檢測(cè)掃描鏡的故障的制作方法
【專利說(shuō)明】檢測(cè)掃描鏡的故障
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)要求于2012年12月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/736，551的權(quán)益，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明整體涉及機(jī)械器件的操作性測(cè)試和驗(yàn)證，并且具體地涉及用于驗(yàn)證微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的完整性的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]MEMS器件存在于廣泛的各種不同的應(yīng)用程序中，諸如用于計(jì)算設(shè)備和通信設(shè)備的光學(xué)掃描器、汽車壓力傳感器和加速度計(jì)以及陀螺儀。基于MEMS的光學(xué)掃描器描述于例如美國(guó)專利7，952，781和美國(guó)專利申請(qǐng)公布2013/0207970中，其公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文。
[0005]用于監(jiān)控掃描鏡的操作的方法在本領(lǐng)域中是已知的。例如，其公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文的美國(guó)專利申請(qǐng)公布2013/0250387描述了發(fā)射器和掃描鏡，該發(fā)射器被配置為發(fā)出包括光脈沖的光束，該掃描鏡被配置為掃描布景上方的光束。接收器被配置為接收從布景反射的光并生成用于指示從布景返回的脈沖的輸出。光柵形成于裝置中的光學(xué)表面上并被配置為以一個(gè)預(yù)先確定的角度衍射光束的一部分，以便使得光束的所衍射的部分從掃描鏡返回至接收器?？刂破鞅获罱右蕴幚斫邮掌鞯妮敵?，以便檢測(cè)所衍射的部分并響應(yīng)于其來(lái)監(jiān)控鏡的掃描。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文所述的本發(fā)明的實(shí)施例提供了可用于測(cè)試和驗(yàn)證鉸接式機(jī)械器件的完整性的方法和裝置。
[0007]因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于監(jiān)控的方法，該方法包括提供器件，該器件包括第一部件和第二部件以及將第一部件連接至第二部件的活動(dòng)接頭。測(cè)量穿過(guò)活動(dòng)接頭的導(dǎo)電路徑的電氣特性。響應(yīng)于檢測(cè)到電氣特性的變化來(lái)發(fā)起矯正措施。
[0008]在一些實(shí)施例中，提供器件包括施加光刻處理以從襯底蝕刻接頭以及器件的第一部件和第二部件，以及沉積金屬跡線以便在襯底的表面上形成導(dǎo)電路徑。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，器件包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，并且襯底包括半導(dǎo)體晶片。
[0009]通常，測(cè)量電氣特性包括測(cè)量導(dǎo)電路徑的電連續(xù)性，并且檢測(cè)變化包括響應(yīng)于接頭的故障來(lái)檢測(cè)失去該連續(xù)性。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，器件的第一部件包括鏡，并且器件的第二部件包括萬(wàn)向架，并且活動(dòng)接頭包括位于鏡和萬(wàn)向架之間的可旋轉(zhuǎn)鉸鏈，并且可旋轉(zhuǎn)鉸鏈被導(dǎo)電路徑穿過(guò)。鏡可包括導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料形成導(dǎo)電路徑的一部分。除此之外或另選地，位于鏡和萬(wàn)向架之間的可旋轉(zhuǎn)鉸鏈包括第一鉸鏈，并且器件可包括基座和位于萬(wàn)向架和基座之間的第二可旋轉(zhuǎn)鉸鏈，其中導(dǎo)電路徑穿過(guò)第一鉸鏈和第二鉸鏈兩者。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，提供器件包括朝向鏡引導(dǎo)光束以便當(dāng)鏡在鉸鏈上旋轉(zhuǎn)時(shí)掃描從鏡反射的光束，并且發(fā)起矯正措施包括中斷光束。
