本申请要求于2015年12月10日提交的美国临时专利申请号62/265,585的权益和优先权，通过引用将其全部内容和公开内容合并至此。
技术领域
本公开内容一般地涉及在导航系统中使用的跟踪设备以及制造它的方法。
背景技术：
导航系统帮助用户定位对象。例如，导航系统在工业、航空航天和医学应用中使用。在医学领域中，导航系统帮助外科医生定位外科器械和解剖结构，为了相对于解剖结构准确地放置外科器械的目的。典型地，外科器械和解剖结构一起被跟踪，并且在显示器上示出它们的相对移动。
导航系统可以采用光信号、声波、磁场、无线电频率信号等，以便跟踪对象的位置和/或方向。经常，导航系统包括附接到正在跟踪的对象的跟踪设备。定位器与跟踪设备上的跟踪元件合作以确定跟踪元件的位置，并且最终确定对象的位置和方向。导航系统经由跟踪设备监控对象的移动。
一些导航系统采用直接发射光以由定位器接收从而对跟踪元件的位置做三角测量的主动跟踪元件。采用主动跟踪元件的一个优点在于与其他导航系统，诸如依赖于反射由定位器发射的光的反射器元件的导航系统相比较增加的准确度。在采用主动跟踪元件的导航系统中，跟踪元件通常位于透明透镜后面，这使得跟踪设备能够被灭菌而重用，但是这仍然允许光从跟踪元件发射到定位器。然而，这些透明透镜能够在光从跟踪元件发射中引起折射。该折射能够导致定位器不准确地确定跟踪元件的位置，由此导致正在被跟踪的对象的位置和方向的不准确计算。除了减少折射之外，在一些应用中为了实现适当的准确度，跟踪元件必须在制造期间以高精度放置，这在某些情况下难以实现。当不精确的制造和与光的折射相关联的问题相组合时，准确度误差会变得不利。
因此，在本领域中存在对于克服上述问题的一个或多个的跟踪设备的需求。
技术实现要素：
在一个实施例中，提供与导航系统一起使用以跟踪对象的跟踪设备。跟踪设备包括跟踪头。多个发射器由跟踪头支撑。每个发射器被配置为发射光。多个透镜布置在多个发射器上。每个透镜具有外壁，外壁具有弧形内表面和与弧形内表面等距离相隔的弧形外表面以定义均匀的外壁厚度。相对于发射器排列透镜使得从发射器发射的光垂直于弧形内表面穿透外壁以最小化光的折射。
在另一个实施例中，提供用于跟踪对象的导航系统。导航系统包括跟踪头。多个发射器由跟踪头支撑。每个发射器被配置为发射光。多个透镜布置在多个发射器上。每个透镜具有外壁，外壁具有弧形内表面和与弧形内表面等距离相隔的弧形外表面以定义均匀的外壁厚度。相对于发射器排列透镜使得从发射器发射的光垂直于弧形内表面穿透外壁以最小化光的折射。导航系统也包括用于接收从发射器发射的光从而确定对象的位置和方向的定位器。
同样提供一种制造跟踪设备的方法。方法包括将多个发射器在相对于基座的预先定义的z轴高度装配到基座。每个发射器被配置为发射光。方法还包括将多个透镜定位在多个发射器上。每个透镜具有外壁，外壁具有弧形内表面和与弧形内表面等距离相隔的弧形外表面以定义均匀的外壁厚度。多个透镜的每个在x-y平面中相对于发射器而定位，使得从发射器发射的光垂直于弧形内表面穿透外壁以最小化光的折射。
附图说明
当连同附图一起考虑时，本公开内容的优点通过参考下面的详细描述而变得更好理解，并且将容易地领会本公开内容的优点，其中：
图1是连同患者一起使用的导航系统的透视图；
图2是导航系统的示意图；
图3是跟踪设备的透视图；
图4是跟踪设备的横截面视图；
图5是跟踪设备的第一外壳的透视图；
图6是跟踪设备的第一外壳的分解视图；
图7是发射器支撑装配件的顶部透视图；
图8是发射器支撑装配件的底部透视图；
图9是具有发射器支撑装配件的第一外壳的顶部透视图；
图10是具有发射器支撑装配件的第一外壳的底部透视图；
图11是具有发射器支撑装配件、发光二极管和透镜的第一外壳的顶部透视图；
图12是透镜的一个的透视图；
图13是发射器支撑装配件的一个以及透镜的一个的横截面视图；
图14是例示当LED在旋转转台上围绕圆形旋转时点亮的误差的图；
图15是跟踪设备的第二外壳的底部透视图；
图16是跟踪设备的第二外壳的顶部透视图；
