CN106323173A - 用于mems传感器的针对基于时间的光学敏感元件的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于MEMS传感器的针对基于时间的光学敏感元件的系统和方法。在一个实施例中，一种用于集成波导的基于时间的光学敏感元件传感器的方法包括：将由光源生成的光束发射到在第一基板中单片制造的集成波导光学敏感元件中，集成波导光学敏感元件包括光学输入端、耦合端和光学输出端；以及通过在光学输出端测量光束的衰减，来探测耦合端和与耦合端隔开一间隙的移动传感器部件之间的重叠面积的改变，其中，移动传感器部件关于包括耦合端的第一基板的表面做平面内移动，且耦合端被定位为探测移动传感器部件的边沿的移动。

Description

用于MEMS传感器的针对基于时间的光学敏感元件的系统和 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年6月26日提交的编号为62/185,256的标题为“TIME-BASEDOPTICAL PICKOFF FOR MEMS SENSORS”的美国临时申请的优先权及其权益，该文献通过引用以其整体的方式结合于本文中。
本申请与2015年4月29日提交的编号为62/154,197的标题为“HIGHLY INTEGRATEDOPTICAL READOUT MEMS SENSORS”美国临时申请和2015年5月26日提交的编号为14/721,914的标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR HIGHLY INTEGRATED OPTICAL READOUT MEMSSENSORS”的美国专利申请相关，这两篇文献均通过引用以其整体的方式结合于本文中。
背景技术
在微机电系统(MEMS)传感器中使用电容读出器容易受到各种误差机制的影响，例如电馈通(feed-through)、传感器机械模式的电阻尼、玻璃充电(glass charging)、金属电容板的功函数改变等。另外，传感器的比例因子(SF)、或除以输入信号得出的信号量直接与读出器机制的敏感性相关。这两个因素限制了电容读出器在MEMS传感器中的有效性。光学倏逝波耦合是有前景的读出技术，其相比于电容读出技术其可能更加敏感，且不易被上述的静电误差机制影响。然而，对于处理传感器通常被暴露到的严酷的环境因素来说，所提出方法中的许多方法并不足够的坚固。进一步地，虽然光学耦合对测量硅特征(siliconfeature)的垂直位移具有高的敏感性，但有些时候测量水平运动也是重要的并且也期望测量水平运动。
由于以上陈述的理由以及本领域技术人员通过阅读和理解说明书会显而易见的下文陈述的其他理由，本领域存在用于MEMS传感器的基于时间的光学敏感元件(pickoff)的可供替代的系统和方法的需要。
发明内容
提供了用于MEMS传感器的针对基于时间的光学敏感元件的系统和方法。在一个实施例中，用于集成波导的基于时间的光学敏感元件传感器的方法包括：将由光源生成的光束发射到在第一基板中单片制造的集成波导光学敏感元件中，集成波导光学敏感元件包括光学输入端、耦合端和光学输出端；以及通过在光学输出端测量光束的衰减，来探测耦合端和与耦合端隔开一间隙的移动传感器部件之间的重叠面积的改变，其中，移动传感器部件关于包括耦合端的第一基板的表面做平面内移动，且耦合端被定位为探测移动传感器部件的边沿的移动。
附图说明
当考虑到鉴于优选实施例的说明和以下附图时，本发明的实施例更容易被理解且其进一步的优点和用处也更加显而易见，其中：
图1是本公开的一个实施例的单片式基于时间的光学敏感元件光学读出MEMS传感器的示图；
图2和3是图示出本公开的一个实施例的单片式基于时间的光学敏感元件光学读出MEMS传感器的操作的示图；
图4是图示出本公开的一个实施例的光学敏感元件信号处理的示图；
图5是图示出本公开的一个实施例的另一光学敏感元件漂移传感器的示图；以及
