structure similar to that of the lens unit 240b2 of FIG. 8C.
  • the lens unit 240c1 may include a first lens group 240c1-1 and a second lens group 240c1-2.
  • the first lens group 240c1-1 includes a first lens 242-1, a second lens 244-1, and a third lens 246-1, which are sequentially coupled to each other, and the second lens group 240c1-1.
  • the 240c1-2 may include a fourth lens 242-2 and a fifth lens 244-2 coupled to each other.
  • the light intensity control marker 200c1 of the present embodiment may be disposed by bonding the light intensity control unit 260a in the form of a transparent film on the rear surface of the pattern unit 250.
  • the curved portion P is formed on the pattern portion 250
  • the light intensity adjusting portion 260a is disposed on the rear surface of the pattern portion 250
  • the light intensity adjusting portion 260a is provided.
  • the reflective layer 260R may be adhered to and disposed on the rear surface of the substrate.
  • the light incident on the pattern unit 250 reciprocates the light intensity control unit 260a during the reflection process by the reflective layer 260R, so that the light intensity may be adjusted at the center portion and the outer portion of the pattern portion 250.
  • the light intensity of the light passing through the center portion of the light intensity control unit 260 or 260a is 70%. Let's reduce it and keep the intensity of light passing through the outer portion at 100%. Meanwhile, the intensity of light incident to the light intensity control marker near the optical axis is 100%, and the intensity of light incident to the light intensity control marker far from the optical axis or with a large inclination to the optical axis is 50%. The light incident close to the optical axis is reduced by 70% while passing through the light intensity adjusting unit 260 or 260a.
  • the light incident on the pattern unit 250 is reflected by the light intensity adjusting unit 260 with the light intensity of 70%. or 260a) again by 70%, so that the intensity of light emitted from the light intensity control marker may correspond to 49%.
  • the intensity of the light emitted from the light intensity adjusting marker may still be 50%. Therefore, the light intensity control marker may allow light close to the optical axis and light far from the optical axis to emit similar light intensities through the light intensity control unit 260 or 260a.
  • the transmittance of the lens and the film pattern included in the light intensity control marker is 100%
  • the reflectance by the reflective layer is also 100%.
  • the actual lenses and the film pattern may have a transmittance of less than 100% and the reflective layer may also have a reflectance of less than 100%. Therefore, in order to uniformly adjust the intensity of the emitted light in the light intensity control marker, the transmission characteristics of the light intensity control unit 260 or 260a are appropriately adjusted and selected in consideration of the transmittance of the actual lens and the pattern portion and the reflectance of the reflective layer. Can be.
  • the arrangement of the light intensity controller 260 or 260a is not limited thereto.
  • an arrangement structure of all the light intensity adjusting units 260 or 260a capable of uniformly adjusting the intensity of the emitted light may be applied to the light intensity adjusting marker of the present embodiment.
  • the curvature or size of the pattern portion may be adjusted. Therefore, the light intensity control marker having pattern portions of various curvatures and sizes may be implemented by changing the structure of the lenses in the lens unit.
  • the lenses in the lens unit may contribute to the adjustment of the curvature or size of the pattern unit not only through the structure change but also through the adjustment of the refractive index.
  • the light intensity control markers of various embodiments including the light intensity control marker 200c1 of the present embodiment, a plurality of lenses are grouped. Advantages and roles thereof are as follows. Hereinafter, a description will be given focusing on the embodiment of FIG.
  • the design of the optical system may be simplified.
  • the lenses have respective aberrations, which can be determined by summing the aberrations of the lenses.
  • the aberration of the first lens group 240c1-1 may be determined by the sum of the aberrations of the first lens 242-1, the second lens 244-1, and the third lens 246-1.
  • the first lens group 240c1-1 determines the focal plane or makes the entire optical path
  • the second lens group 240c1-2 compensates for the distortion or chromatic aberration of the first lens group 240c1-1. can do.
  • the chromatic aberration of the second lens group 240c1-2 may be designed to have a negative value.
  • the light intensity control marker 200c1 of the present embodiment bonds the lenses to the first lens group 240c1-1 and the second lens group ( 240c1-1) can be configured to position the lenses closer to the design value.
  • the optical system is formed using the bonded lenses, not only the yield can be improved, but also the overall design variation of the light intensity control marker including the first and second lens groups 240c1-1 and 240c1-2. Can be minimized.
  • FIGS. 10A and 10B are side views of a light intensity control marker including a holder in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the light intensity control marker 200b2 of the present exemplary embodiment may include a holder 210, a lens unit 240b2, a pattern unit 250, and a light intensity control unit 260.
  • the holder 210 may accommodate and support the lens unit 240b2, the pattern unit 250, and the light intensity adjusting unit 260 therein.
  • the specific structure of the holder 210 is as described in the description of FIGS. 2A and 5.
  • the light intensity control marker 200b2 may correspond to the light intensity control marker 200b2 of FIG. 8B.
  • the light intensity control marker 200b illustrated in FIG. 8B may correspond to a structure in which the holder is omitted.
  • the light intensity control marker 200c1 of the present embodiment may include a holder 210, a lens unit 240b2, a pattern unit 250, and a light intensity control unit 260a.
  • the holder 210 may accommodate and support the lens unit 240b2, the pattern unit 250, and the light intensity adjusting unit 260a therein.
  • the specific structure of the holder 210 is as described in the description of FIGS. 2A and 5.
  • the light intensity control marker 200c1 may correspond to the light intensity control marker 200c1 of FIG. 9.
  • the light intensity control marker 200c1 illustrated in FIG. 9 may correspond to a structure in which the holder is omitted.
  • the structure including the holder has been exemplified for the light intensity control markers 200b and 200c1 of FIGS. 8B and 9, but the structure including the holder is not limited thereto.
  • the light intensity control markers 200a1, 200a2, 200a3, 200b1 and 200b3 of FIGS. 7A to 7C, 8A and 8C may also include a holder.
  • the lens unit, the light intensity adjusting unit, the pattern unit, and the like need protection from external physical and chemical damage, and thus, the light intensity adjusting marker may essentially include a holder.
  • FIG. 11 is a block diagram of an optical tracking device including an adapter according to an embodiment of the present invention.
  • the optical tracking device 1000 of the present exemplary embodiment may include a light source 10, an adapter 100, a marker 200, an imaging unit 500, and a processor 600.
  • Adapter 100 is coupled to the object (Ob) is required to track the location, the adapter 200 may be mounted on the marker (200).
  • the structure of the adapter 100 and the coupling structure of the adapter 100 and the marker 200 are as described in the description of FIGS. 1A to 5.
  • the marker 200 may include a holder 210, a holder magnet 230, a lens unit 240, and a pattern unit 250.
  • the pattern portion 250 may be formed with a curved pattern or a flat pattern.
  • the marker 200 may further include a light intensity controller.
  • the marker 200 may be the light intensity control marker of FIGS. 6A to 10B.
  • the imaging unit 500 may receive parallel light with respect to the pattern emitted from the marker 200 to form the pattern as an enlarged pattern image.
  • the imaging unit 500 may include a lens unit 510 and a sensor unit 520.
  • the lens unit 510 may receive and enlarge parallel light of a pattern.
  • the sensor unit 520 may form a pattern enlarged through the lens unit 510 as a pattern image.
  • the imaging unit 500 may be a camera.
  • the processor 600 may calculate a spatial position and a direction of the marker 200 using the pattern image of the pattern formed in the imaging unit 500.
  • the details are exemplarily described in the unpublished application invention KR 10-2016-0101377 which is incorporated in the present invention.
  • the adapter 100, the marker 200, and the imaging unit 500 are each provided one by one, but the adapter 100, the marker 200, and the imaging unit 500 are provided.
  • the number of is not limited to one.
  • the adapter 100, the marker 200, and the imaging unit 500 may be provided in plural numbers, respectively. Accordingly, the calculation of the spatial position and the direction of the object Ob can be calculated more precisely. For example, when the number of the markers 200 and the imaging unit 500 is increased, the spatial position and the direction of the object Ob may be more precisely calculated through a complex calculation.
  • Adapter according to the technical idea of the present invention can be easily combined with the mounting element, and can accurately maintain the position and posture of the mounted mounting element.
  • the adapter according to the technical concept of the present invention is a marker mounting adapter
  • the adapter can be easily coupled with the holder of the marker and can accurately maintain the position and posture of the mounted marker.
  • the adapter includes a body portion having a through hole through which the protrusion of the holder of the marker can be inserted and a mounting portion for inducing the correct position and posture of the marker, so that the marker has a structure in which the protrusion of the holder is inserted into the through hole. It is easily mounted to the adapter and can also be mounted to the adapter in the correct position and posture via the mounting portion.
  • the adapter according to the technical idea of the present invention is a marker mounting adapter
  • the marker is easily mounted in the correct position and posture on the adapter, thereby simplifying the installation of the optical tracking device including the adapter and the marker, and precisely detecting the position. Can improve.

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 특정 용도의 장치, 예컨대, 위치 추적용 마커들이 올바른 위치와 자세로 용이하게 장착될 수 있는 어댑터 및, 그 어댑터를 포함한 광학 추적 장치를 제공한다. 그 어댑터는 위치 추적용 마커(marker)가 결합하여 수용될 수 있는 구조를 갖는 몸체부, 몸체부의 앞면으로부터 돌출된 돌기들을 포함하고, 돌기들은 마커의 제1 방향에 따른 이동 및 제1 방향에 수직인 제2 방향에 따른 이동을 제한함으로써 마커를 몸체부의 설정된 위치로 유도하여 장착시키는 거치부, 그리고 몸체부로부터 연장하고 위치 추적이 요구되는 대상물에 결합하는 대상 결합부를 포함한다.

Description

어댑터, 및 그 어댑터를 포함한 광학 추적 장치
본 발명의 기술적 사상은 특정 용도의 장치가 장착될 수 있는 어댑터에 관한 것으로, 특히 위치 추적용 마커가 장착될 수 있는 어댑터 및 그 어댑터를 포함한 광학 추적 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 물체의 위치를 추적하기 위하여 광학 추적 시스템(optical tracking system)이 사용될 수 있다. 예컨대, 광학 추적 시스템은 수술 로봇과 같은 장비에서 목적물을 실시간으로 추적하기 위하여 활용될 수 있다. 광학 추적 시스템은 통상 위치 추적이 요구되는 대상물에 장착되는 복수의 마커들과 마커들에 의해 반사되는 광을 결상시키는 결상 유닛들을 포함하고, 결상 유닛들로부터 획득된 정보를 수학적으로 계산하여 위치정보 등을 획득하게 된다. 그러나 마커들이 대상물에 올바른 자세로 장착되지 않는 경우에, 결상 유닛에 의한 결상 능력이 떨어지고, 전체 광학 추적 시스템의 위치 검출의 정밀성이 떨어질 수 있다. 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-1627813호(2016.05.31)의 '위치 및 자세 측정용 마커', 제10-1487248호(2015.01.22)의 '옵티컬 트랙킹 시스템', 제10-1406220호(2014.06.03)의 '옵티컬 트랙킹 시스템 및 이를 이용한 트랙킹 방법'에 개시되어 있다.
