JP6532872B2 - 光学式慣性センサ - Google Patents

光学式慣性センサ Download PDF

Info

Publication number
JP6532872B2
JP6532872B2 JP2016530005A JP2016530005A JP6532872B2 JP 6532872 B2 JP6532872 B2 JP 6532872B2 JP 2016530005 A JP2016530005 A JP 2016530005A JP 2016530005 A JP2016530005 A JP 2016530005A JP 6532872 B2 JP6532872 B2 JP 6532872B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
light beam
waveguides
test mass
mems device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016530005A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017504004A (ja
Inventor
ブラムハヴァル，スラージ
エヌ． ハチソン，デイヴィッド
エヌ． ハチソン，デイヴィッド
ヘック，ジョン
Original Assignee
インテル コーポレイション
インテル コーポレイション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by インテル コーポレイション, インテル コーポレイション filed Critical インテル コーポレイション
Publication of JP2017504004A publication Critical patent/JP2017504004A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6532872B2 publication Critical patent/JP6532872B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/721—Details
    • G01C19/722—Details of the mechanical construction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
    • G01D5/35374—Particular layout of the fiber
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/093—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by photoelectric pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/422—Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements
    • G02B6/4225—Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements by a direct measurement of the degree of coupling, e.g. the amount of light power coupled to the fibre or the opto-electronic element