图6是图示出本公开的一个实施例的方法的流程图。
根据一般惯例，描述的各个特征并非按比例绘制，而被绘制为强调与本发明相关的特征。遍及附图和文本，参考字符代表类似元件。
具体实施方式
在以下的详细说明中，参考了形成本说明书一部分的附图，在附图中经由具体的说明性实施例示出了本发明可被实践的方式。充分详细地描述了这些实施例以使得本领域技术人员能够实践本发明，以及要理解的是，可以利用其他实施例，且在不脱离本发明范围的情况下可进行逻辑、机械和电的改变。因此，不能以限制性意义来考虑下面的详细说明。
本公开实施例提供了用于基于时间的光学敏感元件的系统和方法，在MEMS传感器的玻璃基板内制造该光学敏感元件，MEMS传感器诸如但不限于MEMS陀螺仪或MEMS加速计。许多MEMS传感器是多层结构，其中一层由包括集成波导的玻璃基板组成。当移动MEMS结构足够靠近地接近于这种波导时，经过该波导的光的一部分可通过倏逝波耦合被提取出。移动结构越靠近波导，耦合到波导外的光就越多。因而，通过监测波导的光强输出，能够得到MEMS装置中移动结构的运动幅度。更具体地，当波导的一部分靠近玻璃基板的表面时，倏逝场耦合到波导外而进入周围的介质(真空、空气等)。该倏逝场的强度关于距波导的距离以指数方式减小。当硅特征(诸如MEMS陀螺仪或MEMS加速计的检测质量块(proof mass))接近波导时，该硅特征将从倏逝场获得光功率中的一些。这反过来减小波导输出端的强度。因此，使用强度作为硅特征的运动的测量。如下文所述，本文公开的途径产生了基于时间的测量，其是硅特征的运动的高敏感函数。对于重叠方面的改变，倏逝波耦合比电容耦合可能敏感很多。由于可利用的感测部件的单片式集成，本文公开的实施例相比于竞争(competing)光学读出方案也相对更稳定。如编号为14/721,914的美国专利申请中所描述的，光学敏感元件(OP)(其也被描述为倏逝波敏感元件(EP))，对于硅特征(例如检测质量块)的垂直位移(“间隙”)具有非常高的敏感性。本文描述的实施例呈现了基于时间的光学敏感元件的系统和方法，其能以高的准确度测量硅特征的水平运动(即，平面内运动)。
使用本公开的实施例，靠近移动的硅特征的边沿放置波导光学敏感元件。随着硅特征在平面内来回移动，该特征和波导光学敏感元件之间重叠的量发生改变，以及耦合到波导的量也随之增加或减少。波导可以是近似几个微米宽，因而位置分辨率仅为几个微米。然而，如果硅特征振动，其重复地耦合或解耦合，导致周期性改变的输出强度。
图1是具有被驱动为水平(平面内)振动的一对硅检测质量块(116和117)的集成光学读出MEMS传感器100的本公开的一个实施例的示图。传感器100包括装置层114，其包括第一检测质量块116和第二检测质量块117。在一个实施例中，装置层114是陀螺仪装置层。在其他实施例中，装置层114是加速计装置层。在该实施例中，装置层114位于定义了开放空间腔115的上玻璃基板110和下玻璃基板112之间，在开放空间腔115中，第一检测质量块116和第二检测质量块117每个都具有至少一个自由度(1-DOF)以在开放空间腔115中在关于装置层114的平面平行的方向上移动。即，尽管检测质量块可以以多达三个自由度来移动，但其至少在陀螺仪装置层114的平面内来回移动。例如，除被驱动为水平振动以外，这些移动也可对沿传感器100的感测轴施加的惯性力做出反应。通过基于时间的光学敏感元件120、130、140和150来测量检测质量块116和117的运动，每个敏感元件包括集成波导光学敏感元件。作为本文使用的术语，“集成波导”意指光学敏感元件120、130、140和150包括单片地集成在玻璃基板110和112中的波导。在一个实施例中，使用三维飞秒激光波导图案化来将这些集成波导元件创建到例如Gorilla GlassTM、PyrexTM或BorofloatTM材料中，由这些材料制成玻璃基板110和112。
