KR102102653B1 - 전기습윤소자를 이용한 표면세정장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

전기습윤소자를 이용한 표면세정장치 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물체표면상의 이물질을 효과적으로 제거하는 장치 및 이의 제어방법을 개시한다. 본 발명은 소정 물체의 표면상에 제공되는 기판; 상기 기판에 제공되는 전극들; 상기 전극들을 덮도록 상기 기판에 제공되는 절연층; 및 상기 전극들에 교류전원을 공급하도록 구성되는 제어장치를 포함하며, 상기 제어장치는 상기 전극에서 발생되는 정전기력의 주기적인 변화에 의해 상기 물체표면상의 액적에 진동을 발생시키기 위해, 소정의 제 1 주파수 및 소정의 제 1 전압을 갖는 제 1 교류전원을 제 1 시간동안 상기 전극에 제공하도록 구성되며, 상기 제 1 주파수는 상기 액적의 공진주파수로 설정되는 전기습윤소자를 이용하는 물체표면 세정장치 및 이의 제어방법을 제공한다.

Description

전기습윤소자를 이용한 표면세정장치 및 이의 제어방법{DEVICE FOR CLEANING SURFACE USING ELECTROWETTING ELEMENT AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 전기습윤소자에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 상기 전기습윤소자를 이용하여 물체의 표면을 세정하도록 구성되는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고체상에 위치된 액체(liquid), 특히 방울형태(droplet)의 액체에 전기장이 가해지면, 고체에 대한 유체의 접촉각 및 표면장력이 변화된다. 이러한 거동은 전기습윤효과 또는 현상(electrowetting effect or phenomenon)으로 정의된다. 전기습윤효과에 따른 접촉각 및 접촉면적의 변화를 이용하여 액체방울, 즉 액적(liquid droplet)은 이동될 수 있으며, 가해지는 전기장의 방향을 제어함으로써 액적의 이동방향도 제어될 수 있다. 따라서, 전기습윤효과를 발생시키도록 구성되는 전기습윤소자(electrowetting element)가 개발되었으며, 다양한 분야에 적용되고 있다.
보다 상세하게는, 전기습윤소자는 생명공학에서 실험 및 분석의 목적으로 혈액을 포함하는 다양한 액상의 생체물질을 이동, 결합, 분할하는데 적용되어오고 있다. 또한, 전기습윤소자는 새로운 형태의 디스플레이의 개발에 적용되고 있다. 이와 같은 전기습윤소자는 비교적 단순한 구조만으로도 미세한 액적을 조작하는 능력을 가지고 있으므로, 앞서 언급된 분야들과는 다른 여러분야들에 적용될 수 있다.
본 발명의 목적은 전기습윤효과를 이용하여 물체의 표면을 세정하도록 구성되는 장치를 제공하는 것이다.
상술된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 소정 물체의 표면상에 제공되는 기판; 상기 기판에 제공되는 전극들; 상기 전극들을 덮도록 상기 기판에 제공되는 절연층; 및 상기 전극들에 교류전원을 공급하도록 구성되는 제어장치를 포함하며, 상기 제어장치는 상기 전극에서 발생되는 정전기력의 주기적인 변화에 의해 상기 물체표면상의 액적에 진동을 발생시키기 위해, 소정의 제 1 주파수 및 소정의 제 1 전압을 갖는 제 1 교류전원을 제 1 시간동안 상기 전극에 제공하도록 구성되며, 상기 제 1 주파수는 상기 액적의 공진주파수로 설정되는 전기습윤소자를 이용하는 물체표면 세정장치를 제공할 수 있다.
상기 제어장치는 상기 제 1 교류전원을 공급하기 이전에, 상기 전극에 교류전원을 제공하면서 상기 액적의 공진 주파수를 검출하도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 공진 주파수를 검출하는 동안, 상기 제어장치는: 상기 제공되는 교류전원의 소정 범위의 주파수들을 순차적으로 스윕(sweep)하며; 상기 스윕동안 상기 액적의 공진을 감지하며; 상기 공진이 발생된 주파수를 상기 제 1 주파수로 설정하도록 구성될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 소정범위의 주파수들을 스윕하는 동안, 상기 제어장치는 소정의 주파수부터 시작하여 상기 액적에 공진이 발생할 때까지 상기 교류전원의 주파수를 점차적으로 증가시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어장치는 10Hz-150Hz의 주파수들을 스윕하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 액적의 공진을 감지하기 위해, 상기 제어장치는: 센서를 이용하여 상기 액적의 영상을 획득하며; 상기 액적의 진동의 급격한 증가를 감지하기 위해 상기 획득된 영상을 분석하도록 구성될 수 있다. 만일 상기 액적의 공진이 다수개의 주파수들에서 감지되는 경우, 상기 제어장치는 상기 주파수들중 가장 높은 주파수를 상기 교류전원의 제 1 주파수로 설정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 주파수는 30 Hz 또는 100 Hz가 될 수 있으며, 상기 제 1 전압은 50V-150V의 범위를 가질 수 있다.
한편, 상기 제어장치는 상기 제 1 시간동안의 제 1 교류전원의 제공 이후에, 상기 제 1 전압보다 큰 제 2 전압을 갖는 제 2 교류전원을 제 2 시간동안 상기 전극에 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전압은 150V-200V의 범위를 가질 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 2 교류전원을 공급하기 위해, 상기 제어장치는 상기 제 1 주파수를 갖는 제 1 교류전원의 제 1 전압을 상기 제 2 전압으로 증가시키도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 교류전원을 제공하는 동안, 상기 제어장치는: 상기 제 2 전압을 상기 제 2 전압보다 작은 제 3 전압으로 감소시키고; 상기 제 3 전압에서 상기 제 2 전압으로의 증가 및 상기 제 2 전압에서 상기 제 3 전압으로의 감소를 반복하도록 더 구성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 시간과 제 2 시간은 8:2의 비율로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제어장치는 상기 물체표면에 배치되는 상기 액적을 감지하도록 더 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 제어장치는 상기 액적을 감지하기 위해 상기 액적에 의해 상기 전극에 발생되는 임피던스의 변화를 감지하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 제어장치는 상기 액적의 이동을 촉진하기 위해 상기 물체의 경사를 변화시키도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 기판, 전극 및 절연층은 투명 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 표면세정장치 및 제어방법은 공급되는 교류전원의 주파수를 제어함으로써 물체표면상의 액적에 공진을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 표면세정장치 및 제어방법은 공진주파수를 검출하고 검출된 공진 주파수를 갖는 교류전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 따라서, 액적은 공진되면서 신속하고 원활하게 물체표면 외부로 이동됨으로써 제거될 수 있다.
또한, 본 발명의 표면세정장치 및 제어방법은 공급되는 교류전원의 전압을 추가적으로 제어함으로써 물체표면상의 미세액적도 가진할 수 있다. 즉, 상기 표면세정장치 및 제어방법은 공급되는 교류전원의 전압을 증가시켜 미세 액적도 가진하도록 발생되는 전극의 범위를 확장시킬 수 있다. 따라서, 미세액적들도 적절하게 가진 및 진동되어 물체 표면으로부터 제거될 수 있다.
