(57)【要約】  本発明の技術的思想は、位置検出の精密性を向上させて、サイズを減少させることができる曲面パターンマーカー、及びそのマーカーを含む光学追跡装置を提供する。そのマーカーは、入射面を有する少なくとも１つのレンズを備え、入射された光をターゲット範囲内に出射させ、入射された光のうち、光軸と平行な光が入射面に垂直に入射するように形成された第１レンズ部、曲面パターンが形成されたパターン部、及び第１レンズ部とパターン部との間に配置され、第１レンズ部から出射された光を曲面パターンに焦点が合わせられるように調節する第２レンズ部を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面を有する少なくとも１つのレンズを備え、入射された光をターゲット範囲内に出射させ、前記入射された光のうち、光軸と平行な光が前記入射面に垂直に入射するように形成された第１レンズ部と、
曲面パターンが形成されたパターン部と、及び
前記第１レンズ部と前記パターン部との間に配置され、前記第１レンズ部から出射された光を前記曲面パターンに焦点が合わせられるように調節する第２レンズ部と、を含む、曲面パターンマーカー。
【請求項２】
前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部及び第２レンズ部を用いて、前記パターン部で反射された光を前記入射された光と平行するように出射させることを特徴とする請求項１に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項３】
前記第１レンズ部の前記入射面の前に配置されて、前記第１レンズ部の前記入射面に光が入射される断面積を限定する絞りをさらに含む請求項１に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項４】
前記第１レンズ部の前記入射面は、前記絞りの開口面と平行する平面であることを特徴とする請求項３に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項５】
前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第３レンズ部をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項６】
前記ターゲット範囲の面積は、前記第１レンズ部の出射面の面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項７】
前記ターゲット範囲の面積は、前記第１レンズ部の出射面の面積より大きく、前記第２レンズ部の入射面より小さかったり同じであることを特徴とする請求項１に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項８】
前記第１レンズ部は、前記第２レンズ部の方向に順次結合した第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズを備え、
前記第２レンズ部は、前記第１レンズ部の方向に、前記曲面レンズに結合した第４レンズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項９】
前記第１レンズ部は、前記第１レンズの出射面に前記第２レンズの入射面が結合し、前記第２レンズの出射面に前記第３レンズの入射面が結合する構造を有し、
前記第２レンズ部は、前記第４レンズの出射面に前記曲面レンズの入射面が結合する構造を有し、前記第４レンズは、前記第３レンズから離隔して配置されたことを特徴とする請求項８に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項１０】
前記第４レンズの入射面は出射面より小さい曲率を有し、
前記第１レンズ部から出射された光は前記第４レンズ及び曲面レンズを介して前記曲面パターンに焦点が合わせられることを特徴とする請求項９に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項１１】
前記曲面レンズの出射面は、前記パターン部と実質的に同一の曲率を有し、
前記パターン部は、前記曲面レンズの出射面に接着されたことを特徴とする請求項１０に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項１２】
前記曲面パターンの曲率とサイズに応じて、前記第１レンズ〜第４レンズと前記曲面レンズのそれぞれの屈折率、及びそれぞれの入射面と出射面の形態が変わることを特徴とする請求項８に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項１３】
前記第１レンズ部は、前記第２レンズ部の方向に順次結合した第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズを備え、
前記曲面レンズは、前記第３レンズから離隔して配置され、
前記第３レンズから出射された光は前記曲面レンズを介して前記曲面パターンに焦点が合わせられることを特徴とする請求項１に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項１４】
前記第１レンズ部を基準に前記第２レンズ部が配置された方向に反対となる第１方向に配置されて少なくとも１つのレンズを備えた第３レンズ部と、及び前記第３レンズ部から前記第１方向に配置された第４レンズ部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項１５】
前記第３レンズ部は、前記第１方向に順次結合した第５レンズと第６レンズを備え、前記第４レンズ部は、前記第１方向に前記第５レンズから離隔配置された第７レンズを備えることを特徴とする請求項１４に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項１６】
前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部と第２レンズ部を収容するホルダ（ｈｏｌｄｅｒ）をさらに含み、
前記パターン部は、前記曲面レンズの出射面に接着されるか、または前記曲面レンズの出射面に対向する前記ホルダの内部面上に接着されることを特徴とする請求項１に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項１７】
前記パターン部は、接着層、前記曲面パターンが形成されたパターン層、及び反射層を含むことを特徴とする請求項１に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項１８】
入射面を有する少なくとも１つのレンズを備え、入射された光をターゲット範囲内に出射させ、前記入射された光のうち、光軸と平行な光が前記入射面に垂直に入射するように形成された第１レンズ部と、及び
前記第１レンズ部から離隔して配置され、前記第１レンズ部に出射された光の焦点が合わせられる曲面パターンが形成されたパターン部と、を含み、
前記第１レンズ部を用いて、前記パターン部で反射された光を前記入射された光と平行するように出射させる、曲面パターンマーカー。
【請求項１９】
前記第１レンズ部の前記入射面の前に配置されて、前記第１レンズ部の前記入射面に光が入射される断面積を限定する絞りと、及び
前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第２レンズ部をさらに含む請求項１８に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項２０】
入射される光の断面積を限定する絞りと、
前記絞りを基準に第１方向に配置され、入射面を有する少なくとも１つのレンズを備え、入射した光をターゲット範囲内に出射させ、前記入射された光のうち、光軸と平行に前記絞りを通過する光が前記入射面に垂直に入射するように形成された第１レンズ部と、
前記第１レンズ部から前記第１方向に配置され、前記絞りの中心を通る光成分を垂直に出射させる曲面レンズを備える第２レンズ部と、
前記曲面レンズの出射面から前記第１方向に配置され、曲面パターンが形成されたパターン部と、及び
前記第１レンズ部、第２レンズ部、及びパターン部を収容するホルダと、を含む、曲面パターンマーカー。
【請求項２１】
前記パターン部は、前記曲面レンズの前記出射面に接着されたことを特徴とする請求項２０に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項２２】
前記パターン部は、前記曲面レンズの前記出射面に離隔したことを特徴とする請求項２０に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項２３】
前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第３レンズ部をさらに含む請求項２０に記載の曲面パターンマーカー。
【請求項２４】
入射面を有する少なくとも１つのレンズを備え、入射された光のうち、光軸と平行な光が前記入射面に垂直に入射するように形成された第１レンズ部、及び前記第１レンズ部から出射された光の焦点が合わせられる曲面パターンが形成されたパターン部を備え、前記曲面パターンを反射させて平行光の形態で出射させる曲面パターンマーカーと、
前記曲面パターンに対する平行光を受光して、拡大されたパターンイメージで結像させる少なくとも１つの結像ユニットと、及び
前記パターンイメージを分析して前記曲面パターンマーカーの位置と方向を算出するプロセッサと、を含む光学追跡装置。
【請求項２５】
前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部の前記入射面の前に配置されて、前記第１レンズ部の前記入射面に光が入射される断面積を限定する絞りと、及び
前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第２レンズ部をさらに含む請求項２４に記載の光学追跡装置。
【請求項２６】
前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部と前記パターン部との間に配置され、前記第１レンズ部から出射された光を前記曲面パターンに焦点が合わせられるように調節する第２レンズ部をさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の光学追跡装置。
【請求項２７】