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

[関連出願への相互参照]
本願は、２０１３年１２月１３日出願の米国特許出願第１４／１０６，１５８号（発明の名称「ＯＰＴＯ−ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＩＮＥＲＴＩＡＬ ＳＥＮＳＯＲ」）の優先権の利益を主張するものである。
本開示の実施形態は概して、光電子工学に関し、より具体的には加速度計及びジャイロスコープ測定のマイクロエレクトロニクスシステムの使用に関する。
ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ）方式センサを含む加速度計やジャイロスコープなどの変位検知デバイスに対する市場の需要や売り上げは、着実に増加してきている。広い範囲のコンシューマーエレクトロニクス、自動車、防衛装備品への慣性ＭＥＭＳセンサの組み込みにより、より小型で、安価で、低電力で、低雑音で、高精度なセンサに対する需要がある。しかし、ミクロスケールの加速度計やジャイロスコープを生産する技術は、その始まりから基本的には変わっていない。加速度計やジャイロスコープに使われる一般的なセンサは、試験質量（ｐｒｏｏｆ−ｍａｓｓ）を含み、試験質量の変位が電子的に、例えばｉｎｔｅｒ−ｄｉｇｉｔａｔｅｄキャパシタプレートを用いて検知される。しかし、従来の静電気検知方式では十分な感度や所望の感度範囲が得られないことがある。
実施形態は、添付した図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、明らかになるだろう。この説明を容易にするため、同じ参照数字は同じ構成要素を示す。添付の図面において、実施形態は、例示として示すものであり、限定としてではない。
本開示の幾つかの実施形態による、慣性変化を検知するＭＥＭＳ検知デバイスの一例を示す模式図である。 本開示の幾つかの実施形態による、試験質量の変位の関数として、伝送される光の強度を表すグラフである。 本開示の幾つかの実施形態による、慣性変化を検知するＭＥＭＳ検知デバイスの一部を示す模式図である。 本開示の幾つかの実施形態による、慣性変化を検知するＭＥＭＳ検知デバイスの他の一実施形態を示す模式図である。 本開示の幾つかの実施形態による、図１の試験質量変位の関数として、光伝送パワーを示すグラフである。 本開示の実施形態による、慣性変化を検知するＭＥＭＳ検知デバイスのさまざまな構成を示す模式図である。 本開示の実施形態による、慣性変化を検知するＭＥＭＳ検知デバイスのさまざまな構成を示す模式図である。 本開示の実施形態による、慣性変化を検知するＭＥＭＳ検知デバイスのさまざまな構成を示す模式図である。 幾つかの実施形態による、ジャイロスコープを含むＭＥＭＳ検知デバイスの構成例を示す図である。 幾つかの実施形態による、外部回転がある又はないときに、ジャイロスコープの検知及び駆動モードを測定するように構成されたジャイロスコープに関する異なるモードにあるＭＥＭＳ検知デバイスの例を示す。 幾つかの実施形態による、外部回転がある又はないときに、ジャイロスコープの検知及び駆動モードを測定するように構成されたジャイロスコープに関する異なるモードにあるＭＥＭＳ検知デバイスの例を示す。 幾つかの実施形態による、外部回転がある又はないときに、ジャイロスコープの検知及び駆動モードを測定するように構成されたジャイロスコープに関する異なるモードにあるＭＥＭＳ検知デバイスの例を示す。 幾つかの実施形態による、外部回転がある又はないときに、ジャイロスコープの検知及び駆動モードを測定するように構成されたジャイロスコープに関する異なるモードにあるＭＥＭＳ検知デバイスの例を示す。 本開示のさまざまな実施形態によるＭＥＭＳ検知デバイスを生産する手順例を示す図である。 幾つかの実施形態による、ＭＥＭＳ検知デバイスの作動方法を示すフロー図である。 幾つかの実施形態による、ＭＥＭＳ検知デバイスを含む計算デバイスの一例を示す図である。
本開示の実施形態は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）による慣性変化を検知する構成及び手法を説明する。以下の説明では、ここに例示した実装の様々な側面を、本技術分野の当業者が他の当業者に自らの業務内容を伝えるときに一般的に用いる用語を用いて説明する。しかし、当業者には言うまでもなく、本開示の実施形態は、説明した側面の一部だけで実施することもできる。例示する実装をよく理解してもらうために、説明のため、具体的な数、材料、構成を記載する。
しかし、当業者には言うまでもなく、本開示の実施形態は、具体的な詳細情報がなくても実施することができる。他の場合には、例示する実装を分かりにくくしないため、周知の特徴は省略または簡略化する。
以下の詳細な説明では、本願の一部を構成する添付した図面を参照する。図中、同じ数字は同じパーツを示し、本開示の主題が実施され得る実施形態を例示するために示されている。言うまでもなく、他の実施形態を用いてもよく、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的または論理的な変更をすることもできる。それゆえ、以下の詳細な説明は、限定的な意味に取ってはならず、実施形態の範囲は添付した請求項とその等価物により確定される。
本開示の目的において、「Ａ及び／またはＢ」は（Ａ）、（Ｂ）、または（ＡかつＢ）を意味する。本開示の目的において、「Ａ、Ｂ、及び／またはＣ」は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（ＡかつＢ）、（ＡかつＣ）、（ＢかつＣ）、または（Ａ、Ｂ、かつＣ）を意味する。
説明は、トップ／ボトム、イン／アウト、上／下などの遠近法的説明をすることがある。このような説明は、説明を容易にするために用いているのであって、ここに説明する実施形態の適用を特定のオリエンテーション（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）に限定しようとするものではない。
説明では、「一実施形態では」または「実施形態では」との語句を用いることがある。これらは一以上の同じまたは異なる実施形態を指す。さらにまた、「有する」、「含む」、「持つ」などの用語は、本開示の実施形態に対して用いるとき、同意である。
「〜と結合した」及びその変化形を用いるかも知れない。「結合した」とは次の意味のうち一つを有する。「結合した（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、２つ以上の要素が物理的または電気的に直接的に接触していることを示している。しかし、「結合した」は、２以上の要素が間接的に互いに接触しているが、互いに協働または相互作用していることを意味してもよいし、その他の一以上の要素が、互いに結合された要素間に結合または接続されていることを意味してもよい。「直接結合した」との用語は２以上の要素が直接接触していることを意味してもよい。
さまざまな実施形態では、「第２のレイヤ上に形成され、デポジットされ、又は配置された第１のレイヤ」との用語は、第１のレイヤが第２のレイヤの上に形成され、デポジットされ、又は配置され、第１のレイヤの少なくとも一部が第２のレイヤの少なくとも一部と、直接的に接触（例えば、直接的に、物理的及び／又は電気的に接触）している、又は間接的に接触（例えば、第１のレイヤと第２のレイヤとの間の一以上の他のレイヤがある）していることを意味してもよい。
ここで用いているように、「モジュール」との用語は、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、プロセッサ（共有、専用、またはグループ）及び／またはメモリ（共有、専用、またはグループ）であって一以上のソフトウェアまたはファームウェアプログラムを実行するもの、組み合わせ論理回路、及び／または説明の機能を提供するその他の好適なコンポーネントを指し、その一部であり、または含む。
図１は、幾つかの実施形態による、慣性変化を検知するＭＥＭＳ検知デバイス１００の一例を示す模式図である。説明を目的として、破線で確定したデバイス１００のセクション１１８を、図１に破線の四角形１１８’内に拡大して示した。実施形態では、デバイス１００は、光ビームを発生するように構成されたレーザ装置１０４（以下、「レーザ１０４」）などの光源を含み得る。レーザ１０４は導波路１０８と結合され、発生した光ビームを導波路１０８に供給するように構成されていてもよい。導波路１０８は代替的にバス導波路とも呼ぶことがあり、レーザ１０４からの光ビームを伝送するように構成されていてもよい。
導波路１０８は導波路１１０と、端面１２０と端面１２２が一直線（ａｌｉｇｎｅｄ）になっていてもよい。図示したように、導波路は片持ち端（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ ｔｉｐｓ）で構成されていてもよく、例えば導波路の先端がフレームと試験質量との間の空間に突き出していてもよい。端面１２０と１２２はギャップ１２４を越えて一直線（ａｌｉｇｎｅｄ）になっていてもよい。ギャップ１２４の距離は、導波路１０８と導波路１１０が端面１２０と１２２を通して光学的に結合しているように構成されていてもよい。かかる構成では、導波路１１０は、レーザ１０４により発生され、導波路１０８を通して伝送される光ビームの少なくとも一部を受け取る。導波路１１０は、１１８’に示し説明したのと同様に、導波路１１２と端面どうしが一直線になっていて、光学的に結合していてもよい。実施形態では、導波路１１２は、検出器１０６と結合されてもよく、導波路１１０との光学的結合を通して受け取った光を、検出器１０６に出力してもよい。検出器１０６は、導波路１１２により検出器１０６に出力される光の量または強度を検出するように構成されていてもよい。
実施形態では、導波路１０８と１１２は、導波路１０８や１１２がデバイス１００に対して動かないように、フレーム１０２に取り付けられていてもよい。導波路１１０は試験質量１１４に取り付けられていてもよい。試験質量１１４は、スプリング１１６などの２以上のスプリング、レッグ（ｌｅｇｓ）、フレクシャ（ｆｌｅｘｕｒｅｓ）によりフレーム１０２に取り付けられていてもよい。実施形態では、スプリングは一方向に変形可能、例えば伸び縮み可能なように構成されていてもよい。この変形可能性により、デバイス１００の慣性変化に応じて、導波路１０８及び１１２に対して、矢印１２６で示したように、試験質量１１４及びその結果、導波路１１０がせん断運動で動き得る。結果として、デバイス１００への慣性変化により光導波路１１０の動きが生じ、導波路１０８との光学的結合を通して導波路１１０に伝送される光の量が増減する。結果として、導波路１１０との光学的結合を通して導波路１１２に伝送される光の強度は増加または減少し得る。導波路１１２を通る光の強度の増減は検出器１０６により検出できる。検出器１０６により検出される増減の大きさを、デバイス１００の動きの大きさを決定に用いることができる。これにより、試験質量のどんな小さな動きでも、またその結果として、デバイス１００のどんな小さな動きでも、非常に敏感に検出できる。実施形態では、導波路の先端は反射防止コーティングでコーティングされ、またはテーパー形成され、公報反射及び損失を低減または最小化するようにしてある。片持ち端（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｔｉｐｓ）を有する導波路としてここでは説明するが、図３を参照して後で説明するようなリブ導波路（ｒｉｂ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を、図示した片持ち導波路の替わりに利用してもよい。
