KR101737717B1 - 주사 미러의 고장 검출 - Google Patents
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Abstract
모니터링 방법은 제1 부품(46)과 제2 부품(72) 및 제1 부품을 제2 부품에 연결하는 가동 조인트(70)를 포함하는 디바이스(64)를 제공하는 단계를 포함한다. 가동 조인트를 가로지르는 전도성 경로(80)의 전기적 특성이 측정되고, 전기적 특성의 변화를 검출하는 것에 응답하여 개선 조치가 개시된다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2012년 12월 13일에 출원된 미국 가출원 특허 제61/736,551호의 이점을 주장하며, 그 전문이 본 명세서에 참조로서 편입된다.
본 발명은 일반적으로 기계 디바이스들의 동작 시험 및 검증에 관한 것으로, 특히 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 디바이스들의 완전성(integrity)을 검증하기 위한 기법들에 관한 것이다.
MEMS 디바이스들은 광 스캐너, 차량 압력 센서와 가속도계, 및 컴퓨팅과 통신 디바이스들에서 사용되는 자이로스코프와 같은 다양한 광범위한 애플리케이션들에서 발견된다. MEMS-기반 광 스캐너는 예를 들면, 미국 특허 제7,952,781호 및 미국 특허 출원 공개 제2013/0207970호에서 기술되며, 그 개시 내용은 본 명세서에 참조로서 편입된다.
주사 미러(scanning mirror)의 동작을 모니터링하기 위한 방법이 종래에 알려져 있다. 예를 들면, 그 개시 내용이 본 명세서에 참조로서 편입된 미국 특허 출원 공개 제2013/0250387호는, 광 펄스들을 포함하는 빔을 방출하도록 구성된 송신기, 및 장면(scene) 위에 빔을 주사하도록 구성된 주사 미러를 기술한다. 수신기는 장면으로부터 반사된 광을 수신하도록 그리고 장면으로부터 복귀되는 펄스들을 나타내는 출력을 생성하도록 구성된다. 격자가 장치 내의 광학 표면 상에 형성되고 미리 결정된 각도로 빔의 일부분을 회절시키도록 구성되는데, 이는 빔의 회절된 일부분으로 하여금 주사 미러로부터 수신기로 복귀되게 하기 위함이다. 제어기는 회절된 일부분을 검출하기 위해 수신기의 출력을 처리하도록 그리고 그에 응답하여 미러의 주사를 모니터링하도록 결합된다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예들은 힌지(hinge)형 기계 디바이스들의 완전성을 시험하고 검증하는 데 사용될 수 있는 방법들 및 장치들을 제공한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 부품과 제2 부품, 및 제1 부품을 제2 부품에 연결하는 가동 조인트(movable joint)를 포함하는 디바이스를 제공하는 단계를 포함하는, 모니터링 방법이 제공된다. 가동 조인트를 가로지르는 전도성 경로의 전기적 특성이 측정된다. 전기적 특성의 변화를 검출하는 것에 응답하여 개선 조치가 개시된다.
일부 실시예에서, 디바이스를 제공하는 단계는, 포토리소그래픽 공정을 적용하여, 디바이스의 제1 부품과 제2 부품, 및 조인트를 기판으로부터 에칭하고, 기판의 표면 상에 전도성 경로를 형성하도록 금속 트레이스(metal trace)를 침착하는 단계를 포함한다. 개시된 실시예에서, 디바이스는 미세 전자 기계 시스템(MEMS)을 포함하고, 기판은 반도체 웨이퍼를 포함한다.