如图1所示，可以使用集成波导的基于时间的光学敏感元件120和130中的一个或两个来测量检测质量块116的水平的平面内位移。可在检测质量块116上方的上玻璃基板110中制造集成波导光学敏感元件120，其包括光学输入端121、耦合端123和光学输出端125。在一个实施例中，光学输入端121和光学输出端125中的一个或两个可包括被抛光为促进光低损耗地进入集成波导光学敏感元件120和从其离开的上玻璃基板110的外表面的区域。输入端121通过单片集成波导122光学地耦合至耦合端123，而耦合端123通过单片集成波导124进一步耦合至输出端125。在一个实施例中，耦合端123包括波导122和124之间的单片集成波导的部分，其接近开放空间腔115中上玻璃基板110的表面，并定位于当检测质量块116非常靠近且至少部分与耦合端123重叠时将光耦合到检测质量块116中。在一个实施例中，由光源126在输入端121将光发射到上玻璃基板110中以及由光探测器127在输出端125测量离开上玻璃基板110的光。
可在检测质量块116下方的下玻璃基板112中制造集成波导光学敏感元件130，其包括光学输入端131、耦合端133和光学输出端135。在一个实施例中，光学输入端131和光学输出端135中的一个或两个可包括被抛光为促进光低损耗地进入集成波导光学敏感元件130和从其离开的下玻璃基板112的外表面的区域。输入端131通过单片集成波导132光学地耦合至耦合端133，而耦合端133通过单片集成波导134进一步耦合至输出端135。在一个实施例中，耦合端133包括波导132和134之间的单片集成波导的部分，其接近开放空间腔115中下玻璃基板112的表面，并定位于当检测质量块116非常靠近且至少部分与耦合端133重叠时将光耦合到检测质量块116中。在一个实施例中，由光源136在输入端131将光发射到下玻璃基板112中以及由光探测器137在输出端135测量离开下玻璃基板112的光。
同样，如图1所示，可以使用集成波导光学敏感元件140和150中的一个或两个来测量检测质量块117的位移。可在检测质量块117上方的上玻璃基板110中制造集成波导光学敏感元件140，其包括光学输入端141、耦合端143和光学输出端145。在一个实施例中，光学输入端141和光学输出端145中的一个或两个可包括被抛光为促进光低损耗地进入集成波导光学敏感元件140和从其离开的上玻璃基板110的外表面的区域。输入端141通过单片集成波导142光学地耦合至耦合端143，而耦合端143通过单片集成波导144进一步耦合至输出端145。在一个实施例中，耦合端143包括波导142和144之间的单片集成波导的部分，其接近开放空间腔115中上玻璃基板110的表面，并定位于当检测质量块117非常靠近且至少部分与耦合端143重叠时将光耦合到检测质量块117中。在一个实施例中，由光源146在输入端141将光发射到上玻璃基板110中以及由光探测器147在输出端145测量离开上玻璃基板110的光。
可在检测质量块117下方的下玻璃基板112中制造集成波导光学敏感元件150，其包括光学输入端151、耦合端153和光学输出端155。在一个实施例中，光学输入端151和光学输出端155中的一个或两个可包括被抛光为促使光低损耗地进入集成波导光学敏感元件150和从其离开的下玻璃基板112的外表面的区域。输入端151通过单片集成波导152光学地耦合至耦合端153，而耦合端153通过单片集成波导154进一步耦合至输出端155。在一个实施例中，耦合端153包括波导152和154之间的单片集成波导的部分，其接近开放空间腔115中下玻璃基板112的表面，并定位于当检测质量块117非常靠近且至少部分与耦合端153重叠时将光耦合到检测质量块117中。在一个实施例中，由光源156在输入端151将光发射到下玻璃基板112中以及由光探测器157在输出端155测量离开下玻璃基板112的光。