본 발명의 기술적 사상은 의료용 마커들이 올바른 위치와 자세로 용이하게 장착될 수 있는 어댑터 및, 그 어댑터를 포함한 광학 추적 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은 위치 추적용 마커(marker)가 결합하여 수용될 수 있는 구조를 갖는 몸체부; 상기 몸체부의 앞면으로부터 돌출된 돌기들을 포함하고, 상기 돌기들은 상기 마커의 제1 방향에 따른 이동 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에 따른 이동을 제한함으로써, 상기 마커를 상기 몸체부의 설정된 위치로 유도하여 장착시키는 거치부; 및 상기 몸체부로부터 연장하고 위치 추적이 요구되는 대상물에 결합하는 대상 결합부;를 포함하는 어댑터를 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 대상물로의 결합이 요구되는 장착소자가 장착되고, 상기 장착소자의 외형에 대응하는 구조를 갖는 몸체부; 상기 몸체부의 앞면으로부터 돌출된 돌기들을 포함하고, 상기 돌기들은 상기 장착소자의 제1 방향에 따른 이동 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에 따른 이동을 제한함으로써, 상기 장착소자를 상기 몸체부의 설정된 위치로 유도하여 장착시키는 거치부; 및 상기 몸체부로부터 연장하고 상기 대상물에 결합하는 대상 결합부;를 포함하는 어댑터를 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 패턴이 형성된 패턴부, 상기 패턴부로 광을 입사시키는 렌즈부, 및 상기 패턴부와 렌즈부를 내부에 수용하는 홀더를 구비한 마커; 위치 추적이 요구되는 대상물에 결합하고 상기 마커가 장착되는 어댑터; 상기 마커로부터의 상기 패턴의 평행 광을 수광하여 확대된 패턴 이미지로 결상시키는 적어도 하나의 결상 유닛; 및 상기 패턴 이미지와 기 저장된 기준 이미지를 비교하여 상기 마커의 위치와 방향을 산출하는 프로세서;를 포함하고, 상기 어댑터는, 상기 마커가 장착되고 상기 마커에 대응하는 구조를 갖는 몸체부, 상기 몸체부의 앞면으로부터 돌출된 돌기들을 포함하고, 상기 돌기들은 상기 마커의 제1 방향에 따른 이동 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에 따른 이동을 제한함으로써, 상기 마커를 상기 몸체부의 설정된 위치로 유도하여 장착시키는 거치부, 및 상기 몸체부로부터 연장하여 상기 대상물에 결합하는 대상 결합부를 포함하는, 광학 추적 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 어댑터는 장착소자와의 결합이 용이하고, 또한, 장착된 장착소자의 위치 및 자세를 정확하게 유지시킬 수 있다. 예컨대, 본 발명의 기술적 사상에 의한 어댑터가 마커 장착용 어댑터인 경우, 상기 어댑터는 마커의 홀더와 결합이 용이하고, 또한, 장착된 마커의 위치 및 자세를 정확하게 유지시킬 수 있다. 구체적으로, 어댑터는 마커의 홀더의 돌출부가 삽입될 수 있는 관통 홀이 형성된 몸체부와 마커의 올바른 위치 및 자세를 유도하는 거치부를 포함함으로써, 마커는, 홀더의 돌출부가 관통 홀에 삽입되는 구조로 어댑터에 용이하게 장착되고, 또한, 거치부를 통해 올바른 위치 및 자세로 어댑터에 장착될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 어댑터가 마커 장착용 어댑터인 경우, 마커가 어댑터에 올바른 위치와 자세로 용이하게 장착됨으로써, 어댑터 및 마커를 포함한 광학 추적 장치의 설치를 간편화하고, 위치 검출의 정밀성을 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터에 대한 사시도들 및 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a의 어댑터에 장착되는 마커의 구조를 보여주는 사시도들이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1a의 어댑터에, 도 2a의 마커가 결합한 구조를 보여주는 평면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 어댑터들에 대한 평면도들이다.
도 5는 도 1a의 어댑터에 장착되는 마커의 다른 구조를 보여주는 평면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광 세기 조절 마커에 대한 개념도들이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6a의 광 세기 조절 마커의 다양한 구조를 구체적으로 보여주는 단면도들이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6b의 광 세기 조절 마커의 다양한 구조를 구체적으로 보여주는 단면도들이다.
도 9는 도 6c의 광 세기 조절 마커의 구조를 구체적으로 보여주는 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예들에 따른, 홀더를 포함한 광 세기 조절 마커에 대한 측면도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터를 포함한 광학 추적 장치에 대한 구성도이다.
본 발명의 기술적 사상은 위치 추적용 마커(marker)가 결합하여 수용될 수 있는 구조를 갖는 몸체부; 상기 몸체부의 앞면으로부터 돌출된 돌기들을 포함하고, 상기 돌기들은 상기 마커의 제1 방향에 따른 이동 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에 따른 이동을 제한함으로써, 상기 마커를 상기 몸체부의 설정된 위치로 유도하여 장착시키는 거치부; 및 상기 몸체부로부터 연장하고 위치 추적이 요구되는 대상물에 결합하는 대상 결합부;를 포함하는 어댑터를 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소와 바로 연결될 수도 있지만, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 유사하게, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 구조나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터에 대한 사시도들로서, 도 1a는 어댑터의 앞쪽에서 본 사시도이고, 도 1b는 뒷쪽에서 본 사시도이며, 도 1c는 어댑터의 앞쪽에서 본 평면도이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 실시예의 어댑터(100)는 몸체부(110), 거치부(120), 대상 결합부(130), 및 적어도 하나의 어댑터 자석(140)을 포함할 수 있다.
몸체부(110)는 중심에 관통 홀(TH)이 형성된 원형 고리 형태를 가질 수 있다. 몸체부(110)는 관통 홀(TH) 부분을 제외하고 원기둥과 유사한 형태를 가질 수 있다. 따라서, 몸체부(110)는 앞면(110f), 뒷면(110b), 및 측면(110s)을 구비할 수 있고, 측면(110s)의 경우, 관통 홀(TH)을 둘러싸는 내측면(110si)과 몸체부(110)의 외면을 구성하는 외측면(110so)을 포함할 수 있다.
몸체부(110)의 관통 홀(TH)의 수평 단면은 원형의 형태를 가질 수 있다. 관통 홀(TH)에는 장착소자의 돌출부가 삽입되어 수용될 수 있다. 장착소자는, 예컨대, 마커(도 2a의 200)일 수 있고, 마커(200)가 어댑터(100)에 장착될 때, 마커(200)의 홀더(210)의 돌출부(214)가 관통 홀(TH)에 삽입될 수 있다. 따라서, 관통 홀(TH)의 수평 단면은 장착소자의 돌출부의 형태에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 장착소자의 돌출부의 형태가 삼각기둥이나 사각기둥 등의 다각 기둥의 형태를 갖는 경우에, 그에 따라, 관통 홀(TH)의 수평 단면은 장착소자의 돌출부의 형태에 대응하여 다각형의 형태를 가질 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위해 장착소자로서 마커(도 2a의 200)를 예를 들어 설명한다. 그러나 장착소자가 마커에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 대상물로의 결합이 요구되는 모든 구조 및 용도의 장착소자가 본 실시예의 어댑터에 장착될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 어댑터는 장착소자를 대상물로 결합시키는 매개체로서 범용 어댑터에 해당할 수 있다.
몸체부(110)는 온도 변화나 외력에 내성이 강한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 몸체부(110)는 PVC(Poly-Vinyl Chloride), PET(Poly-Ethylen Terephthalate), PC(Poly-Carbonate), 아크릴 등의 경질 플라스틱으로 형성될 수 있다. 물론, 몸체부(110)의 재질이 상기 물질들에 한정되는 것은 아니다. 한편, 장착소자인 마커(200)로의 광의 입사 효율 및 마커로부터 출사된 광의 검출 효율의 향상을 위해, 몸체부(110)는 반사율이 낮은 어두운 재질로 형성될 수 있다.
거치부(120)는 관통 홀(TH)의 둘레의 몸체부(110)에 배치되고, 몸체부(110)의 앞면(110f)으로부터 돌출된 돌기들을 포함 수 있다. 거치부(120)는 3개의 돌기들(120-1, 120-2, 120-3), 예컨대 제1 돌기(120-1), 제2 돌기(120-2) 및 제3 돌기(120-3)를 구비할 수 있다. 제1 내지 제3 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)은 마커(200)에 대한 스토퍼들(stoppers)로서 기능할 수 있다. 거치부(120)는 어댑터(100)에 마커(200)가 장착될 때, 마커(200)가 올바른 위치와 자세로 결합하도록 한다.
도 1c를 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면, 몸체부(110)의 앞면(110f)이 마커(200)의 홀더(210)와 결합하는 기준면에 해당하고, xyz 좌표계에서, 앞면(110f)이 x-z 평면을 구성한다고 할 때, 제1 돌기(120-1)와 제2 돌기(120-2)는, x축으로 제1 좌표(x1)와 제2 좌표(x2)에, 그리고 z축으로 동일한 제1 레벨(L1)의 위치에 배치될 수 있다. 또한, 제3 돌기(120-3)는, x축으로 제3 좌표(x3)에, 그리고 z축으로 제1 레벨(L1)보다 높은 제2 레벨(L2)의 위치에 배치될 수 있다.
제1 돌기(120-1)와 제2 돌기(120-2)는 마커(200)의 홀더(210)의 지지 결합 구조 부분과 결합하여 마커(200)의 z축 방향에 따른 이동을 제한함으로써 마커(200)의 수평을 맞추는 기능을 할 수 있다. 또한, 제3 돌기(120-3)는 마커(200)의 홀더(210)의 지지 결합 구조 부분과 결합하여 마커(200)의 x축 방향에 따른 이동을 제한함으로써 x축 상의 위치를 맞추는 기능을 할 수 있다. 예컨대, 홀더(210)의 지지 결합 구조가 도 2a에 도시된 바와 같이, 홀더 몸체(212)의 앞면(212f)에 비해 단차를 갖는 리세스 영역(RA)으로 형성된 경우, 마커(200)의 홀더(210)의 리세스 영역(RA)의 하부 단차부(도 2a의 212st1)가 제1 돌기(120-1)와 제2 돌기(120-2)에 접하면서 지지됨으로써, 하부 단차부(212st1)의 z축의 높이가 제1 레벨(L1)에 맞춰질 수 있다. 또한, 마커(200)의 홀더(210)의 리세스 영역(RA)의 측면 단차부(도 2a의 212st2)가 제3 돌기(120-3)에 접하면서 지지됨으로써, 측면 단차부(212st2)의 x축의 위치가 제3 좌표(x3) 부분에 맞춰질 수 있다.
거치부(120)의 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)은 몸체부(110)를 관통하는 구조로 몸체부(110)에 결합하여 배치될 수 있다. 그러나 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)의 결합 구조가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)은 몸체부(110)에 일부만 삽입되는 구조로 몸체부(110)에 결합할 수 있다. 또한, 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)은 사출 성형 등을 통해 몸체부(110)와 일체로 결합한 구조를 가질 수도 있다.
거치부(120)의 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)의 3차원적 구조가 원기둥 형태를 가지지만, 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)의 3차원적 구조가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)은 삼각기둥이나 사각기둥 등의 각 기둥 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 거치부(120)의 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)의 개수와 배치 위치가 3개 및 전술한 배치 위치에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 거치부(120)의 돌기들은 몸체부(110)의 구조와 마커(200)의 홀더(210)의 구조에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
대상 결합부(130)는 연장부(130e)와 수평부(130h)를 포함할 수 있다. 연장부(130e)는 몸체부(110)의 앞면(110f) 또는 뒷면(110b)에 평행하게 몸체부(110)에서 일 방향으로 연장할 수 있다. 여기서, 일 방향은 x-z 평면 상에서 z축 방향일 수 있다. 그러나 연장부(130e)가 연장하는 방향이 z축 방향에 한정되는 것은 아니다. 수평부(130h)는 연장부(130e)의 끝단에서 몸체부(110)의 앞면(110f)에 수직하는 방향, 즉, x-z 평면에 수직하는 y축 방향으로 연장할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 수평부(130h)는 몸체부(110)의 앞면(100f)이 향하는 방향으로 연장할 수 있다. 그러나 그에 한하지 않고, 수평부(130h)는 몸체부(110)의 뒷면(110b)이 향하는 방향으로 연장할 수도 있다.