图17是跟踪设备的连接器的底部透视图；
图18是跟踪设备的连接器的分解视图；
图19是连接器的顶部透视图；
图20是附接到第二外壳的连接器的透视图和横截面视图；
图21是使用配套电缆连接器附接到第二外壳的连接器的底部透视图；
图22是附接到第二外壳的连接器的顶部透视图；
图23是附接到连接器的磁体的顶部透视图；以及
图24是与磁体相邻定位的通量返回盘的顶部透视图。
具体实施方式
参考图1，例示导航系统20。导航系统20在诸如医疗设施的手术室这样的外科环境中示出。设立导航系统20来跟踪手术室中各种对象的移动。这种对象可以包括，例如，外科器械22、患者的股骨F以及患者的胫骨T。导航系统20为了向外科医生显示这些对象的相对位置和方向的目的，以及在某些情况下，为了相对于预先定义的路径或者解剖结构边界控制或者约束外科器械22的移动的目的而跟踪这些对象。
导航系统20包括封装导航计算机26的计算机手推车装配件24。导航界面与导航计算机26操作通信。导航界面包括适应于位于无菌区外部的第一显示器28以及适应于位于无菌区内部的第二显示器29。显示器28、29可调节地安装到计算机手推车装配件24。第一输入设备30和第二输入设备32，诸如鼠标和键盘，能够用来输入信息到导航计算机26中或者另外选择/控制导航计算机26的某些方面。构想了包括显示器28、29上的触摸屏(未示出)或者语音激活的其他输入设备。
定位器34与导航计算机26通信。在所示的实施例中，定位器34是光学定位器并且包括照相机单元36(也称作传感设备)。照相机单元36具有封装一个或多个光学位置传感器40的外部壳体38。在一些实施例中，采用至少两个光学传感器40，有时候三个或者四个。光学传感器40可以是三个单独的电荷耦合器件(CCD)。在一个实施例中，采用三个单维CCD。应当领会到，在其他实施例中，每个具有单独的CCD，或者两个或多个CCD的单独的照相机单元也可以排列在手术室周围。CCD检测红外(IR)光信号。
照相机单元36安装在可调节臂上以使用下面讨论的跟踪器的理想地无遮挡的视野定位光学传感器40。
照相机单元36包括与光学传感器40通信的照相机控制器42以接收来自光学传感器40的信号。照相机控制器42通过有线或者无线连接(未示出)与导航计算机26通信。一个这种连接可以是IEEE 1394接口，这是用于高速通信和等时实时数据传送的串行总线接口标准。连接也可以使用公司特定的协议。在其他实施例中，光学传感器40直接与导航计算机26通信。
位置和方向信号和/或数据为了跟踪对象的目的传输到导航计算机26。计算机手推车装配件24、显示器28和照相机单元36可以像是于2010年5月25日颁发给Malackowski等人、标题为“Surgery System”的美国专利号7,725,162中描述的那些，通过引用合并至此。
导航计算机26可以是个人计算机或者膝上型计算机。导航计算机26具有显示器28、29，中央处理单元(CPU)和/或其他处理器，存储器(未示出)，以及存储装置(未示出)。如下所述，导航计算机26加载有软件。软件将从照相机单元36接收的信号转换成正在跟踪的对象的位置和方向的数据表示。
导航系统20包括多个跟踪设备44、46、48，在本文中也称作跟踪器。在所例示的实施例中，一个跟踪器44坚固地附着到患者的股骨F并且另一个跟踪器46坚固地附着到患者的胫骨T。跟踪器44、46坚固地附着到骨头的分段。跟踪器44、46可以按照美国专利号7,725,162中所示的方式，通过引用合并至此，和/或按照于2014年1月16日提交的、标题为“Navigation Systems and Methods for Indicating and Reducing Line-of-Sight Errors”并且作为美国专利申请公开号2014/0200621公开的美国专利申请号14/156,856中所示的方式，通过引用合并至此，附接到股骨F和胫骨T。其他附接方法也是可能的。在另外的实施例中，跟踪器(未示出)附接到髌骨以跟踪髌骨的位置和方向。在又另一种实施例中，跟踪器44、46可以安装到解剖结构的其他组织类型或者部分。