따라서, 본 발명에따른 표면세적장치 및 제어방법은 공급되는 교류전원의 주파수 및 전압을 최적으로 제어함으로써 물체표면상의 모든 액적들을 효과적으로 진동시키고 신속하고 효율적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기습윤소자를 이용한 표면세정장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따라 영상장치에 적용된 표면세정장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 표면세정장치의 전극의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기습윤소자를 이용한 표면세정장치를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제어방법에서 공진주파수를 검출하는 단계를 상세하게 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제어방법에서 제 1 교류전원의 전압과는 다른 전압을 갖는 제 2 교류전원을 제공하는 단계를 상세하게 나타내는 순서도이다.
도 7은 전기습윤소자에 교류전원이 공급될 때, 액적의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 8은 서로 다른 주파수들을 갖는 교류전원이 공급되는 경우 액적의 거동들을 각각 보여주는 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제어방법에 의해 제거되는 액적을 보여주는 평면도이다.
도 10은 전기장의 범위와 가진될(excite) 수 있는 액적의 크기사이의 상관관계를 보여두는 개략도이다.
도 11은 증가된 전압으로 인해 확장된 전기장에 의해 가진되는 미세 액적을 보여주는 개략도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 표면세정장치 및 제어방법의 실시예들이 다음에서 상세히 설명된다.
실시예들의 설명에 있어서, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서,"이루어진다(comprise)", "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 같은 이유에서, 본 출원은 개시된 발명의 의도된 기술적 목적 및 효과에서 벗어나지 않는 한 앞선 언급된 용어를 사용하여 설명된 관련 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품의 조합으로부터도 일부 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품등이 생략된 조합도 포괄하고 있음도 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 실시예들은 물체의 표면을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 그러나, 설명된 실시예들의 원리 및 구성(configuration)은 표면세정과는 다른 목적 및 용도를 갖는 장치들에도 변형없이 동일하게 적용될 수 있음을 해당 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전기습윤소자를 이용한 표면세정장치를 나타내는 개략도이며, 도 2는 도 2는 본 발명에 따라 영상획득장치에 적용된 표면세정장치를 나타내는 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 표면세정장치의 전극의 구조를 나타내는 평면도이다. 이들 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 전기습윤소자를 이용한 표면세정장치가 다음에서 설명된다.
본 발명의 표면세정장치는 소정 물체(O)의 표면상에 존재하는 액적들(liquid droplet)(D)을 제거함으로써 상기 물체(O)의 표면을 세정하도록 구성될 수 있다. 상기 물체(O)상의 액적(D)은 제거되기 위해 물체(O)표면상에서 이동될 수 있으며, 이러한 액적(D)의 이동을 위해 앞서 언급된 바와 같이 전기습윤효과가 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 표면세정장치는 기본적으로 액적(D)의 이동을 발생시키도록 구성되는 전기습윤소자(100)를 포함할 수 있다. 도 1에서 전기습윤소자(100)는 이의 내부구조를 잘 보여주기 위해, 다른 구성요소와는 다르게 단면으로 도시된다.
도 1을 참조하면, 전기습윤소자(100)는 기판(110)을 포함할 수 있다. 이러한 기판(110)은 세정될 물체(O)의 표면상에 배치될 수 있다. 전기습윤소자(100)는 또한 기판(110)에 제공되는 전극(120)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 전극(120)은 기판(110)의 표면상에 배치될 수 있다. 전극(120)은 전원/전력(power) 또는 전압(voltage)을 공급받아 소정크기의 전기장을 형성하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 다수개의 전극(120)이 기판(110)의 전체 표면에 걸쳐 서로 소정 간격으로 이격되면서 배치될 수 있다. 따라서, 전극들(120)은 전기습윤소자(100), 더 나아가 세정될 물체(O)의 표면 전체에 전기장을 균일하게 형성할 수 있다. 이와 같은 전극(120)의 배열은 다양한 방식으로 달성될 수 있으며, 일 예로서 도 3의 패턴이 전기습윤소자(100)에 적용될 수 있다. 도 3을 참조하면, 전극(120)은 서로 대향되게 배치되는 공통전극들(121)을 포함할 수 있다. 또한, 공통전극(121)로부터 다수개의 부전극들(sub-electrode)(122a,122b)이 연장될 수 있다. 이들 부전극들(122a,122b)은 서로 소정간격으로 이격되면서 번갈아가며 배치될 수 있다. 따라서, 이와 같은 패턴에 따라 부전극(122a,122b)은 전기습윤소자(100) 전체에 걸쳐서 균일한 전기장을 형성할 수 있다. 실제적으로 도 1 및 다른 도면들에서 보여지는 전극(120)은 도 3의 부전극들(122a,122b)에 해당된다. 이와 같은 전극(120)은 다양한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 인듐주석산화물 (ITO: Indium tin oxide)로 제조될 수 있다.
전기습윤소자(100)은 기판(110) 및 전극(120)만으로도 의도된 전기습윤효과, 즉 액적(D)의 운동을 발생시킬 수 있다. 그러나, 액적(D)이 전극(120)과 직접 접촉하는 경우, 상대적으로 높은 전원 또는 전압하에서 액적(D)은 이동되기 이전에 전기분해될 수 있다. 따라서, 전기습윤소자(100)은 전극(120)을 덮도록 구성되는 절연층(dielectric layer)(130)을 포함할 수 있다. 절연층(130)은 보다 상세하게는, 기판(110) 및 전극(120)상에 배치되며, 전극(120) 뿐만 아니라 상기 전극들(120)사이에 노출되는 기판(110)의 표면도 덮도록 구성될 수 있다. 즉, 절연층(130)에 의해 전극들(120)은 외부로 노출되지 않게 격리(isolate)될 수 있다. 따라서, 절연층(130)의 개재(interposition)로 인해, 액적(D)은 전극(120)에 의해 전기분해되지 않으면서, 전극(120)에서 발생되는 전기장에만 노출될 수 있다. 이러한 절연층(130)은 다양한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 질화 규소로 만들어질 수 있다. 또한, 전기습윤소자(100)는 절연층(130)에 제공되는 소수성층(hydrophobic layer)(140)을 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 소수성층(140)은 절연층(130)의 표면 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 소수성층(140)은 그 자신의 액체를 밀어내는(repel) 성질로 인해 액적(D)이 원활하게 이동하도록 도와줄 수 있다.