前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部の前記入射面の前に配置されて、前記第１レンズ部の前記入射面に光が入射される断面積を限定する絞りと、及び前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第３レンズ部をさらに含む請求項２６に記載の光学追跡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術的思想は、目的物の位置を追跡できるマーカーに関するものであり、特に曲面形態のパターンを備えたマーカー及びそのマーカーを含む光学追跡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、物体の位置を追跡するために光学追跡システム（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）が用いられる。例えば、光学追跡システムは、手術ロボットのような装備において目的物をリアルタイムで追跡するために活用され得る。光学追跡システムは、通常、目的物に付着される複数のマーカーと、マーカーによって反射される光を結像させる結像ユニットとを含み、結像ユニットから獲得された情報を数学的に計算して位置情報などを取得する。本発明の背景技術は、大韓民国公開特許公報第１０−１６２７８１３号（２０１６年５月３１日）の「位置及び姿勢測定用マーカー」、第１０−１４８７２４８号（２０１５年１月２２日）の「オプティカルトラッキングシステム」、第１０−１４０６２２０号（２０１４年６月３日）の「オプティカルトラッキングシステム及びこれを用いたトラッキング方法」に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の技術的思想は、位置検出の精密性を向上させて、サイズを減少させることができるマーカー、及びそのマーカーを含む光学追跡装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために、本発明の技術的思想は、入射面を有する少なくとも１つのレンズを備え、入射された光をターゲット範囲内に出射させ、前記入射された光のうち、光軸と平行な光が前記入射面に垂直に入射するように形成された第１レンズ部と、曲面パターンが形成されたパターン部と、及び前記第１レンズ部と前記パターン部との間に配置され、前記第１レンズ部から出射された光を前記曲面パターンに焦点が合わせられるように調節する第２レンズ部と、を含む曲面パターンマーカーを提供する。
【０００５】
本発明の一実施例において、前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部及び第２レンズ部を用いて、前記パターン部で反射された光を前記入射された光と平行するように出射させることができる。本発明の一実施例において、前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部の前記入射面の前に配置されて、前記第１レンズ部の前記入射面に光が入射される断面積を限定する絞りをさらに含むことができる。本発明の一実施例において、前記第１レンズ部の前記入射面は、前記絞りの開口面と平行する平面であってもよい。本発明の一実施例において、前記曲面パターンマーカーは、前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第３レンズ部をさらに含むことができる。
【０００６】
本発明の一実施例において、前記第１レンズ部の出射面の面積は、前記第１レンズ部の前記入射面の面積より大きくてもよい。本発明の一実施例において、前記ターゲット範囲の面積は、前記第１レンズ部の出射面の面積より大きく、前記第２レンズ部の入射面より小さかったり同じであってもよい。
【０００７】
本発明の一実施例において、前記第１レンズ部は、前記第２レンズ部の方向に順次結合した第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズを備え、前記第２レンズ部は、前記第１レンズ部の方向に、前記曲面レンズに結合した第４レンズをさらに備えることができる。
【０００８】
本発明の一実施例において、前記第１レンズ部は、前記第１レンズの出射面に前記第２レンズの入射面が結合し、前記第２レンズの出射面に前記第３レンズの入射面が結合する構造を有し、前記第２レンズ部は、前記第４レンズの出射面に前記曲面レンズの入射面が結合する構造を有し、前記第４レンズは、前記第３レンズから離隔して配置されることができる。
【０００９】
本発明の一実施例において、前記第４レンズの入射面は出射面より小さい曲率を有し、前記第１レンズ部から出射された光は前記第４レンズ及び曲面レンズを介して前記曲面パターンに焦点が合わせられることができる。
【００１０】
本発明の一実施例において、前記曲面レンズの出射面は、前記パターン部と実質的に同一の曲率を有し、前記パターン部は、前記曲面レンズの出射面に接着されることができる。
【００１１】
本発明の一実施例において、前記曲面パターンの曲率とサイズに応じて、前記第１レンズ〜第４レンズと前記曲面レンズのそれぞれの屈折率、及びそれぞれの入射面と出射面の形態が変わることができる。
【００１２】
本発明の一実施例において、前記第１レンズ部は、前記第２レンズ部の方向に順次結合した第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズを備え、前記曲面レンズは、前記第３レンズから離隔して配置され、前記第３レンズから出射された光は前記曲面レンズを介して前記曲面パターンに焦点が合わせられることができる。
【００１３】
本発明の一実施例において、前記第１レンズ部を基準に前記第２レンズ部が配置された方向に反対となる第１方向に配置されて少なくとも１つのレンズを備えた第３レンズ部と、及び前記第３レンズ部から前記第１方向に配置された第４レンズ部と、をさらに含むことができる。
【００１４】
本発明の一実施例において、前記第３レンズ部は、前記第１方向に順次結合した第５レンズと第６レンズを備え、前記第４レンズ部は、前記第１方向に前記第５レンズから離隔配置された第７レンズを備えることができる。
【００１５】
本発明の一実施例において、前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部と第２レンズ部を収容するホルダ（ｈｏｌｄｅｒ）をさらに含み、前記パターン部は、前記曲面レンズの出射面に接着されるか、または前記曲面レンズの出射面に対向する前記ホルダの内部面上に接着されることができる。
【００１６】
本発明の一実施例において、前記パターン部は、接着層、前記曲面パターンが形成されたパターン層、及び反射層を含むことができる。
【００１７】
また、本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、入射面を有する少なくとも１つのレンズを備え、入射された光をターゲット範囲内に出射させ、前記入射された光のうち、光軸と平行な光が前記入射面に垂直に入射するように形成された第１レンズ部と、及び前記第１レンズ部から離隔して配置され、前記第１レンズ部に出射された光の焦点が合わせられる曲面パターンが形成されたパターン部と、を含み、前記第１レンズ部を用いて、前記パターン部で反射された光を前記入射された光と平行するように出射させる、曲面パターンマーカーを提供する。
【００１８】
本発明の一実施例において、前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部の前記入射面の前に配置されて、前記第１レンズ部の前記入射面に光が入射される断面積を限定する絞り、及び前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第２レンズ部をさらに含むことができる。
【００１９】
さらに、本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、入射される光の断面積を限定する絞りと、前記絞りを基準に第１方向に配置され、入射面を有する少なくとも１つのレンズを備え、入射した光をターゲット範囲内に出射させ、前記入射された光のうち、光軸と平行に前記絞りを通過する光が前記入射面に垂直に入射するように形成された第１レンズ部と、前記第１レンズ部から前記第１方向に配置され、前記絞りの中心を通る光成分を垂直に出射させる曲面レンズを備える第２レンズ部と、前記曲面レンズの出射面から前記第１方向に配置され、曲面パターンが形成されたパターン部と、及び前記第１レンズ部、第２レンズ部、及びパターン部を収容するホルダと、を含む曲面パターンマーカーを提供する。
【００２０】
本発明の一実施例において、前記パターン部は、前記曲面レンズの前記出射面に接着されることができる。本発明の一実施例において、前記パターン部は、前記曲面レンズの前記出射面に離隔することができる。本発明の一実施例において、前記曲面パターンマーカーは、前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第３レンズ部をさらに含むことができる。
【００２１】
本発明の一実施例において、前記第１レンズ部は、前記第２レンズ部の方向に順次結合した第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズを備え、前記第２レンズ部は、前記第１レンズ部の方向に、前記曲面レンズに結合した第４レンズをさらに備えることができる。
【００２２】
本発明の一実施例において、前記絞りを基準に前記第１方向に反対となる第２方向に配置された第３レンズ部と、及び前記第３レンズ部から前記第２方向に配置された第４レンズ部と、をさらに含むことができる。
【００２３】
一方、本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、入射面を有する少なくとも１つのレンズを備え、入射された光のうち、光軸と平行な光が前記入射面に垂直に入射するように形成された第１レンズ部、及び前記第１レンズ部に出射された光の焦点が合わせられる曲面パターンが形成されたパターン部を備え、前記曲面パターンを反射させて平行光の形態で出射させる曲面パターンマーカーと、前記曲面パターンに対する平行光を受光して、拡大されたパターンイメージで結像させる少なくとも１つの結像ユニットと、及び前記パターンイメージを分析して前記曲面パターンマーカーの位置と方向を算出するプロセッサと、を含む光学追跡装置を提供する。
【００２４】
本発明の一実施例において、前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部の前記入射面の前に配置されて、前記第１レンズ部の前記入射面に光が入射される断面積を限定する絞り、及び前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第２レンズ部をさらに含むことができる。
【００２５】