전형적으로, 전기적 특성을 측정하는 단계는 전도성 경로의 전기적 연속성을 측정하는 단계를 포함하며, 변화를 검출하는 단계는 조인트의 고장에 응답하여 연속성의 상실을 검출하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 디바이스의 제1 부품은 미러를 포함하고 디바이스의 제2 부품은 짐벌(gimbal)을 포함하며, 가동 조인트는 미러와 짐벌 사이에 회전 가능한 힌지들을 포함하고, 회전 가능한 힌지들은 전도성 경로에 의해 가로질러진다. 미러는 전도성 경로의 일부를 형성하는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 미러와 짐벌 사이의 회전 가능한 힌지들은 제1 힌지들을 포함할 수 있고, 디바이스는 베이스 및 짐벌과 베이스 사이의 제2 회전 가능한 힌지들을 포함할 수 있으며, 이때 전도성 경로는 제1 힌지들 및 2 힌지들 둘 다를 가로지른다. 개시된 실시예에서, 디바이스를 제공하는 단계는 미러가 힌지들 상에서 회전하는 동안 미러를 향하여 광 빔을 지향시켜 미러로부터 반사된 빔을 주사하는 단계를 포함하며, 개선 조치를 개시하는 단계는 광 빔을 차단하는 단계를 포함한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 개선 조치를 개시하는 단계는 디바이스의 고장의 표시를 발행하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 부품과 제2 부품, 및 제1 부품을 제2 부품에 연결하는 가동 조인트를 포함하는 기계 디바이스가 제공된다. 전기적 경로는 가동 조인트를 가로지른다. 제어 회로는 전도성 경로의 전기적 특성을 측정하도록 그리고 전기적 특성의 변화를 검출하는 것에 응답하여 개선 조치를 개시하도록 구성된다.
본 발명은 다음 도면들과 함께 그의 실시예들의 후속하는 상세한 설명들로부터 보다 충분히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 주사 헤드의 개략적 회화도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 회로를 갖는 주사 미러의 개략적 회화도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 회로를 갖는 주사 미러의 개략적 회화도이다.
일부 경우에, MEMS 디바이스의 구조적 고장은 최소 지연을 갖고 검출되어야 한다. 이러한 유형의 신속한 고장 검출은 예를 들면, 광 빔이 레이저 공급원에 의해 방출되고 한명 이상의 사람을 수용할 수 있는 장면 또는 물체 위로 주사 미러에 의해 반사되는 MEMS-기반 주사 프로젝터 시스템들에서 필요하다. (이러한 유형의 시스템들은 전술한 미국 특허 출원 공개 제2013/0207970호 뿐만 아니라, 2013년 7월 25일에 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/IB2013/056101호에 기술되며, 그 개시 내용이 본 명세서에 참조로서 편입된다.) 이러한 시스템에서, 미러 완전성이 손상되고 레이저 빔이 더이상 의도한 대로 주사되지 않는 경우, 광원은 눈 안전도 기준들에 의해 지시된 노출 제한을 초과하는 것을 회피하도록, 즉시, 가능하면 수 마이크로초 이하 내에서 정지되어야 한다.
다른 예로서, 가속도계가 구조적 안정성을 잃으면, 움직임을 검출하는 것을 실패할 수 있다. 안전 애플리케이션들과 같은 즉각적인 모션 검출을 요구하는 애플리케이션들에서, 디바이스 오작동을 검출하고 즉각적인 조치를 취하는 것은 중요하다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예들은 기계 디바이스들의 구조적 완전성의 실시간 모니터링을 가능하게 하고 구조적 완전성이 손상되는 경우 즉각적인 개선 조치를 개시하는 디바이스들 및 방법들을 제공한다. 이러한 유형의 모니터링은 하기 기술되는 실시예에서 예시되는 바와 같이 주사 미러의 고장을 검출하는 데 특히 유용하지만, 다른 유형의 MEMS 디바이스들 뿐만 아니라 다른 유형의 작은 스케일의 기계 디바이스들과 함께 유익하게 사용될 수 있다. 개시된 실시예들은 디바이스를 가로지르는 특정 경로의 전기적 연속성(예를 들면, 전도율에 관하여, 측정됨)과 같은 단순한 전기적 특성을 갖는 구조적 완전성을 연결한다. 디바이스가 고장난 경우 급격한 전이(- 예컨대, 전기적 연속성의 상실 -)를 나타내도록 디바이스가 구성되고 모니터링된 전기적 특성이 선택된다. 전이는 단순한 모니터링 회로를 이용하여, 낮은 대기 시간을 갖고 용이하게 측정된다.
일반적으로 명시된 바로는, 본 발명의 실시예들은 가동 조인트(또는 다수의 조인트들)에 의해 연결되는 적어도 제1 기계 부품과 제2 기계 부품을 포함하는 디바이스에 관한 것이다. 제어 회로는 가동 조인트를 가로지르는 전도성 경로의 전기적 특성을 측정하고 전기적 특성의 변화를 검출하는 것에 응답하여 개선 조치를 개시한다. 디바이스의 제1 부품과 제2 부품, 및 조인트가 포토리소그래픽 공정에 의해 기판으로부터 에칭되는 디바이스들에서(예컨대, 반도체 웨이퍼로부터 MEMS 디바이스들을 에칭함), 금속 트레이스는 기판의 표면 상에 전도성 경로를 형성하도록 공정 단계들의 일부로서 기판의 표면 상에 침착될 수 있다.