이와 같은 전기습윤소자(100)에서, 액적(D)에 인접하게 배치된 어느 하나의 전극(120)에 전원 또는 전압을 인가해 전기장이 발생되면, 상기 전기장에 의해 액적(D)의 접촉각이 변화될 수 있다. 보다 상세하게는, 전기장의 영향하에서 액적(D)은 전극(120), 즉 소자(100)의 표면쪽으로 당겨지며, 상기 표면에 대한 액적(D)의 접촉각은 감소될 수 있다. 따라서, 이러한 접촉각이 감소된 부위쪽으로 액적(D)은 이동될 수 있다. 이와 같은 원리를 이용하여, 순차적으로 배열된 다수개의 전극들(120)에 선택적으로 전원 또는 전압을 인가함으로써 원하는 방향으로 이동되도록 액적(D)은 조종(maneuver)될 수 있다. 즉, 전극들(120)에 대한 전원공급을 제어함으로써 액적(D)은 이동은 제어될 수 있다. 한편, 만일 전극들(120)에 교류전원(AC power) 또는 교류전압이 가해지면, 교류전원의 주기적으로 변동하는(alternate) 주파수에 따라 전기장 및 이에 의해 가해지는 정전기력(electrostatic force)도 주기적으로 변동하게 된다. 이러한 변동되는 정전기력에 의해 액적(D)은 가진(excite)될 수 있으며, 후술되는 도 7에 도시된 바와 같이 진동할 수 있다. 보다 상세하게는, 액적(D)은 가진에 의해 얻어진 에너지로 도 1에 도시된 바와 같이 전기습윤소자(100) 및 물체(O)의 표면위를 진동하면서 상기 표면외부로 자체적으로 이동해 나갈 수 있으며, 결과적으로 상기 표면으로부터 제거될 수 있다. 이와 같은 가진 및 진동을 이용한 액적(D)의 임의적 이동(random movement)은 액적(D)을 효과적으로 제거하면서도, 앞서 설명된 액적(D)의 조종(maneuvering)에서와 같은 전극(120)으로의 전원공급의 세부적인 제어를 요구하지 않는다. 또한, 같은 이유로, 전극(120)에 의한 가진을 이용함으로써, 물체(O) 표면상에 존재하는 모든 액적들(D)이 동시에 진동되고 이동될 수 있다. 액적(D)의 제거는 액적(D)의 정교한 조종이 아닌 단순히 소정물체(O)의 표면외부로의 이동만을 요구하므로, 상술된 액적(D)의 가진 및 진동은 액적(D)의 제거에 있어 보다 효율적이고 효과적일 수 있다. 따라서, 본 발명의 표면세정장치, 상세하게는 전기습윤소자(100)는 액적(D)에 진동을 발생시키도록 구성될 수 있다.
보다 상세하게는, 표면세정장치는 액적(D)의 가진을 위한 정전기력의 변동을 발생시키기 위해 교류전원을 공급하도록 구성되는 전원(200)을 포함할 수 있다. 전원(200)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전기습윤소자(100), 정확하게는 이의 전극(120)에 연결되며, 상기 전극(120)에 교류전원 및 교류전압을 인가할 수 있다. 또한, 액적(D)의 진동을 적절하게 제어하기 위해서는 액적(D)의 거동이 모니터 될 필요가 있다. 예를 들어, 전원(200)에 의해 교류전원이 전극(120)에 공급될 때, 적어도 액적(D)의 진동이 실제적으로 발생되는지 여부가 확인될 필요가 있다. 따라서, 표면세정장치는 표면세정장치의 작동중 액적(D)의 거동(behavior)을 검출하도록 구성되는 감지장치(sensing device)(300)을 포함할 수 있다. 감지장치(300)에서 액적(D)의 거동은 다양한 방법으로 인식될 수 있으며, 예를 들어 초음파, 적외선 센서등이 액적(D)의 상태를 파악하기 위해 적용될 수 있다. 이러한 다양한 방식중, 액적(D)의 영상을 직접 획득하는 것이 이의 거동을 정확하게 판단하는데 유리할 수 있다. 이러한 이유로, 감지장치(300)는 물체(O)표면상의 액적들(D)의 영상을 획득하도록 구성되는 영상장치(imaging device)로 이루어질 수 있다. 따라서, 이와 같은 감지장치(300)는 액적(D)의 제거를 위한 정확하고 세부적인 제어를 위해 표면세정장치의 작동중에 계속적으로 액적들(D)의 영상을 획득할 수 있다. 이러한 감지장치(300)는 액적들(D)의 전체적인 영상을 확보할 수 있는 어떠한 위치에도 배치될 수 있다. 일 예로서, 도 1는 세정될 물체(O) 표면이 전체적으로 시야각 (FOV: field of view)내에 포함되도록 상기 물체(O)의 상부에 배치된 감지장치(300)를 도시한다. 더 나아가, 표면세정장치는 이의 작동을 제어하도록 구성되는 제어장치(400)를 포함할 수 있다. 제어장치(400)는 프로세서 및 관련 전자부품들로 이루어질 수 있으며, 도시된 바와 같이, 표면세정장치의 구성요소들, 즉 전기습윤소자(100), 전원(200) 및 감지장치(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제어장치(400)는 의도된 작동을 위해 표면세정장치를 전체적으로 제어할 수 있다. 일 예로서, 제어장치(400)는 요구되는 교류전원 또는 전압을 전기습윤소자(100)에 공급하도록 전원(200)을 제어할 수 있다. 또한, 제어장치(400)는 감지장치(300)를 이용하여 물체(O) 표면상의 액적(D)의 거동을 표면세정장치의 작동중 실시간적으로 모니터할 수 있다. 제어장치(300)의 보다 구체적인 작동은 후술되는 제어방법에서 보다 상세하게 설명된다.
앞서 설명된 표면세정장치는 세정을 위해 다양한 물체(O) 및 장치들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 표면세정장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 영상장치에 적용될 수 있다. 영상장치는 일반적으로 렌즈를 통해 입사되는 빛을 이용하여 영상을 획득하도록 구성된다. 따라서, 렌즈에 액적(D)와 같은 이물질이 존재하는 경우, 이러한 이물질은 입사되는 빛과 간섭하며 이에 따라 정확한 영상이 얻어질 수 없다. 특히, 영상장치가 실외에서 사용되는 경우, 눈, 비, 습도와 같은 기후적 요인을 포함하는 다양한 원인들에 의해, 정확한 영상의 획들을 방해하는 액적(D)이 렌즈 표면에 부착될 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 표면세정장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 일 예로서 영상장치인 카메라(10)에 설치될 수 있다.
보다 상세하게는, 카메라(10)는 렌즈부를 포함하며, 이러한 렌즈부는 몸체(11)와 상기 몸체(11)내에 설치된 렌즈(12)로 이루어질 수 있다. 또한, 카메라(10)는 렌즈(12)를 통해 입사된 빛으로부터 영상을 획득하는 이미지 센서(13)을 포함할 수 있으며, 상기 이미지 센서(13)는 예를 들어 CCD(charged-coupled device)로 이루어질 수 있다. 표면세정장치, 정확하게는 전기습윤소자(100)는 세정될 물체(O)인 렌즈(12)의 표면상에 설치될 수 있다. 또한, 전기습윤소자(100)는 렌즈(12)와 일체로 형성될 수 있다(integrated as one body). 즉, 전기습윤소자(100)는 렌즈(12)의 표면에 밀착되도록 상기 표면과 동일한 곡률을 갖도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 전기습윤소자(100)는 렌즈(12)와 하나의 몸체를 형성하며, 단일의 모듈 또는 어셈블리로서 렌즈(12) 그 자체로 간주될 수 있다. 더 나아가, 전기습윤소자(100)는 렌즈(12)의 몸체 내부에 이식 또는 내장(embed)될 수도 있으며, 이러한 내장에 의해서도 상기 소자(100)는 렌즈(12)와 일체로 형성될 수 있다. 전기장은 개재되는 매질(medium)에 의해 영향받지 않으므로, 이러한 내장된 소자(100)도 여전히 전기장에 의한 정전기력을 렌즈(12)표면에 부가(apply)할 수 있으며, 이에 따라 렌즈(12)표면의 액적(D)를 진동시켜 제거할 수 있는 능력을 보유할 수 있다. 또한, 렌즈(12)에 적용된 전기습윤소자(100)는 빛의 입사를 막아서는 안된다. 따라서, 전기습윤소자(100)는 전체적으로 투명하게 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 기판(110), 전극(120), 절연층(130) 및 소수성층(140)은 모두 전체적으로 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같은 투명한 전기습윤소자(100)는 렌즈(12)와 동일하게 입사되는 빛을 통과시키며, 동시에 액적(D)와 같은 이물질을 제거할 수 있다. 다른 한편, 카메라(10)는 렌즈(12)를 보호하도록 몸체(11)에 설치되는 별도의 커버를 포함할 수 있으며, 렌즈(12)대신에 이러한 커버가 카메라(10)외부로 노출될 수 있다. 이러한 경우, 표면세정장치의 전기습윤소자(100)는 렌즈 커버에 이와 일체화되도록 부착될 수 있다. 또 다른 한편, 상기 렌즈커버 자체가 전기습윤소자(100)로 이루어질 수 있다.