[0011]另選地或除此之外，發(fā)起矯正措施包括發(fā)出對(duì)器件的故障的指示。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了一種機(jī)械器件，該機(jī)械器件包括第一部件和第二部件以及將第一部件連接至第二部件的活動(dòng)接頭。電氣路徑穿過(guò)活動(dòng)接頭?？刂齐娐繁慌渲脼闇y(cè)量導(dǎo)電路徑的電氣特性并且響應(yīng)于檢測(cè)到電氣特性的變化來(lái)發(fā)起矯正措施。
[0013]根據(jù)其實(shí)施例的下面的詳細(xì)描述并且結(jié)合附圖將更全面地理解本發(fā)明，其中:
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)掃描頭的示意性圖示；以及
[0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有測(cè)試電路的掃描鏡的示意性圖解。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在一些情況下，必須以最小延遲來(lái)檢測(cè)出MEMS器件的結(jié)構(gòu)故障。例如在基于MEMS的掃描投影儀系統(tǒng)中需要此類快速故障檢測(cè)，在該系統(tǒng)中，光束由激光源發(fā)出并由掃描鏡反射到物體或布景上，該物體或布景可包含一個(gè)或多個(gè)人。(此類系統(tǒng)描述于上述美國(guó)專利申請(qǐng)公布2013/0207970中，以及于2013年7月25日提交的PCT專利申請(qǐng)PCT/IB2013/056101中，其公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文。)在此類系統(tǒng)中，如果鏡完整性受到損壞并且激光束不再像預(yù)期那樣進(jìn)行掃描，則光源應(yīng)當(dāng)在大概幾微秒或更短時(shí)間內(nèi)立即關(guān)斷，以便避免超出由眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的暴露極限。
[0017]又如，如果加速度計(jì)失去結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，則其可能無(wú)法檢測(cè)移動(dòng)。在要求即時(shí)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用程序諸如安全應(yīng)用程序中，檢測(cè)器件故障并迅速采取行動(dòng)是很重要的。
[0018]本文所描述的本發(fā)明的實(shí)施例提供了器件和方法，該器件和方法使得能夠?qū)C(jī)械器件的結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且當(dāng)結(jié)構(gòu)完整性受到損壞時(shí)發(fā)起矯正措施。此類監(jiān)控在檢測(cè)掃描鏡的故障中尤其有用，如在下面的實(shí)施例中所示的，但是其也可在其他類型的MEMS器件中以及在其他種類的小型機(jī)械器件中被有利地使用。所公開(kāi)的實(shí)施例將結(jié)構(gòu)完整性和簡(jiǎn)單的電氣特性諸如穿過(guò)器件的某路徑的電連續(xù)性(例如根據(jù)導(dǎo)電性進(jìn)行測(cè)量)聯(lián)系起來(lái)。配置該器件并且選擇所監(jiān)控的電氣特性，以便當(dāng)器件出現(xiàn)故障時(shí)表現(xiàn)出急劇轉(zhuǎn)變，諸如失去電連續(xù)性。該轉(zhuǎn)變通過(guò)使用簡(jiǎn)單的監(jiān)控電路以低延遲被容易地測(cè)量。
[0019]一般而言，本發(fā)明的實(shí)施例涉及至少包括由活動(dòng)接頭(或多個(gè)接頭)連接的第一機(jī)械部件和第二機(jī)械部件的器件。控制電路測(cè)量穿過(guò)活動(dòng)接頭的導(dǎo)電路徑的電氣特性并且響應(yīng)于檢測(cè)到電氣特性的變化來(lái)發(fā)起矯正措施。在其中接頭和器件的第一部件和第二部件通過(guò)光刻工藝從襯底蝕刻(例如從半導(dǎo)體晶片蝕刻MEMS器件)的器件中，作為處理步驟的一部分，金屬跡線可沉積在襯底的表面上，以便在襯底的表面上形成導(dǎo)電路徑。