器械跟踪器48坚固地附接到外科器械22。器械跟踪器48在制造期间集成到外科器械22中或者可以在外科程序的准备时单独地安装到外科器械22。正在跟踪的外科器械22的工作端可以是旋转钻头、电烧灼设备、其他能量施加器等。
在所示的实施例中，外科器械22可以是附接到外科操纵器的末端执行器。这种布置在2015年9月1日授予的、标题为“Surgical Manipulator Capable of Controlling an Surgical Instrument in Multiple Modes”的美国专利号9,119,655中示出，通过引用将其公开内容合并至此。
在其他实施例中，外科器械22可以仅由用户的手，而没有任何切割导向、悬臂或者诸如操纵器或者机器人这样的其他约束机制的帮助下手动地定位。这种外科器械在2012年8月31日提交的、标题为“Surgical Instrument Including Housing,a Cutting Accessory that Extends from the Housing and Actuators that Establish the Position of the Cutting Accessory Relative to the Housing”的美国专利申请No.13/600,888中描述，通过引用将其公开内容合并至此。
定位器34的光学传感器40接收来自跟踪器44、46、48的光信号。在所例示的实施例中，跟踪器44、46、48是主动跟踪器。在该实施例中，每个跟踪器44、46、48具有用于将光信号传输到光学传感器40的至少三个，并且优选地四个主动跟踪元件。跟踪元件可以是例如传输光(诸如红外光)的发光二极管(LED)50。光学传感器40优选地具有100Hz或者更多，更优地300Hz或者更多，以及最优地500Hz或者更多的采样率。在一些实施例中，光学传感器40具有8000Hz的采样率。采样率是光学传感器40从顺序点亮的LED 50接收光信号的速率。在一些实施例中，来自LED 50的光信号对于每个跟踪器44、46、48以不同的速率点亮。
参考图2，LED 50的每个连接到相关联的跟踪器44、46、48的跟踪器控制器62，跟踪器控制器62将数据传输到导航计算机26或者从导航计算机26接收数据。在一个实施例中，跟踪器控制器62通过与导航计算机26的有线连接以大约几兆字节/秒传输数据。在其他实施例中，可以使用无线连接。在这些实施例中，导航计算机26具有收发器(未示出)，以从跟踪器控制器62接收数据。
跟踪器44、46、48的每个也包括测量跟踪器44、46、48的角速度的三维陀螺仪传感器60。由陀螺仪传感器60测量的角速度向导航系统20提供跟踪这些跟踪器44、46、48的另外的非基于光学的数据。跟踪器44、46、48的每个也包括3轴加速度计70。加速度计70向导航系统20提供跟踪这些跟踪器44、46、48的另外的非基于光学的数据。
陀螺仪传感器60和加速度计70的每个与位于相关联跟踪器的外壳中的跟踪器控制器62通信，跟踪器控制器62传输数据到导航计算机26或者从导航计算机26接收数据。数据可以通过有线或者无线连接接收。
导航计算机26包括导航处理器52。照相机单元36接收来自跟踪器44、46、48的LED 50的光学信号并且将关于跟踪器44、46、48的LED 50相对于定位器34的位置的信号和/或数据输出到处理器52，其可以是由三角测量确定的信号和/或数据。陀螺仪传感器60将关于由陀螺仪传感器60测量的三维角速度的非光学信号传输到处理器52。基于接收到的光学和非光学信号，导航处理器52生成指示跟踪器44、46、48相对于定位器34的相对位置和方向的数据。也可以采用不具有陀螺仪传感器或者加速度计的跟踪器。