本発明の一実施例において、前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部と前記パターン部との間に配置され、前記第１レンズ部から出射された光を前記曲面パターンに焦点が合わせられるように調節する第２レンズ部をさらに備えることができる。本発明の一実施例において、前記曲面パターンマーカーは、前記第１レンズ部の前記入射面の前に配置されて、前記第１レンズ部の前記入射面に光が入射される断面積を限定する絞り、及び前記絞りの前に配置されて、入射された光を前記絞りに集光する第３レンズ部をさらに含むことができる。
【００２６】
本発明の一実施例において、前記第１レンズ部は、前記第２レンズ部の方向に順次結合した第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズを備え、前記第２レンズ部は、前記第１レンズ部の方向に、前記曲面レンズに結合した第４レンズをさらに備えることができる。
【００２７】
本発明の一実施例において、前記第１レンズ部を基準に前記第２レンズ部が配置された方向に反対となる第１方向に配置されて少なくとも１つのレンズを備えた第３レンズ部、及び前記第３レンズ部から前記第１方向に配置された第４レンズ部をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の技術的思想による曲面パターンマーカーは、第１レンズ部と第２レンズ部、及び曲面パターンを備えたパターン部を含むことにより、光をパターン部の曲面パターン部分に焦点が合わせられるように入射させ、また、光の反射を通じて曲面パターンを平行光の形態で出射させることができる。
【００２９】
また、本発明の技術的思想による曲面パターンマーカーは、曲面パターンを反射光によって出射させるため、別途の光源が不要であり、また、曲面パターンを含むパターン部を最外郭に配置された曲面レンズに接着して配置することにより、曲面パターンの配置のための別途の物理的装置が不要なことがある。
【００３０】
さらに、本発明の技術的思想による曲面パターンマーカーは、曲面パターンの利用に基づいてレンズのサイズ減少とそれに伴うマーカーのサイズ減少に寄与することができる。また、絞り（Ａｐ）部分を介して光が直接入射されるようにレンズ部を構成して、画角に対する入射瞳の位置が同一に維持されるようにすることで、マーカーの位置検出誤差を最小化することができる。
【００３１】
一方、本発明の技術的思想による光学追跡装置は、前記曲面パターンマーカーを含むことにより、マーカーのサイズ縮小をはじめとして装置全体のサイズを減少させることができ、また、目的物に対する位置及び方向検出の精密性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本開示による方法によって製造された光学レンズが、その曲面内側にマイクロパターンを備えることによって得られる光学的効果を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーの構造に関する概念図である。
【図３】図２の曲面パターンマーカーの多様な構造を具体的に示す断面図である。
【図４】図２の曲面パターンマーカーの多様な構造を具体的に示す断面図である。
【図５】図２の曲面パターンマーカーの多様な構造を具体的に示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーの構造に関する概念図である。
【図７ａ】図６の曲面パターンマーカーの多様な構造を具体的に示す断面図である。
【図７ｂ】図６の曲面パターンマーカーの多様な構造を具体的に示す断面図である。
【図８】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーの構造に関する概念図である。
【図９】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーの構造に関する概念図である。
【図１０ａ】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーにおいて、パターン部の配置構造を示す断面図である。
【図１０ｂ】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーにおいて、パターン部の配置構造を示す断面図である。
【図１１ａ】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーにおいて、パターン部の部分をもう少し具体的に示す断面図である。
【図１１ｂ】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーにおいて、パターン部の部分をもう少し具体的に示す断面図である。
【図１１ｃ】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーにおいて、パターン部の部分をもう少し具体的に示す断面図である。
【図１２ａ】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーのホルダ部分を示す平面図及び側面図である。
【図１２ｂ】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーのホルダ部分を示す平面図及び側面図である。
【図１３】本発明の一実施例による曲面パターンマーカーを含む光学追跡装置に関する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下では、添付の図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。本発明の実施例は、当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は種々の他の形態に変形され得、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これらの実施例は、本開示をさらに充実にかつ完全にし、通常の技術者に本発明の技術的思想を完全に伝達するために提供されるものである。
【００３４】
以下の説明において、ある構成要素が他の構成要素に連結されると記述される場合、これは他の構成要素と直接連結されることもできるものの、その間に第３の構成要素が介在することもできる。同様に、ある構成要素が他の構成要素の上部に存在すると記述される場合、これは他の構成要素の真上に存在することもでき、その間に第３の構成要素が介在することもできる。また、図面において、各構成要素の構造や大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されており、説明と関係ない部分は省略された。図面上で、同一符号は同一の要素を指す。一方、使用される用語は、単に本発明を説明する目的で用いられたものであって、意味の限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために用いられたものではない。
【００３５】
図１は、本開示による方法によって製造された光学レンズが、その曲面内側にマイクロパターンを備えることによって得られる光学的効果を説明するための図である。
【００３６】
図１を参照すると、本発明による方法によって製造された光学レンズは、その曲面内側にマイクロパターンを備えて適切な反射層を形成することにより、曲面内側から入射された光が再度反射される逆反射鏡と類似の光学的現象を得ることができる。この際、曲面内側の反射面にはマイクロパターンが備えられるため、光学レンズの内側曲面のＲ値に応じて決定される焦点と反赦面との間には、マイクロパターン形状をより一層縮小及び集光した微細パターンを得ることができる。
【００３７】
図２は、本発明の一実施例による曲面パターンマーカーの構造に関する概念図である。
【００３８】
図２を参照すると、本実施例の曲面パターンマーカー１００は、第１レンズ部１１０、第２レンズ部１２０、及びパターン部１３０を含むことができる。
【００３９】
第１レンズ部１１０は少なくとも１つのレンズを備え、絞り（Ａｐｅｒｔｕｒｅ：Ａｐ）を介して入射された光、即ち、入射光Ｐｉｎを第２レンズ部１２０に出射させることができる。ここで、絞りＡｐは、第１レンズ部１１０に入射される光が通過する一種の孔であって、このような絞りＡｐを介して第１レンズ部１１０に入射される光量が調節されることができる。本実施例の曲面パターンマーカー１００において、絞りＡｐによる第１レンズ部１１０の露出面積は固定されることができる。しかし、それに限定されず、絞りＡｐが調節されることにより、絞りＡｐによる第１レンズ部１１０の露出面積が変更されることもできる。一実施例において、絞りＡｐは、第１レンズ部１１０の入射面の前に配置されて、第１レンズ部１１０の入射面に入射光Ｐｉｎが入射される断面積を限定することができる。一実施例において、絞りＡｐは、第１レンズ部１１０で出射される光がターゲット範囲Ｔｒ内に出射されるように、入射光Ｐｉｎが入射される断面積を限定することができる。
【００４０】
第１レンズ部１１０は、入射光Ｐｉｎをレンズを介して屈折させることにより、ターゲット範囲Ｔｒ内に出射させる機能をすることができる。ここで、ターゲット範囲Ｔｒは、第２レンズ部１２０に含まれた最初のレンズの入射面内に含まれることができる。例えば、ターゲット範囲の面積は、第１レンズ部１１０の出射面の面積より大きくてもよい。例えば、ターゲット範囲の面積は、第２レンズ部１２０の入射面より小さかったり同じであってもよい。また、ターゲット範囲Ｔｒ内に入射された光は、第２レンズ部１２０を介して全てパターン部１３０に入射されることができる。
【００４１】
一方、絞りＡｐを介して入射される光の入射角度は、ターゲット範囲Ｔｒに応じて決定されることができる。一般に、カメラで光が絞りを介して入射されて結像され得る角度を画角（ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ｖｉｅｗ）と定義し、カメラに含まれたレンズの特性により画角が決定されることができる。このようなカメラの画角の定義と同様に、本実施例の曲面パターンマーカー１００でも光がターゲット範囲Ｔｒ内に入射され得る角度として画角が定義され得る。例えば、図２の曲面パターンマーカー１００において、画角Ａｏｆが曲線の両端の矢印で表示されている。
【００４２】
第１レンズ部１１０は、単に１つのレンズを備えることもでき、２つ以上のレンズを備えることもできる。光軸と平行に絞りを通過する入射光Ｐｉｎは、第１レンズ部１１０の入射面に垂直に入射することができる。一実施例において、第１レンズ部１１０の入射面は、平面であってもよい。一実施例において、第１レンズ部１１０の入射面は、絞りＡｐの開口面と平行する平面であってもよい。一実施例において、第１レンズ部１１０の出射面の面積は、前記第１レンズ部１１０の入射面の面積より大きくてもよい。
【００４３】