図２は、幾つかの実施形態による、試験質量１１４の変位の関数として、図１の検出器１０６に伝送される光の強度を表すグラフである。図示したように、両方のグラフ２００と２０２の水平軸は、図１のデバイス１００の変位量を示す。両方のグラフの垂直軸は、図１の検出器１０６により検出される光の強度を示す。グラフ２００において、図１の導波路１０８−１１２は、デバイス１００が静止位置（ｒｅｓｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）にあるとき、光の最大強度を伝送するように調整（ａｌｉｇｎｅｄ）されていてもよい。結果として、Ｘ軸に沿ったどちらの方向におけるデバイス１００の動きも、伝送される光強度を低減するように作用し得る。検出器１０６は、光強度のこの減少を検出するように構成され、検出されたこの減少を利用してデバイス１００の動きの大きさを決定する。
他の一実施形態では、グラフ２０２に示したように、導波路１０８−１１２は、デバイスが静止位置にある時、最大光強度より小さい光が伝送されるように調整されてもよい。かかる一実施形態では、慣性変化の方向の決定は、一方向での動きにより少なくとも最初は光強度が増加し、反対方向での動きにより減少するため行い得る。図１の検出器１０６は、光強度のこの変化を検出するように構成されてもよく、検出された変化を利用してデバイス１００の動きの大きさを決定してもよい。
図３は、リブ導波路を用いる幾つかの実施形態による、慣性変化を検知するＭＥＭＳ検知デバイス３００の一部を示す図である。検知デバイス３００は絶縁レイヤ３０８に配置されたリブ導波路３０２を有しても良い。リブ導波路３０２は、リブ導波路３０２に光ビームを供給するように構成されたレーザ（図示せず）と結合されていてもよい。リブ導波路３０２は、ギャップ３０４を越えてリブ導波路３０６と光学的に結合している。リブ導波路３０６は、絶縁レイヤ３１０に配置され、リブ導波路３０６により出力される光強度を検出するように構成された検出器（図示せず）と結合していてもよい。実施形態では、絶縁レイヤ３０８または絶縁レイヤ３１０は、矢印３１２で示したように、せん断運動できるように構成されていてもよい。一絶縁レイヤ（例えば、絶縁レイヤ３０８）がせん断方向に可動である実施形態では、他の絶縁レイヤ（例えば、絶縁レイヤ３１０）はＭＥＭＳ検知デバイスに対して固定されていてもよい。ここではリブ導波路と片持ち導波路を説明しているが、本開示はこれらのタイプの導波路には限定されず、本開示の範囲から逸脱することなく、どんな導波路でも適したものを利用してもよい。さらにまた、一種類の導波路を参照して説明するどの実施形態も、説明した導波路の替わりに他種の導波路を用いことができる。ここで、導波路は片持ち導波路、リブ導波路、または各実施形態に適したその他の導波路を指し得る。
図４は、慣性変化を検知するＭＥＭＳ検知デバイス４００の多重実施形態を示す模式図である。多重的実施形態において、図１のレーザ１０４などのレーザと結合した導波路４０４は、その導波路の一部としてスプリッタ４０６を有しても良い。スプリッタ４０６は、レーザにより導波路の部分４０８−４１２（以下、簡単のため導波路４０８−４１２と言う）に供給された光ビームを分岐するように構成されていてもよい。導波路４０８−４１２は、その端面がそれぞれ導波路４１６−４２０と光学的に結合するように構成されていてもよい。
幾つかの実施形態では、図示したように、一組の導波路（例えば、導波路４０８−４１２）の各導波路間の間隔は、他の組の導波路（例えば、導波路４１６−４２０）の各導波路の間隔よりわずかに（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｌｙ）小さくても又は大きくてもよい。かかる構成により、慣性変化の方向を測定できる。方向性の決定は、光学的に結合した一ペアの導波路（例えば、導波路４１０と４１８）のアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）がはずれた時、光学的に結合した他の一ペアの導波路（例えば、導波路４１２と４２０）がアライメントされることがあるからである。導波路が動いてアライメントされていない状態になると、光学的結合を通して伝送される光の量が減少し、導波路が動いてアライメントされた状態になると、光学的結合を通して伝送される光の量が増加する。これを図５に示したグラフ５００によりデモンストレーションする。実施形態において、導波路４１６−４２０はそれぞれ、個々の導波路４１６−４２０により出力される光の強度を決定するように構成された個々の検出器（図示せず）と結合されていてもよい。片持ち端（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｔｉｐｓ）を有する導波路としてここでは説明するが、図３を参照して上で説明したようなリブ導波路（ｒｉｂ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を、図示した片持ち導波路の替わりに利用してもよい。ここでは、３つの導波路がそれぞれ他の導波路の３つのセグメントと光学的に結合しているように図示したが、デバイスに要求される感度や測定範囲に応じて、いくつの導波路やセグメントを利用してもよい。
図５は、幾つかの実施形態による、図３に示した導波路の試験質量の関数として光学的伝送パワーを示すグラフ５００である。実施形態では、このグラフは、図４の導波路４１６−４２０と結合した個々の検出器に出力され検出された光強度を表す。図から分かるように、グラフ５００の水平軸は、図４のデバイス４００のＸ軸に沿った変位の大きさを示す。グラフ５００の垂直軸は、導波路４１６−４２０に結合した個々の検出器により検出された光の強度を示す。曲線５０２−５０６は、導波路４１６−４２０に結合した個別の検出器により検出された光強度を示す。
曲線５０４で示すように、図４の導波路４１０と４１８はアライメントされ、デバイス４００が静止（または初期）位置にある時、導波路４１８が最大光強度を出力するようになっている。曲線５０２は、デバイス４００が静止位置（ｒｅｓｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）にあるとき、導波路４０８と４１６がアライメントされ、導波路４１６が最大光強度より小さい光強度を出力することを示し、曲線５０６は、導波路４１２と４２０のアライメントに対して同様のことを示している。グラフから分かるように、導波路４１８により出力される光強度が減少すると、デバイス４００の動きの向きに応じて、導波路４１６と４２０により出力される光強度は増加する。結果として、動きの大きさと動きの向きとの両方が、導波路４１６−４２０により出力される光強度の変化を調べることにより、決定され得る。
図６ないし図８は、本開示の実施形態によるＭＥＭＳ検知デバイスの異なる構成を示す模式図である。図６は、スプリング６０６−６１２を介してフレーム６０２に取り付けられたフレーム６０２と試験質量６０４とを有するＭＥＭＳ検知デバイス６００を示す。スプリング６０６−６１２は、矢印６４２の方向の試験質量６０４の動きを制限するように構成されていてもよい。幾つかの実施形態では、デバイス６００は試験質量６０４に取り付けられたレーザ６１４をさらに有する。レーザ６１４の電子リード６３８と６４０は、スプリング６０６及び６０８に取り付けられ、それに沿って取り回されて（ｒｏｕｔｅｄ）いる。レーザ６１４は、導波路スプリッタ６１８に光ビームをルーティング（ｒｏｕｔｉｎｇ）するイニシャル導波路セグメント６１６を有する導波路に結合され、それに光ビームを供給するように構成されていてもよい。導波路スプリッタ６１８は導波路セグメント６２０−６２４の間で光ビームをスプリットする。デバイス６００は、幾つかの実施形態では、フレーム６０２に取り付けられた光検出器６２６−６３０を有する。光検出器６２６−６３０は、それぞれ導波路６３２−６３６と結合されている。光検出器６２６−６３０は、それぞれ導波路６３２−６３６により出力される光量を検出するように構成されていてもよい。デバイス６００は、導波路のセグメント６２０−６２４が導波路６３２−６３６に光学的に結合するように構成されている。かかる構成による動きの検出は、図４及び図５を参照して上で説明したのと同様である。
図７は、スプリング７０６−７１２を介してフレーム７０２に取り付けられたフレーム７０２と試験質量７０４とを有するＭＥＭＳ検知デバイス７００を示す。スプリング７０６−７１２は、矢印７４２の方向の試験質量７０４の動きを制限するように構成されていてもよい。幾つかの実施形態では、デバイス７００は試験質量７０４に取り付けられた光検出器７２６−７３０をさらに有する。光検出器７２６ー７３０の電子リード７３８と７４０は、スプリング７１０−７１２に取り付けられ、それに沿って取り回されて（ｒｏｕｔｅｄ）いてもよい。光検出器７２６−７３０は、それぞれ導波路７３２−７３６と結合されている。光検出器７２６−７３０は、それぞれ導波路７３２−７３６により出力される光量を検出するように構成されていてもよい。デバイス７００は、幾つかの実施形態では、フレーム７０２に取り付けられたレーザ７１４を有する。レーザ７１４は、導波路スプリッタ７１８に光ビームをルーティング（ｒｏｕｔｉｎｇ）するイニシャル導波路セグメント７１６を有する導波路に結合され、それに光ビームを供給するように構成されていてもよい。導波路スプリッタ７１８は導波路セグメント７２０−７２４の間で光ビームをスプリットする。デバイス７００は、導波路のセグメント７２０−７２４が導波路７３２−７３６に光学的に結合するように構成されている。かかる構成による動きの検出は、図４及び図５を参照して上で説明したのと同様である。
図８は、スプリング８０６−８１２を介してフレーム８０２に取り付けられたフレーム８０２と試験質量８０４とを有するＭＥＭＳ検知デバイス８００を示す。スプリング８０６−８１２は、矢印８４２の方向の試験質量８０４の動きを制限するように構成されていてもよい。幾つかの実施形態では、デバイス８００はフレーム８０４に取り付けられた光検出器８２６−８３０をさらに有する。光検出器８２６−８３０は、それぞれ導波路８３２−８３６と結合されている。光検出器８２６−８３０は、それぞれ導波路８３２−８３６により出力される光量を検出するように構成されていてもよい。デバイス８００は、幾つかの実施形態では、フレーム８０２に取り付けられたレーザ８１４を有する。レーザ８１４は、イニシャル導波路セグメント８１６を有する導波路に結合され、それに光ビームを供給するように構成されていてもよい。イニシャル導波路セグメント８１６は、図示したとおり、試験質量８０４に取り付けられ、スプリング８０６に沿ってルーティングされている。イニシャル導波路セグメントは導波路の導波路スプリッタセグメント８１８に光ビームをルーティングしてもよい。導波路スプリッタ８１８は導波路セグメント８２０−８２４の間で光ビームをスプリットする。デバイス８００は、導波路のセグメント８２０−８２４が導波路８３２−８３６に光学的に結合するように構成されている。かかる構成による動きの検出は、図４及び図５を参照して上で説明したのと同様である。