하기 기술되는 특정 실시예에서, 가동 조인트들은 주사 미러와 짐벌 사이에 회전 가능한 힌지들을 포함하고, 전도성 경로는 회전 가능한 힌지들을 가로지른다. 미러 자체는 전형적으로 기판 상에 전도성 코팅을 포함하므로, 이러한 코팅은 전도성 경로의 일부일 수 있다. 힌지가 작동 중에 고장나면, 제어 회로는 전기적 연속성의 상실을 검출할 것이고, 이어서 미러에 의해 주사되는 광 빔을 차단하고/하거나 디바이스의 고장의 표시를 발행할 수 있다.
따라서, 개시된 실시예들에 의해 채택된 접근은 이점이 있는데, 그 중에서도, 기존의 MEMS 설계에 부가될 최소 추가 회로만을 필요로 한다는 점이다. 전도성 경로 자체는 MEMS 디바이스에서 다른 금속 구조물들(예컨대, 반사 미러 표면)을 형성하는 데 사용되는 것과 동일한 공정 단계들에서 침착될 수 있다. 개시된 기법들을 사용하는 고장 검출은 신속하고 신뢰성이 있는데, 그 이유는 구조적 완전성이 MEMS 디바이스에 내장된 회로에 의해 직접 측정될 수 있고; 측정은, 전형적으로 더 느려질 수 있는, 주사 시스템의 임의의 제어 루프에 종속되지 않기 때문이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 광학 주사 엔진들, 특히 광학 투영 및 3D 매핑과 같은 애플리케이션들을 위한 광학 주사 엔진들의 안전성 및 견고성을 증대시키고, 또한 다른 유형의 작은 스케일의 기계 디바이스들에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 완전성 모니터를 갖는 광학 주사 헤드(40)의 개략적 회화도이다. 이러한 모니터 자체를 제외하고는, 광학 주사 헤드(40)는 전술된 미국 특허 출원 공개 제2013/0207970호에 기술된 광학 주사 헤드와 유사하다. 헤드(40)는 완전성을 위하여 본 명세서에 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 디바이스의 예로서 기술되지만, 이는 이러한 특정 유형의 디바이스에 대해 본 발명의 적용을 제한하지 않는 임의의 방식으로 기술된다.
전형적으로 레이저 다이오드를 포함하는 송신기(44)는 편광 빔스플리터(60)를 향해 광 펄스들을 방출한다. 송신기(44)로부터의 광은 빔스플리터(60)에서 반사되어 나와 이어서 폴딩 미러(folding mirror)(62)에 의해 주사 마이크로미러(46)를 향해 반사된다. MEMS 스캐너(64)는 원하는 주사 주파수 및 진폭을 이용하여 X 방향 및 Y 방향으로 마이크로미러를 주사하고, 이는 광 빔으로 하여금 장면 위를 주사하게 한다. ("마이크로미러"라는 용어는 본 맥락에서 단순히 작은 미러를 나타내는 데 사용되고, 전형적으로 대략 직경 10mm 이하이고 가능하게는 더 작다. 본 마이크로미러 및 스캐너의 상세사항은 도 2에 도시된다.) 장면으로부터 반사되어 돌아온 광 펄스들은 마이크로미러(46)에 부딪히고, 이러한 마이크로미러(46)는 광을 반사시켜 폴딩 미러(62)를 거쳐 빔스플리터(60)를 통과시킨다. 수신기(48)는 복귀된 광 펄스들을 감지하고, 대응하는 전기 펄스들을 생성한다.
제어기(30)는 펄스 각각의 비행 시간(time of flight)을 측정하기 위하여 송신기(44) 및 스캐너(64)를 구동하고 송신된 펄스들과 수신기(48)로부터의 대응하는 펄스들 사이의 시간 지연을 분석한다. 이러한 비행 시간에 기초하여, 제어기는 주사 헤드(40)에 의해 주사되는 장면 내의 각각의 지점(X, Y)의 깊이 좌표(Z)를 계산하고 그에 따라서 장면의 깊이 맵을 생성한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 반사된 광은 다른 장면 특성들을 추출하기 위하여 측정되고 처리될 수 있다. 또한 대안적으로 또는 추가적으로, 제어기(30)는 장면 위에 이미지를 투영하기 위하여 송신기 및 스캐너를 구동할 수 있다.