一実施例において、第１レンズ部１１０が２つ以上のレンズを備える場合に、レンズが順次互いに結合する構造を有することができる。例えば、第１レンズ部１１０が３つのレンズを備える場合に、入射光Ｐｉｎが進行する方向に、最初のレンズの出射面に２番目のレンズの入射面が結合し、２番目のレンズの出射面に３番目のレンズの入射面が結合する形でレンズが結合することができる。この際、光軸と平行に絞りを通過する入射光Ｐｉｎは、最初のレンズの入射面に垂直に入射することができる。また、最初のレンズの入射面は平面であってもよい。さらに、３番目のレンズの出射面の面積は、最初のレンズの入射面の面積より大きくてもよい。第１レンズ部１１０の構造については、図３〜図５の説明部分でもう少し具体的に説明する。
【００４４】
第２レンズ部１２０は少なくとも１つのレンズを備え、第１レンズ部１１０から出射された光を受けてパターン部１３０に垂直に入射させることができる。ここで、垂直入射とは、図３で確認できるように、絞りＡｐの中心を通る光成分が、パターン部１３０に垂直入射されることを意味する。このような垂直入射の概念は、パターン部１３０に光が焦点が合わせられるように入射するという概念と実質的に同一であり得る。参考までに、絞りＡｐの中心から外れた光成分は、パターン部１３０に鋭角で入射されて反射法則によって反射されることができる。例えば、第２レンズ部１２０は、パターン部１３０に隣接して曲面レンズを備え、第２レンズ部１２０に入射された光は、曲面レンズの出射面を通過してパターン部１３０に垂直に入射されることができる。このように第２レンズ部１２０を介して光がパターン部１３０に垂直に入射されることにより、光はパターン部１３０で再度垂直に反射され、第２レンズ部１２０及び第１レンズ部１１０を介して入射光Ｐｉｎと平行するように出射されることができる。
【００４５】
第２レンズ部１２０も、２つ以上のレンズを含むことができる。第２レンズ部１２０が２つ以上のレンズを含む場合に、レンズが順次互いに結合する構造を有することができる。第２レンズ部１２０の構造については、図３〜図５の説明部分でもう少し具体的に説明する。
【００４６】
パターン部１３０は、図示されたように、入射光Ｐｉｎに垂直な面を基準に凹んだ曲面形態を有することができる。ここで、曲面は、例えば、球面または放物面（ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ）であってもよい。図示してはいないものの、パターン部１３０には曲面パターン（図１０ａのＰｓｐｈ参照）と反射層（図１０ａの１３６参照）が形成されることができる。パターン部１３０に入射された光は、反射層を通じて反射されることができる。パターン部１３０には、曲面パターンが存在するため、反射された光には曲面パターンが反映されることができる。例えば、曲面パターンが透明な部分と不透明な部分を含む場合、パターン部１３０で反射された光は、曲面パターンの透明な部分と不透明な部分に対応して異なる光の強度を有することができる。パターン部１３０の構造については、図１０ａ〜図１０ｃの説明部分でもう少し具体的に説明する。
【００４７】
参考までに、平行光がレンズを通過していずれか１つの点に結像する場合、その１つの点がレンズの焦点に該当し得る。これは再度焦点から出た光がレンズを通過して平行光として出射されるものと解釈されることもできる。一般に曲面レンズの場合、光軸に近い光のみが焦点に一点として結像し、光軸から遠ざかったり傾斜を有する場合、一点に結像できず、球面収差を発生させるようになる。球面収差の他にも、コマ（ｃｏｍａ）収差、非点（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）収差、像面湾曲（Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ）収差、歪曲（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）収差も発生し得る。従って、曲面レンズと平面パターンで構成された既存のマーカーの場合、焦点に該当する平面パターンの中心部分以外の外郭部分では多様な収差、特に像面湾曲収差による歪曲が大きく発生し得る。従って、そのような歪曲を除去するために、多様な形態及び屈折率を有するレンズを複雑に組み合わせて光が平面パターンの全ての位置で焦点が合わせられるように入射させている。
【００４８】
それに対し、本実施例の曲面パターンマーカー１００の場合、曲面パターンを用いるため、もう少し単純なレンズの組み合わせを通じて曲面パターンの全ての位置で光の焦点が合わせられるように入射されることができる。本発明の曲面パターンマーカー１００は、像面湾曲収差を逆利用する。もう少し具体的に説明すると、通常、像面湾曲収差は光学系の短所であるものの、本発明の曲面パターンマーカー１００は、像面湾曲収差を逆利用して湾曲した焦点面と一致するように曲面のパターン面を作る。従って、入射された光は焦点面であるパターン面に焦点が合わせられるようになり、像面湾曲収差が自動で除去され得る。
【００４９】
結局、本実施例の曲面パターンマーカー１００は、パターン部１３０がレンズ部、特に第２レンズ部１２０の焦点面に一致するように曲面形態に形成されることにより、種々の収差、特に像面湾曲収差が効果的に除去され得る。また、言い換えれば、本実施例の曲面パターンマーカー１００は、所定形態の曲面を有するパターン部１３０に対して、レンズ部、特に第２レンズ部の焦点面がパターン部１３０の曲面に一致するようにレンズ部を構成することによって、球面収差を効果的に除去することができる。
【００５０】
一方、本実施例の曲面パターンマーカー１００の場合、全ての光が曲面パターンに焦点が合わせられるように入射される構造を有するため、曲面パターンの部分が第１レンズ部１１０と第２レンズ部１２０で構成された仮想対物レンズの焦点に該当し得る。前述の通り、レンズの焦点面で反射された光は、レンズを介して平行光として出射されることができる。従って、本実施例の曲面パターンマーカー１００の曲面パターンは、焦点面で反射された光を通じて第１レンズ部１１０と第２レンズ部１２０を経て平行光の形態で出射されることができる。一方、パターン部１３０上では曲面パターンが曲面形態を有するものの、反射を通じて光に反映された曲面パターンは、曲面の２次元の形態を有することができる。
【００５１】
本実施例の曲面パターンマーカー１００を用いた位置追跡の過程を簡単に説明すると、まず、曲面パターンマーカー１００が光の反射を通じてパターン部１３０の曲面パターンを平行光の形態で出射させ、結像ユニット（図１３の５００参照）で平行光の形態で出射された曲面パターンを拡大されたパターンイメージとして結像し、プロセッサ（図１３の６００参照）がパターンイメージを分析することにより、曲面パターンマーカー１００の位置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び方向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を計算することができる。平面パターンを用いてマーカーの位置及び方向を計算する方法は、本発明に併合される未公開出願発明ＫＲ１０−２０１６−０１０１３７７号（発明の名称：オプティカルトラッキング用マーカー、オプティカルトラッキングシステム及びオプティカルトラッキング方法）に記載されており、本実施例の曲面パターンマーカー１００にも同一の位置及び方向計算方法が適用され得る。
【００５２】
本実施例の曲面パターンマーカー１００は、光学推定装置で無限光学系を構成するように第１レンズ部１１０、第２レンズ部１２０及びパターン部１３０の曲面パターンが形成されることができる。それにより、曲面パターンが反映された反射光が、第２レンズ部１２０及び第１レンズ部１１０を経て平行光の形態で出射されることができる。前述の通り、本実施例の曲面パターンマーカー１００において、曲面パターンの部分が第１レンズ部１１０と第２レンズ部１２０で構成された仮想対物レンズの曲面の焦点面に該当し得る。付け加えて、光学推定装置の結像光学系も、無限光学系で構成され得る。例えば、結像光学系の焦点位置にイメージセンサーが配置されて、無限距離から入射される平行光がイメージセンサーに結像され得る。
【００５３】
一方、本実施例の曲面パターンマーカー１００は、光学推定装置で無限光学系を構成しないこともある。例えば、曲面パターンマーカー１００を含む光学推定装置が狭い空間に設けられる場合に、曲面パターンマーカー１００から出射された光が若干広がるとしても結像光学系を比較的大きく構成して、曲面パターンマーカー１００から出射された光の大部分を受光することにより、曲面パターンマーカー１００の位置及び方向を比較的正確に検出することができる。
【００５４】
本実施例の曲面パターンマーカー１００は、第１レンズ部１１０と第２レンズ部１２０、及び曲面パターンを備えたパターン部１３０を含むことにより、光の反射を通じて曲面パターンを平行光の形態で出射させることができる。このような本実施例の曲面パターンマーカー１００は、パターン部１３０の曲面パターンに焦点が合わせられるように入射されて反射される光を用いて曲面パターンに対するイメージを取得することができる。また、パターン部１３０が第２レンズ部１２０の最外郭の曲面レンズ上に接着されて配置される場合には、曲面パターンを配置するための別途の物理的装置も不要なことがある。さらに、曲面パターンを用いる場合、曲面パターンの前端に配置されるレンズのサイズが縮小され得る。一方、絞りＡｐ部分を介して光が直接入射される場合、画角に対する入射瞳（ｅｎｔｒａｎｃｅ  ｐｕｐｉｌ）の位置が同一に維持されて、マーカーの位置検出誤差が発生しないことができる。また、魚眼レンズ（ｆｉｓｈ−ｅｙｅ  ｌｅｎｓ）や広角レンズ（ｗｉｄｅ−ａｎｇｌｅ  ｌｅｎｓ）等を用いなくても非常に広い画角を維持することができる。従って、本実施例の曲面パターンマーカー１００は、サイズを最小化させながらも、位置及び方向検出の精密性を向上させ得るマーカーを具現することができるようにする。
【００５５】
図３〜図５は、図２の曲面パターンマーカーの多様な構造を具体的に示す断面図である。図２の説明部分で既に説明した内容は、簡単に説明するか、省略する。
【００５６】
図３を参照すると、本実施例の曲面パターンマーカー１００ａは、第１レンズ部１１０ａ、第２レンズ部１２０ａ、及びパターン部１３０ａを含むことができる。第１レンズ部１１０ａは、図示されたように、第１レンズ１１２ａ、第２レンズ１１４ａ、及び第３レンズ１１６ａを含むことができる。第１レンズ１１２ａ、第２レンズ１１４ａ、及び第３レンズ１１６ａは、光が入射される第１方向（ｘ方向）に沿って順次互いに結合されることができる。
【００５７】