光源126、136、146和156以及光探测器127、137、147和157是这样的电器件：其可以集成到容纳传感器100的器件封装中，或替代地可以在分别与上玻璃基板110的外部上表面和下玻璃基板112的外部下表面相交界的插入层160和162(或其他物理层)中制造。在一个实施方式中，光源126、136、146和156每个都是发光二极管(LED)光源。在其他实施方式中，光源126、136、146和157是激光光源，诸如但不限于激光二极管。
操作中，检测质量块116和117被驱动为水平振动(vibration)，其将在装置层114的平面中做平面内振荡(oscillate)，使得检测质量块的边沿来回移动以便覆盖和露出各自的(多个)耦合端。由于惯性力，检测质量块116和117也可发生平面外的位移，其距离与惯性力的量值成正比。因此，应当注意的是，本文描述的平面内运动探测和测量可与编号为14/721,914的美国专利申请中描述的垂直(即，平面外)位移测量技术结合使用。
图2在200处图示了集成波导的基于时间的光学敏感元件260的示例操作，其可以代表上文讨论的集成波导的基于时间的光学敏感元件120、130、140和150中的任一个。在图2的示例中，检测质量块215(其例如可代表检测质量块116或117)相对耦合端233在平面内偏离(即，水平地，如205所示)，使得检测质量块215和耦合端233之间重叠的量(在202处示出)发生改变以及耦合端233和检测质量块215之间的光学耦合的量也相应地改变。这里，集成波导的基于时间的光学敏感元件260在玻璃基板212中单片地制造并且包括光学输入端231、耦合端233和光学输出端235，诸如图1所描述。由于驱动力、惯性力或其组合，检测质量块215的边沿201在平面内来回移动一定距离，该距离与力的量值成比例。使用光学倏逝波耦合在耦合端233处探测该边沿201的移动。根据检测质量块215和耦合端233之间的光学耦合来确定边沿201关于耦合端233的相对位置(以及因此确定作为结果的重叠区域)。换言之，耦合端233被相对于移动传感器部件215的边沿201定位，使得利用移动传感器部件215的平面内运动使耦合端233和移动传感器部件215之间的重叠面积202发生改变。
附图2中，图250图示了进入输入端231的光束的输入光功率(PIN)，而图252图示了从输出端235离开的光束的输出光功率(POUT)。边沿201的平面内移动(其减少了重叠面积202)减少了检测质量块215和耦合端233之间的光学耦合(在207处图示出)，使得当重叠202处于最小值(即，与耦合端233最小地重叠或使其完全露出)时，发射到输入端231中的光强PIN几乎或完全没有衰减地到达输出端235(在253处图示出)。相反，当重叠202处于最大值(即，边沿201移动使得检测质量块214几乎全部地或完全覆盖耦合端233)时，由于发射到输入端231中的光强PIN的至少某部分被耦合到检测质量块215中(在207处示出)而未到达输出端235，所以发射到输入端231中的光强PIN显著衰减地到达输出端235。结果是到达输出端235的光强(在254处图示出)存在衰减。检测质量块215的水平振荡导致到达输出端235的光的光强的相应振荡，如在252处所示。通过测量离开输出端235的光的频率或周期数，可根据基于时间的光学敏感元件260的输出来测量位移的频率或周期数。此外，根据输出强度为低(254)的时间和输出强度为高(253)的时间的比值可确定检测质量块215的横向或平面内位移的振幅。以此方式，在MEMS传感器的上和下玻璃基板的材料中制造的集成波导的基于时间的光学敏感元件的使用提供了可与电容敏感元件的读出稳定性相比或比其更好的读出稳定性，而具有可以用光学敏感元件达到的改进的敏感性，同时避免为了实现光学敏感元件可能由于结合不同光学材料而以其他方式引入的稳定性误差。
图3是图示出在边沿201处呈现椭圆运动而不仅是简单的水平运动的波导光学敏感元件260的集成操作的示图。即，检测质量块215的实际运动包括水平(平面内)和垂直(平面外)移动分量的某组合。平面内和平面外运动分量的组合将被从输出端235离开的光信号中的特性表明，表现为波形中的偏差、勾号(tick)或不规则，如附图3中曲线图355上的356处所示。这种特性的出现可用来识别检测质量块215正在发生椭圆运动305。这些指示也可被用来补偿传感器测量值以解释由运动、或是该曲线上某点的定时引起的误差以仍得到高精确的测量值。