어느 경우든, 제어기(30)는 또한 스캐너(64)의 기계적 동작을 모니터링하며, 이는 하기에 기술되는 바와 같다. 오작동의 표시를 수신하면, 제어기(30)는 전형적으로 송신기(44)로부터의 빔을 차단(단순히 송신기로의 전력을 차단함으로써 가능함)하고/하거나 경고를 발행하는 것과 같은 개선 조치를 취할 것이다.
도 1에 도시된 광학 헤드의 특정 기계적 그리고 광학적 설계들은 단지 예로서 본 명세서에 기술된다. 본 명세서에 기술된 유형의 모니터링 스킴(monitoring scheme)들을 포함하는 대안적인 디바이스 설계들은 또한 본 발명의 범주 내에 있도록 고려된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스캐너(64)의 미러(46) 및 요소들의 개략적인 회화도이다. 이러한 스캐너는 전술한 미국 특허 제7,952,781호에 기술된 것들과 비슷한 원리들로 제조되고 작동하지만, 전술된 미국 특허 출원 공개 제2013/0207970호 및 PCT 특허 출원 제PCT/IB2013/056101호에서와 마찬가지로 단일의 마이크로미러의 2차원 주사를 가능하게 한다. 스캐너(64)의 제조 시에 사용될 수 있는 대안적인 방법들은 2013년 10월 22일에 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/IB2013/059531호에 기술되며, 그 개시 내용이 본 명세서에 참조로서 편입된다. 대안적으로, 본 발명의 원리들은 문헌 ["Two-axis Optical MEMS Scanner," Proceedings of the ASPE 2005 Annual Meeting (Norfolk, Virginia, Paper No. 1800, 2005)]에서 어타르(Awtar) 등에 의해 기술된 것과 같은, 다른 유형의 주사 미러들에 적용될 수 있다. 또한 대안적으로, 하기에 기술된 완전성 모니터링의 방법들은 단방향으로만 주사하는 미러들과 함께 사용될 수 있다.
마이크로미러(46)는 반도체 기판(68)에 적절한 포토리소그래픽 공정을 적용함으로써, 그리고 이어서 기판을 에칭하여 짐벌(72)로부터 마이크로미러를 분리하고 잔류 기판(68)으로부터 짐벌을 분리함으로써 제조된다. 에칭 이후에, 마이크로미러(46)(여기에는 적절한 반사 코팅이 적용되어 있음)는 힌지들(70) 상의 짐벌(72)에 대하여 하나의 축을 중심으로 회전할 수 있는 반면, 짐벌(72)은 힌지들(74) 상의 기판(68)에 대하여 직교 방향으로 회전한다. 스캐너(64)는 전술한 PCT 특허 출원 제PCT/IB2013/056101호에 기술된 유형의 구동과 같은 전자기 주사 구동에 의해 구동될 수 있다.
전형적인 MEMS 구현에서, 힌지들(70, 74)은 폭이 150 μm 이하이다. 힌지들은 제조 결함, 구동 회로 오작동, 물리적 남용(낙하, 부딪힘), 또는 재료 피로(material fatigue)에 기인하여 작동 동안 파단되거나 파열될 수 있다. 하나 이상의 힌지의 이러한 유형의 고장들은 마이크로미러(46)의 주사를 손상시키거나 전체적으로 중지할 것이며, 이는 마이크로미러로부터 반사된 빔이 주사가 중지된 각도에서 고정된 상태로 남아있을 수 있는 결과를 초래한다. 본 명세서에서 기술된 고장 검출의 방법은 고장의 유형 및 그 원인에 관계없이 적용 가능하다.