대상 결합부(130)의 수평부(130h)를 통해 어댑터(100)는 대상물에 결합할 수 있다. 예컨대, 대상물은 장착소자, 예컨대 마커가 장착되어 추적이 요구되는 대상물(도 11의 Ob)일 수 있다. 수평부(130b)에는 나사 홈(Hs)과 같은 결합 구조가 형성되고, 그러한 나사 홈(Hs)을 통해 수평부(130h)가 대상물에 나사 결합함으로써, 어댑터(100)가 대상물에 결합할 수 있다. 물론, 수평부(130h)에 형성되는 결합 구조가 나사 홈에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 후크(hook) 결합, 똑딱이(snap) 결합 등을 위한 구조가 수평부(130h)에 형성될 수도 있다. 한편, 대상물에 돌출 구조가 있는 경우, 수평부(130h)가 대상물에 결합할 때, 연장부(130e)의 뒷부분의 홈에 대상물의 돌출 구조가 삽입됨으로써, 어댑터(100)가 대상물에 더욱 견고하게 결합할 수 있다.
적어도 하나의 어댑터 자석(140)은 몸체부(110)에 매립된 구조로 배치될 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 어댑터 자석(140)의 상면은 몸체부(110)의 앞면(110f)을 통해 노출될 수 있다. 적어도 하나의 어댑터 자석(140)은 상면의 노출없이 몸체부(110)에 완전히 매립된 구조로 배치될 수도 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 어댑터 자석(140)은 관통 홀(TH)의 중심을 기준으로 대칭적으로 다수 개 배치될 수 있다. 본 실시예의 어댑터(100)에서, 적어도 하나의 어댑터 자석(140)은 제1 및 제2 어댑터 자석들(140a, 140b)을 포함할 수 있다. 물론, 적어도 하나의 어댑터 자석(140)의 개수가 2개에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 어댑터(100)에서, 적어도 하나의 어댑터 자석(140)은 3개 이상 배치될 수도 있고, 경우에 따라 하나만 배치되거나 생략될 수도 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 어댑터 자석들(140a, 140b)은 관통 홀(TH)의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 어댑터 자석들(140a, 140b)은 관통 홀(TH)의 중심을 기준으로 비대칭적으로 배치될 수도 있다.
적어도 하나의 어댑터 자석(140)은, 마커(200)가 어댑터(100)에 장착될 때, 마커(200)의 홀더(210)의 내부에 배치된 적어도 하나의 홀더 자석(230)과 자기력에 의해 결합할 수 있다. 그에 따라, 마커(200)가 어댑터(100)에 장착될 때, 적어도 하나의 어댑터 자석(140)과 적어도 하나의 홀더 자석(230)이 마커(200)와 어댑터(100) 사이에 결합력을 제공할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 제1 어댑터 자석(140a)은 z축으로 제2 레벨(L3)보다 높은 제3 레벨(L3)의 위치에 배치되고, 제2 어댑터 자석(140b)은 z축으로 제3 레벨(L3)보다 높은 제4 레벨(L4)의 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 어댑터 자석들(140a, 140b)은 도 2a의 제1 및 제2 홀더 자석들(230a, 230b)와 서로 얼라인(align) 되지 않을 수 있다.
예를 들어, 제1 어댑터 자석(140a)은 도 2a의 제1 홀더 자석(230a)과 자기력에 의해 결합하고, 제2 어댑터 자석(140b)은 도 2a의 제2 홀더 자석(230b)과 자기력에 의해 결합할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 어댑터 자석(140a)과 제1 홀더 자석(230a)은 서로 얼라인되지 않을 수 있고, 반면에 제2 어댑터 자석(140b)과 제2 홀더 자석(230b)은 서로 얼라인될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 어댑터 자석(140a)과 제1 홀더 자석(230a) 은 서로 얼라인될 수 있고 제2 어댑터 자석(140b)과 제2 홀더 자석(230b) 은 서로 얼라인되지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 제1 어댑터 자석(140a)과 제1 홀더 자석(230a) 은 서로 얼라인되지 않고, 제2 어댑터 자석(140b)과 제2 홀더 자석(230b) 도 서로 얼라인되지 않을 수 있다.
이 경우, 어댑터(100)와 마커(200) 사이의 결합은 더욱 강화될 수 있다. 예를 들어, 제1 어댑터 자석(140a)과 제1 홀더 자석(230a)이 서로 얼라인되지 않는다면, 마커(200)의 제1 홀더 자석(230a)은 어댑터(200)의 제1 어댑터 자석(140a)로부터 도 1c의 -z축 방향 및/또는 +x축 방향으로 강한 자기력을 받을 수 있고, 이에 따라 마커(200)의 리세스 영역(RA)이 어댑터(100)의 거치부(120)에 더욱 강하게 밀착할 수 있다. 이와 유사하게, 예를 들어, 제2 어댑터 자석(140b)과 제2 홀더 자석(230b)은 서로 얼라인되지 않는다면, 마커(200)의 제2 홀더 자석(230b)은 어댑터(200)의 제2 어댑터 자석(140b)로부터 도 1c의 -z축 방향 및/또는 +x축 방향으로 강한 자기력을 받을 수 있고, 이에 따라 마커(200)의 리세스 영역(RA)이 어댑터(100)의 거치부(120)에 더욱 강하게 밀착할 수 있다.
여기서, 자석들이 서로 얼라인된다는 표현은, 서로 다른 극성의 자석들이 서로 밀착할 때에, 자석들에 가해지는 외력이 없는 한, 안정적이고 중립적(neutral)인 밀착 상태가 유지될 수 있는 상대적 위치 관계에 있음을 의미한다. 반면에 자석들이 서로 얼라인되지 않는다는 표현은 서로 다른 극성의 자석들이 서로 밀착할 때에, 자석들에 가해지는 외력이 없어도, 안정적이고 중립적인 밀착 상태로 될 때까지 서로 가까워지려고 하는 상대적 위치 관계에 있음을 의미한다. 자석들이 얼라인되었는지 또는 얼라인되지 않았는지는 공차 범위 및 제조 오차를 고려하여 맥락에 따라 이해되어야 한다. 예를 들어, 자석들은 모양과 크기가 유사하면서 각각의 중심들이 도 1c의 x-z 평면 상에서 일치할 때에, 얼라인되었다고 볼 수 있다. 예를 들어, 자석들은 모양과 크기가 유사하면서 각각의 중심들이 도 1c의 x축 또는 z축에서 의도적인 편차를 가질 때에, 얼라인되지 않았다고 볼 수 있다.
구체적으로, 마커(200)가 어댑터(100)에 장착될 때, 제1 어댑터 자석(140a)의 중심과 제1 홀더 자석(230a)의 중심은 서로 일치하지 않을 수 있고, 이에 따라, 제1 어댑터 자석(140a) 상의 자기력의 중심과 제1 홀더 자석(230a) 상의 자기력의 중심은 서로 일치하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 어댑터 자석(140a)의 중심은 제1 홀더 자석(230a)의 중심보다 하부(예를 들어 도 1c의 -z축 방향)에 배치될 수 있고, 구체적으로, 제1 돌기(120-1)에 좀더 인접할 수 있다. 이 경우, 제1 홀더 자석(230a)과 제1 어댑터 자석(140a) 사이의 자기력에 의해 제1 홀더 자석(230a)은 마커(200)가 거치부(120)와 접촉하는 부위 방향으로 이동하려는 힘이 강해지고, 이에 따라, 마커(200)는 거치부(120)에 안정적으로 장착될 수 있고, 마커(200)와 어댑터(100) 사이의 결합이 강화될 수 있다.
또한, 마커(200)가 어댑터(100)에 장착될 때, 제2 어댑터 자석(140b)의 중심과 제2 홀더 자석(230b)의 중심은 서로 일치하지 않을 수 있고, 이에 따라, 제2 어댑터 자석(140b) 상의 자기력의 중심과 제2 홀더 자석(230b) 상의 자기력의 중심은 서로 일치하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2 어댑터 자석(140b)의 중심은 제2 홀더 자석(230b)의 중심보다 하부(예를 들어 도 1c의 -z축 방향)에 배치될 수 있고, 구체적으로, 제3 돌기(120-3)에 좀더 인접할 수 있다. 이 경우, 제2 홀더 자석(230b)과 제2 어댑터 자석(140b) 사이의 자기력에 의해 제2 홀더 자석(230b)은 마커(200)가 거치부(120)와 접촉하는 부위 방향으로 이동하려는 힘이 강해지고, 이에 따라, 마커(200)는 거치부(120)에 안정적으로 장착될 수 있고, 마커(200)와 어댑터(100) 사이의 결합이 강화될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a의 어댑터에 장착되는 마커의 구조를 보여주는 사시도들이고, 도 3a 내지 도 3c는 도 1a의 어댑터에, 도 2a의 마커가 결합한 구조를 보여주는 평면도들이다. 도 3a는 마커가 어댑터에 장착된 후, 제4 마크(P4)의 앞쪽에서 본 평면도이고, 도 3b는 일 실시예에 따라, 제3 마크(P3)의 앞쪽에서 본 평면도이며, 도 3c는 다른 실시예에 따라, 제3 마크(P3)의 앞쪽에서 본 평면도이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 어댑터(100)에 장착되는 마커(200)는 홀더(210), 제1 및 제2 홀더 자석들(230a, 230b), 렌즈부(도 6a 등의 240) 및 패턴부(도 6a 등의 250)를 포함할 수 있다.
홀더(210)는 렌즈부(240)와 패턴부(250)를 내부에 수용하여 지지하는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 홀더(210)는 홀더 몸체(212)와 돌출부(214)를 포함하고, 외형은 대략 원기둥 형태를 가질 수 있다. 홀더 몸체(212)는 앞면(212f), 측면(212s), 및 뒷면(212b)을 구비할 수 있다. 홀더 몸체(212)의 앞면(212f)은 어댑터(100)의 앞면(110f)으로 결합하는 결합 면에 해당할 수 있다.
홀더 몸체(212)의 앞면(212f)의 외곽 부분에는 리세스 영역(RA)이 형성될 수 있다. 리세스 영역(RA)의 하면(212RAb)은 홀더 몸체(212)의 앞면(212f)과 단차를 가질 수 있다. 리세스 영역(RA)에는 하부 단차부(212st1)와 측면 단차부(212st2)가 형성될 수 있다. 하부 단차부(212st1)는 x-z 평면 상에서 z축으로 제1 레벨(도 1c의 L1)에 대응하여 x축으로 연장할 수 있다. 또한, 측면 단차부(212st2)는 x-z 평면 상에서 x축으로 제3 좌표(도 1c의 x3)에 대응하여 z축으로 연장할 수 있다. 그에 따라, 어댑터(100)에 마커(200)가 장착될 때, 거치부(120)의 제1 돌기(120-1)와 제2 돌기(120-2)가 하부 단차부(212st1)에 접하면서 리세스 영역(RA) 내에 배치되고, 하부 단차부(212st1)를 통해 홀더 몸체(121)를 지지할 수 있다. 또한, 거치부(120)의 제3 돌기(120-3)는 측면 단차부(212st2)에 접하면서 리세스 영역(RA)으로 삽입되고 측면 단차부(212st2)를 통해 홀더 몸체(121)를 지지할 수 있다.