图4是在400处一般地图示出本公开的一个实施例的基于时间的光学敏感元件的信号处理的示图，其可通过合并本公开中描述的基于时间的光学敏感元件的任何实施例或与之结合来实施。对于本文描述的任何实施例，与各个集成波导的基于时间的光学敏感元件关联的光探测器(一般地在405处示出)的电输出可被电子器件410处理，电子器件410使用模拟或数字手段或其组合以抵消共模误差或其它误差。例如，电子器件410可基于来自从第一检测质量块相对侧测量位移的两个光探测器(在405-1和405-2处示出)的输出之间的差的函数来确定第一检测质量块的水平和/或垂直位移。类似地，电子器件410可基于来自从第二检测质量块相对侧测量位移的两个光探测器(在405-3和405-4处示出)的输出之间的差的函数来确定第二检测质量块的位移。通过考虑两个检测质量块的组合偏离可获得其他传感器测量值。例如，电子器件410可基于根据用于第一检测质量块的顶基板光探测器(405-1)和用于第二检测质量块的底基板光探测器(405-4)的输出之间的差的函数来确定惯性测量值或校正因子。类似地，电子器件410可基于用于第一检测质量块的底基板光探测器(405-2)和根据用于第二检测质量块的顶基板光探测器(405-3)的输出之间的差的函数来确定惯性测量值或校正因子。
图5在500处图示了另一集成波导的基于时间的光学敏感元件560的示例操作，其可以代表上文讨论的集成波导的基于时间的光学敏感元件120、130、140和150中的任一个。集成波导的基于时间的光学敏感元件560在玻璃基板512中单片地制造以及包括光学输入端531、耦合端533和光学输出端535，诸如图1所描述。在图5的示例中，通过驱动力或惯性力，检测质量块515(其例如可代表检测质量块116或117)可以相对耦合端533在平面内(即，水平地，如505所示)偏离。这里，与敏感元件560生成由检测质量块515的边沿501在耦合端533上方的来回运动引起的从敏感元件560输出的振荡信号相反，移动硅传感器部件(检测质量块515)包括表面特征510，其随着检测质量块515相对端533在平面内移动而改变耦合端533和检测质量块515之间的光学倏逝波耦合的量。
例如，在一个实施例中，表面特征510可包括表面中窄、浅的凹槽的图案，如511处所示。可选地，表面图案510可包括窄、密集的金属线的栅格或其他图案，如512处所示。在一些实施例中，表面特征510可包括线512和凹槽511的组合，或包括其他以改变倏逝波耦合性能的元件的图案。当表面特征510在耦合端533上方经过时，它们会改变倏逝波耦合，导致与上文图2所描述的边沿501调制强度的方式所类似的对来自输出端535的光的输出强度的调制。
就是说，由于驱动力、惯性力或其组合，表面特征510在平面内来回移动，检测质量块515的移动改变倏逝波耦合507的量，基于表面特征510的移动在耦合端533对倏逝波耦合507的量进行探测。附图5中，图550图示了进入输入端531的光束的输入光功率(PIN)而图552图示了从输出端535离开的光束的输出光功率(POUT)。表面特征510的平面内移动调制光束，导致到达输出端535的光的光强振荡，如552处所示。通过测量离开输出端535的光的频率或周期数，可根据基于时间的光学敏感元件560的输出测量位移的频率或周期数。此外，根据输出强度为低(554)的时间和输出强度为高(553)的时间的比值可确定检测质量块515的横向或平面内位移的振幅。
图6是图示了本公开的一个实施例的方法600的流程图。可使用本文描述的各种前述实施例的一个或多个元件来实施方法600，可与关于附图1-5所描述的任何实施例结合或组合来使用方法600。同样地，关于以上类似命名的元件而在上文提供的公开适用方法600，反之亦然。