[0020]在如下所述的具體實(shí)施例中，活動(dòng)接頭包括位于掃描鏡和萬(wàn)向架之間的可旋轉(zhuǎn)鉸鏈，并且導(dǎo)電路徑穿過(guò)該可旋轉(zhuǎn)鉸鏈。由于鏡本身通常包括襯底上的導(dǎo)電涂層，因此該涂層可為導(dǎo)電路徑的一部分。如果鉸鏈在操作中斷裂，則控制電路將檢測(cè)失去電連續(xù)性并隨后中斷由鏡掃描的光束，和/或發(fā)出對(duì)器件的故障的指示。
[0021]由所公開(kāi)的實(shí)施例采用的方法因而是有利的，特別是由于其僅需要向現(xiàn)有的MEMS器件添加最小的附加電路?？稍谌缬糜谛纬蒑EMS器件中的其他金屬結(jié)構(gòu)的相同處理步驟中沉積導(dǎo)電路徑本身。使用所公開(kāi)的技術(shù)進(jìn)行的故障檢測(cè)快速且可靠，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)完整性可由內(nèi)嵌到MEMS器件中的電路直接測(cè)量；并且測(cè)量不依賴于掃描系統(tǒng)的任何控制回路，其通常可慢很多。本發(fā)明的實(shí)施例因而增強(qiáng)了光學(xué)掃描引擎的安全性和穩(wěn)健性，尤其對(duì)于應(yīng)用程序諸如光學(xué)投影和3D映射等，并且還可應(yīng)用于其他類型的小型機(jī)械器件。
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有掃描完整性監(jiān)控器的光學(xué)掃描頭40的示意性圖解。除了該監(jiān)控器本身外，光學(xué)掃描頭40類似于上述美國(guó)專利申請(qǐng)公布2013/0207970中所描述的光學(xué)掃描頭。為了完整起見(jiàn)，頭40在此被描述為其中本發(fā)明的實(shí)施例可被實(shí)施的器件的實(shí)例，但是不以任何方式將本發(fā)明的應(yīng)用程序限制于該具體種類的器件。
[0023]通常包括激光二極管的發(fā)射器44朝偏振分束器60發(fā)出光脈沖。來(lái)自發(fā)射器44的光從分束器60并隨后從折疊式鏡62朝掃描微鏡46反射。MEMS掃描器64以所需的掃描頻率和振幅在X方向和Y方向上掃描微鏡，使得光束在布景上方進(jìn)行掃描。(術(shù)語(yǔ)“微鏡”在本發(fā)明上下文中僅用于表示較小的鏡，通常不超過(guò)大約1mm寬，并可能更小。圖2中示出了本發(fā)明的微鏡和掃描器的細(xì)節(jié)。)從布景反射回的光脈沖入射到微鏡46上，該微鏡通過(guò)分束器60經(jīng)由折疊式鏡62來(lái)反射光。接收器48感測(cè)返回的光脈沖并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電脈沖。
[0024]控制器30驅(qū)動(dòng)發(fā)射器44和掃描器64，并分析發(fā)射脈沖和來(lái)自接收器48的對(duì)應(yīng)脈沖之間的時(shí)間延遲以便測(cè)量每個(gè)脈沖的渡越時(shí)間?；谶@一渡越時(shí)間，控制器計(jì)算布景中的被掃描頭40掃描的每個(gè)點(diǎn)(X，Y)的深度坐標(biāo)(Z)，從而生成布景的深度圖。另選地或除此之外，可測(cè)量并處理反射光以便提取其他布景特性。進(jìn)一步另選地或除此之外，控制器30可驅(qū)動(dòng)發(fā)射器和掃描器以便將圖像投射到布景上。
[0025]在任何情況下，控制器30還監(jiān)控掃描器64的機(jī)械操作，如下文所述。當(dāng)接收到對(duì)故障的指示時(shí)，控制器30通常將采取矯正措施，諸如中斷來(lái)自發(fā)射器44的光束(可能僅通過(guò)關(guān)閉提供至發(fā)射器的電源)和/或發(fā)出警示。
[0026]在此僅僅以舉例的方式描述了圖1所示的光學(xué)頭的具體機(jī)械設(shè)計(jì)和光學(xué)設(shè)計(jì)。結(jié)合了本文所述種類的監(jiān)控方案的另選的器件設(shè)計(jì)也被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0027]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的鏡46和MEMS掃描器64的元件的示意性圖解。該掃描器是基于類似于上述美國(guó)專利7，952，781中所描述的原理來(lái)制備和操作的，但是如在上述美國(guó)專利申請(qǐng)公布2013/0207970和PCT專利申請(qǐng)PCT/IB2013/056101中那樣使得能夠進(jìn)行