図９は、幾つかの実施形態による、ジャイロスコープを含むＭＥＭＳ検知デバイスの構成例である。検知デバイス９００は、固定フレーム９０４に取り付けられた外部試験質量９０２を含む。試験質量９０２は、図１及び６−８を参照して説明したものと同様の構成であり、図１及び６−８を参照して説明したものと同様の検知デバイス（図７では説明を簡単にするため図示していない）を含んでいても良い。試験質量９０２は、矢印９０８により示された方向に動くよう構成されている（駆動モード）。
デバイス９００は、矢印９０８により示された方向に、例えば駆動モードと垂直に、自由に動く（検知モード）内部試験質量９０６（図１及び６−８を参照して説明したものと同様に構成され、説明を簡単にするため図示していない同様の検知デバイスを含むもの）をさらに含んでいても良い。幾つかの実施形態では、内部試験質量９０６は外部試験質量９０２内に配置されてもよい。他の実施形態では、内部試験質量９０２及び外部試験質量９０６は、慣性力のため別々に配置され、フレーム９０４に取り付けられていてもよい。外部試験質量９０２は、（回転速度を決定するために計算される）コリオリ力を測定可能にするため、例えば「駆動」セットのコムフィンガー（ｃｏｍｂ ｆｉｎｇｅｒｓ）（説明を簡単にするため図示せず）を用いて、所定の駆動周波数「ＧＯ ｄｒｉｖｅ」で励起され得る。
図１０−１３は、外部回転がある場合と無い場合に、ジャイロスコープの検知及び駆動モードを測定するように構成されたジャイロスコープに関する異なるモードのＭＥＭＳ検知デバイス９００、例えば図９を参照して説明したように構成された加速度計１０００、１１００、１２００、及び１３００の例を示す図である。より具体的には、デバイス９００は、外部回転を印加してもしなくても、駆動モードと検知モードを検知するように構成されていてもよい。例えば、デバイス９００は、状態１０００と１１００において外部回転を印加しないで、駆動モード及び検知モードを検知してもよく、状態１２００と１３００において外部回転を印加して、駆動モード及び検知モードを検知してもよい。（紙面内における）外部回転をかけるとき、内部試験質量９０６は、周波数「ωｓｅｎｓｅ」＝「ωｄｒｉｖｅ」で動く。デバイス９００は、数字１００２、１１０２、１２０２、及び１３０２で示された黒い楕円の位置における、状態１０００、１１００、１２００、及び１３００の検知モードまたは駆動モードのいずれかの動きを検出するように構成されていてもよい。
図１４は、本開示のさまざまな実施形態によるＭＥＭＳ検知デバイスを生産する手順例を示す図である。手順１４００において、レーザ１４０８と光検出器１４１０とがシリコンのエピタキシャルレイヤ（シリコン・エピ）１４１２に配置されたチップを供給する。シリコン・エピ１４１２は埋込酸化物（ＢＯＸ）レイヤ１４１４に配置されてもよい。ＢＯＸレイヤ１４１４はシリコン基板１４１６上に配置され得る。実施形態では、フォトマスクレイヤ１４１８ａと１４１８ｂをシリコン・エピ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｅｐｉ）１４１２上に形成し、フォトマスクレイヤ間にギャップを作り、シリコン・エピ１４１２の一部が露出するようにしてもよい。実施形態では、シリコン・エピ１４１２は導波路として機能するように構成されてもよい。
手順１４０２において、シリコン・エピ１４１２の、フォトマスクレイヤ１４１８ａと１４１８ｂとの間のギャップに露出された部分は、ＢＯＸレイヤ１４１４が露出するまで、完全にエッチングされる。結果として、シリコン・エピレイヤは、別々のセクション１４１２ａと１４１２ｂとに分割され、その間にギャップ１４２２を有する。実施形態では、ギャップ１４２２は、１４１２ａと１４１２ｂとが光学的に結合しているように構成されてもよい。また、フォトマスクレイヤ１４２４ａと１４２４ｂをシリコン基板１４１６上に形成し、フォトマスクレイヤ間にギャップを作り、シリコン基板１４１６一部が露出するようにしてもよい。
手順１４０４において、フォトマスクレイヤ１４２４ａと１４２４ｂとの間に露出した、シリコン基板の部分は、例えば、ＢＯＸレイヤ１４１４に届くまで、深反応性イオンエッチングにより、エッチングしてもよい。結果として、シリコン基板１４１６は２つのセクション１４１６ａと１４１６ｂとで形成され、間にギャップ１４２６ができる。手順１４０６において、ＢＯＸレイヤ１４１４は、例えば、フッ化水素（ＨＦ）蒸気エッチングを用いて、ＢＯＸレイヤ１４１４を通してエッチングされた穴を有し、ギャップ１４２８を作り、２つの別々のピース１４３０ａと１４３０ｂが元のチップから形成されるようにしても良い。実施形態では、基板１４１６ａまたは１４１６ｂは、図１または６−８を参照して前に説明したようなフレームの部分であってもよく、シリコン１４１６ｂまたは１４１６ａの２つのセクションのうち他方は、試験質量の一部であってもよい。これにより、２つの別々のピース１４３０ａと１４３０ｂのどちらかがその場所に留まり、２つの別々のピース１４３０ａと１４３０ｂの他方が可動であることになる。
図１５は、幾つかの実施形態による、ＭＥＭＳ検知デバイスの動作を示すプロセスフロー図である。プロセス１５００はブロック１５０２で始まり、第１の導波路に光源が設けられる。実施形態では、第１の導波路は第２の導波路と光学的に結合していてもよい。
ブロック１５０４において、第２の導波路により出力された光の強度変化が検出される。変化は、第１または第２の導波路の相互の変位に応じて生じ得る。上記の通り、変位は、ＭＥＭＳ検知デバイスまたはＭＥＭＳ検知デバイスを含む装置にかかる外部加速の結果として生じても良く、一以上の入力と一以上の出力を有する導波路を含んでもよい。
ブロック１５０６において、ＭＥＭＳ検知デバイス（またはＭＥＭＳ検知デバイスを含む装置）にかかる慣性変化（例えば、外部加速または回転）は、検出される光強度変化に基づいて決定できる。
特許請求される主題の理解に最も役立つように、さまざまな動作が、順次的な複数の離散的な動作として説明される場合がある。しかし、説明の順序は、これらの動作が必ずその順序で行われないことを示唆するものと介してはならない。本開示の実施形態は、必要に応じて構成された好適なハードウェア及び／又はソフトウェアを用いて、システムまたは装置に実行してもよい。
図１６は、幾つかの実施形態による、ＭＥＭＳ検知デバイスを含む計算デバイスの一例を示す図である。図１６は、一実施形態による、システム１６００の一例を示す。該システムは、一以上のプロセッサ１６０４、プロセッサ１６０４の少なくともひとつに結合したシステム制御モジュール１６０８、システム制御モジュール１６０８に結合したシステムメモリ１６１２、システム制御モジュール１６０８に結合した不揮発性メモリ（ＮＶＭ）／ストレージ１６１４、及びシステム制御モジュール１６０８に結合した一以上の通信インタフェース１６２０を含む。
幾つかの実施形態では、システム１６００は、上記のＭＥＭＳ検知デバイス１００、６００、７００、８００、または９００などの慣性検知デバイスを含み、光強度の変化を検出し、システムにかかる外部加速及び／又は回転を計算することを目的とする機能を実行するロジック／モジュール、及び／又はここに説明したその他のモジュールを提供し得る。幾つかの実施形態では、システム１６００は、命令を含む一以上のコンピュータ読み取り可能媒体（例えば、システムメモリまたはＮＶＭ／ストレージ１６１４）と、一以上のコンピュータ読み取り可能媒体と結合し、命令を実行して、ここに説明した光強度変化検出と慣性変化計算のアクションを実行するモジュールを実施するように構成された一以上のプロセッサ（例えば、プロセッサ１６０４）とを含む。
一実施形態において、システム制御ロジック１６０８は、プロセッサ１６０４の少なくとも一つに、及び／またはシステム制御ロジック１６０８と通信する任意の好適なデバイスまたはコンポーネントに、好適なインタフェースを提供する好適なインタフェースコントローラを含む。
システム制御モジュール１６０８は、システムメモリ１６１２にインタフェースを提供するメモリコントローラモジュール１６１０を含み得る。メモリコントローラモジュール１６１０は、ハードウェアモジュール、ソフトウェアモジュール、及び／又はファームウェアモジュールであってもよい。システムメモリ１６１２は、例えばシステム１６００のデータ及び／または命令をロード及び格納するために用いられる。システムメモリ１６１２は、一実施形態では、例えば、ＤＲＡＭなどの好適な揮発性メモリを含んでいてもよい。システム制御モジュール１６０８は、一実施形態では、ＮＶＭ／記憶部１６１４及び通信インタフェース１６２０とのインタフェースを提供する１つ以上の入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラを含む。
ＮＶＭ／記憶部１６１４は、例えばデータ及び／または命令を格納するために用いられる。ＮＶＭ／記憶部１６１４は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを含み、及び／または一以上のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、一以上のコンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ、及び／又は一以上のデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）ドライブなどの好適な不揮発性ストレージデバイスを含み得る。ＮＶＭ／記憶部１６１４は、システム１６００がインストールされているデバイスの物理的に一部である記憶リソースを含み、そのデバイス（必ずしもその一部ではない）によりアクセス可能である。例えば、ＮＶＭ／記憶部１６１４は通信インタフェース１６２０を介してネットワークによりアクセス可能である。
通信インタフェース１６２０は、ネットワークにより、及び／またはその他の好適なデバイスにより通信するインタフェースをシステム１６００に提供する。システム１６００は、一以上の無線ネットワーク標準及び／又はプロトコルにより、その無線ネットワークの一以上のコンポーネントと無線通信できる。
一実施形態では、プロセッサ１６０４のうち少なくとも１つは、システム制御モジュール１６０８の１つ以上のコントローラ、例えば、メモリコントローラモジュール１６１０のロジックとともにパッケージされ得る。一実施形態では、プロセッサ１６０４のうち少なくとも１つは、システム制御モジュール１６０８の１つ以上のコントローラのロジックとともにパッケージされ、システムインパッケージ（ＳｉＰ）を構成し得る。一実施形態では、プロセッサ１６０４のうち少なくとも１つは、システム制御モジュール１６０８の１つ以上のコントローラのロジックと同じダイ（ｄｉｅ）に集積され得る。一実施形態では、プロセッサ１６０４のうち少なくとも１つは、システム制御モジュール１６０８の１つ以上のコントローラのロジックと同じダイ（ｄｉｅ）に集積され、システムオンチップ（ＳｏＣ）を構成し得る。