또한, 카메라(10)의 내부 전원이 표면세정장치의 전원(200)으로 사용될 수 있으며, 필요한 경우 별도의 전원(200)이 카메라(10)에 제공된 전기습윤소자(100)에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 카메라(10)의 제어장치가 전기습윤소자(100)와 연결되어 제어장치(400)로서 기능할 수 있다. 더 나아가, 카메라(10)의 이미지 센서(13)는 렌즈(12)를 통해 영상을 획득하므로, 상기 렌즈(12)상의 이물질, 즉 액적(D)의 영상도 획득할 수 있다. 따라서, 표면세정장치가 카메라(10)에 적용되는 경우, 이미지 센서(13)가 감지장치(300)를 대체할 수 있다.
이와 같은 카메라(10)에 적용된 표면세정장치에 있어서, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 소자(100)를 포함하는 렌즈(12)상에 이물질인 액적(D)이 생성되면, 제어장치(400)에 의해 교류전원 또는 전압이 소자(100)에 공급될 수 있으며, 전극(130)에서 생성되는 정전기력에 액적(D)는 가진될 수 있다. 계속해서, 도 2(c)를 참조하면, 액적(D)은 화살표로 표시된 바와 같이 진동하면서 렌즈(12) 외부로 이동할 수 있으며, 이와 같은 액적(D)의 제거에 의해 렌즈(12)는 세정될 수 있다. 따라서, 카메라(10)는 렌즈(12)의 세정에 의해 정확하고 좋은 이미지를 획득할 수 있다. 카메라(10)가 실외에서 사용되는 경우, 액적(D)이 빈번하게 렌즈(12)에 부착될 수 있으므로, 표면세정장치는 실외의 카메라(10)의 렌즈(12)를 세정하는데 있어서 특히 유효할 수 있다.
한편, 앞서 설명된 바와 같이, 표면세정장치는 액적(D)을 진동시켜 원하는 물체 표면을 세정시키는 기본적인 능력을 가지고 있으나, 의도된 세정기능은 표면세정장치에 대한 보다 최적화된 제어를 통해 극대화될 수 있다. 이러한 이유로, 도 1-도 3에 따른 표면세정장치에 최적화된 제어방법이 고안되었으며 다음에서 추가적으로 관련된 도면들을 참조하여 설명된다. 특별히 반대되는 설명이 없는 한 도 1-도 3 및 이에 대한 설명들은 다음의 제어방법의 설명 및 도면들에 기본적으로 포함되고 참조된다.
도 4는 본 발명에 따른 전기습윤소자를 이용한 표면세정장치를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이며, 도 5는 본 발명에 따른 제어방법에서 공진주파수를 검출하는 단계를 상세하게 나타내는 순서도이며, 도 6은 본 발명에 따른 제어방법에서 제 1 교류전원의 전압과는 다른 전압을 갖는 제 2 교류전원을 제공하는 단계를 상세하게 나타내는 순서도이다. 또한, 도 7은 전기습윤소자에 교류전원이 공급될 때, 액적의 거동을 나타내는 그래프이며, 도 8은 서로 다른 주파수들을 갖는 교류전원이 공급되는 경우 액적의 거동들을 각각 보여주는 개략도이다.
다음에서 설명되는 제어방법들은 앞서 도 1 - 도 3을 참조하여 설명된 구성요소, 즉 다양한 부품들의 작동을 제어하며, 이러한 작동에 기초하에 의도된 기능들을 제공할 수 있다. 따라서, 제어방법과 관련된 작동 및 기능들은 제어방법의 특징뿐만 아니라 모두 관련된 해당 구조적 구성요소들의 특징으로도 간주될 수 있다. 특히, 제어장치(400), 즉 프로세서는 제어기(controller) 및 제어부(controlling unit)와 같은 다양한 명칭으로 불릴 수 있으며, 제어방법에 따른 작동을 수행하기 위해 표면세정장치의 모든 구성요소들을 제어할 수 있다. 따라서, 제어장치(400)가 실질적으로 본 출원에서 다음에 설명되는 모든 방법 및 모드들을 실질적으로 제어하며, 이에 따라 이후 설명될 모든 단계들은 제어장치(400)의 특징이 될 수 있다. 이러한 이유로, 비록 제어장치(400)에 의해 수행되는 것으로 설명되지 않는다 하더라도, 다음의 단계들 및 이들의 세부적인 특징들은 모두 제어장치(400)의 특징으로 이해될 수 있다. 또한, 다음의 제어방법의 설명에서 구조적 특징 및 이의 작동은 모두 도 1-도 3에서 설명된 것을 참조하며, 이에 따라 이들에 대한 상세한 설명은 생략된다.
소정의 물체(O)는 사용중 외부환경에 노출될 수 있으며, 여러가지 원인들에 의해 상기 물체(O)의 표면상에는 액적(D)과 같은 이물질이 부착될 수 있다. 실제적으로, 세정될 물체(O)의 표면상에는 표면세정장치의 전기습윤소자(100)가 배치되어 있으므로, 액적(D)은 전기습윤소자(100)상에 부착될 수 있다. 그러나, 앞서 설명된 바와 같이, 전기습윤소자(100)는 해당 물체(O)와 일체화(integrated)되어 이의 일부로서 기능하므로, 전기습윤소자(100) 표면상의 액적(D)은 물체(O) 표면상의 액적으로 간주될 수 있다. 또한, 앞서 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 물체(O)는 실제적으로 소정장치(10) 또는 이의 일부에 해당할 수 있다. 이러한 경우, 표면세정장치(이하, 간략히 "세정장치"), 즉 이의 제어장치(400)는 먼저 물체(O)의 표면에 배치된 이물질인 적어도 하나의 액적(D)을 감지할 수 있다(S10). 즉, 제어장치(400)는 물체(O) 표면상에 액적(D)이 존재하는지 여부를 감지하거나 판단할 수 있다. 이러한 감지단계(S10)는 다양한 방법들에 의해 수행될 수 있으며, 예를 들어, 감지장치(300)에서 획득된 영상으로부터 액적(D)의 부착이 감지될 수 있다. 또한, 액적(D)이 물체(O) 표면상에 배치되면, 상기 액적(D) 자체의 저항으로 인해 물체(O), 즉 전기습윤소자(100)의 표면 전체의 저항도 변화될 수 있다. 저항의 변화는 전기습윤소자(100), 정확하게는 전극(120)에서의 임피던스 변화를 가져올 수 있다. 따라서, 임피던스의 변화가 감지되면, 제어장치(400)는 액적(D)이 물체(O) 표면상에 부착된 것을 감지하고 판단할 수 있다. 이와 같은 임피던스에 기초한 액적(D)의 감지는 추가적인 장치없이 기본적인 전기습윤소자(100)의 구성만을 이용하여 수행될 수 있으므로, 세정장치를 단순화하면서도 정확하게 액적(D)을 감지할 수 있다.