임의의 힌지들(70, 74)의 고장을 검출하기 위하여, 전도성 트레이스(80)는 마이크로미러(46), 짐벌(72) 및 기판(68)을 가로질러 형성되고, 도시된 바와 같이 힌지들(70, 74) 전부를 가로지른다. (대안적으로, 원하는 경우, 트레이스는 힌지들(74)과 같은 특정 힌지들만을 가로질러 형성될 수 있다.) 트레이스(80)는 종래에 알려진 인쇄 회로 및/또는 마이크로일렉트로닉스 제조의 방법을 사용하여 기판(68)(기판으로부터 에칭된 부분들 전부를 포함함) 상에 침착될 수 있다. 예를 들면, 마이크로미러(46)의 표면 상에 반사 코팅을 형성하기 위해 금속이 침착되는 경우, 트레이스는 동일한 반도체 공정 단계들(예컨대, 포토레지스트 패터닝, 섀도 마스크, 스퍼터링 또는 전기도금)을 사용하여, 마이크로미러와 동일한 금속 마스크의 일부일 수 있고 마이크로미러와 동일한 시간에 제조될 수 있다. 명확성을 위하여, 트레이스(80)는 마이크로미러(46)를 가로질러 이어지는 것으로서 도 2에 도시되지만, 마이크로미러 상의 금속 코팅이 트레이스의 전도성 경로의 일부분으로서 자체적으로 기능할 수 있다.
실리콘 자체는 절연체가 아니므로, 그것이 트레이스(80) 주위의 일부 전류를 전도시킬 것이다. 따라서, 실리콘 웨이퍼와 트레이스 사이에, 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연 층(가능하면 선택적으로 패턴화됨)을 도입하는 것이 이로울 수 있다. 이러한 절연 층은 후속하는 패터닝을 갖는 열 성장 또는 LPCVD/PECVD와 같은 종래에 알려진 제조 기법들을 사용하여 제조될 수 있다.
대안적으로, 트레이스는, 종래에 알려진 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 자체의 패턴화된 도핑에 의해, 또는 실리콘 구조 내에 매립된 또는 그에 연결된 전도성 경로를 생성하는 다른 기법들을 사용하여 형성될 수 있다.
스캐너(64)의 구조적 완전성을 모니터링하기 위하여, 시험 회로(84)는 시험 패드들(82) 사이의 전기적 연속성을 측정한다. 시험 회로(84)는 기판(68) 상에 실장될 수 있거나, 별개의 오프-보드 유닛 내에 있을 수 있다. 전형적으로, 시험 회로(84)는 패드들(82) 사이의 전도율(또는 동등하게, 저항)을 측정한다. 힌지들(70 또는 74)의 어느 하나가 파단되거나 파열되면, 그 힌지를 가로지르는 트레이스(80)의 연속성은 중단될 것이며, 이는 시험 패드들(82) 사이의 전기적 연결을 파단하고 전도율에서 즉각적이고 뚜렷한 감소(또는 저항의 증가)를 초래한다. 대안적으로, 시험 회로는 전도성 트레이스의 연속성의 변화를 나타낼 수 있는 다른 전기적 특성들을 측정할 수 있다.
제어기(30)는 측정된 트레이스 연속성을 나타내는, 시험 회로(84)로부터의 신호를 수신한다. 대안적으로, 시험 회로(84)의 기능은 제어기(30) 자체 내에 일체화될 수 있다(일반성을 위하여, 제어기 및 시험 회로는 "제어 회로"로서 본 명세서에서 집합적으로 지칭됨). 불연속성을 검출하면, 제어기(30)는 송신기(44)를 차단하는 것 및/또는 오작동 경고를 발생시키는 것과 같은 적절한 개선 조치를 개시한다.
특정 토폴로지를 갖는 전도성 경로가 도 2에 도시되지만, 대안적인 실시예들에서 다른 트레이스 패턴들이 MEMS 설계 및 모니터링 수요에 따라 사용될 수 있다. 트레이스는 반도체 기판 상에(전면이나 배면 상에) 침착에 의해서 뿐만 아니라 대안적으로 종래에 알려진 임의의 다른 적절한 전자 장치 제조 기법에 의해 생성되는 전도성 층에 의해 형성될 수 있다. 따라서 전술한 모니터링 접근의 이점들은 도 1에 도시된 특정 디바이스 구조에 제한되지 않으며, 다른 유형의 축소된 기계 디바이스에 더하여 다른 유형의 MEMS 디바이스들에서 실현될 수 있다.
따라서, 전술된 실시예들은 예로서 인용되어 있고 본 발명은 이상의 본 명세서에서 특히 도시되고 설명된 것으로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 오히려, 본 발명의 범주는, 전술된 다양한 특징들의 조합들 및 서브조합들 양측 모두뿐만 아니라, 상기의 설명을 읽은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 가 생각하게 될 것이고 종래기술에는 개시되지 않은 본 발명의 변형들 및 수정들을 포함한다.