第１レンズ１１２ａは、入射面１１２ｉｎと出射面１１２ｏｕｔを備えて全体的に半球（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｃａｐ、ｏｒ  ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ）形態を有することができる。即ち、第１レンズ１１２ａの入射面１１２ｉｎは平面形態を有し、出射面１１２ｏｕｔは半球形態を有することができる。一方、第１レンズ１１２ａの入射面１１２ｉｎの部分に絞り（図２のＡｐ）が定義され得る。例えば、絞りを介して第１レンズ１１２ａの外郭部分に光が入射されることが遮断され得る。
【００５８】
中心の一点鎖線Ｐａｘはレンズの光軸に該当し、黒い実線が光軸に平行な平行光Ｌｐに該当し得る。絞りは、第１平行光Ｌｐのサイズ程度だけ第１レンズ１１２ａの入射面１１２ｉｎに入射されるように光量を制限することができる。
【００５９】
第２レンズ１１４ａは、入射面１１４ｉｎ、第１平面１１４ｐ１、出射面１１４ｏｕｔ及び第１側面１１４ｓｉを備えることができる。このような第２レンズ１１４ａは、全体的に円柱形態を有するものの、第１レンズ１１２ａに対応する部分に半球の溝が形成された構造を有することができる。例えば、第２レンズ１１４ａは、ネガティブメニスカス（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｍｅｎｉｓｃｕｓ）レンズまたは凹メニスカス（ｃｏｎｃａｖｅ  ｍｅｎｉｓｃｕｓ）レンズであって、凹んだ面の曲率が凸な面の曲率より大きく、凹んだ面は半球の溝に対応し得る。
【００６０】
入射面１１４ｉｎは、第１レンズ１１２ａの出射面１１２ｏｕｔと同一の形態を有することができる。従って、入射面１１４ｉｎと第１レンズ１１２ａの出射面１１２ｏｕｔは、実質的に同一の曲率を有することができる。第１平面１１４ｐ１は、第１レンズ１１２ａの入射面１１２ｉｎと平行することができる。第１平面１１４ｐ１と第１レンズ１１２ａの入射面１１２ｉｎは、同一平面をなすこともでき、図示されたように、若干の段差を有することもできる。出射面１１４ｏｕｔは、第１方向（ｘ方向）に若干凸な構造を有することができる。第１側面１１４ｓｉは、第１平面１１４ｐ１と出射面１１４ｏｕｔを連結し、円柱形態の側面を構成することができる。
【００６１】
第３レンズ１１６ａは、入射面１１６ｉｎ、出射面１１６ｏｕｔ及び第２側面１１６ｓｉを備えることができる。入射面１１６ｉｎは、第２レンズ１１４ａの出射面１１４ｏｕｔと同一の形態を有することができる。従って、入射面１１６ｉｎと第２レンズ１１４ａの出射面１１４ｏｕｔは、実質的に同一の曲率を有することができる。出射面１１６ｏｕｔは、第１方向（ｘ方向）に凸な構造を有することができる。第２側面１１６ｓｉは、入射面１１６ｉｎと出射面１１６ｏｕｔを連結することができる。場合によっては、第２側面１１６ｓｉは省略されて、入射面１１６ｉｎに出射面１１６ｏｕｔが直接連結されることもできる。例えば、第３レンズ１１６ａは、ポジティブメニスカス（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｍｅｎｉｓｃｕｓ）レンズまたは凸メニスカス（ｃｏｎｖｅｘ  ｍｅｎｉｓｃｕｓ）レンズであって、凹んだ面の曲率が凸な面の曲率より小さくてもよい。即ち、入射面１１６ｉｎの曲率が出射面１１６ｏｕｔの曲率より小さくてもよい。
【００６２】
第１レンズ部１１０ａにおいて、第２レンズ１１４ａと第３レンズ１１６ａを結合して第１レンズ１１２ａの出射面１１２ｏｕｔに配置させることにより、第１レンズ１１２ａの球面収差を減らすことができる。また、第１レンズ部１１０ａは、第１レンズ１１２ａの入射面１１２ｉｎに入射された光を第２レンズ部１２０ａのターゲット範囲Ｔｒ内に出射されるようにすることができる。従って、第１レンズ１１２ａの入射面１１２ｉｎに対して第１角度θより小さい角度で入射される光は、第２レンズ部１２０ａに入力されることができない。同様の意味で、第２レンズ部１２０ａで第１方向（ｘ方向）の反対方向に出射された光は、第１レンズ部１１０ａを経て平行光の形態で出射されるものの、第１レンズ１１２ａの入射面１１２ｉｎに対して第１角度θより大きい角度で出射されることができる。一方、本実施例の曲面パターンマーカー１００ａの画角を第１角度θと表示する時、曲面パターンマーカー１００ａの画角は、２＊（π／２−θ）であり得る。
【００６３】
第２レンズ部１２０ａは、１つの曲面レンズ１２４ａを含むことができる。従って、本実施例の曲面パターンマーカー１００ａにおいて、第２レンズ部１２０ａは、曲面レンズ１２４ａと命名されることもできる。曲面レンズ１２４ａは、例えば、ネガティブメニスカスレンズ構造を有することができる。しかし、図示されたように、中心と外郭部分がほぼ同一の厚さで形成されるため、厚さが薄い場合、曲率の差はほぼないこともある。曲面レンズ１２４ａは、入射面１２４ｉｎ、出射面１２４ｏｕｔ及び第２平面１２４ｐ２を含むことができる。曲面レンズ１２４ａの入射面１２４ｉｎに、第１レンズ部１１０ａから出射された光が入射されることができる。ターゲット範囲Ｔｒは、曲面レンズ１２４ａの入射面１２４ｉｎ内に含まれることができる。曲面レンズ１２４ａの出射面１２４ｏｕｔで光の焦点が合わせられるように入射されることができる。これは、図示されたように、パターン部１３０ａが曲面レンズ１２４ａの出射面１２４ｏｕｔに直接接着されて配置されるためであり得る。ただし、パターン部１３０ａが第１レンズ部１１０ａ及び第２レンズ部１２０ａの複合焦点面に該当するのであれば、パターン部１３０ａが曲面レンズ１２４ａから離隔して配置されることができる。これについては、図５の説明部分でもう少し詳細に説明する。
【００６４】
第２平面１２４ｐ２は、入射面１２４ｉｎと出射面１２４ｏｕｔを連結することができる。第２平面１２４ｐ２は、第１レンズ１１２ａの入射面１１２ｉｎに平行してもよく、平行しなくてもよい。
【００６５】
パターン部１３０ａは曲面パターンを含み、第１曲率Ｃ１を有し、曲面レンズ１２４ａの出射面１２４ｏｕｔに接着されて配置されることができる。ここで、第１曲率Ｃ１は、円の曲率を意味することもでき、楕円の曲率を意味することもできる。パターン部１３０ａが曲面レンズ１２４ａの出射面１２４ｏｕｔに接着されるため、曲面レンズ１２４ａの出射面１２４ｏｕｔの曲率は、パターン部１３０ａの曲率と実質的に同一の第１曲率Ｃ１を有することができる。ここで、パターン部１３０ａの曲率は内側面の曲率を意味するが、パターン部１３０ａの厚さが非常に薄いため、内側面と外側面の区別は大きな意味がないことがある。
【００６６】
図４を参照すると、本実施例の曲面パターンマーカー１００ｂは、第２レンズ部１２０ｂの構造において図３の曲面パターンマーカー１００ａと大きく異なることができる。例えば、本実施例の曲面パターンマーカー１００ｂにおいて、第２レンズ部１２０ｂは、２つのレンズが結合する構造を有することができる。例えば、第２レンズ部１２０ｂは、第１レンズ部１１０ｂ側に配置されたポジティブ（または凸）メニスカスレンズ構造の第４レンズ１２２ｂと、パターン部１３０ｂが接着されたネガティブ（または凹）メニスカスレンズ構造の曲面レンズ１２４ｂとを含むことができる。本実施例の曲面パターンマーカー１００ｂは、第２レンズ部１２０ｂが２つのレンズを備えることにより、パターン部１３０ｂに光の焦点がもう少し精密に合わせられるようにすることができる。
【００６７】
本実施例の曲面パターンマーカー１００ｂの第２レンズ部１２０ｂについてもう少し具体的に説明すると、第４レンズ１２２ｂは、入射面１２２ｉｎ、出射面１２２ｏｕｔ及び第３平面１２２ｐ３を備えることができる。入射面１２２ｉｎは、第１レンズ部１１０ｂから出射された光が入力される面としてターゲット範囲を含み、光が進行する第１方向（ｘ方向）に若干凸な形態を有することができる。出射面１２２ｏｕｔは、光が進行する方向に凸な半球形態を有し、入射面１２２ｉｎよりは曲率が大きくてもよい。例えば、第２レンズ部１２０ｂは、ポジティブメニスカスレンズ構造を有することができる。第３平面１２２ｐ３は、入射面１２２ｉｎと出射面１２２ｏｕｔを連結し、第１レンズ１２２ｂの入射面と平行することができる。一方、出射面１２２ｏｕｔと第３平面１２２ｐ３との間に側面が存在して、入射面１２２ｉｎと出射面１２２ｏｕｔは第３平面１２２ｐ３と側面を介して連結されることもできる。
【００６８】
曲面レンズ１２４ｂは、入射面１２４ｉｎ、出射面１２４ｏｕｔ、第４平面１２４ｐ４、及び第３側面１２４ｓｉを含むことができる。入射面１２４ｉｎは、実質的に同一の形態を有し、第４レンズ１２２ｂの出射面１２２ｏｕｔに結合することができる。それにより、入射面１２４ｉｎは、第４レンズ１２２ｂの出射面１２２ｏｕｔと実質的に同一の曲率を有することができる。光は、入射面１２４ｉｎを介して出射面１２４ｏｕｔに入射され、また、出射面１２４ｏｕｔに接着されたパターン部１３０ｂに焦点が合わせられるように入射されることができる。
【００６９】
第４平面１２４ｐ４は入射面１２４ｉｎから延長し、第４レンズ１２２ｂの第３平面１２２ｂに平行することができる。第４平面１２４ｐ４は、第４レンズ１２２ｂの第３平面１２２ｂと同一平面をなすこともでき、図示されたように、若干段差を有することもできる。側面１２４ｓｉは、第４平面１２４ｐ４と出射面１２４ｏｕｔを連結することができる。
【００７０】
パターン部１３０ｂは曲面パターンを含み、第２曲率Ｃ２を有して曲面レンズ１２４ｂの出射面１２４ｏｕｔに接着されて配置されることができる。第２曲率Ｃ２も、円の曲率または楕円の曲率を意味することができる。パターン部１３０ｂが曲面レンズ１２４ｂの出射面１２４ｏｕｔに接着されるため、曲面レンズ１２４ｂの出射面１２４ｏｕｔの曲率もパターン部１３０ｂの曲率と実質的に同一の第２曲率Ｃ２を有することができる。
【００７１】
一方、第１レンズ部１１０ｂの構造は、図３の曲面パターンマーカー１００ａの第１レンズ部１１０ａと類似の構造を有することができる。例えば、第１レンズ部１１０ｂは、第１レンズ１１２ｂ、第２レンズ１１４ｂ及び第３レンズ１１６ｂを含み、第１レンズ１１２ｂ、第２レンズ１１４ｂ及び第３レンズ１１６ｂのそれぞれは、図３の曲面パターンマーカー１００ａの第１レンズ１１２ａ、第２レンズ１１４ａ及び第３レンズ１１６ａと類似の構造を有することができる。しかし、厳密に言うと、第２レンズ部１２０ｂの構造の変更によりターゲット範囲が変わるため、第１レンズ１１２ｂ、第２レンズ１１４ｂ及び第３レンズ１１６ｂのそれぞれの構造は、図３の曲面パターンマーカー１００ａの第１レンズ１１２ａ、第２レンズ１１４ａ及び第３レンズ１１６ａと少しずつ変わることができる。例えば、図示されたように、図３の曲面パターンマーカー１００ａと比較し、第２レンズ１１４ｂの出射面と第３レンズ１１６ｂの入射面がもう少し大きい曲率を有して結合することができる。
【００７２】
一方、レンズ部内のレンズの構造が変更されることにより、パターン部の曲率やサイズなどが調節されることができる。従って、レンズ部内のレンズの構造変更を通じて多様な曲率とサイズのパターン部を備えた曲面パターンマーカーが具現されることができる。付け加えて、レンズ部内のレンズは、構造変更だけでなく、屈折率の調節を通じてもパターン部の曲率やサイズの調節に寄与することができる。