应当理解，导航处理器52可以包括一个或多个处理器来控制导航计算机26的操作。处理器可以是任何类型的微处理器或者多处理器系统，或者其他类型的处理器。术语处理器不打算局限于单个处理器。
在外科程序开始之前，另外的数据加载到导航处理器52中。基于跟踪器44、46、48的位置和方向以及先前加载的数据，导航处理器52确定外科器械22的工作端的位置以及外科器械22相对于正在针对其应用工作端的组织的方向。
导航处理器52也生成指示外科器械工作端相对于外科部位的相对位置的图像信号。这些图像信号应用到显示器28、29。显示器28、29基于这些信号生成允许外科医生和工作人员查看外科器械工作端相对于外科部位的相对位置的图像。如上面所讨论的，显示器28、29可以包括允许命令输入的触摸屏或者其他输入/输出设备。
在一些实施例中，一次仅一个LED 50可以由光学传感器40读取。照相机控制器42通过一个或多个红外或者RF收发器(照相机单元36和跟踪器44、46、48上)或者通过有线连接可以控制LED 50的点亮，如在Malackowski等人的美国专利号7,725,162中描述的，通过引用合并至此。作为替代，跟踪器44、46、48可以(诸如由跟踪器44、46、48上的开关)在本地激活，一旦激活则顺序地点亮它的LED 50，而没有来自照相机控制器42的指令。
附接到股骨F和胫骨T的跟踪器44、46的一个版本在图3和4中所示。为了简单，下面将仅参考跟踪器44、46的一个，但是跟踪器44和46可以是相同的。
跟踪器44包括被配置为安装到对象的跟踪头72，为了根据上面描述的原理跟踪对象的位置和方向的目的。提供四个跟踪元件由导航系统20使用以跟踪对象的位置和方向。在所示的版本中，四个跟踪元件是红外LED 50的形式。LED 50由跟踪头72支撑以发射将由定位器34的光学传感器40接收的光。
跟踪头72包括第一外壳74和第二外壳76。第二外壳76连接到第一外壳74以定义内室78。第一外壳74和第二外壳76具有一致的外表面以形成跟踪头72的连续外表面。如图3中最佳所示，连续外表面可以具有拥有圆形拐角的通常矩形形状。
跟踪器控制器62、陀螺仪60、加速度计70以及其他内部电子组件安装在其上的印刷电路板(PCB)布置在内室78中并且密闭地密封在内室78内部以允许跟踪器44的灭菌，而不担心损坏布置在内室78中的这些电子组件。
如图3-6中所示，第一外壳74包括熔接环80、盖子82和光环84。熔接环80、盖子82和光环84具有一致的外表面以形成跟踪头72的连续外表面的部分。
熔接环80由钛形成。熔接环80被配置为激光熔接到同样可以由钛形成的第二外壳76。熔接环80具有围绕它的外围的通常均匀厚度并且形成环形。在制造期间，熔接环80摆放在第二外壳76的肩部并且熔接到那里。在所示的实施例中，熔接环80具有多个定位突出件81。突出件81居中地位于熔接环80的每个边的内表面上。突出件81仅跨度内表面的一部分并且从内表面向内突出以在装配期间最终支托在第二外壳76的外围边缘83上(参看图4和6)。在其他实施例中，突出件81可以由支托在第二外壳76的边缘83上的连续外围凸缘取代。
盖子82由钛形成。排列LED 50以发射光超越盖子82。光环84布置在熔接环80与盖子82之间。光环84可以由氧化锆或者其他材料形成，其在使用期间照亮以指示跟踪器44和/或其他组件/系统的某些状态条件。在制造期间使用钎焊预制件86将熔接环80和盖子82钎焊到光环84。熔接环80和光环84可以具有相同的外部形状和厚度。
排列至少一个状态指示光源以发射光通过光环84。至少一个指示光源可以包括：LED；多个多色LED，诸如RGB LED，每个能够发射不同色彩的光；能够发射第一色彩的光的第一多个LED和能够发射不同于第一色彩的第二色彩的光的第二多个LED；或者这些的任何组合。在一种情况下，状态指示光源包括能够发射橙色可见光的至少一个LED 90a和能够发射绿色可见光的至少一个LED 90b。