다만, 도 2a에 도시된 바와 같이, 측면 단차부(212st2)는 z축으로 일부만 연장한 후, 수직으로 꺾여 x축으로 연장할 수 있다. 그러나 제1 및 제2 홀더 자석들(230a, 230b)의 위치에 따라, 측면 단차부(212st2)는 x축으로 꺾이지 않고 z축으로만 연장할 수도 있다. 또한, 리세스 영역(RA)이 홀더 몸체(212) 외곽을 따라 전체적으로 형성되고 있지만, 리세스 영역(RA)은 하부 단차부(212st1)와 측면 단차부(212st2) 부분에만 형성되고 다른 부분에는 형성되지 않을 수 있다.
홀더 몸체(212)의 측면(212s)은 원기둥의 측면과 같은 형태를 가지며, 복수의 마크들(P1, P2, P3, P4)이 원기둥 측면을 따라 동일 간격으로 배치될 수 있다. 다시 말해서, 복수의 마크들(P1, P2, P3, P4)이 하나의 원을 구성할 때, 복수의 마크들(P1, P2, P3, P4)은 원에서 90°간격을 가지고 배치될 수 있다. 사용자는 마커(200)를 손에 쥐고 어댑터(100)에 장착하려고 할 때에, 복수의 마크들(P1, P2, P3, P4)을 이용하여 마커(200)의 렌즈부(240)의 대략적인 방향을 시각적으로 식별하고, 어댑터(100) 상의 미리 정한 위치에 마커(200)를 쉽게 장착시킬 수 있다.
홀더 몸체(212)의 뒷면(212b)은 앞면(212f)보다 면적이 작을 수 있다. 그에 따라, 경사면(212bs)이 뒷면(212b)과 측면(212s)을 연결할 수 있다. 경우에 따라, 홀더 몸체(212)의 앞면(212f)과 뒷면(212b)의 면적은 실질적으로 동일하고 경사면은 없을 수 있다.
돌출부(214)는 홀더 몸체(212)의 앞면(212f)의 중심 부분에 배치될 수 있다. 돌출부(214)의 내부에는 렌즈부(240)에 속하는 적어도 하나의 렌즈가 배치될 수 있다. 돌출부(214)의 앞면(214f)의 오픈 홀(OH)을 통해 렌즈가 노출되고, 노출된 렌즈를 통해 광이 입사 및 출사될 수 있다. 그에 따라, 돌출부(214)의 앞면(214f)의 오픈 홀(OH) 부분은 일종의 조리개에 해당할 수 있다.
돌출부(214)는 홀더 몸체(212)의 앞면(212f)으로부터 원기둥 형태로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 그러나 돌출부(214)의 구조가 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 돌출부(214)는 다각 기둥 형태를 가질 수도 있다. 다만, 전술한 바와 같이, 돌출부(214)의 구조가 달라지면, 그에 대응하여 어댑터(100)의 관통 홀(TH)의 형태가 달라질 수 있다.
제1 및 제2 홀더 자석들(230a, 230b)은 홀더 몸체(212)의 앞면(212f) 부분에 매몰된 구조로 배치될 수 있다. 제1 및 제2 홀더 자석들(230a, 230b)은 마커(200)가 어댑터(100)에 장착될 때, 어댑터(100)의 제1 및 제2 어댑터 자석들(140a, 140b)과 자기력을 통해 각각 결합할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 홀더 자석들(230a, 230b)과 제1 및 제2 어댑터 자석들(140a, 140b)의 개수와 위치는 서로 대응될 수 있다. 한편, 도 2a에서, 제1 및 제2 홀더 자석들(230a, 230b)이 홀더(210)에 완전히 매립된 구조로 배치되고 있지만, 그와 달리, 제1 및 제2 어댑터 자석들(140a, 140b)과 같이 일면이 노출되는 구조로 매립될 수도 있다.
렌즈부(도 6a 등의 240)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈부(240)는 적어도 하나의 렌즈를 통해 광을 패턴부(도 6a의 250)의 패턴에 입사시킬 수 있다. 패턴부(250) 상의 패턴의 구조에 따라 렌즈부(240)를 구성하는 렌즈의 개수나 결합 구조 등이 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 렌즈부(240)는 패턴부(250) 상의 평면 패턴 또는 곡면 패턴에 대응하여 적절한 개수와 적절한 결합 구조의 렌즈들을 포함할 수 있다.
패턴부(250)에는 마커(200)의 위치 및 방향을 산출하기 위한 패턴이 형성될 수 있다. 패턴은 예컨대, 평면 패턴일 수도 있고 곡면 패턴일 수도 있다. 패턴을 이용한 마커의 위치 및 방향을 계산하는 방법은 이미 알려져 있는바, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 어댑터(100)의 거치부(120)의 제1 돌기 내지 제3 돌기(120-1, 120-2, 120-3)는 홀더(210)의 리세스 영역(RA) 내에 배치되어 단차부(212st1, 212st2)에 접하면서 홀더(210)를 지지할 수 있다. 이러한 제1 돌기 내지 제3 돌기(120-1, 120-2, 120-3)를 통해 마커(200), 즉 홀더(210)는 어댑터(100)에 정확한 위치 및 자세를 가지고 장착될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 홀더 자석들(230a, 230b)이 대응하는 제1 및 제2 어댑터 자석들(140a, 140b)에 자기력을 통해 각각 결합함으로써, 마커(200)와 어댑터(100) 사이에 견고한 결합력을 제공할 수 있다.
본 실시예의 어댑터(100)는 장착소자와의 결합이 용이하고, 또한, 장착된 장착소자의 위치 및 자세를 정확하게 유지시킬 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 어댑터(100)가 마커 장착용 어댑터인 경우, 어댑터(100)는 마커(200)의 홀더(210)와 결합이 용이하고, 또한, 장착된 마커(200)의 위치 및 자세를 정확하게 유지시킬 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 어댑터(100)는 마커(200)의 홀더(210)의 돌출부(214)가 삽입될 수 있는 관통 홀(TH)이 형성된 몸체부(110)와 마커(200)의 올바른 위치 및 자세를 유도하는 거치부(120)를 포함할 수 있다. 그에 따라, 마커(200)는 홀더(210)의 돌출부(214)가 관통 홀(TH)에 삽입되는 구조로 어댑터(100)에 장착되고, 또한, 거치부(120)를 통해 올바른 위치 및 자세로 어댑터(100)에 장착될 수 있다.
본 실시예의 어댑터(100)에 마커(200)가 올바른 위치와 자세로 결합하게 함으로써, 어댑터(100) 및 마커(200)를 포함한 광학 추적 시스템의 위치 검출의 정밀성이 크게 향상될 수 있다. 또한, 본 실시예의 어댑터(100)는 그 구조상의 특징에 기인하여, 광학 추적 장치의 설치를 간편화하고, 또한 외부의 충격이나 손상 등으로부터 광학 추적 장치를 견고하게 유지시키는 데에 기여할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제1 홀더 자석(230a)은 제1 어댑터 자석(140a)과 얼라인되지 않을 수 있다. 구체적으로, 마커(200)가 어댑터(100)에 장착될 때, 제1 어댑터 자석(140a)의 중심과 제1 홀더 자석(230a)의 중심은 서로 일치하지 않을 수 있고, 이에 따라, 제1 어댑터 자석(140a) 상의 자기력의 중심과 제1 홀더 자석(230a) 상의 자기력의 중심은 서로 일치하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 어댑터 자석(140a)의 중심은 제1 홀더 자석(230a)의 중심보다 하부(예를 들어 도 1c의 -z축 방향)에 배치될 수 있고, 구체적으로, 제1 돌기(120-1)에 좀더 인접할 수 있다. 이 경우, 제1 어댑터 자석(140a)과 제1 홀더 자석(230a) 사이의 자기력에 의해 제1 홀더 자석(230a)은 마커(200)가 거치부(120)와 접촉하는 부위 방향으로 이동하려는 힘이 강해지고, 이에 따라, 마커(200)는 제1 돌기(120-1)에 안정적으로 장착될 수 있고, 어댑터(100)와 마커(200) 사이의 결합이 강화될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제1 마크(P1)의 앞쪽에서 바라본 평면도에서 제2 홀더 자석(230b)의 중심과 제2 어댑터 자석(140a)의 중심도 얼라인되지 않을 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 어댑터들에 대한 평면도들로서, 도 1c에 대응할 수 있다. 도 1a 내지 도 3b에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 4a를 참조하면, 본 실시예의 어댑터(100a)는 몸체부(110')의 형태에서, 도 1a의 어댑터(100)와 다를 수 있다. 구체적으로, 도 1a의 어댑터(100)의 몸체부(110)는 원형 고리 형태를 가지지만, 본 실시예의 어댑터(100a)의 몸체부(110')는 외형이 사각형인 고리 형태를 가질 수 있다.
그 외, 몸체부(110')의 중앙에 관통 홀(TH)이 형성되고, 거치부(120)와 어댑터 자석(140)이 관통 홀(TH)의 주변의 몸체부(110')에 배치되며, 대상 결합부(130)가 몸체부(110')로부터 연장하는 구조는 도 1a의 어댑터(100)의 구조에서와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 실시예의 어댑터(100b)는 몸체부(110")의 형태에서, 도 1a의 어댑터(100)와 다를 수 있다. 구체적으로, 도 1a의 어댑터(100)의 몸체부(110)는 원형 고리 형태를 가지지만, 본 실시예의 어댑터(100b)의 몸체부(110")는 외형이 육각형인 고리 형태를 가질 수 있다. 관통 홀(TH), 거치부(120), 어댑터 자석(140), 및 대상 결합부(130)의 구조는, 도 1a의 어댑터(100)의 구조에서와 실질적으로 동일할 수 있다.
지금까지, 본 실시예의 어댑터의 몸체부의 형태로서, 원형 고리, 사각형 고리, 육각형 고리 형태에 대하여 설명하였지만, 본 실시예의 어댑터의 몸체부의 구조가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 중심으로 관통 홀(TH)이 배치되고, 소정 위치에 거치부와 자석이 배치될 수 있는, 타원 고리, 삼각형 고리 등의 다양한 형태의 몸체부가 어댑터에 채용될 수 있다. 한편, 관통 홀(TH)의 형태는 결합하는 장착소자의 돌출부의 구조에 따라 변경될 수 있고, 또한, 거치부의 개수, 구조, 및 배치 위치 등과 어댑터 자석의 개수와 배치 위치 등도 다양하게 변경될 수 있음은 전술한 바와 같다.
도 5는 도 1a의 어댑터에 장착되는 마커의 다른 구조를 보여주는 평면도로서, 마커의 홀더의 앞면 부분을 보여준다. 도 1a 내지 도 3b에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 어댑터(도 1a의 100)에 결합할 수 있는 마커(200')는 지지 결합 구조 부분에서, 도 2a의 마커(200)와 다를 수 있다. 구체적으로, 마커(200')의 홀더(210a)의 홀더 몸체(212a)에는 지지 결합 구조로서, 리세스 영역 대신 3개의 삽입 홀들(IH1, IH2, IH3)이 형성될 수 있다. 3개의 삽입 홀들(IH1, IH2, IH3) 각각은 어댑터(100)의 거치부(120)의 3개의 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)에 대응할 수 있다. 예컨대, 어댑터(100)에 마커(200')가 장착될 때, 제1 돌기(120-1)가 제1 삽입 홀(IH1)로, 제2 돌기(120-2)가 제2 삽입 홀(IH2)로, 그리고 제3 돌기(120-3)가 제3 삽입 홀(IH3)로 삽입될 수 있다. 이러한 3개의 돌기들(120-1, 120-2, 120-3)의 3개의 삽입 홀들(IH1, IH2, IH3)로의 삽입을 통해, 마커(200')가 어댑터(100)에 올바른 위치와 자세로 장착되어 지지될 수 있다.