【００７３】
一方、本実施例の曲面パターンマーカー１００ｂをはじめとした、種々の実施例の曲面パターンマーカーにおいて多数のレンズが群をなすようになるが、その長所と役割は、次の通りである。
【００７４】
まず、曲面パターンマーカーの光学系を構成するレンズが第１レンズ部１１０ｂと第２レンズ部１１０ｂと共に群をなすようになると、光学系の設計が簡素化され得る。レンズはそれぞれの収差を有しているが、レンズ群の収差は、レンズの収差を合算して決定されることができる。例えば、第１レンズ１１２ｂ、第２レンズ１１４ｂ及び第３レンズ１１６ｂのそれぞれの収差の合算により、第１レンズ部１１０ｂの収差が決定されることができる。第１レンズ部１１０ｂは、焦点面を決定したり、または全体的な光経路を作り、第２レンズ部１２０ｂは、第１レンズ部１１０ｂが有する歪曲や色収差を補完する役割をすることができる。例えば、色収差が、第１レンズ部１１０ｂで（＋）値を有すると、第１レンズ部１１０ｂの色収差と第２レンズ部１２０ｂの色収差との合計が０に近づくように、第２レンズ部１２０ｂの色収差は（−）値を有するように設計されることができる。
【００７５】
一方、互いに離隔したレンズでレンズ群を構成する一般的な積層構造の場合に比べて、本実施例の球面パターンマーカー１００ｂは、レンズを接合して第１レンズ部１１０ｂ及び第２レンズ部１２０ｂをそれぞれ構成することによって設計値に近いようにレンズの位置を定めることができる。また、接合されたレンズを用いて光学系を形成するため、収率を向上させ得るだけでなく、第１及び第２レンズ部１１０ｂ、１２０ｂを含む曲線パターンマーカーの全体的な設計偏差を最小化することができる。
【００７６】
図５を参照すると、本実施例の球面パターンマーカー１００ｃは、パターン部１３０ｃが第２レンズ部１２０ｃから離隔して配置されるという点で、図３の実施例と異なり得る。第１レンズ部１１０ｃ及び第２レンズ部１２０ｃの基本的な構成は、図３の第１レンズ部１１０ａ及び第２レンズ部１２０ａとそれぞれ実質的に同一であってもよい。ただし、第２レンズ部１２０ｃの焦点位置は、曲面レンズ１２４ｃの出射面１２４ｏｕｔではなく、パターン部１３０ｃである。それにより、第２レンズ部１２０ｃ、即ち、曲面レンズ１２４ｃの構造と屈折率などが図３の実施例の場合とは異なり得る。
【００７７】
パターン部１３０ｃは、図示されたように、支持部材１３５の内部面に接着されて配置されることができる。支持部材１３５は、第２レンズ部１２０ｃから所定間隔で離隔するように設計されたハウジング内部に配置されることができる。一方、パターン部１３０ｃは、別途の支持部材なしで配置されることもできる。例えば、図９ｂに示されたように、パターン部１３０ｃは、別途の支持部材なしでホルダの内部面に接着配置されることができる。
【００７８】
付け加えて、パターン部が第２レンズ部から離隔配置される構造は、図４の実施例やまたは以下の他の実施例にも同一に適用され得ることはいうまでもない。
【００７９】
これまで本実施例の曲面パターンマーカー１００ａ、１００ｂ、１００ｃの第１レンズ部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと第２レンズ部１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの構造について説明したものの、第１レンズ部と第２レンズ部の構造がそれに限定されるものではない。例えば、第１レンズ部は、１つで構成されるか、２つのレンズが結合する構造を有してもよい。また、場合によって、第１レンズ部は、４つ以上のレンズが結合する構造を有してもよい。第２レンズ部も３つ以上のレンズが結合する構造を有することができる。一方、第１レンズ部を構成するレンズのそれぞれの構造と第２レンズ部を構成するレンズのそれぞれの構造は、パターン部の曲率とサイズに応じて多様に変更され得る。また、第１レンズ部のレンズのそれぞれの屈折率と第２レンズ部のレンズのそれぞれの屈折率も多様に変更され得る。
【００８０】
図６は、本発明の一実施例による曲面パターンマーカーの構造に関する概念図である。図２〜図５の説明部分で既に説明した内容は、簡単に説明するか、省略する。
【００８１】
図６を参照すると、本実施例の曲面パターンマーカー２００は、第３レンズ部２４０をさらに含むという側面で、図２の曲面パターンマーカー１００と異なり得る。即ち、本実施例の曲面パターンマーカー２００は、第１レンズ部２１０、第２レンズ部２２０、パターン部２３０及び第３レンズ部２４０を含むことができる。
【００８２】
第３レンズ部２４０は、絞りＡｐの前端に配置され、少なくとも１つのレンズを含むことができる。第３レンズ部２４０は、外部の光を集めて絞りＡｐに入力する機能をすることができる。例えば、絞りＡｐに光が直接入射される場合に、画角が小さくて十分な光が入射されないこともある。また、反射を通じて出射される曲面パターンの平行光の範囲も制限され得、それにより、曲面パターンの平行光を検出する結像ユニットの空間的配置範囲も制限され得る。しかし、広角レンズなどを用いて光を集めて絞りＡｐ側に入射されるようにすることにより、光量を増加させて、また、結像ユニットの空間的配置範囲も拡大させることができる。
【００８３】
本実施例の曲面パターンマーカー２００は、絞りＡｐの前端に配置された第３レンズ部２４０を含むことにより、絞りＡｐに入射される光量を増加させて、また、光学追跡装置の結像ユニットの空間的配置範囲も拡大させることができる。
【００８４】
図７ａ及び図７ｂは、図６の曲面パターンマーカーの多様な構造を具体的に示す断面図である。図２〜図６の説明部分で既に説明した内容は、簡単に説明するか、省略する。
【００８５】
図７ａを参照すると、本実施例の曲面パターンマーカー２００ａは、第１レンズ部２１０ａ、第２レンズ部２２０ａ、パターン部２３０ａ及び第３レンズ部２４０ａを含むことができる。第１レンズ部２１０ａ、第２レンズ部２２０ａ、及びパターン部２３０ａは、図３の曲面パターンマーカー１００ａの第１レンズ部１１０ａ、第２レンズ部１２０ａ、及びパターン部１３０ａと類似するが、具体的な構造においては少しずつ異なり得る。
【００８６】
具体的に説明すると、第１レンズ部２１０ａは、２つのレンズ、即ち、第１レンズ２１２ａと第２レンズ２１４ａを含むことができる。第１レンズ２１２ａは、半球形態を有することができる。第１レンズ２１２ａの入射面に隣接して絞りが定義され得る。第２レンズ２１４ａは、側面が円柱形態を有するものの、出射面は光が進行する第１方向（ｘ方向）に凸であり、入射面は、第１レンズ２１２ａの出射面に対応して半球の溝の形態を有することができる。例えば、第２レンズ２１４ａは、ネガティブメニスカスレンズ構造を有することができる。図示されたように、第１レンズ２１２ａの出射面に第２レンズ２１４ａの入射面が結合して、第１レンズ部２１０ａが構成され得る。
【００８７】
図３の曲面パターンマーカー１００ａで、第１レンズ部１１０ａは３つのレンズを含むものの、本実施例の曲面パターンマーカー２００ａにおいて、第１レンズ部２１０ａは２つのレンズのみを含むことができる。しかし、第１レンズ部２１０ａの構造がそれに限定されるものではない。例えば、本実施例の曲面パターンマーカー２００ａにおいても、第１レンズ部２１０ａは３つのレンズが結合する構造を有することができる。
【００８８】
第２レンズ部２２０ａは、１つの曲面レンズ２２４ａで構成され得る。第１レンズ部２１０ａからの光は曲面レンズ２２４ａの入射面に入射されて、出射面を介してパターン部２３０ａに焦点が合わせられるように入射されることができる。パターン部２３０ａは、曲面パターンを含み、第４曲率Ｃ４を有することができる。第４曲率Ｃ４も、円の曲率または楕円の曲率を意味することができる。このようなパターン部２３０ａは、曲面レンズ２２４ａの出射面に接着されて配置されることができる。
【００８９】
パターン部２３０ａは、図３の曲面パターンマーカー１００ａのパターン部１３０ａの曲率とサイズ面で異なり得る。例えば、パターン部２３０ａの曲率は、図３の曲面パターンマーカー１００ａのパターン部１３０ａの曲率より大きくてもよい。また、パターン部２３０ａのサイズは、図３の曲面パターンマーカー１００ａのパターン部１３０ａのサイズより小さくてもよい。しかし、パターン部２３０ａの曲率とサイズが、前述の内容に限定されるものではない。例えば、パターン部２３０ａは、図３の曲面パターンマーカー１００ａのパターン部１３０ａと実質的に同一の曲率とサイズで形成されることもできる。
【００９０】
第２レンズ部２２０ａの構造は、図３の曲面パターンマーカー１００ａの第２レンズ部１２０ａの構造と若干異なり得る。例えば、パターン部１３０ａ、２３０ａ間の曲率差に基づいて、曲面レンズ２２４ａの出射面の曲率は、図３の曲面パターンマーカー１００ａの曲面レンズ１２４ａの曲率より大きくてもよい。また、図３の曲面パターンマーカー１００ａの曲面レンズ１２４ａの場合、全体的に均一な厚さを有するものの、本実施例の曲面パターンマーカー２００ａの曲面レンズ２２４ａの場合は、外郭部分に行くほど薄くなる構造を有することができる。例えば、曲面レンズ２２４ａは、ポジティブメニスカスレンズ構造を有することができる。しかし、第２レンズ部２２０ａの構造が、前述の内容に限定されるものではない。例えば、第２レンズ部２２０ａは、図３の曲面パターンマーカー１００ａの第２レンズ部１２０ａと実質的に同一の構造で形成されることができる。また、第２レンズ部２２０ａは、１つの曲面レンズのみでなく、図４または図５の曲面パターンマーカー１００ｂ、１００ｃのように２つのレンズまたはそれ以上のレンズが結合する構造を有してもよい。
【００９１】
第３レンズ部２４０ａは、第１方向（ｘ方向）の反対である第２方向（−ｘ方向）に第１レンズ部２１０ａから離隔して配置され、２つのレンズ、即ち、第５レンズ２４２ａと第６レンズ２４４ａを含むことができる。しかし、本発明はこれに限定されず、第３レンズ部２４０ａは、１つのレンズで具現されることもできる。第３レンズ部２４０ａは、第３レンズ部２４０ａを通過する光が第６レンズ２４４ａの出射面に対向する絞りＡｐで集光するように設計されることができる。このために、第５レンズ２４２ａは全体的に半球形態を有することができる。例えば、第５レンズ２４２ａの入射面は、第２方向（−ｘ方向）に凸な半球形態を有し、第５レンズ２４２ａの出射面は、平面形態を有することができる。第６レンズ２４４ａは、円筒形構造を有することができる。第６レンズ２４４ａの入射面は平面形態を有し、出射面は第１方向（ｘ方向）に若干凸であるものの、ほぼ平面に近い形態を有することができる。例えば、第６レンズ２４４ａは、ポジティブメニスカスレンズ構造を有することができる。実施例により、第３レンズ部２４０ａは、第５レンズ２４２ａの出射面に第６レンズ２４４ａの入射面が結合した１つのレンズであって、例えば、円筒形のプラノコンベックス（ｐｌａｎｏ−ｃｏｎｖｅｘ）レンズまたは円筒形のダブルコンベクス（ｄｏｕｂｌｅ  ｃｏｎｖｅｘ）レンズで具現されることができる。