参考图4-8，多个发射器支撑装配件96支撑在第一外壳74的盖子82中以支撑LED 50。具体地，盖子82定义用于容纳发射器支撑装配件96的多个挖槽98(参看图5)。每个挖槽98具有贯通开口100、内扩孔102和外扩孔104。应当领会到，贯通开口100以及扩孔102、104可以通过机械加工、模塑/铸造或者其他方法形成。
每个发射器支撑装配件96包括基座102。基座102可以由金属，诸如304L不锈钢形成。基座102包括固定到盖子82并且支托在外扩孔104中的环形边缘106。基座102也包括从边缘106下垂的圆柱主体108。主体108固定到盖子82并且支托在内扩孔102中。基座102也包括从主体108下垂的对齐分段110。
对齐分段110具有从主体108的中心轴A偏移的纵轴L。对齐分段110具有长圆形形状，使得发射器支撑装配件96在制造期间仅能够在一个方向上适配在挖槽98中。发射器支撑装配件96由钎焊、激光熔接、粘合剂等的一种或多种固定到盖子82。发射器支撑装配件96的附接在图9和10中示出。
每个发射器支撑装配件96也包括位于基座102中的贯通开口113、115(参看图13)中的一对引脚112、114。引脚112、114可以至少部分由铜铍，以及在一些情况下，完全由铜铍、其他铜合金或者其他材料形成。可以使用多晶陶瓷117，诸如Kryoflex，将引脚112、114固定并且密封到基座102贯通开口113、115内部(参看图13)。引脚112、114为LED 50提供阴极和阳极接触。
反射器头116与引脚112构成整体，使得反射器头116和引脚112作为一个整体形成。每个LED 50的发射器由每个反射器头116支撑并且相对于每个反射器头116居中。在一个实施例中，发射器是LED 50的晶粒51。在一个示例性版本中，晶粒51是EPIGAPTM晶粒，来自Optoelektronik GmbH，D-12555Berlin，Kopenicker Str.325b，Haus 201，序列号ELC-875-22。
反射器头116被配置为接触晶粒51，使得反射器头116通过阳极连接提供到LED 50的阳极接触的连接。阴极连接由引脚112的中心处与晶粒51的接触提供。反射器头116可以是杯形或者适合于支撑晶粒51的任何形状。晶粒51可以由粘合剂固定到反射器头116并且使用硅胶或者其他涂层涂覆。在一些实施例中，晶粒51可以使用硅胶覆盖以将晶粒51封装在反射器头116(未示出)中。
参考图11-14，透镜120布置在位于反射器头116中的晶粒51的每个上，使得晶粒51的每个发射光通过透镜120的相应一个到达光学传感器40。每个透镜120具有弧形外壁122，弧形外壁122具有弧形内表面124和弧形外表面126。弧形外表面126与弧形内表面124等距离相隔以定义均匀的壁厚度T。相对于晶粒51布置每个透镜120，使得从晶粒51的焦点F发射的光射线R垂直于弧形内表面124穿透外壁122以最小化光射线的折射。每个透镜120具有通常圆顶形状并且由蓝宝石形成。
透镜120焊接到发射器支撑装配件96。更具体地，使用焊接环130将每个透镜120焊接到基座102。焊接环130具有扁平环部分和向上延伸盖子部分。确定扁平环部分的大小以适配在基座102的上表面中形成的上环形凹槽121内。凹槽121位于基座的内部升高凸台123与边缘106之间。当焊接环130被加热时，将透镜120在反射器头116周围和边缘106内固定到基座102。
由于透镜120的外壁122的弧形形状，每个透镜120定义用于容纳晶粒51的内部空间132。因此，能够排列晶粒51使得从晶粒51的焦点F发射的光射线R垂直于外壁122撞击外壁122以最小化光射线的折射。更具体地，外壁122定义具有几何中心O的半球。晶粒51的焦点F与半球的中心O重合，使得从晶粒51的焦点F发射的光射线R在所有方向上行进相同的距离到达外壁122。这种几何排列导致晶粒51实现为定位器34的点光源。
抗反射涂层在制造期间应用于每个透镜120。涂层可以溅射涂覆到透镜120上或者由其他常规方法应用。抗反射涂层为红外光谱而设计并且可以应用于内表面124和/或外表面126上。