지금까지, 본 실시예의 어댑터(100)의 거치부(120)와 결합할 수 있는 마커(200)의 홀더(210)의 지지 결합 구조로서, 홀더(210)의 앞면 부분에 리세스 영역을 형성하거나 삽입 홀들을 형성하는 구조에 대하여 설명하였지만, 마커(200)의 홀더(210)의 지지 결합 구조가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 어댑터(100)의 거치부(120)가 삽입되어 마커의 홀더를 지지하면서, 마커의 위치 및 자세를 올바르게 유도할 수 있는 홀더의 모든 지지 결합 구조가 마커에 채용될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광 세기 조절 마커에 대한 개념도들이다.
도 6a를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a)는 렌즈부(240), 패턴부(250) 및 광 세기 조절부(260)를 포함할 수 있다.
렌즈부(240)는 적어도 하나의 렌즈를 구비하고, 조리개(Aperture: Ap)를 통해 입사된 광, 즉, 입사광(Pin1, Pin2)을 패턴부(250)로 출사시킬 수 있다. 일 실시예에서, 조리개(Ap)는 렌즈부(240)의 입사면 앞에 배치되어, 렌즈부(240)의 입사면에 입사광(Pin1, Pin2)이 입사되는 단면적을 한정할 수 있다. 렌즈부(240)는 입사광(Pin1, Pin2)을 렌즈들을 통해 굴절 및 투과시켜, 광을 패턴부(250) 내의 패턴으로 입사시킬 수 있다.
렌즈부(240)는 단지 한 개의 렌즈를 구비할 수도 있고, 2개 이상의 렌즈를 구비할 수도 있다. 또한, 렌즈부(240)는 렌즈군의 개념에 기초하여 다수의 렌즈들을 구비할 수 있다. 예컨대, 렌즈부(240)는 서로 이격된 적어도 2개의 렌즈군을 구비하고, 각각의 렌즈군들이 적어도 하나의 렌즈를 구비할 수 있다. 렌즈부(240)가 렌즈군의 개념으로 구성된 실시예들이 도 8a 내지 도 9에 예시된다. 광축과 평행하게 조리개를 통과하는 입사광(Pin1)은 렌즈부(240)의 입사면에 수직으로 입사할 수 있다. 일 실시예에서, 렌즈부(240)의 입사면은 평면일 수 있다. 일 실시예에서, 렌즈부(240)의 입사면은 조리개(Ap)의 개구면과 평행하는 평면일 수 있다. 일 실시예에서, 렌즈부(240)의 출사면의 면적은 제1 렌즈부(240)의 입사면의 면적보다 클 수 있다.
패턴부(250)는 도시된 바와 같이 입사광(Pin1, Pin2)에 수직한 면을 기준으로 오목한 곡면 형태를 가질 수 있다. 여기서, 곡면은 예컨데, 구면 또는 포물면(paraboloid)일 수 있다. 도시하지는 않았지만 패턴부(250)에는 곡면 패턴(도 9의 P 참조)과 반사층(도 9의 260R 참조)이 형성될 수 있다. 패턴부(250)로 입사된 광은 반사층을 통해 반사될 수 있다. 패턴부(250)에 곡면 패턴이 존재하므로 패턴부(250)에서 반사된 광에는 곡면 패턴이 반영될 수 있다. 예컨대, 곡면 패턴이 투명한 부분과 불투명한 부분을 포함할 때, 패턴부(250)에서 반사된 광은 곡면 패턴의 투명한 부분과 불투명한 부분에 대응하여 다른 광의 세기를 가질 수 있다.
곡면 형태의 패턴부(250)에 대해 설명하였지만, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a)에서, 패턴부(250)의 형태가 곡면 형태에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a)에서, 패턴부(250)는 평면 형태를 가질 수 있고, 그에 따라, 패턴부(250) 내의 패턴도 평면 형태를 가질 수 있다.
광 세기 조절부(260)는 렌즈부(240)와 패턴부(250) 사이에 배치될 수 있다. 광 세기 조절부(260)는 광축에 근접하여 입사된 광(Pin1)의 광량, 즉 광의 세기는 감소시키고, 광축에서 멀리 입사된 광(Pin2)의 세기는 실질적으로 동일하게 유지시키거나, 또는 최소한으로 감소시킬 수 있다. 여기서, 광축에 근접하여 입사된 광(Pin1)은 광축에 거의 평행하게 입사되는 광을 의미하고, 광축에서 멀리 입사된 광(Pin2)은 광축에 대해 소정 이상의 각도를 가지고 입사되는 광을 의미할 수 있다. 따라서, 광 세기 조절부(260)는, 광축에서 가까운 패턴부(250)의 중심 부분의 광(Pout1)의 세기와 광축에서 먼 패턴부(250)의 외곽 부분의 광(Pout2)의 세기를 적절하게 조절할 수 있다. 예컨대, 광 세기 조절부(260)가 없는 경우와 비교해서, 광 세기 조절부(260)를 포함하는 경우에, 패턴부(250)의 중심 부분의 광(Pout1)의 세기는 10% 이상 세기가 감소하고, 패턴부(250)의 외곽 부분의 광(Pout2)의 세기는 실질적으로 동일하게 유지되거나 1% 내지 2% 정도로 최소한으로 감소할 수 있다.
한편, 광 세기 조절 마커(200a)로 입사된 광은 패턴부(250)에서 반사되어 출사하므로, 광 세기 조절 마커(200a)로부터 출사된 광은 광 세기 조절부(260)를 2번 통과하게 된다. 따라서, 광 세기 조절 마커(200a)로부터 출사된 광이 광축에 근접한 부분과 광축에서 먼 부분에서 균일한 세기로 출력되도록, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a)에서는 광 세기 조절부(160)의 광 투과 특성이 적절히 조절될 수 있다.
광 세기 조절부(260)는 예컨대, 그라디언트(gradient) 필터, 또는 투명 필름 등을 통해 구현될 수 있다. 그라디언트 필터는 ND(neutral density) 필터라고도 하며, 광축에 가까운 중심 부분의 광의 투과율을 광축에서 먼 외곽 부분의 광의 투과율보다 낮출 수 있다. 한편, 투명 필름의 경우는 광이 통과하는 부분의 두께를 조절함으로써, 광의 세기를 조절할 수 있다. 예컨대, 광이 긴 경로를 통해 투명 필름을 통과할 때 광의 세기 감소가 커지고, 광이 짧은 경로를 통해 투명 필름을 통과할 때 광의 세기 감소가 작아질 수 있다. 광 세기 조절부(260)의 구체적인 구성에 대해서는 도 7a 내지 도 9의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
일반적으로 렌즈들을 통과한 광은, 비네팅(vignetting) 효과에 의해 광축에 가까운 중심 부분보다 광축에서 먼 외곽 부분이 어두울 수 있다. 이와 같이, 렌즈들을 통과한 광이 외곽 부분에서 어두워지는 현상에 따라, 렌즈부(240)의 렌즈들을 통과하여 패턴부(250)에 입사되는 광 역시 중심 부분에서 밝고 외곽 부분에서 어두울 수 있다. 또한, 패턴부(250)에 반사되어 렌즈부(240)를 다시 통과하여 출사되는 광의 경우는 그러한 현상이 더욱 커질 수 있다. 한편, 패턴부(250)의 중심 부분과 외곽 부분의 광 세기의 차이는 패턴부(250) 상의 패턴이 결상 유닛(도 11의 500)에서 부정확하게 결상되는 원인으로 작용할 수 있고, 따라서, 마커의 위치 및 방위의 계산에서 오차를 유발시킬 수 있다.
본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a)는 렌즈부(240)와 패턴부(250) 사이에 배치된 광 세기 조절부(260)를 포함함으로써, 광축에서 가까운 패턴부(250)의 중심 부분과 광축에서 먼 패턴부(250)의 외곽 부분에서의 광 세기의 크기를 적절하게 조절할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a)는 광학 추적 장치(도 11의 1000)의 결상 유닛(500)에서의 패턴에 대한 결상 능력을 향상시킬 수 있고, 또한, 마커의 위치 및 방위를 정확하게 계산하도록 할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b)는 렌즈부(240)가 적어도 2개의 렌즈군(240-1, 240-2)을 구비하고, 광 세기 조절부(260)가 적어도 2개의 렌즈군(240-1, 240-2)들 사이에 배치된다는 점에서, 도 6a의 광 세기 조절 마커(200a)의 구조와 다를 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b)에서, 렌즈부(240)는 제1 렌즈군(240-1)과 제2 렌즈군(240-2)을 구비하며, 광 세기 조절부(260)는 제1 렌즈군(240-1)과 제2 렌즈군(240-2) 사이에 배치될 수 있다. 제1 렌즈군(240-1)과 제2 렌즈군(240-2)은 각각 적어도 하나의 렌즈를 구비할 수 있다.
본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b)에서, 렌즈부(240)가 2개의 렌즈군(240-1, 240-2)을 구비하지만, 그에 한하지 않고 3개 이상의 렌즈군을 구비할 수도 있다. 렌즈부(240)가 3개 이상의 렌즈군을 구비하는 경우에, 광 세기 조절부(260)는 인접하는 2개의 렌즈군 사이들 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.
본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b)에서, 광 세기 조절부(260)의 기능은 도 6a의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 따라서, 광 세기 조절부(260)는 광축에 근접하여 입사된 광(Pin1)의 세기는 비교적 크게 감소시키고, 광축에서 멀리 입사된 광(Pin2)의 세기는 실질적으로 동일하게 유지시키거나 최소한으로 감소시킴으로써, 패턴부(250)의 중심 부분의 광(Pout1)의 세기와 패턴부(250)의 외곽 부분의 광(Pout2)의 세기를 적절하게 조절할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200c)는 광 세기 조절부(260a)가 패턴부(250)의 후면(250b) 상에 배치된다는 점에서, 도 6a의 광 세기 조절 마커(200a)의 구조와 다를 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200c)에서, 광 세기 조절부(260a)는 패턴부(250)의 후면(250b) 상에 필름 형태로 접착되어 배치될 수 있다. 한편, 도 9에서 보듯이, 패턴부(250)에는 반사층이 없고, 대신 광 세기 조절부(260a)의 후면에 반사층(260R)이 형성될 수 있다. 참고로, 앞서 도 6a 및 도 6b의 광 세기 조절 마커(200a, 200b)의 경우, 패턴부(250)에 반사층이 구비될 수 있다.
본 실시예의 광 세기 조절 마커(200c)에서, 패턴부(250)의 전면(250f)으로 입사된 광은 광 세기 조절부(260a)의 후면에 배치된 반사층(260R)으로부터 반사되되, 광 세기 조절부(260a)를 두 번 통과할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200c)에서, 광 세기 조절부(260a)를 통해 패턴부(250)의 중앙 부분의 광(Pout1)과 외곽 부분의 광(Pout2)의 세기가 조절될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6a의 광 세기 조절 마커의 다양한 구조를 구체적으로 보여주는 단면도들이다. 도 6a의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 7a를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a1)는, 렌즈부(240a1)가 2개의 렌즈(242, 244)를 구비할 수 있다. 예컨대, 렌즈부(240a1)는 제1 렌즈(242)와 제2 렌즈(244)를 구비하고, 제1 렌즈(242)의 출사면에 제2 렌즈(244)의 입사면이 결합한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제2 렌즈(244)는 네가티브 메니스커스(negative meniscus) 렌즈 또는 오목 메니스커스(concave meniscus) 렌즈로서, 오목한 면의 곡률이 볼록한 면의 곡률보다 크며, 오목한 면은 반구의 홈에 대응할 수 있다.