様々な実施形態において、システム１６００のコンポーネントはより多くても少なくてもよく、及び／またはそのアーキテクチャは異なるものであってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、システム１６００は、カメラ、キーボード、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーン（タッチスクリーンディスプレイを含む）、不揮発性メモリポート、複数のアンテナ、グラフィックスチップ、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、及びスピーカのうち一つ以上を含む。
さまざまな実施形態では、システム１６００は、限定ではないが、携帯型計算デバイス（例えば、ラップトップコンピューティングデバイス、ハンドヘルドコンピューティングデバイス、タブレット、ノートブックなど）、ラップトップ、ノートブック、ウルトラブック、スマートフォン、タブレット、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ウルトラモバイルＰＣ、携帯電話、デスクトップコンピュータ、サーバ、プリンタ、スキャナ、モニター、セットトップボックス、エンターテイメント制御ユニット、デジタルカメラ、携帯型音楽プレーヤ、又はデジタルビデオレコーダを含み得る。さらに別の実施形態では、システム１６００はその他のどんな電子デバイスであってもよい。
ここに説明した実施形態は、次の実施例でさらに例示され得る。実施例１は、微少電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置であって、光ビームを発生するように構成されたレーザ装置と、前記光ビームを受け取り出力するように構成された第１の導波路と、前記第１の導波路と端面同士が実質的にアライメントされた第２の導波路であって、前記実質的にアライメントされた端面を通した光学的結合により前記第１の導波路から前記光ビームの少なくとも一部を受け取るように構成された第２の導波路とを有し、前記第１または第２の導波路は前記装置の慣性変化に応じて可動であるように構成され、前記第１または第２の導波路の動きにより、前記慣性変化の尺度を示す、前記光ビームの一部の光強度に対応する変化が生じる。
実施例２は実施例１の主題を含んでいてもよく、前記光ビームの一部の光強度の変化を検出し、前記慣性変化を決定するように構成された、前記第２の導波路に結合した検出器をさらに有する。
実施例３は実施例１の主題を含んでいてもよく、前記第２の導波路の他の端面に端面同士で実質的にアライメントされた第３の導波路であって、前記第２と第３の導波路の実質的にアライメントされた端面を通した光学的結合を介して前記第２の導波路から前記光ビームの一部の少なくとも一部分を受け取るように構成された第３の導波路をさらに有し、前記第２の導波路は前記第１と第３の導波路の間に浮かぶ試験質量上で、前記第２の導波路の変位を介して可動であるように構成されている。
実施例４は実施例３の主題を含んでいてもよく、前記光ビームの一部の光強度の変化を検出するように構成された、前記第３の導波路に結合した検出器をさらに有する。
実施例５は実施例１の主題を含んでいてもよく、前記第１の導波路は、複数の端面で、前記光ビームの一部を出力するように構成され、前記第２の導波路は、対応する複数の端面の一つであり、対応する複数の端面の個々の導波路は前記第１の導波路の端面と端面同士が実質的にアライメントされており、対応する複数の導波路は前記第１の導波路の端面との光学的結合を介して、前記光ビームの一部を受け取るように構成されている。
実施例６は実施例５の主題を含んでいてもよく、前記第１または第２の導波路を可動に構成するステップはさらに、前記第１の導波路または対応する複数の導波路の複数の端面をそれぞれ可動に構成するステップをさらに含む。
実施例７は実施例６の主題を含んでいてもよく、対応する複数の導波路は、前記光ビームの一部の光強度の変化を検出し、前記慣性変化を決定するように構成された検出器に結合されている。
実施例８は実施例７の主題を含んでいてもよく、前記光ビームを出力するように構成された複数の端面は、対応する複数の導波路の端面の間の間隔より、わずかに近いまたは遠い。
実施例９は実施例８の主題を含んでいてもよく、前記第１のまたは対応する複数の導波路の複数の端面の動きにより、前記個別の導波路の一つにより受け取られる光ビームの一部の光強度が減少し、及び前記個別の導波路の他の一つにより受け取られる光ビームの一部の光強度が増加する。
実施例１０は実施例９の主題を含んでいてもよく、前記個別の導波路の一つは前記個別の導波路の他の一つに隣接している。
実施例１１は実施例１０の主題を含んでいてもよく、前記個別の導波路の他の一つにより受け取られる光強度の増加は、前記装置の慣性変化の方向を示す。
実施例１２は実施例１の主題を含んでいてもよく、試験質量構造が前記フレームに対して少なくとも一方向で可動であるように、フレームに可動に取り付けられた試験質量構造をさらに有し、前記第１または第２の導波路の少なくとも一部は前記第１の試験質量構造上に配置され、前記試験質量構造の動きにより、前記第１の導波路と第２の導波路の端面同士のアライメントが変化する。
実施例１３は実施例１２の主題を含んでいてもよく、前記試験質量は少なくとも２つのすプレイングにより前記フレームに取り付けられている。
実施例１４は実施例１２の主題を含んでいてもよく、前記フレームの外部加速により前記試験質量が動く。
実施例１５は実施例１４の主題を含んでいてもよく、前記装置は加速度計を有する。
実施例１６は実施例１２−１４のいずれかの主題を含んでいてもよく、前記装置は第１のアセンブリを有し、前記装置は第２のアセンブリをさらに含み、前記第２のアセンブリは、 第２の光ビームを受け取り出力するように構成された第３の導波路と、前記第３の導波路と端面同士が実質的にアライメントされた第４の導波路であって、前記実質的にアライメントされた端面を通した光学的結合により前記第３の導波路から前記光ビームの少なくとも一部を受け取るように構成された第４の導波路とを有し、前記第３または第４の導波路は、前記装置の他の慣性変化に応じて可動に構成され、前記第３または第４の導波路の動きにより、前記他の慣性変化の尺度を示す前記第２の光ビームの一部の光強度が対応して変化する。
実施例１７は実施例１６の主題を含んでいてもよく、前記試験質量構造は第１の試験質量構造であり、前記第４の導波路は第２の試験質量構造上に配置されている、前記第２の試験質量構造の動きにより、前記第１の導波路と第２の導波路の端面同士のアライメントが変化する。
実施例１８は実施例１７の主題を含んでいてもよく、前記第２の試験質量構造は前記フレームに可動に取り付けられ、前記試験質量構造が前記フレームに対して少なくとも他の方向で可動であるようになり、前記他の方向は前記少なくとも一方向と垂直である。
実施例１９は実施例１８の主題を含んでいてもよく、前記フレームの外部回転により前記第２の試験質量構造が動く。
実施例２０は実施例１９の主題を含んでいてもよく、前記第２の試験質量は前記第１の試験質量上に配置されている。
実施例２１は実施例１６の主題を含んでいてもよく、前記装置はジャイロスコープを有する。
実施例２２は、装置における慣性変化を検出する方法であって、該方法は、装置の光源発生ユニットが、第１の導波路に光ビームを供給するステップであって、前記第１の導波路は第２の導波路の端面に光学的に結合され、前記第２の導波路に前記光ビームの少なくとも一部を伝送させる導波路を有する、前記第１または第２の導波路は前記装置の慣性変化に応じて可動であるステップと、前記装置の検出モジュールが、前記装置の慣性変化に応じて、前記第２の導波路により伝送される前記光ビームの一部の光強度の変化を検出するステップであって、前記変化は前記第２と第１の導波路に対する前記第１または第２の導波路の動きにより生じ、前記変化は前記装置の慣性変化の尺度を示す。
実施例２３は実施例２２の主題を含んでいてもよく、前記慣性変化は前記装置の外部回転または加速のうち少なくとも一方を含む。
実施例２４は計算デバイスであって、該計算デバイスは、プロセッサと、前記プロセッサに結合した微少電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置であって、前記ＭＥＭＳ装置は、光ビームを発生するように構成されたレーザ装置と、前記光ビームを受け取り出力するように構成された第１の導波路と、前記第１の導波路と端面同士が実質的にアライメントされた第２の導波路であって、前記実質的にアライメントされた端面を通した光学的結合により前記第１の導波路から前記光ビームの少なくとも一部を受け取るように構成された第２の導波路とを有し、前記第１または第２の導波路は前記計算デバイスの慣性変化に応じて可動であるように構成され、前記第１のまたは第２の導波路の動きにより前記光ビームの位置の光強度が変化し、前記第２の導波路と結合し、前記光ビームの一部の光強度饒辺かを検出し、前記プロセッサに、光強度の尺度を示す信号を出力するように構成された検出器とを有し、前記プロセッサは、前記信号に基づき前記計算デバイスの慣性変化を決定するように構成されている。
実施例２５は実施例２４の主題を含んでいてもよく、前記計算デバイスは、ラップトップ、ネットブック、ノートブック、ウルトラブック、スマートフォン、タブレット、またはパーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）よりなるグループから選択されたモバイル計算デバイスである。
さまざまな実施形態は、上記の実施形態の任意の好適な組み合わせを含んでいてもよく、上記の結合形式（ａｎｄ）で説明した（例えば、「ａｎｄ」は「ａｎｄ／ｏｒ」であってもよい）実施形態の代替的（ｏｒ）実施形態を含む。さらに、幾つかの実施形態は、実行された時、上記の実施形態のいずれかを実行する命令を記憶した一以上の製品（例えば、非一時的コンピュータ読み取り可能媒体）を含み得る。さらに、幾つかの実施形態は、上記の実施形態の様々な動作を実行する任意の好適な手段を有する装置またはシステムを含み得る。
上記の例示した実施形態の説明は、要約に記載したものも含め、網羅的なものではなく、本開示の実施形態を開示の詳細な形式に限定するものでもない。例示を目的として具体的な実施形態と実施例をここに説明したが、当業者には言うまでもなく、本開示の範囲内でさまざまな等価な修正が可能である。
これらの修正は上記の詳細な説明を考慮して、本開示の実施形態に対してできる。以下の特許請求の範囲で用いる用語は、本開示のさまざまな実施形態を、明細書及び請求項に開示した具体的な実施形態に限定するものと解してはならない。むしろ、範囲は全体的に以下の特許請求の範囲により決定され、請求項の解釈について確立された減速に従って解釈されるべきである。