方法在610处开始，其中将由光源生成的光束发射到在第一基板中单片制造的集成波导的基于时间的光学敏感元件中，集成波导光学敏感元件包括光学输入端、耦合端和光学输出端。在多个实施例中，可使用LED光源或激光光源(诸如激光二极管)来实施光源。作为本文使用的术语，“集成波导”意指光学敏感元件包括单片地集成在第一基板中的一个或多个波导，第一基板可包括玻璃基板。在一个实施例中，使用三维飞秒激光波导图案化来将这些集成波导元件创建到例如Gorilla GlassTM、PyrexTM或BorofloatTM材料中，由这些材料制成第一基板。可用发光二极管来实施光源，以及可在与第一基板相邻的插入层中制造光源。
方法进行至620，其中通过在光学输出端测量光束的衰减，来探测耦合端和与耦合端隔开一间隙的移动传感器部件之间的重叠面积的改变，其中，移动传感器部件关于包括耦合端的第一基板的表面做平面内移动，且耦合端被定位为探测移动传感器部件的边沿的移动。在一个实施例中，传感器部件是诸如惯性传感器的检测质量块(诸如上文所描述的检测质量块中的任一个)之类的移动传感器部件，其可形成陀螺仪器件层或加速计器件层的一部分。移动传感器部件可方置于一开放空间腔内，其至少部分地提供在第一基板中，在第一基板内，第一检测质量块可具有反应于沿传感器的感测轴施加的惯性力的至少一个运动自由度。由于耦合端和传感器部件之间的重叠，通过感测从耦合端耦合到传感器部件的光量，由集成波导的基于时间的光学敏感元件测量传感器部件的运动。在光学输出端接收的光的衰减的改变指出了移动传感器部件和耦合端之间的重叠面积的改变，该改变可(例如，通过光探测器)被转换成电信号并如上文所述的被处理以生成惯性测量结果。同样地，在一些实施例中，该方法还包括驱动移动传感器部件在平面内振动，使得移动传感器部件的边沿以覆盖和露出耦合端的振荡方式来回移动。由移动传感器部件的运动产生的振荡光学输出可被用来探测平面内位移和/或振动频率(例如，其中移动传感器部件是用于MEMS传感器的检测质量块)和/或如上文讨论的任何器件的平面外位移。
示例实施例
示例1包括用于集成波导的基于时间的光学敏感元件传感器的方法，该方法包括：将由光源生成的光束发射到在第一基板中单片制造的集成波导光学敏感元件中，集成波导光学敏感元件包括光学输入端、耦合端和光学输出端；以及通过在光学输出端测量光束的衰减，来探测耦合端和与耦合端隔开一间隙的移动传感器部件之间的重叠面积的改变，其中，移动传感器部件关于包括耦合端的第一基板的表面做平面内移动，且耦合端被定位为探测移动传感器部件的边沿的移动。
示例2包括示例1的方法，进一步包括：驱动移动传感器部件在平面内振动，使得移动传感器部件的边沿以覆盖和露出耦合端的振荡的方式来回移动。
示例3包括示例1-2中任一个的方法，进一步包括：测量来自光学输出端的振荡光学输出的定时。
示例4包括示例3的方法，进一步包括：基于振荡光学输出，测量移动传感器部件的平面内位移。
示例5包括示例1-4中任一个的方法，进一步包括：基于光学输出端处的光束衰减，来确定传感器部件和耦合端之间的重叠量。
示例6包括示例1-5中任一个的方法，其中移动传感器部件是微机电系统(MEMS)惯性传感器检测质量块。
示例7包括示例1-7中任一个的方法，其中在与第一基板相邻的插入层中制造光源。
示例8包括示例1-7中任一个的方法，其中光源是发光二极管(LED)。
示例9包括示例1-7中任一个的方法，其中光源是激光光源。
示例10包括集成光学读出传感器，该传感器包括：至少第一玻璃基板；在第一玻璃基板中单片制造的且包括光学输入端、耦合端和光学输出端的集成波导光学敏感元件；与耦合端相邻的且具有关于集成波导的耦合端的平面内运动的自由度的移动传感器部件，其中耦合端相对于移动传感器部件的边沿定位，使得随着移动传感器部件的平面内运动，耦合端和移动传感器部件之间的重叠面积发生改变；通过光学输入端将光发射到第一玻璃基板中的光源，其中从耦合端耦合至移动传感器部件的光的部分根据耦合端和移动传感器部件之间的重叠面积；耦合至光学输出端的至少一个光探测器；以及耦合到至少一个光探测器的电子器件，其基于从光学输出端离开的光的光强的衰减来计算测量值，其中衰减至少部分地为重叠面积的函数。