광은 렌즈부(240a)의 렌즈들(242, 244)을 통과하면서 굴절되고, 광 세기 조절부(260)를 통과하면서 광 세기가 조절되어 패턴부(250)으로 입사될 수 있다. 또한, 패턴부(250)에서 반사된 광은 광 세기 조절부(260)와 렌즈부(240a)의 렌즈들(242, 244)을 거쳐 출사되되, 광 세기 조절부(260)에서 다시 광 세기가 조절될 수 있다. 이러한 광 세기 조절부(260)에 의한 두 번의 광 세기 조절을 통해 광 세기 조절 마커(200a1)로부터 출사된 광은 광축으로부터의 거리에 상관없이 어느 정도 균일한 광 세기를 유지할 수 있다.
광 세기 조절부(260)는 예컨대, 그라디언트 필터로 구현될 수 있다. 즉, 렌즈부(240a)의 렌즈들의 광 투과 특성에 기초하여, 중심 부분과 외곽 부분의 광 투과율이 적절히 조절된 그라디언트 필터가 광 세기 조절부(260)로서 이용될 수 있다. 한편, 그라디언트 필터는 별도의 장치에 장착되어 배치되거나 또는 필름 형태로 렌즈, 예컨대 제2 렌즈(244)의 출사면에 접착되어 배치될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a2)는, 렌즈부(240a2)가 3개의 렌즈(242, 244, 246)를 구비할 수 있다. 예컨대, 렌즈부(240a2)는 제1 렌즈(242), 제2 렌즈(244), 및 제3 렌즈(246)를 구비하고, 제1 렌즈(242)의 출사면에 제2 렌즈(244)의 입사면이 결합하고, 제2 렌즈(244)의 출사면에 제3 렌즈(246)의 입사면이 결합한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제3 렌즈(246)는 포지티브 메니스커스(positive meniscus) 렌즈 또는 볼록 메니스커스(convex meniscus) 렌즈로서, 오목한 면의 곡률이 볼록한 면의 곡률보다 작을 수 있다.
광은 렌즈부(240a2)의 렌즈들(242, 244, 246)을 통과하면서 굴절되고, 광 세기 조절부(260)를 통과하면서 광 세기가 조절되어 패턴부(250)로 입사되며, 패턴부(250)에서 반사된 광은 동일한 과정을 거쳐 광 세기 조절 마커(200a2)로부터 출사될 수 있다. 광 세기 조절부(260)는 예컨대, 그라디언트 필터로 구현될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a3)는, 광 세기 조절부(260a)가 투명 필름 형태로 렌즈부(240a2)에 접착되어 배치된다는 점에서, 도 7b의 광 세기 조절 마커(200a2)와 다를 수 있다. 구체적으로, 광 세기 조절부(260a)는 투명 필름 형태로 제3 렌즈(246)의 출사면 상에 접착되어 배치될 수 있다. 투명 필름 형태의 광 세기 조절부(260a)는 광이 통과하는 경로의 두께에 따라 투과율이 달라질 수 있다. 다시 말해서, 앞서 그라디언트 필터의 경우, 광이 동일한 두께의 경로를 통과하더라도 위치에 따라 투과율이 달라지나, 투명 필름의 광 세기 조절부(260a)는 위치에 상관없이 광이 통과하는 경로의 두께에 따라서 투과율이 달라질 수 있다.
예컨대, 광 세기 조절부(260a)는 제3 렌즈(246)의 출사면 상에서 광축 방향으로 중심 부분의 제1 두께(T1c)와 외곽 부분의 제1 두께(T1e)가 실질적으로 동일한 투명 필름 형태로 형성될 수 있다. 한편, 렌즈부(240a2)를 통과하는 광은 제3 렌즈(246)의 중심 부분에서는 광축 방향을 따라 통과하고, 제3 렌즈(246)의 외곽 부분에서는 광축에 대해 제1 각도(θ)를 가지고 통과할 수 있다. 따라서, 제3 렌즈(246)의 중심 부분에서, 투명 필름 형태의 광 세기 조절부(260a)를 광이 통과하는 경로는 제1 두께(T1c)에 해당하는 반면, 제3 렌즈(246)의 외곽 부분에서, 광 세기 조절부(260a)를 광이 통과하는 경로는 제2 두께(T2)에 해당할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1e=T1c)보다 작다. 따라서, 투명 필름 형태의 광 세기 조절부(260a)를 통과하는 광의 투과율은 외곽 부분에서 높고 중심 부분에서 낮을 수 있다. 따라서, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a3)에서, 투명 필름의 형태의 광 세기 조절부(260a)는 패턴부(250)의 중앙 부분의 광(Pout1)의 세기와 패턴부(250)의 외곽 부분의 광(Pout2)의 세기를 조절할 수 있다.
한편, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200a3)에서, 광 세기 조절부(260a)가 제3 렌즈(246)의 출사면 상에 배치되고 있지만, 광 세기 조절부(260a)의 배치 위치가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 광 세기 조절부(260a)는 제1 렌즈(242) 또는 제2 렌즈(244)의 출사면 상에 배치될 수 있다. 또한, 광 세기 조절부(260a)는 제1 렌즈(242), 제2 렌즈(244), 및 제3 렌즈(246) 중 적어도 2개의 출사면에 배치될 수도 있다. 덧붙여, 전술한 광 세기 조절 마커들에서, 렌즈부가 2개 또는 3개의 렌즈들을 구비하고 있지만, 렌즈부의 렌즈들의 개수가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 광 세기 조절 마커에서, 렌즈부는 1개 또는 4개 이상의 렌즈들을 구비할 수도 있다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6b의 광 세기 조절 마커의 다양한 구조를 구체적으로 보여주는 단면도들이다. 도 6b, 및 도 7a 내지 도 7c의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 8a를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b1)는, 렌즈부(240b1)가 2개의 렌즈군(240b1-1, 240b1-2)을 구비할 수 있다. 예컨대, 렌즈부(240b1)는 제1 렌즈군(240b1-1)과 제2 렌즈군(240b1-2)을 구비할 수 있다. 또한, 제1 렌즈군(240b1-1)은 제1 렌즈(242-1), 제2 렌즈(244-1) 및 제3 렌즈(246-1)를 구비하고, 제1 렌즈(242-1)의 출사면에 제2 렌즈(244-1)의 입사면이 결합하고, 제2 렌즈(244-1)의 출사면에 제3 렌즈(246-1)의 입사면이 결합한 구조를 가질 수 있다. 한편, 제2 렌즈군(240b1-2)은 하나의 렌즈를 구비할 수 있다.
본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b1)에서, 광 세기 조절부(260)는 제1 렌즈군(240b1-1)와 제2 렌즈군(240b1-2) 사이에 배치될 수 있다. 광은 제1 렌즈군(240b1-1)의 렌즈들(242-1, 244-1, 246-1)을 통과하면서 굴절되고, 광 세기 조절부(260)를 통과하면서 광 세기가 조절된 후, 제2 렌즈군(240b1-2)을 통해 패턴부(250)로 입사되며, 패턴부(250)에서 반사된 광은 동일한 과정을 거쳐 광 세기 조절 마커(200b1)로부터 출사될 수 있다. 광 세기 조절부(260)는 예컨대, 그라디언트 필터로 구현될 수 있고, 전술한 바와 같이 별도의 장치에 장착되어 배치되거나 필름 형태로 제1 렌즈군(240b1-1)의 제3 렌즈(246-1)의 출사면에 접착되어 배치될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b2)에서, 렌즈부(240b2)는 2개의 렌즈군(240b2-1, 240b2-2)을 구비할 수 있다. 예컨대, 렌즈부(240b2)는 제1 렌즈군(240b2-1)과 제2 렌즈군(240b2-2)을 구비할 수 있다. 또한, 제1 렌즈군(240b2-1)은 제1 렌즈(242-1), 제2 렌즈(244-1) 및 제3 렌즈(246-1)를 구비하고, 제1 렌즈(242-1)의 출사면에 제2 렌즈(244-1)의 입사면이 결합하고, 제2 렌즈(244-1)의 출사면에 제3 렌즈(246-1)의 입사면이 결합한 구조를 가질 수 있다. 한편, 제2 렌즈군(240b2-2)은 제4 렌즈(242-2)와 제5 렌즈(244-2)를 구비하고, 제4 렌즈(242-2)의 출사면에 제5 렌즈(244-2)의 입사면이 결합한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제2 렌즈군(240b2-2)는 광 조절 세기부(260) 쪽으로 배치된 포지티브(또는 볼록) 메니스커스 렌즈 구조의 제4 렌즈(242-2)와 패턴부(250)가 접착된 네가티브(또는 오목) 메니스커스 렌즈 구조의 제5 렌즈(244-2)를 포함할 수 있다. 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b1)는 제2 렌즈군(240b2-2)가 2개의 렌즈를 구비함으로써, 패턴부(250)에 광이 좀더 정밀하게 초점이 맺히도록 할 수 있다.
본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b2)에서, 광 세기 조절부(260)는 제1 렌즈군(240b2-1)와 제2 렌즈군(240b2-2) 사이에 배치될 수 있다. 광은 제1 렌즈군(240b2-1)의 렌즈들(242-1, 244-1, 246-1)을 통과하면서 굴절되고, 광 세기 조절부(260)를 통과하면서 광의 세기가 조절된 후, 제2 렌즈군(240b2-2)의 렌즈들(242-2, 244-2)을 통해 패턴부(250)로 입사되며, 패턴부(250)에서 반사된 광은 동일한 과정을 거쳐 광 세기 조절 마커(200b2)로부터 출사될 수 있다. 광 세기 조절부(260)는 예컨대, 그라디언트 필터로 구현될 수 있고, 별도의 장치에 장착되어 배치되거나 필름 형태로 제1 렌즈군(240b1-1)의 제3 렌즈(246-1)의 출사면에 접착되어 배치될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b3)는, 광 세기 조절부(260a)가 투명 필름 형태로 제1 렌즈군(240b2-1)의 제3 렌즈(246-1)에 접착되어 배치된다는 점에서, 도 8b의 광 세기 조절 마커(200b2)와 다를 수 있다. 구체적으로, 광 세기 조절부(260a)는 투명 필름 형태로 제3 렌즈(246-1)의 출사면 상에 접착되어 배치되고, 광축 방향으로 중심 부분의 제1 두께(T1c)와 외곽 부분의 제1 두께(T1e)가 동일할 수 있다. 도 7c의 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 투명 필름 형태의 광 세기 조절부(260a)를 통해 패턴부(250)의 중앙 부분의 광(Pout1)의 세기와 패턴부(250)의 외곽 부분의 광(Pout2)의 세기가 조절될 수 있다.
덧붙여, 광 세기 조절부(260a)의 배치 위치가 제3 렌즈(246-1)의 출사면에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b3)에서, 광 세기 조절부(260a)는 제1 렌즈(242-1), 제2 렌즈(244-1), 제3 렌즈(246-1), 제4 렌즈(242-2) 및 제5 렌즈(244-2) 중 적어도 하나의 출사면 상에 배치될 수 있다.