Claims (18)
- 미러(mirror)와 짐벌(gimbal), 및 상기 미러와 상기 짐벌 사이에 회전 가능한 힌지(hinge)들을 포함하는 디바이스를 제공하는 단계 - 상기 디바이스는 상기 미러의 표면 상에, 상기 미러에 입사되는 광 빔을 반사하고 주사하도록 구성되는 반사 금속 코팅을 가짐 -;
상기 회전 가능한 힌지들을 가로지르는 전도성 경로의 전기적 특성을 측정하는 단계 - 상기 전도성 경로는 상기 미러의 표면 상의 상기 반사 금속 코팅을 포함하고, 상기 금속 코팅은 상기 전도성 경로의 일부로서 기능함 -; 및
상기 전기적 특성의 변화를 검출하는 것에 응답하여 개선 조치를 개시하는 단계
를 포함하는, 모니터링 방법. - 제1항에 있어서, 상기 디바이스를 제공하는 단계는 포토리소그래픽 공정을 적용하여, 상기 미러와 상기 짐벌, 및 상기 회전 가능한 힌지들을 기판으로부터 에칭하고, 상기 기판의 표면 상에 상기 전도성 경로를 형성하도록 금속 트레이스(metal trace)를 침착하는 단계를 포함하고, 상기 전도성 경로는 상기 미러의 상기 표면 상의 상기 반사 금속 코팅을 포함하는, 모니터링 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 디바이스는 미세 전자 기계 시스템(MEMS)을 포함하고, 상기 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는, 모니터링 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기적 특성을 측정하는 단계는 상기 전도성 경로의 전기적 연속성을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 변화를 검출하는 것은 상기 힌지들의 고장에 응답하여 상기 연속성의 상실을 검출하는 것을 포함하는, 모니터링 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 미러와 상기 짐벌 사이의 상기 회전 가능한 힌지들은 제1 힌지들을 포함하고, 상기 디바이스는 베이스 및 상기 짐벌과 상기 베이스 사이의 회전 가능한 제2 힌지들을 포함하며, 상기 전도성 경로는 상기 제1 힌지들 및 상기 제2 힌지들 둘 다를 가로지르는, 모니터링 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 디바이스를 제공하는 단계는 상기 미러가 상기 힌지들 상에서 회전하는 동안 상기 미러를 향하여 상기 광 빔을 지향시켜 상기 미러로부터 반사된 상기 빔을 주사하는 단계를 포함하며, 상기 개선 조치를 개시하는 단계는 상기 광 빔을 차단하는 단계를 포함하는, 모니터링 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개선 조치를 개시하는 단계는 상기 디바이스의 고장의 표시를 발행하는 단계를 포함하는, 모니터링 방법.
- 미러와 짐벌, 및 상기 미러와 상기 짐벌 사이에 회전 가능한 힌지들;
상기 회전 가능한 힌지들을 가로지르는 전도성 경로; 및
상기 전도성 경로의 전기적 특성을 측정하도록 그리고 상기 전기적 특성의 변화를 검출하는 것에 응답하여 개선 조치를 개시하도록 구성되는 제어 회로
를 포함하고,
상기 전도성 경로는, 상기 전도성 경로 내에 반사 금속 코팅을 포함하고,
상기 반사 금속 코팅은 상기 미러의 표면 상에 형성되고, 상기 미러에 입사되는 광 빔을 반사하고 주사하도록 구성되고,
상기 금속 코팅은 상기 전도성 경로의 일부로서 기능하는, 기계 디바이스. - 제10항에 있어서, 상기 미러와 상기 짐벌, 및 상기 회전 가능한 힌지들은 기판으로부터 에칭되고,
상기 전도성 경로는 상기 기판의 표면 상에 침착되는, 상기 미러의 표면 상의 상기 반사 금속 코팅을 포함하는 금속 트레이스를 포함하는, 기계 디바이스. - 제11항에 있어서, 상기 미러와 상기 짐벌, 및 상기 회전 가능한 힌지들은 미세 전자 기계 시스템(MEMS)을 구성하고, 상기 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는, 기계 디바이스.