한편, 앞서 설명된 바와 같이, 전극들(120)에 교류전원(AC power) 또는 교류전압이 가해지면, 주파수의 주기적 변동(alternation)으로 인해 마찬가지로 주기적으로 변동되는 정전기력이 액적(D)에 가해질 수 있다. 이와 같은 정전기력은 액적(D)을 가진할 수 있으며, 가진에 의해 액적(D)은 진동하기 시작할 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 시간이 지나감에 따라 액적(D)의 진동량(도면상, 변형된 액적(D)의 높이)은 점점 증가될 수 있으며, 액적(D)의 이동에 충분한 진동이 발생될 수 있다. 특히, 만일 액적(D)에 공진을 발생시킬 수 있는 주파수(이하, "공진주파수")로 교류전원이 전극들(120)에 인가되면, 발생된 공진으로 인해 액적(D)이 얻는 기계적 에너지는 최대화되며, 최대의 진동 및 이동이 액적(D)에 발생될 수 있다. 따라서, 공진 주파수하에서 액적(D)은 보다 신속하게 물체(O)의 표면 외부로 이동해 나갈 수 있다. 이러한 이유로, 보다 효율적이고 효과적인 액적(D)의 제거를 위해 본 발명의 제어방법은 공진 주파수를 갖는 교류전원을 제공하도록 구성될 수 있다.
이와 같은 교류전원의 공급을 위해, 제어장치(400)는 먼저 액적(D)의 공진 주파수를 검출하도록 구성될 수 있다(S20). 즉, 상기 감지단계(S10)를 통해 액적(D)이 감지되면, 제어장치(400)는 즉각적으로 부착된 액적(D)의 공진 주파수를 검출하기 위한 일련의 단계들을 수행할 수 있다. 검출단계(S20)에서, 공진 주파수는 다양한 방법들을 통해 특정될 수 있다. 그러나, 실제적으로 부착되는 액적(D)은 다양한 크기들을 가질 수 있으며, 이에 따라 공진 주파수는 이러한 액적(D)의 크기뿐만 아니라 다른 여러가지 요인들에 의해 약간씩 변화될 수 있다. 따라서, 정확하게 공진 주파수를 특정하기 위해서는 공진 주파수가 액적(D)이 감지될 때마다 검출될 필요가 있다. 이러한 이유로, 검출단계(S20)동안, 제어장치(400)는 전기습윤소자(100)에 교류전원을 계속적으로 공급하면서 공진 주파수를 실시간적으로 검색하도록 구성될 수 있다.
이러한 검색을 위해, 도 5를 참조하면, 검출단계(S20)에서 제어장치(400)는 소자(100)에 교류전원을 공급하면서 소정범위의 주파수들을 순차적으로 스윕(sweep)할 수 있다(S21). 즉, 검출단계(S20)에서 제어장치(400)는 공진주파수를 찾기 위해, 한번에 하나의 다른 주파수를 갖는 교류전원을 소자(100)의 전극(120)에 공급할 수 있다. 또 바꿔 말하면, 제어장치(400)는 일정 전압의 교류전원을 공급하면서 공급되는 교류전원의 주파수를 단계적으로 변화시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 스윕단계(S21)에서, 제어장치(400)는 소정의 주파수부터 시작하여 공급되는 교류전원의 주파수를 점차적으로 증가시킬 수 있다(S21a). 이러한 증가단계(S21a)는 액적(D)에 공진이 발생될 때까지 계속적으로 수행될 수 있다. 다른 한편으로, 액적(D)의 공진은 다수개의 주파수들에서 발생될 수 있으므로, 액적(D)의 공진이 발생 및 감지되더라도, 추가적인 공진 주파수를 검출하기 위해 계속적으로 교류전원의 주파수가 증가될 수 있다. 한편, 모든 주파수 대역에 대한 스윕을 수행하는 것은 비효율적이므로, 스윕되는 주파수 범위는 한정될 필요가 있다. 여러가지 요인들중에서, 이러한 주파수 범위의 한정을 위해, 주파수에 따른 액적(D)의 진동 거동(behavior)이 고려될 수 있다. 먼저 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 상대적으로 낮은 주파수에서 액적(D)은 낮은 주기(cyccle)로 진동하면서 큰 변형(deformation)을 보여줄 수 있다. 그러나, 큰 변위는 도시된 바와 같이, 액적(D)과 물체(O)의 표면사이의 접촉면 및 마찰을 증가시키므로, 액적(D)의 원활한 이동에는 불리할 수 있다. 반면, 도 8(a)를 참조하면, 상대적으로 높은 주파수에서 액적은 큰 변형없이 높은 주기로 진동할 수 있다. 따라서, 액적(D)과 물체(O) 표면사이의 접촉면이 상대적으로 축소되며, 축소된 접촉면에 의해 마찰력도 상대적으로 적게 작용될 수 있다. 감소된 마찰하에서, 높은 주기의 변동은 액적(D)이 최초 위치로부터 이동을 시작하는 것을 촉진할 수 있다(facilitate). 따라서, 상대적으로 높은 주파수에서의 진동 및 공진이 액적(D)의 원활한 이동 및 제거에 유리할 수 있다. 이러한 이유로, 스윕되는 주파수 범위는 상대적으로 낮은 주파수부터 시작하되 상대적으로 높은 주파수들을 포함하도록 설정될 수 있으며, 예를 들어 10 Hz-150 Hz로 설정될 수 있다. 이러한 경우, 증가단계(S21a)에서 제어장치(400)는 소정의 주파수인 10 Hz부터 시작하여 상대적으로 높은 주파수인 150 Hz까지 공급되는 교류전원의 주파수를 점차적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 다시 도 5를 참조하면, 상기 스윕단계(S22)동안, 제어장치(400)는 특정 주파수에서 발생되는 액적(D)의 공진을 감지할 수 있다(S22). 감지단계(S22)에서 제어장치(400)는 감지장치(300)을 이용하여 액적의 공진을 감지할 수 있으며, 다양한 방식이 이에 적용될 수 있으며, 예를 들어 초음파, 적외선 센서등이 이용될 수 있다. 이러한 여러 방식들중, 액적(D)의 상태를 정확하게 판단하기 위해 영상장치로 이루어진 감지장치(300)가 사용될 수 있으며, 이에 따라 액적(D)의 공진은 상기 감지장치(300)에서 획득된 영상을 통해 감지될 수 있다. 보다 상세하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 감지단계(S22)에서, 먼저 제어장치(400)는 센서, 즉 감지장치(300)을 이용하여 주파수의 스윕이 수행되는 동안 액적(D)의 영상을 계속적으로 획득할 수 있다(S22a). 앞서 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 세정장치가 카메라(10)에 적용된 경우, 상기 카메라(10)내에 내장된 이미지 센서(13)가 액적(D)의 영상을 획득하게 위해 사용될 수 있다. 만일 액적(D)에 공진이 발생되면, 액적(D)의 진동은 급격하게 증가되며, 이러한 증가는 영상을 통해 명확하게 확인될 수 있다. 따라서, 제어장치(400)는 획득된 영상을 분석하고 분석된 영상으로부터 액적(D)의 진동의 급격한 증가를 판단할 수 있다(S22b). 이와 같이 진동의 급격한 증가가 판단 또는 감지될 때, 제어장치(400)는 공진이 액적(D)에 발생된 것을 감지할 수 있다.