도 9는 도 6c의 광 세기 조절 마커의 구조를 구체적으로 보여주는 단면도이다. 도 6c, 도 7a 내지 도 8c의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200c1)는 렌즈부(240c1)의 구조가 도 8c의 렌즈부(240b2)과 유사할 수 있다. 예컨대, 렌즈부(240c1)는 제1 렌즈군(240c1-1)과 제2 렌즈군(240c1-2)을 구비할 수 있다. 또한, 제1 렌즈군(240c1-1)은 서로 순차적으로 결합한 제1 렌즈(242-1), 제2 렌즈(244-1) 및 제3 렌즈(246-1)를 구비하고, 제2 렌즈군(240c1-2)은 서로 결합한 제4 렌즈(242-2)와 제5 렌즈(244-2)를 구비할 수 있다.
한편, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200c1)는 도 8c의 렌즈부(240b2)와 달리, 투명 필름 형태의 광 세기 조절부(260a)가 패턴부(250)의 후면 상에 접착되어 배치될 수 있다. 확대도를 통해 확인할 수 있듯이, 패턴부(250)에는 곡면 패턴(P)이 형성되고, 광 세기 조절부(260a)가 패턴부(250)의 후면 상에 배치되며, 광 세기 조절부(260a)의 후면 상에 반사층(260R)이 접착되어 배치될 수 있다.
패턴부(250)로 입사된 광은 반사층(260R)에 의한 반사 과정에서 광 세기 조절부(260a)를 왕복함으로써, 패턴부(250)의 중앙 부분과 외곽 부분에서 광 세기가 조절될 수 있다.
광 세기 조절부(260 or 260a)를 통해 광 세기 조절 마커의 출사광의 광 세기 조절에 수치적으로 간단히 설명하면, 광 세기 조절부(260 or 260a)가 중앙 부분을 통과한 광의 세기는 70%로 감소시키고 외곽 부분을 통과한 광의 세기는 100% 그대로 유지시킨다고 하자. 한편, 광축에 가까이 광 세기 조절 마커로 입사된 광의 세기는 100%이고, 광축에서 멀리 또는 광축에 큰 경사를 가지고 광 세기 조절 마커로 입사된 광의 세기는 50%라 하자. 광축에 가까이 입사된 광은 광 세기 조절부(260 or 260a)를 통과하면서 70% 감소하고, 따라서, 70%의 광 세기를 가지고 패턴부(250)에 입사되어 반사되며, 광 세기 조절부(260 or 260a)를 통과하면서 다시 70% 줄어듦으로써, 최종적으로 광 세기 조절 마커부터 출사되는 광의 세기는 49%에 해당할 수 있다. 한편, 광축에 큰 경사를 가지고 입사된 광은 광 세기 조절부(260 or 260a)를 왕복하면서 계속해서 동일한 광 세기를 유지하므로 광 세기 조절 마커부터 출사되는 광의 세기는 여전히 50%를 유지할 수 있다. 따라서, 광 세기 조절 마커는 광 세기 조절부(260 or 260a)를 통해 광축에 가까운 광과 광축에서 먼 광이 비슷한 광 세기를 출사되도록 할 수 있다.
한편, 전술한 설명은, 광 세기 조절 마커에 포함된 렌즈들과 필름 패턴의 투과율이 100%이고, 반사층에 의한 반사율도 100%를 가정한 것이다. 그러나 실제 렌즈들과 필름 패턴은 100% 미만의 투과율을 가지며 반사층도 100% 미만의 반사율을 가질 수 있다. 따라서, 광 세기 조절 마커에서 출사광의 세기를 균일하게 조절하기 위하여, 실제의 렌즈들과 패턴부의 투과율과 반사층의 반사율을 고려하여 광 세기 조절부(260 or 260a)의 투과 특성이 적절하게 조절 및 선택될 수 있다.
지금까지 광 세기 조절부(260 or 260a)의 다양한 배치 구조에 대하여 설명하였다. 그러나 광 세기 조절부(260 or 260a)의 배치 구조가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 출사광의 세기를 균일하게 조절할 수 있는 모든 광 세기 조절부(260 or 260a)의 배치 구조가 본 실시예의 광 세기 조절 마커에 적용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 렌즈부 내의 렌즈들의 구조가 변경됨으로써, 패턴부의 곡률이나 사이즈 등이 조절될 수 있다. 따라서, 렌즈부 내의 렌즈들의 구조 변경을 통해 다양한 곡률과 사이즈의 패턴부를 구비한 광 세기 조절 마커가 구현될 수 있다. 덧붙여, 렌즈부 내의 렌즈들은 구조 변경뿐만 아니라 굴절률의 조절을 통해서도 패턴부의 곡률이나 사이즈의 조절에 기여할 수 있다.
한편, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200c1)를 비롯한, 여러 실시예들의 광 세기 조절 마커들에서 다수의 렌즈들이 군을 이루게 되는데, 그 장점과 역할은 다음과 같다. 이하에서는, 도 9의 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
먼저, 광 세기 조절 마커의 광학계를 구성하는 렌즈들이 제1 렌즈군(240c1-1)와 제2 렌즈군(240c1-2)와 같이 군을 이루게 되면, 광학계의 설계가 간소화해 질 수 있다. 렌즈들은 각각의 수차를 가지고 있는데, 렌즈군의 수차는 렌즈들의 수차를 합산하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(242-1), 제2 렌즈(244-1) 및 제3 렌즈(246-1) 각각의 수차의 합산에 의해 제1 렌즈군(240c1-1)의 수차가 결정될 수 있다. 제1 렌즈군(240c1-1)은 초점면을 결정하거나 또는 전체적인 광경로를 만들고, 제2 렌즈군(240c1-2)은 제1 렌즈군(240c1-1)이 갖는 왜곡이나 색수차를 보완하는 역할을 할 수 있다. 예컨대, 색수차가 제1 렌즈군(240c1-1)에서 (+)값을 갖는다면, 제1 렌즈군(240c1-1)의 색수차와 제2 렌즈군(240c1-2)의 색수차의 합이 0에 가깝도록, 제2 렌즈군(240c1-2)의 색수차는 (-) 값을 갖도록 설계될 수 있다.
한편, 서로 이격된 렌즈들로써 렌즈군을 구성하는 일반적인 적층 구조의 경우에 비해, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200c1)는 렌즈들을 접합하여 제1 렌즈군(240c1-1) 및 제2 렌즈군(240c1-1)을 각각 구성함으로써 설계값에 가깝게 렌즈들의 위치를 정할 수 있다. 또한, 접합된 렌즈들을 이용하여 광학계를 형성하므로, 수율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 제1 및 제2 렌즈군들(240c1-1, 240c1-2)을 포함하는 광 세기 조절 마커의 전체적인 설계 편차를 최소화할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예들에 따른, 홀더를 포함한 광 세기 조절 마커에 대한 측면도들이다.
도 10a를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200b2)는 홀더(210), 렌즈부(240b2), 패턴부(250) 및 광 세기 조절부(260)를 포함할 수 있다. 홀더(210)는 렌즈부(240b2), 패턴부(250) 및 광 세기 조절부(260)를 내부에 수용하여 지지할 수 있다. 홀더(210)의 구체적인 구조는 도 2a 및 도 5의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 한편, 광 세기 조절 마커(200b2)는 도 8b의 광 세기 조절 마커(200b2)에 해당할 수 있다. 예컨대, 도 8b에 도시된 광 세기 조절 마커(200b)는 홀더가 생략된 구조에 해당할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 본 실시예의 광 세기 조절 마커(200c1)는 홀더(210), 렌즈부(240b2), 패턴부(250) 및 광 세기 조절부(260a)를 포함할 수 있다. 홀더(210)는 렌즈부(240b2), 패턴부(250) 및 광 세기 조절부(260a)를 내부에 수용하여 지지할 수 있다. 홀더(210)의 구체적인 구조는 도 2a 및 도 5의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 한편, 광 세기 조절 마커(200c1)는 도 9의 광 세기 조절 마커(200c1)에 해당할 수 있다. 예컨대, 도 9에 도시된 광 세기 조절 마커(200c1)는 홀더가 생략된 구조에 해당할 수 있다.
지금까지, 홀더를 포함한 구조로서, 도 8b 및 도 9의 광 세기 조절 마커(200b, 200c1)에 대해 예시하였지만, 홀더를 포함한 구조가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 7a 내지 도 7c, 도 8a, 및 8c의 광 세기 조절 마커(200a1, 200a2, 200a3, 200b1, 200b3) 역시 홀더를 포함할 수 있음은 물론이다. 일반적으로 렌즈부, 광 세기 조절부, 및 패턴부 등은 외부의 물리적 화학적 손상으로부터 보호가 필요하고, 따라서, 광 세기 조절 마커는 홀더를 필수적으로 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터를 포함한 광학 추적 장치에 대한 구성도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 광학 추적 장치(1000)는 광원(10), 어댑터(100), 마커(200), 결상 유닛(500), 및 프로세서(600)를 포함할 수 있다.
어댑터(100)는 위치 추적이 요구되는 대상물(Ob)에 결합하고, 어댑터(100)에 마커(200)가 장착될 수 있다. 어댑터(100)의 구조, 및 어댑터(100)와 마커(200)의 결합 구조에 대해서는 도 1a 내지 도 5의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
마커(200)는, 홀더(210), 홀더 자석(230), 렌즈부(240), 및 패턴부(250)을 포함할 수 있다. 패턴부(250)에는 곡면 패턴 또는 평면 패턴이 형성될 수 있다. 한편, 마커(200)는 광 세기 조절부를 더 포함할 수도 있다. 예컨대, 마커(200)는 도 6a 내지 도 10b의 광 세기 조절 마커일 수도 있다.
결상 유닛(500)은 마커(200)로부터 출사된 패턴에 대한 평행 광을 수광하여 패턴을 확대된 패턴 이미지로서 결상시킬 수 있다. 결상 유닛(500)은 렌즈부(510)와 센서부(520)를 포함할 수 있다. 렌즈부(510)는 패턴의 평행 광을 수광하여 확대할 수 있다. 센서부(520)는 렌즈부(510)를 통해 확대된 패턴을 패턴 이미지로서 결상시킬 수 있다. 예컨대, 결상 유닛(500)은 카메라일 수 있다.
프로세서(600)는 결상 유닛(500)에 결상된 패턴에 대한 패턴 이미지를 이용하여 마커(200)의 공간 위치와 방향을 산출할 수 있다. 그 자세한 내용은 본 발명에 병합되는 미공개 출원 발명 KR 10-2016-0101377호에 예시적으로 기재되어 있다.