- 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 회로에 의해 측정된 상기 전기적 특성은 상기 전도성 경로의 전기적 연속성을 포함하고, 상기 검출된 변화는 상기 힌지들의 고장에 응답하여 상기 연속성의 상실을 포함하는, 기계 디바이스.
- 삭제
- 삭제
- 제10항에 있어서, 상기 미러와 상기 짐벌 사이의 상기 회전 가능한 힌지들은 제1 힌지들을 포함하고, 상기 디바이스는 베이스 및 상기 짐벌과 상기 베이스 사이의 회전 가능한 제2 힌지들을 포함하며, 상기 전도성 경로는 상기 제1 힌지들 및 상기 제2 힌지들 둘 다를 가로지르는, 기계 디바이스.
- 제10항에 있어서, 상기 미러가 상기 힌지들 상에서 회전하는 동안 상기 미러를 향하여 상기 광 빔을 지향시켜 상기 미러로부터 반사된 상기 빔을 주사하도록 구성되는 광 송신기를 포함하고, 상기 개선 조치는 상기 광 빔을 차단하는 것을 포함하는, 기계 디바이스.
- 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개선 조치는 상기 디바이스의 고장의 표시를 발행하는 것을 포함하는, 기계 디바이스.
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|---|---|---|---|---|
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| US10642027B2 (en) * | 2015-12-08 | 2020-05-05 | The Regents Of The University Of Michigan | 3D MEMS scanner for real-time cross-sectional endomicroscopy |
| JP7053986B2 (ja) * | 2017-12-27 | 2022-04-13 | ミツミ電機株式会社 | アクチュエータと光走査装置 |
| US10667341B1 (en) | 2018-09-16 | 2020-05-26 | Apple Inc. | Light projector with integrated integrity sensor |
| US11373567B2 (en) * | 2020-01-24 | 2022-06-28 | Rockwell Collins, Inc. | Light modulated photodiode-based display monitor system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050122602A1 (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-09 | Olympus Corporation | Optical deflector |
| JP2009519454A (ja) | 2005-12-15 | 2009-05-14 | エコル ポリテクニーク | 変形可能な部分および応力センサを備えるマイクロ電気機械システム |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4630355A (en) * | 1985-03-08 | 1986-12-23 | Energy Conversion Devices, Inc. | Electric circuits having repairable circuit lines and method of making the same |
| AU2001286745A1 (en) | 2000-08-27 | 2002-03-13 | Corning Intellisense Corporation | Magnetically actuated micro-electro-mechanical apparatus and method of manufacture |
| US6664786B2 (en) * | 2001-07-30 | 2003-12-16 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Magnetic field sensor using microelectromechanical system |
| KR100451409B1 (ko) | 2002-10-15 | 2004-10-06 | 한국전자통신연구원 | 마이크로 광스위치 및 그 제조방법 |
| US6847907B1 (en) * | 2002-12-31 | 2005-01-25 | Active Optical Networks, Inc. | Defect detection and repair of micro-electro-mechanical systems (MEMS) devices |
| JP4088188B2 (ja) * | 2003-04-07 | 2008-05-21 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクタ |
| JP3775677B2 (ja) | 2003-05-07 | 2006-05-17 | 船井電機株式会社 | Ｍｅｍｓミラー装置および光ディスク装置 |
| IL165212A (en) | 2004-11-15 | 2012-05-31 | Elbit Systems Electro Optics Elop Ltd | Device for scanning light |
| JP2006171182A (ja) | 2004-12-14 | 2006-06-29 | Olympus Corp | 光偏向器 |
| JP2007111847A (ja) | 2005-10-24 | 2007-05-10 | Olympus Corp | アクチュエータ |
| JP4928301B2 (ja) | 2007-02-20 | 2012-05-09 | キヤノン株式会社 | 揺動体装置、その駆動方法、光偏向器、及び光偏向器を用いた画像表示装置 |
| US9651417B2 (en) | 2012-02-15 | 2017-05-16 | Apple Inc. | Scanning depth engine |
| EP2634588B1 (en) | 2012-03-01 | 2016-06-01 | NeuroNexus Technologies, Inc. | System and method for testing electrical circuits using a photoelectrochemical effect |
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-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050122602A1 (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-09 | Olympus Corporation | Optical deflector |
| JP2009519454A (ja) | 2005-12-15 | 2009-05-14 | エコル ポリテクニーク | 変形可能な部分および応力センサを備えるマイクロ電気機械システム |
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