【００９２】
図示されたように、第３レンズ部２４０ａは、光を集めて絞りＡｐ部分に入射させる機能をすることができる。例えば、第３レンズ部２４０ａと第１レンズ部２１０ａとの間、または第１レンズ部２１０ａの第１レンズ２１２ａの入射面上に絞りＡｐが定義されて、光は第３レンズ部２４０ａを介して絞りＡｐ部分に集まって第１レンズ部２１０ａに入射されることができる。
【００９３】
図７ｂを参照すると、本実施例の曲面パターンマーカー２００ｂは、第４レンズ部２５０をさらに含むという側面で、図７ａの曲面パターンマーカー２００ａと異なり得る。例えば、本実施例の曲面パターンマーカー２００ｂは、第２方向（−ｘ方向）に第３レンズ部２４０ａの前端に配置された第４レンズ部２５０をさらに含むことができる。
【００９４】
第４レンズ部２５０は、第７レンズ２５０ａ１つで構成され、入射面２５０ｉｎ、出射面２５０ｏｕｔ、第５平面２５０ｐ５、及び第４側面２５０ｓｉを備えることができる。第７レンズ２５０ａの入射面２５０ｉｎは、第２方向（−ｘ方向）に若干凸な形態を有し、出射面２５０ｏｕｔは、第５レンズ２４２ａの入射面と実質的に同一の曲率を有する半球の溝の形態を有することができる。例えば、第７レンズ２５０ａは、ネガティブメニスカスレンズ構造を有することができる。第５平面２５０ｐ５は、出射面２５０ｏｕｔから延長し、第６レンズ２４４ａの入射面に平行することができる。第４側面２５０ｓｉは、入射面２５０ｉｎと第５平面２５０ｐ５を連結することができる。
【００９５】
第４レンズ部２５０を用いて曲面パターンマーカー２００ｂの画角を魚眼レンズのように極大化することができ、それにより、さらに広い範囲の光を集めて絞りＡｐ部分に入射させることができる。また、画角の拡張に起因して、曲面パターンの平行光を検出する結像ユニットの空間的配置範囲もさらに拡大させることができる。
【００９６】
図７ａ及び図７ｂの曲面パターンマーカー２００ａ、２００ｂにおいて、第３レンズ部２４０ａ、または第３レンズ部２４０ａと第４レンズ部２５０が絞りの前端に配置された構造を例示したものの、本実施例の曲面パターンマーカーの構造がそれに限定されるものではない。例えば、絞りの前端に配置されて、光を集めて絞りの部分に集めて入射させることができる全てのレンズ部の構造が、本実施例の曲面パターンマーカーに適用され得る。
【００９７】
図８は、本発明の一実施例による曲面パターンマーカーの構造に関する概念図である。図２〜図７ｂの説明部分で既に説明した内容は、簡単に説明するか、省略する。
【００９８】
図８を参照すると、本実施例の曲面パターンマーカー３００は、第１レンズ部３１０及びパターン部３３０を含むことができる。本実施例の曲面パターンマーカー３００は、図２の曲面パターンマーカー１００で第２レンズ部１２０が省略された構造に対応し得る。それにより、第１レンズ部３１０を介して入射された光の焦点が直接パターン部３３０の曲面パターンに合わせられることができる。
【００９９】
第１レンズ部３１０の構造は、先に他の実施例で説明した通り、少なくとも１つのレンズを備えることができる。ただし、他の実施例とは異なり、第１レンズ部３１０から出射された光が第２レンズ部に入射されるのではなく、直接パターン部３３０の曲面パターンに焦点が合わせられるように入射されるため、第１レンズ部３１０を構成するレンズの構造と屈折率などが、他の実施例の第１レンズ部と異なるように調節されることができる。これまで、曲面パターンマーカーの多様な構造を例示して説明したものの、本発明の技術的思想が例示された構造に限定されるものではない。例えば、それぞれ多様なレンズの個数及びレンズの結合構造を有する少なくとも１つのレンズ部を備え、そのような少なくとも１つのレンズ部を用いて、光軸と平行するように入射して絞りを通過する入射光を１つのレンズ部の入射面に垂直に入射させて、そのような入射光をパターン部の曲面パターンに焦点が合わせられるように伝達し、また、曲面パターンで入射光を平行光の形態で出射させることができる全ての曲面パターンマーカーの構造が、本発明の技術的思想に属するといえる。
【０１００】
図９は、本発明の一実施例による曲面パターンマーカーの構造に関する概念図である。図２〜図７ｂの説明部分で既に説明した内容は、簡単に説明するか、省略する。
【０１０１】
図９を参照すると、本実施例の曲面パターンマーカー４００は、第１レンズ部４１０、第２レンズ部４２０、及びパターン部４３０を含むことができる。本実施例の曲面パターンマーカー４００は、構成面では図２の曲面パターンマーカー１００に対応し、機能面では図６の曲面パターンマーカー２００に対応し得る。具体的には、本実施例の曲面パターンマーカー４００は、図２の曲面パターンマーカー１００と同様に、２つのレンズ部４１０、４２０を備えることができる。
【０１０２】
絞りＡｐは、第１レンズ部４１０の入射面の前に配置されて、第１レンズ部４１０の入射面に光が入射される断面積を限定することができる。第１レンズ部４１０は、絞りＡｐを介して入射された光をパターン部４３０に焦点が合わせられるように入射させることができる。絞りＡｐを介して入射された光は、第１レンズ部４１０のターゲット範囲内に全て入射されることができる。例えば、絞りＡｐを介して入射された光は、第１レンズ部４１０の最初のレンズの入射面に全て入射されることができる。本実施例の曲面パターンマーカー４００において、絞りの部分に入射された光をターゲット範囲内に出射させるレンズ部が省略されることができる。それにより、第１レンズ部４１０は、絞りＡｐに入射された光が全てターゲット範囲内に全て出射されることができる構造で形成されることができる。第２レンズ部４２０は、絞りＡｐの前端に配置されることにより、広い画角で入射される光を絞りＡｐに集中させる機能をすることができる。
【０１０３】
図１０ａ及び図１０ｂは、本発明の一実施例による曲面パターンマーカーにおいて、パターン部の配置構造を示す断面図である。
【０１０４】
図１０ａを参照すると、パターン部１３０は、内側面に曲面パターンＰｓｐｈを含むことができる。本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、パターン部１３０は、最外郭に配置された曲面レンズ１２４の出射面１２４ｏｕｔに接着されて配置されることができる。それにより、曲面レンズ１２４に入射された光は、出射面１２４ｏｕｔを介して直接パターン部１３０の曲面パターンＰｓｐｈに焦点が合わせられるように入射されることができる。
【０１０５】
このように曲面パターンＰｓｐｈを含むパターン部１３０が最外郭に配置された曲面レンズ１２４の出射面に接着されて配置されることにより、本実施例の曲面パターンマーカーは、曲面パターンの配置のための別途の物理的装置が不要なこともある。また、反射を通じてパターン部１３０の曲面パターンが平行光として出射されるため、本実施例の曲面パターンマーカーは、曲面パターンを外部に出射させるための別途の光源が不要なこともある。従って、本実施例の曲面パターンマーカーは、マーカー構造の単純化及び最小化に寄与することができる。
【０１０６】
図１０ｂを参照すると、本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、最外郭に配置された曲面レンズ１２４は、ホルダ１５０内に収容されて固定されることができる。一般に、曲面パターンマーカーのレンズ部のレンズは、ホルダ１５０内部に収容されてホルダ１５０によって支持及び固定されることができる。それにより、ホルダ１５０の内部は、レンズ部のレンズを収容して支持するものの、光の進行を妨げない構造で形成されることができる。
【０１０７】
本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、ホルダ１５０の内部面のうち、曲面レンズ１２４の出射面１２４ｏｕｔに対向する内部面１５０ｉｎは曲面形態を有するものの、曲面レンズ１２４で出射された光の焦点が合わせられるようにする焦点面位置に配置されることができる。本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、パターン部１３０′は、前述の構造のホルダ１５０の内部面１５０ｉｎに接着されて配置されることができる。パターン部１３０′は、曲面レンズ１２４の出射面１２４ｏｕｔから第１間隔Ｄを有して離隔することができる。第１間隔Ｄは、数ｍｍ以下と非常に微細であってもよい。もちろん、第１間隔が前記数値に限定されるものではない。一方、図１０ａのようにパターン部１３０が曲面レンズ１２４の出射面１２４ｏｕｔに接着されて配置され、そのようなパターン部１３０をホルダ１５０の内部面１５０ｉｎが密着して覆うことができる。このような構造でパターン部１３０が配置された場合、第１間隔Ｄは、実質的に０に近くなり得る。また、逆に、パターン部１３０がホルダ１５０の内部面１５０ｉｎに接着されて配置され、ホルダ１５０が曲面レンズ１２４を密着して覆うこともできる。
【０１０８】
また、曲面レンズ１２４にホルダが密着して覆う構造の場合、曲面レンズ１２４の出射面１２４ｏｕｔとホルダ１５０の内部面１５０ｉｎが同一の曲率中心を共有することができ、また、パターン部１３０′も曲面レンズ１２４の出射面１２４ｏｕｔと同一の曲率中心を共有することができる。従って、曲面レンズ１２４の出射面１２４ｏｕｔから入射された光は、パターン部１３０′に焦点が合わせられることができる。
【０１０９】
曲面パターンマーカーにおいて、ホルダ１５０は一体に形成されることもでき、分離型で形成されることもできる。ホルダ１５０が分離型で形成されてパターン部１３０′がホルダ１５０に配置される場合、パターン交換型曲面パターンマーカーを具現することができる。図１０ａの曲面パターンマーカーにおけるパターン部１３０の配置構造と同様に、本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、パターン部１３０′の配置構造も曲面パターンの配置のための別途の物理的装置が不要なこともある。従って、本実施例の曲面パターンマーカーも、マーカー構造の単純化及び最小化に寄与することができる。
【０１１０】
一方、図１０ａ及び図１０ｂのパターン部１３０、１３０′の配置構造において、例示された曲面レンズ１２４は、例えば、図３の曲面パターンマーカー１００ａの曲面レンズ１２４ａに該当し得る。しかし、曲面レンズ１２４の構造が、図３の曲面パターンマーカー１００ａの曲面レンズ１２４ａの構造に限定されるものではない。例えば、曲面レンズ１２４は、図４、図５、図７ａ、及び図７ｂの曲面パターンマーカー１００ｂ、１００ｃ、２００ａ、２００ｂにおいて、最外郭に配置された曲面レンズ１２４ｂ、１２４ｃ、２２４ａの構造を有してもよい。
【０１１１】
図１１ａ〜図１１ｃは、本発明の一実施例による曲面パターンマーカーにおいて、パターン部の部分をもう少し具体的に示す断面図である。