在制造期间，装配每个晶粒51使得晶粒51的焦点F与透镜120的中心O重合。在一个实施例中，优选地在晶粒51固定在那里之前(但是在一些情况下之后)，反射器头116插入到基座102中使得反射器头116相对于基座102定位于预先定义的z轴高度。然后将反射器头116熔接或者钎焊并且密封到基座102。因此，由于晶粒51中无关紧要的容差，当晶粒51此后定位并且固定在反射器头116中时，晶粒51将相对于z轴而适当地定位。在其他实施例中，可以首先将晶粒51定位并且固定在反射器头116中并且然后由光学检测设备(未示出)光学地跟踪和测量，直到晶粒51的焦点F处于预先定义的z轴高度，并且反射器头(和所携载的晶粒51)被固定到基座102。
一旦晶粒51固定在反射器头116中的适当位置，透镜120放置在晶粒51上。透镜120的z轴高度借助于透镜120的底部设置，邻接基座102上的凸台123。透镜120也需要相对于x-y平面定位，使得从晶粒51的焦点F发射的光射线R垂直于弧形内表面124穿透透镜120的外壁122以最小化光射线R的折射。在透镜120的放置期间，由光学测量设备光学地跟踪和测量透镜120以确保透镜120在x-y平面中相对于晶粒51而居中。通过使得透镜120在x-y平面中相对于晶粒51居中，透镜120的中心变得与晶粒51的焦点F重合。
一旦透镜120就位，使用焊接环130将透镜120焊接到基座102。在图13中所示的版本中，透镜120的底部支托在凹槽121上面的凸台123上。如先前所描述的，这种放置严格地控制透镜120在基座102上的z轴高度。当透镜120然后保持在凸台123上适当位置时，加热并且液化焊接环130以将透镜120的外缘固定到边缘106。焊接材料也在透镜120下面流动以将透镜120的底部固定到基座102。在一些实施例中，金属化涂层131可以应用于底部并且部分地沿着透镜120的外表面126以帮助将透镜120更好地焊接到基座102。
可以创造特殊的固定装置以将反射器头116可重复地放置在相对于基座102的预先定义的z轴高度并且可重复地放置透镜120使得晶粒51的焦点F位于半球的几何中心O。具体地，固定装置可以容纳基座102、引脚112、114(包括反射器头116)、焊接环130、透镜120以及引脚112、114与基座102之间的多晶陶瓷117。固定装置可以设计为当这些部件被放置在固定装置中时建立并且保持它们之间的期望高度。光学测量设备确定透镜120的适当x-y定位。一旦定位，透镜120也可以相对于晶粒51保持在固定装置中的适当位置。然后加热这些部件，使得焊接环130熔化以将透镜120的金属化涂层131固定到基座102并且多晶陶瓷熔化以将引脚112、114(和反射器头116)在预先定义的高度固定到基座102。
图14例示在旋转转台上测试的示例性LED的绘图。当LED围绕圆形旋转时LED被点亮时，由照相机单元36收集数据。对该数据应用圆拟合以确定关于LED的视角的位置误差。如所示，在零度时基本上没有误差，并且随着LED扫过视角，在80度时，存在近似0.1mm的最差情况误差。在其他情况下，误差不能够由照相机单元36测量，因为误差在照相机单元36的本底噪声内，例如，误差小于位置误差的+/-0.05mm。
参考图15-24，连接器140固定到第二外壳76，用于将电力和通信通道的至少一个连接到跟踪器44。第二外壳76具有主体142和从主体142下垂的连接器分段144。连接器分段144定义开口143，连接器140位于开口143内(参看图15和16)。内扩孔146和外扩孔148从开口142径向向外布置以支撑连接器140。立柱150和指状物152突出到开口143内以进一步支撑连接器140。
参考图17-19，连接器140包括至少部分由铜铍，以及在一些情况下，完全由铜铍形成的多个引脚154。连接器140也包括引脚154的支撑结构156，提供印刷电路板PCB与引脚154之间的电气通信的排线158，以及由爆炸粘结金属，诸如不锈钢和钛形成的套管160。