Claims (23)

  1. 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置であって、
    光ビームを発生するように構成されたレーザ装置と、
    前記光ビームを受け取り出力するように構成された第１の導波路と、
    前記第１の導波路と端面同士が実質的にアライメントされた第２の導波路であって、前記実質的にアライメントされた端面を通した光学的結合により前記第１の導波路から前記光ビームの少なくとも一部を受け取るように構成された第２の導波路と、
    前記光ビームの一部の光強度の変化を検出するように構成された、前記第２の導波路に結合した検出器とを有し、
    前記第１または第２の導波路は前記ＭＥＭＳ装置の慣性変化に応じて可動であるように構成され、
    前記検出器は、前記第１または第２の導波路の動きにより、前記慣性変化の尺度を示す、前記光ビームの一部の光強度に対応する変化を決定し、
    試験質量がフレームに対して少なくとも一方向で可動であり、
    前記レーザ装置または検出器のうちいずれか一方は前記試験質量に取り付けられている、
    ＭＥＭＳ装置。
  2. 前記レーザ装置が前記試験質量に取り付けられている場合、前記レーザ装置の電子リードは前記試験質量を前記フレームに結合する結合手段に沿って取り回され、
    前記検出器が前記試験質量に取り付けられている場合、前記検出器の電子リードは前記結合手段に沿って取り回される、
    請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
  3. 前記第１の導波路は、複数の端面で、前記光ビームの一部を出力するように構成され、前記第２の導波路は、対応する複数の端面の一つを有し、対応する複数の第２の導波路の端面は前記第１の導波路の端面との光学的結合を介して、前記光ビームの一部を受け取るように構成されている、
    請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
  4. 前記第１の導波路または対応する複数の第２の導波路の複数の端面はそれぞれ可動に構成されている、
    請求項３に記載のＭＥＭＳ装置。
  5. 対応する複数の第２の導波路は、前記光ビームの一部の光強度の変化を検出し、前記慣性変化を決定するように構成された検出器に結合されている、
    請求項４に記載のＭＥＭＳ装置。
  6. 前記光ビームを出力するように構成された複数の端面の間の間隔は、対応する複数の第２の導波路の端面の間の間隔より、わずかに近いまたは遠い、
    請求項５に記載のＭＥＭＳ装置。
  7. 前記第１の導波路または対応する複数の第２の導波路の複数の端面の動きにより、個々の第２の導波路の一つにより受け取られる光ビームの一部の光強度が減少し、及び前記個々の第２の導波路の他の一つにより受け取られる光ビームの一部の光強度が増加する、
    請求項６に記載のＭＥＭＳ装置。
  8. 前記個々の第２の導波路の一つは前記個々の第２の導波路の他の一つに隣接している、
    請求項７に記載のＭＥＭＳ装置。
  9. 前記個々の第２の導波路の他の一つにより受け取られる光強度の増加は、前記ＭＥＭＳ装置の慣性変化の方向を示す、請求項８に記載のＭＥＭＳ装置。
  10. 前記試験質量は第１の試験質量であり、
    前記第１または第２の導波路の少なくとも一部は前記第１の試験質量上に配置され、
    前記第１の試験質量の動きにより、前記第１の導波路と第２の導波路の端面同士のアライメントが変化する、
    請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
  11. 前記第１の試験質量は少なくとも２つのスプリングにより前記フレームに取り付けられている、
    請求項１０に記載のＭＥＭＳ装置。
  12. 前記フレームの外部加速により前記第１の試験質量が動く、
    請求項１０に記載のＭＥＭＳ装置。
  13. 前記ＭＥＭＳ装置は加速度計を有する、
    請求項１２に記載のＭＥＭＳ装置。
  14. 第２の光ビームを受け取り出力するように構成された第３の導波路と、
    前記第３の導波路と端面同士が実質的にアライメントされた第４の導波路であって、前記実質的にアライメントされた端面を通した光学的結合により前記第３の導波路から前記第２の光ビームの少なくとも一部を受け取るように構成された第４の導波路とを有し、
    前記第３または第４の導波路は、前記ＭＥＭＳ装置の他の慣性変化に応じて可動に構成され、前記第３または第４の導波路の動きにより、前記他の慣性変化の尺度を示す前記第２の光ビームの一部の光強度が対応して変化する、
    請求項１０ないし１２いずれか一項に記載のＭＥＭＳ装置。
  15. 前記第４の導波路は第２の試験質量上に配置されている、
    前記第２の試験質量の動きにより、前記第３の導波路と第４の導波路の端面同士のアライメントが変化する、
    請求項１４に記載のＭＥＭＳ装置。
  16. 前記第２の試験質量は前記フレームに可動に取り付けられ、前記第２の試験質量が前記フレームに対して少なくとも他の方向で可動であるようになり、前記他の方向は前記少なくとも一方向と垂直である、
    請求項１５に記載のＭＥＭＳ装置。
  17. 前記フレームの外部回転により前記第２の試験質量が動く、請求項１６に記載のＭＥＭＳ装置。
  18. 前記第２の試験質量は前記第１の試験質量上に配置されている、
    請求項１７に記載のＭＥＭＳ装置。
  19. 前記ＭＥＭＳ装置はジャイロスコープを有する、
    請求項１４に記載のＭＥＭＳ装置。
  20. 装置における慣性変化を検出する方法であって、
    装置の光ビームを発生する光源が、第１の導波路に光ビームを供給するステップであって、前記第１の導波路と第２の導波路とは端面同士が実質的にアライメントされ、前記実質的にアライメントされた端面を通した光学的結合により前記第１の導波路から前記第２の導波路に前記光ビームの少なくとも一部を伝送させ、前記第１または第２の導波路は前記装置の慣性変化に応じて可動であるステップと、
    前記装置の検出モジュールが、前記装置の慣性変化に応じて、前記第２の導波路により伝送される前記光ビームの一部の光強度の変化を検出するステップであって、前記変化は前記第２または第１の導波路に対する前記第１または第２の導波路の動きにより生じ、前記変化は前記装置の慣性変化の尺度を示す、ステップとを含み、
    試験質量がフレームに対して少なくとも一方向で可動であり、
    前記光ビームを発生する光源または前記検出モジュールのうちいずれか一方は前記試験質量に取り付けられている、
    方法。
  21. 前記慣性変化は前記装置の外部回転または加速のうち少なくとも一方を含む、
    請求項２０に記載の方法。
  22. 計算デバイスであって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサに結合した微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置とを有し、
    前記ＭＥＭＳ装置は、
    光ビームを発生するように構成されたレーザ装置と、
    前記光ビームを受け取り出力するように構成された第１の導波路と、
    前記第１の導波路と端面同士が実質的にアライメントされた第２の導波路であって、前記実質的にアライメントされた端面を通した光学的結合により前記第１の導波路から前記光ビームの少なくとも一部を受け取るように構成された第２の導波路と、
    前記光ビームの一部の光強度の変化を検出し、前記プロセッサに光強度の尺度を示す信号を出力するように構成された、前記第２の導波路に結合した検出器とを有し、
    前記第１または第２の導波路は前記計算デバイスの慣性変化に応じて可動であるように構成され、
    前記検出器は、前記第１のまたは第２の導波路の動きにより、前記光ビームの一部の光強度の変化を決定し、
    前記プロセッサは、前記信号に基づき前記計算デバイスの慣性変化を決定するように構成され、
    試験質量がフレームに対して少なくとも一方向で可動であり、
    前記レーザ装置または検出器のうちいずれか一方は前記試験質量に取り付けられている、
    計算デバイス。
  23. 前記計算デバイスは、ラップトップ、ネットブック、ノートブック、ウルトラブック、スマートフォン、タブレット、またはパーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）よりなるグループから選択されたモバイル計算デバイスである、
    請求項２２に記載の計算デバイス。
JP2016530005A 2013-12-13 2014-11-20 光学式慣性センサ Active JP6532872B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/106,158 US9778042B2 (en) 2013-12-13 2013-12-13 Opto-mechanical inertial sensor
US14/106,158 2013-12-13
PCT/US2014/066702 WO2015088738A1 (en) 2013-12-13 2014-11-20 Opto-mechanical inertial sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017504004A JP2017504004A (ja) 2017-02-02
JP6532872B2 true JP6532872B2 (ja) 2019-06-19