상기 감지단계(S22)에서 진동의 급격한 증가, 즉 공진이 감지되면, 제어장치(400)는 그와 같은 공진이 감지될 때 공급된 교류전원의 주파수를 공진 주파수로 설정할 수 있다(S23). 또한, 제어장치(400)는 감지단계(S22)에서 공진이 감지된 주파수를 향후 전기습윤소자(100)에 공급될 교류전원의 주파수로 설정할 수 있다. 대부분의 경우, 진동의 급격한 증가는 물체(O) 표면상의 다수개의 액적들(D)에서 발생되며, 이에 따라 공진의 감지 및 공진 주파수의 설정은 비교적 용이하게 수행될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 보다 일관되고 객관적인 공진의 감지 및 공진 주파수의 설정을 위해, 제어장치(400)는 물체(O)표면상의 액적들(D)중 적어도 하나에서 급격한 진동이 발생된 것으로 감지 또는 판단될 때, 공진의 발생이 발생한 것으로 감지 또는 판단할 수 있으며, 같은 이유로 이때의 주파수를 공진 주파수로 설정할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 여러가지 요인들로 인해 액적들(D)의 공진 주파수는 약간씩 변화될 수 있다. 그러나, 실제적으로 대부분의 경우 부착된 액적(D)들의 크기는 대략 2 - 3 ㎛ 범위로 한정된다. 따라서, 액적(D)의 공진도 대체적으로 30 Hz에서 발생된다. 또한, 액적(D)의 공진은 더 높은 주파수인 100 Hz에서 추가적으로 발생된다. 따라서, 상기 설정단계(S23)에서 제어장치(400)는 30 Hz 및 100 Hz를 제 1 및 제 2 공진 주파수로 각각 설정하며, 이들중 어느 하나를 전기습윤소자(100)에 공급될 교류전원의 주파수로서 설정할 수 있다. 더 나아가, 앞서 도 8과 관련하여 논의된 바와 같이, 상대적으로 높은 주파수에서의 진동 및 공진에 의해 액적(D)은 보다 원활하고 신속하게 이동될 수 있다. 따라서, 만일 검출단계(S20:S21-S23)를 통해 다수개의 공진 주파수들이 검출되는 경우, 제어장치(400)는 보다 높은 주파수를 실제적으로 검출된 공진 주파수로 선택할 수 있다. 즉, 제어장치(400)는 다수개의 공진 주파수들중 가장 높은 주파수를 공급될 교류전원의 주파수로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제어장치(400)는 액적(D)의 효과적인 제거를 위해, 제 1 공진 주파수인 30 Hz보다 상대적으로 높은 제 2 공진 주파수인 100 Hz를 공급될 교류전원의 주파수로 설정할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 앞서 논의된 바와 같이, 검출단계(S20)를 통해 단일의 공진주파수가 감지되거나 감지된 다수개의 공진 주파수들중 하나가 선택되며, 이에 따라 특정한 하나의 공진 주파수가 교류전원의 공급을 위해 설정될 수 있다. 이러한 경우, 제어장치(400)는 이와 같은 설정된 공진 주파수, 즉 제 1 주파수를 갖는 제 1 교류전원을 액적(D)의 진동 및 이에 의한 제거를 위해 전기습윤소자(100)에 제공 또는 공급할 수 있다(S30). 공급단계(S30)에서, 공급되는 제 1 교류전원은 소정의 제 1 전압을 가질 수 있다. 이러한 제 1 전압은 제 1 교류전원의 특성 또는 세정장치가 설치된 장치에서 요구되는 전압에 따라 적절하게 설정될 수 있으며, 예를 들어, 50 V - 150 V의 범위를 가질 수 있다. 또한, 같은 이유로, 앞서 설명된 검출단계(S20)동안에도 교류전원은 동일한 제 1 전압을 가질 수 있다. 또한, 제 1 교류전원은 소정의 제 1 시간(time period)동안 전기습윤소자(100)에 제공될 수 있으며, 상기 제 1 시간은 액적(D)의 충분한 이동 및 제거를 발생시키도록 적절하게 설정될 수 있다. 보다 상세하게는, 제어장치(400)는 감지장치(300)를 이용하여 물체(O)의 표면상의 액적(D)의 상태를 확인할 수 있으며, 상기 액적(D)이 상기 표면으로부터 충분하게 제거될 때까지 제 1 교류전원의 공급을 지속시킬 수 있다.
이와 같은 공급단계(S30)동안 검출된 공진주파수를 갖는 교류전원의 공급에 의해 액적(D)들은 크게 진동하면서 물체(O) 표면에서 제거될 수 있으며, 이러한 일련의 과정들은 도 9에 잘 도시된다. 도 9는 본 발명에 따른 제어방법에 의해 제거되는 액적을 보여주는 평면도이며, 도 2에 따른 카메라(10)에 적용된 세정장치의 작동이 일 예로서 도시된다. 먼저, 도 9(a)를 참조하면, 카메라(10)의 사용중 렌즈(12)표면에 다수개의 액적들(D)이 이물질로서 부착될 수 있다. 이러한 경우, 감지단계(S10)을 통해 세정장치, 즉 제어장치(400)는 액적들(D)의 존재를 감지할 수 있다. 계속해서, 제어장치(400)는 검출단계(S20)를 수행하여 공진 주파수를 검출할 수 있으며, 검출된 공진 주파수를 갖는 제 1 교류전원을 전기습윤소자(100)에 공급할 수 있다. 이러한 제 1 교류전원에 의해, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 렌즈(12)표면상의 액적들(D)에는 공진이 발생하며, 최대의 에너지에 의해 액적들(D)이 가진될 수 있다. 도시된 바와 같이, 액적들(D)은 공진에 의해 크게 진동하면서 얻어진 에너지에 의해 화살표로 도시된 바와 같이, 렌즈(12)의 표면 외부로 신속하게 이동할 수 있다. 또한, 발생된 공진에 의해 액적들(D)이 크게 진동하므로, 서로 인접하는 액적들(D)은 서로 결합되어 증가된 크기의 액적(D)을 형성할 수 있다. 더 나아가, 증가된 크기의 액적(D)은 이동해가면서 다른 액적들(D)을 흡수하면서 더 큰 크기를 가질 수 있다. 공진에 의해 발생되는 큰 액적(D)은 증가된 크기 및 질량으로 인해 더 크게 진동할 수 있으며, 이에 따라 더 신속하고 원활하게 렌즈(12), 즉 소정 물체(O)의 표면외부로 이동할 수 있다. 따라서, 공진 주파수를 갖는 교류전원의 공급은 단순히 액적(D)의 진동을 증폭시킬 뿐만 아니라 앞서 설명된 바와 같은 액적(D)의 이동을 촉진하는 효과를 가져올 수 있다. 결과적으로, 렌즈(12), 즉 물체(O) 표면외부로 이동함으로써 액적(D)은 상기 표면으로부터 제거될 수 있으며, 이에 따라 상기 표면은 세정될 수 있다.