본 실시예의 광학 추적 장치(1000)에서, 어댑터(100), 마커(200), 및 결상 유닛(500)이 각각 하나씩 구비되고 있지만, 어댑터(100), 마커(200), 및 결상 유닛(500)의 개수가 하나에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 어댑터(100), 마커(200), 및 결상 유닛(500)은 각각 복수 개로 구비될 수 있다. 그에 따라, 대상물(Ob)의 공간 위치와 방향의 산출이 보다 정밀하게 산출될 수 있다. 예컨대, 마커(200), 및 결상 유닛(500)의 개수를 증가시키는 경우, 복합적인 계산을 통해 대상물(Ob)의 공간 위치와 방향을 보다 정밀하게 계산할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 어댑터는 장착소자와의 결합이 용이하고, 또한, 장착된 장착소자의 위치 및 자세를 정확하게 유지시킬 수 있다. 예컨대, 본 발명의 기술적 사상에 의한 어댑터가 마커 장착용 어댑터인 경우, 상기 어댑터는 마커의 홀더와 결합이 용이하고, 또한, 장착된 마커의 위치 및 자세를 정확하게 유지시킬 수 있다. 구체적으로, 어댑터는 마커의 홀더의 돌출부가 삽입될 수 있는 관통 홀이 형성된 몸체부와 마커의 올바른 위치 및 자세를 유도하는 거치부를 포함함으로써, 마커는, 홀더의 돌출부가 관통 홀에 삽입되는 구조로 어댑터에 용이하게 장착되고, 또한, 거치부를 통해 올바른 위치 및 자세로 어댑터에 장착될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 어댑터가 마커 장착용 어댑터인 경우, 마커가 어댑터에 올바른 위치와 자세로 용이하게 장착됨으로써, 어댑터 및 마커를 포함한 광학 추적 장치의 설치를 간편화하고, 위치 검출의 정밀성을 향상시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 위치 추적용 마커(marker)가 결합하여 수용될 수 있는 구조를 갖는 몸체부;
    상기 몸체부의 앞면으로부터 돌출된 돌기들을 포함하고, 상기 돌기들은 상기 마커의 제1 방향에 따른 이동 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에 따른 이동을 제한함으로써 상기 마커를 상기 몸체부의 설정된 위치로 유도하여 장착시키는 거치부; 및
    상기 몸체부로부터 연장하고 위치 추적이 요구되는 대상물에 결합하는 대상 결합부;를 포함하는 어댑터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 마커는,
    패턴이 형성된 패턴부, 상기 패턴부로 광을 입사시키는 렌즈부, 및 상기 패턴부와 렌즈부를 내부에 수용하는 홀더(holder)를 구비하고,
    상기 홀더는 상기 몸체부의 앞면에 결합하여 밀착되는 결합 면을 구비하되, 상기 결합 면으로부터 돌출된 돌출부를 구비하며,
    상기 몸체부에는 상기 돌출부가 삽입될 수 있는 관통 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 어댑터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 관통 홀이 중심으로 배치된 고리 형태를 가지며,
    상기 돌기들은, 상기 몸체부의 상기 관통 홀의 둘레에 배치되고,
    상기 홀더의 상기 결합 면에는, 상기 돌기들에 의해 상기 홀더를 지지하도록 하는 지지 결합 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 어댑터.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 결합 면은, 상기 홀더와 상기 몸체부가 결합하는 기준면으로서, x 축과 z 축으로 이루어진 x-z 평면 상에 존재하고,
    상기 돌기들 중 제1 돌기는, 상기 지지 결합 구조와 접촉하여 상기 마커의 상기 z축 방향에 따른 이동을 제한하고,
    상기 돌기들 중 제2 돌기는, 상기 지지 결합 구조와 접촉하여 상기 마커의 상기 x축 방향에 따른 이동을 제한하며,
    상기 지지 결합 구조는, 상기 돌기들에 대응하여 상기 결합 면에 형성된 홈들이거나, 또는 상기 결합 면의 외곽 부분에 형성되고 상기 결합 면에 대해 단차를 갖는 리세스 영역인 것을 특징으로 하는 어댑터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 지지 결합 구조는 상기 리세스 영역으로 형성되고,
    상기 리세스 영역과 상기 결합 면 사이에는 상기 제1 돌기와 상기 리세스 영역이 서로 접촉하는 지점의 상기 z축 상의 제1 레벨에 대응하여 상기 x 축으로 연장하는 하부 단차부와, 상기 제2 돌기와 상기 리세스 영역이 서로 접촉하는 지점의 상기 x축 상의 좌표에 대응하여 상기 z 축으로 확장하는 측면 단차부가 존재하고,
    상기 몸체부에 상기 홀더가 결합할 때, 상기 돌기들이 상기 리세스 영역에 삽입되고, 상기 제1 돌기가 상기 하부 단차부에 접하면서 상기 홀더를 지지하며, 상기 제2 돌기가 상기 측면 단차부와 접하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 관통 홀의 둘레에 매몰된 구조로 배치된 제1 및 제2 어댑터 자석들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 관통 홀의 둘레에 매몰된 구조로 배치된 적어도 2개의 제1 및 제2 어댑터 자석들을 더 포함하고,
    상기 어댑터에 상기 마커가 장착될 때, 상기 제1 및 제2 어댑터 자석들이 상기 홀더의 내부에 배치된 제1 및 제2 홀더 자석들과 자기력에 의해 각각 결합하고, 이에 따라, 상기 어댑터와 상기 마커의 상기 결합 면에 수직인 방향에 따른 결합이 강화되는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 어댑터와 상기 홀더 사이의 결합이 강화되도록, 상기 제1 어댑터 자석과 상기 제1 홀더 자석이 서로 얼라인되지 않거나, 또는 상기 제2 어댑터 자석과 상기 제2 홀더 자석이 서로 얼라인되지 않은 것을 특징으로 하는 어댑터.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 대상 결합부는, 상기 몸체부의 앞면에 평행하게 일 방향으로 연장하는 연장부, 및 상기 연장부의 끝단에서 상기 홀더가 장착되는 방향으로 연장하는 수평부를 구비하고,
    상기 대상물은 상기 수평부에 결합 장치를 통해 결합하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 어댑터에 상기 마커가 장착된 상태에서, 상기 돌출부의 상면은 상기 몸체부의 뒷면으로부터 돌출되거나, 또는 상기 몸체부의 뒷면과 동일 평면을 이루며,
    상기 돌출부의 상면에 상기 렌즈부의 렌즈가 노출되는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 마커는,
    적어도 하나의 렌즈를 구비한 제1 렌즈부, 곡면 패턴이 형성된 패턴부, 상기 제1 렌즈부로부터의 광을 상기 곡면 패턴에 수직하게 입사시키는 제2 렌즈부, 및 상기 제1 렌즈부, 제2 렌즈부 및 패턴부를 수용하는 홀더를 포함하고, 상기 제1 렌즈부 및 제2 렌즈부를 이용하여, 상기 패턴부에서 반사된 상기 곡면 패턴을 평행 광 형태로 출사시키며,
    상기 홀더는 상기 몸체부의 앞면에 결합하여 밀착되는 결합 면을 구비하되, 상기 결합 면으로부터 돌출된 돌출부를 구비하며,
    상기 몸체부에는 상기 돌출부가 삽입될 수 있는 관통 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 어댑터.
  12. 대상물로의 결합이 요구되는 장착소자가 장착되고, 상기 장착소자의 외형에 대응하는 구조를 갖는 몸체부;
    상기 몸체부의 앞면으로부터 돌출된 돌기들을 포함하고, 상기 돌기들은 상기 장착소자의 제1 방향에 따른 이동 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에 따른 이동을 제한함으로써, 상기 장착소자를 상기 몸체부의 설정된 위치로 유도하여 장착시키는 거치부; 및
    상기 몸체부로부터 연장하고 상기 대상물에 결합하는 대상 결합부;를 포함하는 어댑터.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 장착소자는, 상기 몸체부의 앞면에 결합하여 밀착되는 결합 면을 구비하되, 상기 결합 면으로부터 돌출된 돌출부를 구비하며,
    상기 몸체부에는 상기 돌출부가 삽입될 수 있는 관통 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 어댑터.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 관통 홀이 중심으로 배치된 고리 형태를 가지며,
    상기 돌기들은, 상기 몸체부의 상기 관통 홀의 둘레에 배치되고,
    상기 장착소자의 상기 결합 면에는, 상기 돌기들에 의해 상기 홀더를 지지하도록 하는 지지 결합 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 어댑터.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 관통 홀의 둘레에 매몰된 구조로 배치되는 적어도 두 개의 제1 및 제2 어댑터 자석들을 더 포함하고,
    상기 어댑터에 상기 장착소자가 장착될 때, 상기 제1 및 제2 어댑터 자석들이 상기 장착소자의 내부에 배치된 제1 및 제2 자석들과 자기력에 의해 각각 결합하고, 이에 따라, 상기 어댑터와 상기 장착소자의 상기 결합 면에 수직인 방향에 따른 결합이 강화되는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 어댑터와 상기 장착소자 사이의 결합이 강화되도록, 상기 제1 어댑터 자석과 상기 제1 자석이 서로 얼라인되지 않거나, 또는 상기 제2 어댑터 자석과 상기 제2 자석이 서로 얼라인되지 않은 것을 특징으로 하는 어댑터.
  17. 패턴이 형성된 패턴부, 상기 패턴부로 광을 입사시키는 렌즈부, 및 상기 패턴부와 렌즈부를 내부에 수용하는 홀더를 구비한 마커;
    위치 추적이 요구되는 대상물에 결합하고 상기 마커가 장착되는 어댑터;
    상기 마커로부터의 상기 패턴의 평행 광을 수광하여 확대된 패턴 이미지로 결상시키는 적어도 하나의 결상 유닛; 및
    상기 패턴 이미지와 기 저장된 기준 이미지를 비교하여 상기 마커의 위치와 방향을 산출하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 어댑터는,
    상기 마커가 장착되고, 상기 마커에 대응하는 구조를 갖는 몸체부;
    상기 몸체부의 앞면으로부터 돌출된 돌기들을 포함하고, 상기 돌기들은 상기 마커의 제1 방향에 따른 이동 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에 따른 이동을 제한함으로써, 상기 마커를 상기 몸체부의 설정된 위치로 유도하여 장착시키는 거치부; 및
    상기 몸체부로부터 연장하여 상기 대상물에 결합하는 대상 결합부;를 포함하는, 광학 추적 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 홀더는 상기 몸체부의 앞면에 결합하여 밀착되는 결합 면을 구비하되, 상기 결합 면으로부터 돌출된 돌출부를 구비하며,
    상기 몸체부에는 상기 돌출부가 삽입될 수 있는 관통 홀이 형성되고,
    상기 결합 면은, 상기 홀더와 상기 몸체부가 결합하는 기준면으로서, x 축과 z 축으로 이루어진 x-z 평면 상에 존재하고,
    상기 몸체부는 상기 관통 홀이 중심으로 배치된 고리 형태를 가지며,
    상기 돌기들은, 상기 몸체부의 상기 관통 홀의 둘레에 배치되고,
    상기 돌기들 중 제1 돌기는, 상기 마커의 상기 z축 방향에 따른 이동을 제한하고,
    상기 돌기들 중 제2 돌기는, 상기 마커의 상기 x축 방향에 따른 이동을 제한하며,
    상기 홀더의 결합 면에는, 상기 돌기들이 삽입될 수 있는 홈들 또는 상기 결합 면에 대해 단차를 갖는 리세스 영역이 형성된 것을 특징으로 하는 광학 추적 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 관통 홀의 둘레에 매몰된 구조로 배치되는 적어도 두 개의 제1 및 제2 어댑터 자석들을 더 포함하고, 상기 어댑터에 상기 마커가 장착될 때, 상기 제1 및 제2 어댑터 자석들이 상기 홀더의 내부에 배치된 제1 및 제2 홀더 자석들과 자기력에 의해 각각 결합하고, 이에 따라, 상기 어댑터와 상기 마커의 상기 결합 면에 수직인 방향에 따른 결합이 강화되는 것을 특징으로 하는 광학 추적 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 패턴부에는 곡면 패턴이 형성되고,
    상기 렌즈부는 적어도 하나의 렌즈를 구비한 제1 렌즈부, 및 상기 제1 렌즈부로부터의 광을 상기 곡면 패턴에 수직하게 입사시키는 제2 렌즈부를 구비하며, 상기 패턴부에서 반사된 상기 곡면 패턴을 평행 광 형태로 출사시키며,
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