Family

ID=53371683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016530005A Active JP6532872B2 (ja) 2013-12-13 2014-11-20 光学式慣性センサ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9778042B2 (ja)
JP (1) JP6532872B2 (ja)
CN (1) CN106164679B (ja)
TW (1) TWI524072B (ja)
WO (1) WO2015088738A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10024656B2 (en) 2015-04-29 2018-07-17 Honeywell International Inc. System and methods for highly integrated optical readout MEMS sensors
US9803979B2 (en) * 2015-06-26 2017-10-31 Honeywell International Inc. Systems and methods for a time-based optical pickoff for MEMS sensors
US20180031599A1 (en) * 2016-07-27 2018-02-01 Khalifa University of Science and Technology Optically enabled micro-disk inertia sensor
US10488429B2 (en) * 2017-02-28 2019-11-26 General Electric Company Resonant opto-mechanical accelerometer for use in navigation grade environments
US10976338B2 (en) * 2017-09-11 2021-04-13 Optilab, Llc Apparatus and method for sensing acceleration or force using fiber Bragg grating (FBG)
US10830787B2 (en) 2018-02-20 2020-11-10 General Electric Company Optical accelerometers for use in navigation grade environments
GB2572641B (en) * 2018-04-06 2021-06-02 Rockley Photonics Ltd Optoelectronic device and array thereof
US11965905B2 (en) * 2021-12-22 2024-04-23 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Electronic module including optical motion sensor