한편, 도 9(c)에서 도시된 바와 같이, 제 1 교류전원의 공급에 의해 대부분의 액적들(D1)은 이동 및 제거되지만, 상대적으로 작거나 미세한 액적들(D2)(이하, "미세액적")은 물체(O). 즉 렌즈(12) 표면상에 잔류할 수도 있다. 이러한 현상은 전극(120)에서 발생되는 전기장에 의해 영향받을 수 있는 액적(D)의 크기의 제한으로 설명될 수 있다. 이와 관련하여(in this regard), 도 10은 전기장의 범위와 가진될(excite) 수 있는 액적의 크기사이의 상관관계를 보여두는 개략도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 인접하는 전극들(120)은 서로 소정 거리로 이격되어 있다. 또한, 전기장의 세기(intensity) 또는 범위는 전극(120)에 공급되는 전압에 따라 결정되므로, 제 1 교류전원의 일정한 제 1 전압하에서 생성되는 전기장(F)도 도시된 바와 같이 일정한 범위를 가질 수 있다. 따라서, 서로 이격된 전극들(120)사이에는 전기장(F)이 형성되지 않는 일정 영역이 존재할 수 있다. 이러한 이유로, 상대적으로 큰 크기의 액적(D1)은 생성된 인접한 전기장들(F)내에 포함되어 가진될 수 있는 반면, 미세 액적(D2)은 상기 전기장들(F) 외부에 배치되어 가진될 수 없다. 따라서, 미세 액적(D2)은 적절하게 진동될 수 없으며, 도 9(c)에 도시된 바와 같이, 물체(O)(즉, 렌즈(12))표면에 잔류할 수 있다. 만일 전기장(F)의 범위가 확장되면, 이와 같은 미세 액적(D2)도 확장된 전기장(F)의 범위내에 포함되어 가진 및 진동될 수 있다. 이미 논의된 바와 같이, 전기장(F)의 범위(또는 크기)는 공급되는 전압에 비례하므로, 전기장(F)의 범위를 확장하기 위해, 공급단계(S30) 이후에, 제어장치(400)는 제 1 전압보다 큰 제 2 전압을 갖는 제 2 교류전원을 전기습윤소자(100)에 제공 또는 공급할 수 있다(S40).
보다 상세하게는, 효율적으로 액적(D)을 제거하기 위해서는 공급단계(S40)가 선행하는 공급단계(S30)에 뒤이어 중단없이 수행되는 것이 유리할 수 있다. 이러한 연속성을 위해, 공급단계(S40)에서, 제어장치(400)는 도 6에 도시된 바와 같이, 실제적으로 현재 공급되고 있는 제 1 교류전원에서 제 1 전압만을 제 2 전압으로 증가시킬 수 있다(S41). 그러나, 제 2 전압으로의 변경에 의해 실제적으로 제어장치(400)는 제 1 교류전원과는 다른 제 2 교류전원을 제공한다고 설명될 수 있다. 또한, 전기장(F)의 확장을 위해 전압만이 변경되며, 계속적인 가진을 위해 제공되는 제 2 교류전원은 제 1 교류전원의 제 1 주파수와 동일한 제 2 주파수, 즉 공진 주파수를 가질 수 있다. 또한, 공급되는 제 2 교류전원의 제 2 주파수(즉, 공진주파수)는 전체 공급단계(S40)동안 계속적으로 유지될 수 있다. 제 2 전압은 적어도 제 1 전압보다는 커지도록 적절하게 설정될 수 있으며, 예를 들어, 150 V - 200 V의 범위를 가질 수 있다. 이와 같은 제 2 교류전원(즉, 제 2 전압)의 공급에 의해 전기장(F)은 확장될 수 있으며, 확장된 전기장과 미세 액적(D2)사이의 관계는 도 11에 잘 보여진다. 도 11을 참조하면, 공급된 제 2 전압에 의해 전극(120)은 기존의 제 1 전압하에서의 전기장(F)보다 큰 전기장(F1)을 형성할 수 있다. 이러한 확장된 전기장(F1)내에 미세 액적(D2)도 포함될 수 있으며, 제거되기에 충분하게 가진 및 진동될 수 있다.
더 나아가, 작은 액적(D2)의 보다 효과적인 가진을 위해 제어장치(400)는 공급단계(S40)동안 제 2 교류전원의 제 2 전압을 제 3 전압으로 감소시킬 수 있다(S42). 즉, 제어장치(400)는 제 2 전압보다 작은 제 3 전압을 갖는 제 2 교류전원을 전기습윤소자(100)에 공급할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제 3 전압를 갖는 제 2 교류전원의 공급에 의해 제 2 전압에서의 전기장(F1)보다는 축소된 전기장(F2)가 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에도, 미세 액적(D2)에 계속적으로 유효한 가진을 가하기 위해서는 제 3 전압에서의 전기장(F2)는 적어도 미세 액적(D2)를 포함하도록 형성되어야 한다. 따라서, 그와 같은 전기장(F2)을 형성하기 위해 제 3 전압은 제 2 전압보다는 작지만 적어도 제 1 전압보다는 크게 설정될 수 있다. 계속해서, 제어장치(400)는 제 2 교류전원의 제 3 전압을 제 2 전압으로 증가시키고 다시 제 2 전압을 제 3 전압으로 감소킬 수 있으며, 이러한 전압의 증가와 감소를 반복적으로 수행할 수 있다(S43). 즉, 제어장치(400)는 제 2 전압을 갖는 제 2 교류전원의 공급과 제 3 전압을 갖는 제 2 교류전원의 공급을 반복적으로 수행할 수 있다. 미세 액적(D2)은 이의 작은 크기 및 질량으로 인해, 전기장(F1,F2)내에 포함된다 하더라도 충분하게 가진시키기 쉽지않을 수 있다. 그러나, 도 11에 도시된 바와 같이, 서로 다른 제 2 및 제 3 전압의 교번적인(alternate) 공급에 의해 서로 다른 범위의 전기장들(F1,F2)이 번갈아가며(alternately) 미세 액적(D2)에 가해지며, 이에 따라 추가적인 가진력이 미세 액적(D2)에 가해질 수 있다. 따라서, 미세 액적(D2)도 적절하게 진동될 수 있으며, 이러한 미세액적(D2)의 제거로 인해 물체(O) 표면은 완전하게 세정될 수 있다.