参考图20，支撑结构156包括引脚护圈157和外板159。引脚护圈157和外板159可以熔接在一起或者作为一个整体形成。在一个实施例中，引脚护圈157通常是圆柱形形状并且由不锈钢，诸如304L不锈钢形成。在作为替代的实施例中，引脚护圈157可以设想不同的形状。在一个实施例中，外板159由不锈钢，诸如455不锈钢形成。如下面进一步描述的，该材料增强通过外板159的磁通量的经过。在所示的实施例中，外板159，也称作通量元件，具有平坦上表面。
使用多晶陶瓷161，诸如Kryoflex将引脚154密封在支撑结构156的引脚护圈157中的直通通路162内。可以由任何传导材料形成的排线158一端附接到引脚154并且另一端耦合到PCB。支撑结构156的引脚护圈157具有定向特征，诸如键控部分164，其形成形状以适配在外板159中定义的键槽166内，使得引脚护圈157能够相对于外板159恰当地定向。
外板159也包括用于容纳引脚护圈157的贯通开口170，使得引脚护圈157的底部和外板159是相连的。引脚护圈157还包括当装配时支托在外板159的上表面上的环形盖子174。诸如凹陷175这样的定向特征定义在外板159的底表面中以容纳立柱150，使得外板159相对于第二外壳76恰当地定向。立柱150适配在凹陷175中，使得外板159被限制不会相对于第二外壳76旋转。
套管160被爆炸粘结或者熔接，使得套管160能够熔接到相异的金属材料，诸如不锈钢和钛。例如，通过由爆炸粘结在一起的不锈钢(例如，304L不锈钢)和钛材料形成套管160，套管160的钛部分能够熔接(例如，密闭地激光熔接)到由钛形成的第二外壳76，并且套管160的不锈钢部分能够熔接(例如，密闭地激光熔接)到由不锈钢形成的支撑结构156。如图20中所示，套管160具有由不锈钢形成的第一部分160a和由钛形成的第二部分160b。
连接器定向特征176，也称作锁定特征，从盖子174延伸以帮助从跟踪器电缆定向配套电缆连接器C，如下面进一步描述的。在所示的实施例中，连接器定向特征176是成形为容纳电缆连接器C中的类似形状的凹陷177的单个突出件。
连接器140还包括一对磁体180、182以帮助连接到电缆连接器C。在一个实施例中，磁体180、182是钐钴(SmCo)磁体。排列磁体180、182使得相反极性面向外板159的上表面。也为磁体180、182提供通量返回板190(参看图24)以引导磁场朝向外板159的上表面。如图24中所示，通量返回板190可以由软钢形成并且连接到立柱150和排线158。
如图21中所示，电缆连接器C具有相应的磁体200、202，同样排列磁体200、202使得当恰当地连接时，相反极性面向外板159的上表面。这种磁体排列也帮助电缆连接器C到连接器140的恰当方向并且防止用户不恰当地连接电缆连接器C到连接器140。换言之，这种磁体排列防止用户将电缆连接器C以不同的方向连接到连接器140，在这种情况下，引脚154将不会与电缆连接器C上的相应引脚203适当地对齐。另外，如先前提及的，外板159由455不锈钢形成以增强通过外板159的磁通量以及磁体180、182与磁体200、202之间的连接。
关于跟踪器44以及关于检测LED 50与光学传感器40之间的视线误差的误差检测系统的示例性电气原理图在2014年1月16日提交的、标题为“Navigation Systems and Methods for Indicating and Reducing Line-of-Sight Errors”并且作为美国专利申请公开号2014/0200621公开的美国专利申请号14/156,856中示出和描述，通过引用合并至此。
在前述描述中已经讨论了几个实施例。然而，本文中讨论的实施例不打算是详尽的或者将本发明局限于任何特定的形式。已经使用的术语打算具有描述的词语的意义而不是限制。考虑到上面的讲授，许多修改和变化是可能的，并且可以不同于具体所描述的另外地实践本发明。