【０１１２】
図１１ａを参照すると、本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、パターン部１３０は、接着層１３２、パターン層１３４、及び反射層１３６を含むことができる。接着層１３２は、非常に薄い厚さを有し、パターン層１３４を最外郭曲面レンズ（図３の１２４ａなど参照）の出射面に接着させることができる。接着層１３２は、光が透過できる透明な物質で形成されることができる。
【０１１３】
パターン層１３４は、曲面パターンＰｓｐｈを含むことができる。曲面パターンＰｓｐｈは、不透明な物質で形成されることができる。曲面パターンＰｓｐｈ以外のパターン層１３４を構成する物質は、光が透過できる透明な物質で形成されることができる。一般に曲面パターンは、不透明な部分と透明な部分をいずれも含む概念であってもよい。しかし、説明の便宜のために、不透明な部分のみを曲面パターンＰｓｐｈで表示して説明する。以下、図１１ｂ及び図１１ｃのパターン部１３０′、１３０″にも同一の概念が適用され得る。
【０１１４】
反射層１３６は、パターン層１３４の外側面に薄く形成されることができる。反射層１３６は、光を反射させることができる反射率の高い物質で形成されることができる。例えば、反射層１３６は、アルミニウム、金、銀のようなメタルで形成されることができる。もちろん、反射層１３６の材質がメタルに限定されるものではない。場合によっては、パターン層１３４は反射物質で形成され、反射層１３６は省略されてもよい。
【０１１５】
一般に光学追跡装置で用いられる光は、赤外線であってもよい。従って、接着層１３２、パターン層１３４、曲面パターンＰｓｐｈ、及び反射層１３６に対する透明と不透明の基準は、赤外線であってもよい。しかし、接着層１３２、パターン層１３４、曲面パターンＰｓｐｈ、及び反射層１３６に対する透明と不透明の基準が赤外線に限定されるものではない。例えば、可視光線や紫外線も透明と不透明の基準となり得る。
【０１１６】
パターン層１３４の透明な部分に入射された光は、パターン層１３４を通過して反射層１３６で反射されることができる。しかし、パターン層１３４の不透明な部分、即ち、曲面パターンＰｓｐｈに入射された光は遮断されるため、反射層１３６によって反射されることができない。従って、パターン部１３０から反射された反射光には、曲面パターンＰｓｐｈが反映されることができる。例えば、パターン層１３４の透明な部分に対応する反射光の部分の光の強度は高く、不透明な部分、即ち、曲面パターンＰｓｐｈに対応する反射光の部分の光の強度は低くてもよい。
【０１１７】
一方、図１１ａにおいてパターン部１３０が曲面形態で示されているが、このようなパターン部１３０は、曲面レンズの出射面やホルダの内部面に接着された形態に該当し得る。従って、曲面レンズの出射面やホルダの内部面に接着される前のパターン部１３０は、平面形態を有することができる。以下、図１１ｂ及び図１１ｃのパターン部１３０′、１３０″の形態にも同一の概念が適用され得る。
【０１１８】
図１１ｂを参照すると、本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、パターン部１３０′は、図１１ａのパターン部１３０と同様にやはり接着層１３２ａ、パターン層１３４、及び反射層１３６を含むことができる。しかし、本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、パターン部１３０′は、図１１ａのパターン部１３０の構造とは異なり、接着層１３２ａが反射層１３６の外側面として形成された構造を有することができる。このようなパターン部１３０′は、図１０ｂに示されたように、ホルダ１５０の内部面１５０ｉｎに接着される構造で曲面パターンマーカーに含まれることができる。一方、接着層１３２ａが反射層１３６の外側面に形成されるため、接着層１３２ａの材質は透明な材質に限定されなくてもよい。
【０１１９】
図１１ｃを参照すると、本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、パターン部１３０″は、図１１ａのパターン部１３０とは異なり、保護層１３８をさらに含むことができる。例えば、本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、パターン部１３０″は、反射層１３６の外側面を覆う保護層１３８をさらに含むことができる。保護層１３８は、内側に配置された反射層１３６とパターン層１３４を外部の物理的及び化学的損傷から保護することができる。それにより、保護層１３８は、化学的に耐性が強くて比較的硬度が高い物質で形成されることができる。
【０１２０】
図１２ａ及び図１２ｂは、本発明の一実施例による曲面パターンマーカーのホルダ部分を示す平面図及び側面図である。
【０１２１】
図１２ａ及び図１２ｂを参照すると、ホルダ１５０は、本体部１５２と入口部１５４を含むことができる。本体部１５２の外形は、略円柱形態を有することができる。また、図１２ｂに示されたように、後面Ｓ２側に行くほど本体部１５２の断面積が減り、後面Ｓ２の面積が正面Ｓ１の面積より小さいことがある。しかし、ホルダ１５０の構造がそれに限定されるものではない。例えば、一般的な円柱形態のように、正面Ｓ１と後面Ｓ２の面積が同一の形態でホルダ１５０が形成されることもできる。
【０１２２】
入口部１５４は、本体部１５２の正面Ｓ１に配置され、外形は円柱形態を有することができる。図１２ａに示されたように、入口部１５４には絞りＡｐに該当するオープン領域が形成され、そのようなオープン領域を通じて第１レンズ部１１０のレンズが露出することができる。
【０１２３】
ホルダ１５０の内部には、曲面パターンマーカーのレンズ部のレンズを収容して支持するための構造の空間が設けられ得る。図１２ｂの点線で表示されたように、ホルダ１５０内部に、図４の曲面パターンマーカー１００ｂの第１レンズ部１１０ｂ及び第２レンズ部１２０ｂが収容されて支持されることができる。入口部１５４側に第１レンズ部１１０ｂが配置され、本体部１５２の後面Ｓ２側に第２レンズ部１２０ｂが配置されることができる。一方、図示していないものの、パターン部は、第２レンズ部１２０ｂの曲面レンズ１２４ｂの出射面に接着されて配置されるか、曲面レンズ１２４ｂの出射面に対向するホルダ１５０の内部面に接着されて配置されることができる。一方、一般にマーカーはホルダを含む概念であるため、図４の曲面パターンマーカー１００ｂもホルダ１５０を含むことができる。
【０１２４】
本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、ホルダの内部構造が図４のレンズ部を収容する構造に限定されるものではない。例えば、本実施例の曲面パターンマーカーにおいて、ホルダの内部構造は、図３、図５、図７ａ及び図７ｂのレンズ部を収容して支持できる構造を有することができる。さらに、ホルダの内部構造は、図３、図５、図７ａ及び図７ｂのレンズ部に限らず、曲面パターンマーカーに含まれることができる他の構造のレンズ部を収容することができる構造を有してもよい。一方、ホルダの外形も図１２ａ及び図１２ｂの構造に限定されず、多様な形態で形成されることができる。
【０１２５】
図１３は、本発明の一実施例による曲面パターンマーカーを含む光学追跡装置に関する構成図である。図２〜図１２ｂの説明部分で既に説明した内容は、簡単に説明するか、省略する。
【０１２６】
図１３を参照すると、本実施例の光学追跡装置１０００は、曲面パターンマーカー１００、結像ユニット５００、及びプロセッサ６００を含むことができる。
【０１２７】
曲面パターンマーカー１００は、第１レンズ部１１０及び第２レンズ部１２０を用いて、光の反射を通じてパターン部１３０の曲面パターンを平行光の形態で出射させることができる。曲面パターンマーカー１００は、図４の曲面パターンマーカー１００ｂであってもよい。しかし、曲面パターンマーカー１００の構造が図４の曲面パターンマーカー１００ｂの構造に限定されるものではない。例えば、図３、図５、図７ａ、及び図７ｃの曲面パターンマーカー１００ａ、１００ｃ、２００ａ、２００ｃが、本実施例の光学追跡装置１０００に適用され得ることはいうまでもない。さらに、少なくとも２つのレンズ部を備えて、入射された光をパターン部の曲面パターンに焦点が合わせられるようにすることができる全ての曲面パターンマーカーの構造が、本実施例の光学追跡装置１０００に適用され得る。
【０１２８】
結像ユニット５００は、曲面パターンマーカー１００から出射された曲面パターンに対する平行光を受光して、曲面パターンを拡大されたパターンイメージとして結像させることができる。結像ユニット５００は、レンズ部５１０とセンサー部５２０を含むことができる。レンズ部５１０は、曲面パターンの平行光を受光して、拡大することができる。センサー部５２０は、レンズ部５１０を通じて拡大された曲面パターンをパターンイメージとして結像させることができる。例えば、結像ユニット５００は、カメラであってもよい。
【０１２９】
プロセッサ６００は、結像ユニット５００に結像された曲面パターンに対するパターンイメージを用いて曲面パターンマーカー１００の空間位置と方向を算出することができる。その詳しい内容は、本発明に併合される未公開出願発明ＫＲ１０−２０１６−０１０１３７７号に例示的に記載されている。
【０１３０】
本実施例の光学追跡装置１０００において、曲面パターンマーカー１００、及び結像ユニット５００がそれぞれ１つずつ備えられているものの、曲面パターンマーカー１００及び結像ユニット５００の数が１つに限定されるものではない。例えば、曲面パターンマーカー１００及び結像ユニット５００はそれぞれ、複数で備えられてもよい。それにより、目的物の空間位置と方向の算出がさらに精密に算出されることができる。例えば、曲面パターンマーカー１００及び結像ユニット５００の数を増加させる場合、複合的な計算を通じて目的物の空間位置と方向をさらに精密に計算することができる。
【０１３１】
これまで、本発明を図面に示された実施例を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野の通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真正の技術的保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想により定められるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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2019516081.tif 000022
2019516081.tif 000023
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