상술된 공급단계(S40)동안, 다양한 전압들을 갖는 제 2 교류전원은 소정의 제 2 시간(time period)동안 전기습윤소자(100)에 제공될 수 있으며, 상기 제 2 시간은 미세 액적(D2)의 충분한 이동 및 제거를 발생시키도록 적절하게 설정될 수 있다. 보다 상세하게는, 제어장치(400)는 감지장치(300)을 이용하여 물체(O)의 표면을 모니터할 수 있으며, 미세 액적(D2)까지도 상기 표면으로부터 완전하게 제거될 때까지 제 2 교류전원의 공급을 유지시킬 수 있다. 또한, 이미 논의된 바와 같이, 공급단계(S30)는 대부분의 액적들(D1)을 제거하도록 구성되는 반면, 공급단계(S40)는 잔류하는 미세 액적(D2)만을 제거하도록 구성될 수 있다. 따라서, 공급단계(S30)가 수행되는 제 1 시간은 공급단계(S40)이 수행되는 제 2 시간보다 길게 설정될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제 1 시간과 제 2 시간은 8:2의 비율로 설정될 수 있다.
한편, 물체(O)가 경사지게 배향되면, 상기 물체(O)(즉, 전기습윤소자(100))상의 액적(D)은 중력의 영향을 받게 되며 이러한 추가적으로 작용되는 힘에 의해 보다 용이하게 이동될 수 있다. 따라서, 다시 도 4를 참조하면, 제어장치(400)는 물체(O) 및 이에 설치된 전기습윤소자(100)를 경사지게 배향할 수 있다(S50). 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 카메라(10)는 소정의 구동장치(14)를 포함할 수 있다. 제어장치(400)는 구동장치(14)를 이용하여 카메라(10)에 변위를 발생시키고 세정될 물체(O), 즉 렌즈(12) 및 전기습윤소자(100)를 경사지게 배향시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 구동장치(14)는 회전력을 발생시킬 수 있는 장치로 이루어질 수 있으며, 도 1에도 화살표로 도시된 바와 같이, 발생된 회전력을 이용하여 적어도 렌즈(12) 및 소자(100)를 경사지게 배향되도록 회전시킬 수 있다. 구동장치(14)는 예시적으로 렌즈 몸체(11)에 결합된 것으로 도시되나 카메라(10)의 다른 부위에 결합될 수도 있으며, 세정될 물체인 렌즈(12) 및 전기습윤소자(100)의 배향을 변화하는 구동력을 발생시킬 수 있는 어떠한 장치로도 이루어질 수 있다. 배향단계(S50)는 공급단계(S40,S50)이전 또는 이후에 수행될 수 있으며, 공급단계(S40,S50)동안 언제라도 수행될 수 있다. 이와 같은 배향단계(S50)에 의해 액적(D)은 진동하면서 중력에 의해 보다 원활하게 경사진 방향으로 이동될 수 있으며, 보다 용이하게 물체(O)의 표면으로부터 제거될 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 안되며 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 전기습윤소자 110: 기판
120: 전극 130: 절연층
140: 소수성층 200: 전원
300: 감지장치 400: 제어장치

Claims (18)

  1. 소정 물체의 표면상에 제공되는 기판;
    상기 기판에 제공되는 전극들;
    상기 전극들을 덮도록 상기 기판에 제공되는 절연층; 및
    상기 전극들에 교류전원을 공급하도록 구성되는 제어장치를 포함하며,
    상기 제어장치는:
    상기 전극에서 발생되는 정전기력의 주기적인 변화에 의해 상기 물체표면상의 액적에 진동을 발생시키기 위해, 소정의 제 1 주파수 및 소정의 제 1 전압을 갖는 제 1 교류전원을 제 1 시간동안 상기 전극에 제공하도록 구성되고, 상기 제 1 주파수는 상기 액적의 공진주파수로 설정되며;
    상기 제 1 시간동안의 제 1 교류전원의 제공 이후에, 상기 제 1 전압보다 큰 제 2 전압을 갖는 제 2 교류전원을 제 2 시간동안 상기 전극에 제공하도록 더 구성되며;
    상기 제 2 교류전원을 제공하는 동안,
    상기 제 2 전압을 상기 제 2 전압보다 작은 제 3 전압으로 감소시키고;
    상기 제 3 전압을 상기 제 2 전압으로 증가시키고;
    상기 제 3 전압에서 상기 제 2 전압으로의 증가 및 상기 제 2 전압에서 상기 제 3 전압으로의 감소를 반복하도록 더 구성되는 전기습윤소자를 이용하는 물체표면 세정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 제 1 교류전원을 공급하기 이전에, 상기 전극에 교류전원을 제공하면서 상기 액적의 공진 주파수를 검출하도록 구성되는 물체표면 세정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공진 주파수를 검출하는 동안, 상기 제어장치는:
    상기 제공되는 교류전원의 소정 범위의 주파수들을 순차적으로 스윕(sweep)하며;
    상기 스윕동안 상기 액적의 공진을 감지하며;
    상기 공진이 발생된 주파수를 상기 제 1 주파수로 설정하도록 구성되는 물체표면 세정장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정범위의 주파수들을 스윕하는 동안, 상기 제어장치는 소정의 주파수부터 시작하여 상기 액적에 공진이 발생할 때까지 상기 교류전원의 주파수를 점차적으로 증가시키도록 구성되는 물체표면 세정장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어장치는 10Hz-150Hz의 주파수들을 스윕하도록 구성되는 물체표면 세정장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 액적의 공진을 감지하기 위해, 상기 제어장치는:
    센서를 이용하여 상기 액적의 영상을 획득하며;
    상기 액적의 진동의 급격한 증가를 감지하기 위해 상기 획득된 영상을 분석하도록 구성되는 물체표면 세정장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액적의 공진이 다수개의 주파수들에서 감지되는 경우, 상기 제어장치는 상기 주파수들중 가장 높은 주파수를 상기 교류전원의 제 1 주파수로 설정하도록 구성되는 물체표면 세정장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수는 30 Hz 또는 100 Hz인 물체표면 세정장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전압은 50V-150V의 범위를 갖는 물체표면 세정장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전압은 150V-200V의 범위를 갖는 물체표면 세정장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 교류전원을 공급하기 위해, 상기 제어장치는 상기 제 1 주파수를 갖는 제 1 교류전원의 제 1 전압을 상기 제 2 전압으로 증가시키도록 구성되는 물체표면 세정장치.
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 시간과 제 2 시간은 8:2의 비율로 설정되는 물체표면 세정장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 물체표면에 배치되는 상기 액적을 감지하도록 더 구성되는 물체표면 세정장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 액적을 감지하기 위해 상기 액적에 의해 상기 전극에 발생되는 임피던스의 변화를 감지하도록 구성되는 물체표면 세정장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 액적의 이동을 촉진하기 위해 상기 물체의 경사를 변화시키도록 구성되는 물체표면 세정장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판, 전극 및 절연층은 투명 재질로 이루어지는 물체표면 세정장치.
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