示例11包括示例10的传感器，其中电子器件测量来自光学输出端的振荡光学输出的定时，来探测从耦合端至移动传感器部件的光的耦合量。
示例12包括示例11的传感器，其中电子器件基于振荡光学输出来计算移动传感器部件的平面内位移。
示例13包括示例10-12中任一个的传感器，其中电子器件基于光学输出端处的光束衰减，计算传感器部件和耦合端之间的重叠量。
示例14包括示例10-13中任一个的传感器，其中移动传感器部件是微机电系统(MEMS)惯性传感器检测质量块。
示例15包括示例10-14中任一个的传感器，其中移动传感器部件是微机电系统(MEMS)陀螺仪惯性传感器检测质量块。
示例16包括示例10-15中任一个的传感器，其中移动传感器部件是微机电系统(MEMS)加速计惯性传感器检测质量块。
示例17包括示例10-16中任一个的传感器，其中在与第一基板相邻的插入层中制造光源。
示例18包括示例10-17中任一个的传感器，其中光源是发光二极管(LED)。
示例19包括示例10-17中任一个的传感器，其中光源是激光光源。
虽然本文已图示并描述了具体实施例，但本领域普通技术人员将领会到的是，旨在实现相同目的的任何布置可用来替换所示的具体实施例。本申请意图覆盖本发明的任何改编或变形。因此，显然打算的是本发明仅被权利要求及其等同物限制。

Claims (3)

1.一种用于集成波导的基于时间的光学敏感元件(120)传感器的方法，该方法包括：
将由光源(126)生成的光束发射到在第一基板(110)中单片制造的集成波导光学敏感元件(120)中，集成波导光学敏感元件(120)包括光学输入端(121)、耦合端(123)和光学输出端(125)；以及，
通过在光学输出端(125)处测量光束的衰减，来探测耦合端(123)和与耦合端(123)隔开一间隙的移动传感器部件(116)之间的重叠面积的改变，其中，移动传感器部件(116)关于包括耦合端(123)的第一基板(110)的表面做平面内移动，且耦合端(123)被定位为探测移动传感器部件(116)的边沿(201)的移动；以及
测量来自光学输出端(125)的振荡光学输出的定时。
2.一种集成光学读出传感器，该传感器包括：
至少第一玻璃基板(110)；
在第一玻璃基板(110)中单片制造的且包括光学输入端(121)、耦合端(123)和光学输出端(125)的集成波导光学敏感元件(120)；
与耦合端(123)相邻的且具有关于集成波导的耦合端(123)的平面内运动的自由度的移动传感器部件(116)，其中耦合端(123)相对于移动传感器部件(116)的边沿(201)定位，使得随着移动传感器部件(116)的平面内运动，耦合端(123)和移动传感器部件(116)之间的重叠面积发生改变；
通过光学输入端(121)将光发射到第一玻璃基板(110)中的光源(126)，其中从耦合端(123)耦合至移动传感器部件(116)的光的部分根据耦合端(123)和移动传感器部件(116)之间的重叠面积；
耦合至光学输出端(125)的至少一个光探测器；以及
耦合到至少一个光探测器的电子器件，其基于从光学输出端(125)离开的光的光强的衰减来计算测量值，其中衰减至少部分地为重叠面积的函数，其中电子器件测量来自光学输出端(125)的振荡光学输出的定时，来探测从耦合端(123)至移动传感器部件(116)的光的耦合量。
3.根据权利要求1的方法或权利要求2的传感器，其中移动传感器部件(116)是微机电系统(MEMS)惯性传感器检测质量块。
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Application publication date: 20170111

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