Family Cites Families (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4428234A (en) * 1982-03-25 1984-01-31 Walker Clifford G Phase detection laser accelerometer
US4422331A (en) * 1982-04-02 1983-12-27 Walker Clifford G Phase modulator laser accelerometer
US4900918A (en) 1987-08-06 1990-02-13 Allied-Signal Inc. Resonant fiber optic accelerometer with noise reduction using a closed loop feedback to vary pathlength
JPH04279867A (ja) * 1991-03-08 1992-10-05 Tokai Rika Co Ltd 三次元加速度センサ
DE4136510A1 (de) 1991-11-06 1993-05-13 Battelle Institut E V Beschleunigungssensor
US5367584A (en) 1993-10-27 1994-11-22 General Electric Company Integrated microelectromechanical polymeric photonic switching arrays
FR2726905B1 (fr) * 1994-11-10 1996-12-06 Commissariat Energie Atomique Dispositif de compensation des deformations d'une partie d'un systeme optomecanique ou micromecanique
IL111913A (en) * 1994-12-07 1997-07-13 Phone Or Ltd Sensor and a method for measuring distances to, and/or physical properties of, a medium
JPH08285709A (ja) * 1995-04-14 1996-11-01 N T T Lease Kk 光ファイバ変位センサ
FR2748578B1 (fr) 1996-05-10 1998-05-29 Commissariat Energie Atomique Dispositif optomecanique et application a des capteurs en optique integree
JPH1163939A (ja) * 1997-08-26 1999-03-05 Haruo Ishikawa 光ファイバを用いた変位検出方法及び装置
IL130045A0 (en) 1999-05-19 2000-02-29 Univ Ramot Micromachined displacement sensors and actuators
EP1083429A3 (en) 1999-09-10 2002-01-23 Nerak SA Fiber optic micromechanical sensor with modulating shutter
DE60030268T2 (de) * 2000-07-10 2007-03-29 Infineon Technologies Sensonor As Beschleunigungssensor
US6807331B2 (en) 2000-09-19 2004-10-19 Newport Opticom, Inc. Structures that correct for thermal distortion in an optical device formed of thermally dissimilar materials
US6856712B2 (en) 2000-11-27 2005-02-15 University Of Washington Micro-fabricated optical waveguide for use in scanning fiber displays and scanned fiber image acquisition
DE60234992D1 (de) 2001-02-06 2010-02-25 Optoplan As Hochempfindlicher transversaler beschleunigungsaufnehmer
JP2002250885A (ja) 2001-02-26 2002-09-06 Minolta Co Ltd 導波路光源装置および当該装置を備えた画像形成装置
US6668111B2 (en) 2001-06-28 2003-12-23 The Charles Stark Draper Laboratory Optical microcavity resonator sensor
US7149378B2 (en) 2002-02-22 2006-12-12 Lucent Technologies Inc. Monolithic waveguide/MEMS switch
KR100461787B1 (ko) 2002-04-10 2004-12-14 학교법인 포항공과대학교 Ｍｅｍｓ 기술을 이용한 가속도센서 및 그 제조방법
US6718823B2 (en) * 2002-04-30 2004-04-13 Honeywell International Inc. Pulse width modulation drive signal for a MEMS gyroscope
WO2004074167A2 (en) 2003-02-20 2004-09-02 Technion Research & Development Foundation Ltd. A device and method for stacked multi-level uncoupled electrostatic actuators
GB0305857D0 (en) 2003-03-14 2003-04-16 Europ Technology For Business Accelerometers
US7633988B2 (en) 2003-07-31 2009-12-15 Jds Uniphase Corporation Tunable laser source with monolithically integrated interferometric optical modulator
US6938334B2 (en) 2003-10-31 2005-09-06 Honeywell International, Inc. Vibrating beam accelerometer two-wafer fabrication process
JP4272115B2 (ja) 2004-06-03 2009-06-03 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 加速度センサ及びその製造方法
JP2006064977A (ja) 2004-08-26 2006-03-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光デバイス、センサ、光学素子
US7400797B2 (en) 2004-10-06 2008-07-15 Corning Incorporated Transverse closed-loop resonator
US7466424B2 (en) 2004-11-17 2008-12-16 Ramot At Tel Aviv University Ltd. Displacement sensor based on photonic crystal waveguides
US7518731B2 (en) 2005-02-01 2009-04-14 Chian Chiu Li Interferometric MOEMS sensor
US7613367B2 (en) * 2005-03-02 2009-11-03 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Optical sensor and modulator
WO2006103490A1 (en) * 2005-03-30 2006-10-05 Nokia Corporation An antenna
WO2006106458A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multi-axis accelerometer with magnetic field detectors
US7958782B2 (en) 2005-04-08 2011-06-14 Nxp B.V. Device with a magnetic sensor arrangement for detecting acceleration
WO2006106454A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. A device with a sensor arrangement
JP4622645B2 (ja) * 2005-04-15 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 電池装置およびこれを備える内燃機関装置並びに車両
TWI265277B (en) 2005-05-11 2006-11-01 Ind Tech Res Inst Integrated fiber optic gyro sensing device
CN100340859C (zh) 2005-09-26 2007-10-03 西安交通大学 基于菲涅尔衍射微透镜的光学加速度传感器
DE102007017209B4 (de) * 2007-04-05 2014-02-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanischer Inertialsensor zur Messung von Drehraten
CN101960252B (zh) 2008-03-04 2013-07-31 惠普发展公司，有限责任合伙企业 采用导模谐振的角传感器、系统
CN101482575B (zh) 2009-02-23 2011-02-09 东南大学 一种悬臂梁结构的谐振式集成光波导加速度计
US8542365B2 (en) 2009-03-23 2013-09-24 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Optical MEMS chemical sensor array
US8922780B2 (en) 2009-05-14 2014-12-30 Andover Photonics, Inc. Shape measurement using microchip based fringe projection
JP2012528335A (ja) 2009-05-27 2012-11-12 キング アブドゥーラ ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジー 面外サスペンション方式を使用するｍｅｍｓ質量−バネ−ダンパシステム
US20110179870A1 (en) 2010-01-25 2011-07-28 Chun-Kai Chan Dual-axis acceleration detection element
US20120218556A1 (en) * 2011-02-25 2012-08-30 University Of Western Australia Optical cantilever based analyte detection
US9528829B2 (en) * 2011-07-14 2016-12-27 Cornell University Gyroscopes based on optomechanical sensing
GB2493585B (en) 2011-08-11 2013-08-14 Ibm Scanning probe microscopy cantilever comprising an electromagnetic sensor
WO2013052953A1 (en) 2011-10-08 2013-04-11 Cornell University Optomechanical sensors based on coupling between two optical cavities
GB2512522B (en) * 2011-12-23 2018-05-16 Intel Corp Integrated silicon optomechanical gyroscopes (OMGS)

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015088738A1 (en) 2015-06-18
CN106164679B (zh) 2020-12-11
TW201531706A (zh) 2015-08-16
CN106164679A (zh) 2016-11-23
JP2017504004A (ja) 2017-02-02
US9778042B2 (en) 2017-10-03
US20160195397A1 (en) 2016-07-07
TWI524072B (zh) 2016-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6532872B2 (ja) 光学式慣性センサ
CN105849569B (zh) 用于加速度测量和陀螺测量的光电机械传感器
KR101844813B1 (ko) 가속도 측정 및 자이로스코피를 위한 광학 기계 센서
US8726730B1 (en) Optically transduced MEMS gyro device
US9618531B2 (en) Optomechanical accelerometer
EP3872538A2 (en) Meta-optical device and electronic apparatus including the same
EP3080618B1 (en) Optomechanical inertial sensor
US11579166B1 (en) Resonant accelerometer
WO2022093815A1 (en) Optical gyroscope with weak measurement amplification readout
US11333679B1 (en) Electrostatically softened accelerometer spring
Lee et al. Dynamic micro-air-bubble drifted in a liquid core fiber Fabry-Pérot interferometer for directional fiber-optic level meter
JP6082028B2 (ja) 加速度計における改良
JP2011209575A (ja) 可変分光素子
Hao et al. Improved MEMS piezoelectric vibratory stage with reduced off-axis error
Rombach et al. Low power and highly precise closed-loop driving circuits for piezoelectric micromirrors with embedded capacitive position sensors
KR20220007004A (ko) 위상 변조기 및 이를 포함하는 위상 변조기 어레이
JP2008096672A (ja) 光スイッチ

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170614

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20171017

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180219

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20180226

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20180427

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190219

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190522

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6532872

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250