KR101835676B1 - 가속도 측정 및 자이로스코피를 위한 광학 기계 센서 - Google Patents

가속도 측정 및 자이로스코피를 위한 광학 기계 센서 Download PDF

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Abstract

본 개시의 실시형태는, 디바이스에 인가되는 관성 변화를 결정하도록 구성되는 MEMS에 대한 기술 및 구성을 대상으로 한다. 하나의 예에서, 디바이스는 공진 파장을 갖는 광 빔을 생성하도록 구성되는 레이저 장치, 광 빔을 수신 및 출력하도록 구성되는 도파관, 및 변형가능한 폐루프를 포함하며 광 빔의 한 부분을 수신하기 위해 도파관에 광학적으로 커플링되는 광학 공진기를 포함할 수도 있다. 광학 공진기의 변형은 광학 공진기를 통해 이동하는 광 빔의 한 부분의 광학 경로 길이의 변화로 귀결되어, 도파관에 의해 출력되는 광 빔의 공진 파장에서의 변화를 발생시킨다. 다른 실시형태가 설명되고/되거나 청구될 수도 있다.

Description

가속도 측정 및 자이로스코피를 위한 광학 기계 센서{OPTOMECHANICAL SENSOR FOR ACCELEROMETRY AND GYROSCOPY}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2013년 12월 13일자로 출원된 발명의 명칭이 "OPTOMECHANICAL SENSOR FOR ACCELEROMETRY AND GYROSCOPY"인 미국 출원 제14/106,245호에 대한 우선권을 주장한다.
분야
본 개시의 실시형태는, 일반적으로, 광전자 공학(opto-electronics)의 분야에 관한 것으로, 특히, 가속도 측정(accelerometry) 및 자이로스코피(gyroscopy)를 위한 마이크로 전자 시스템을 사용하는 것에 관한 것이다.
변위 감지 디바이스, 예컨대 마이크로 전자 시스템(micro-electronic systems; MEMS) 기반의 센서를 포함하는 가속도에 대한 시장 수요 및 수익은 꾸준히 증가해 오고 있다. 광범위한 가전제품, 자동차 및 방위 애플리케이션(defense application)으로의 관성(inertial) MEMS 센서의 통합은, 더 소형의, 더 저렴한, 더 낮은 전력의, 더 낮은 노이즈의 그리고 더 정확한 센서에 대한 필요성을 대두시키고 있다. 마이크로 스케일의 가속도계 및 유사한 감지 디바이스를 제조하기 위한 기술은, 수년 전 그들의 개시 이후 본질적으로 변하지 않고 유지되고 있다. 가속도계에서의 통상적인 센서는, 검증 질량체 변위(proof-mass displacement)가, 예를 들면, 맞물린 커패시터 플레이트(inter-digitated capacitor plate)를 사용하여 전기적으로 감지되는 가동의 검증 질량체(movable proof-mass)를 포함할 수도 있다. 그러나, 전통적인 정전식 감지(electrostatic sensing)는 온칩 센서, 레이저, 및 검출기의 스케일러블 생산(scalable production)을 허용하지 않을 수도 있고, 충분한 감도 또는 바람직한 감도 범위를 제공하지 않을 수도 있다.
실시형태는 첨부의 도면과 연계한 하기의 상세한 설명에 의해 쉽게 이해될 것이다. 이 설명을 용이하게 하기 위해, 동일한 도면 부호는 동일한 구조적 엘리먼트를 가리킨다. 실시형태는 첨부의 도면에서 제한으로서가 아니라 예로서 예시된다.
도 1 및 도 2는, 몇몇 실시형태에 따른, 관성 변화를 감지하기 위한 예시적인 MEMS 감지 디바이스를 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 3은, 몇몇 실시형태에 따른, 광 신호 파워 출력을, 도 1 및 도 2의 MEMS 감지 디바이스의 광 신호 파장의 함수로서 예시하는 예시적인 그래프이다.
도 4는 점선에 의해 나타내어진 도 3의 그래프의 일부의 확대도이다.
도 5는, 몇몇 실시형태에 따른, 디바이스의 제조의 여러 단계에서의 도 1의 예시적인 감지 디바이스의 사시도 및 단면도를 개략적으로 예시한다.
도 6 내지 도 10은, 몇몇 실시형태에 따른, 도 1의 것과 유사한 감지 디바이스의 다양한 예를 개략적으로 예시한다.
도 11 및 도 12는, 몇몇 실시형태에 따른, 도 2의 디바이스와 유사한 그리고 광학 공진기에 부착된 추가적인 검증 질량체를 포함하는 감지 디바이스의 다양한 뷰를 개략적으로 예시한다.
도 14 내지 도 17은, 몇몇 실시형태에 따른, 자이로스코프에 관련이 있는 상이한 모드에서의 예시적인 MEMS 감지 디바이스를 예시한다.
도 18은, 몇몇 실시형태에 따른, MEMS 감지 디바이스를 동작시키는 방법에 대한 흐름도를 개략적으로 예시한다.
도 19는, 몇몇 실시형태에 따른, MEMS 감지 디바이스를 포함하는 예시적인 컴퓨팅 디바이스를 개략적으로 예시한다.
본 개시의 실시형태는, 관성 변화를 감지하기 위한 예시적인 MEMS 감지 디바이스를 제공하기 위한 기술 및 구성을 설명한다. 하기의 설명에서, 예시적인 구현예의 다양한 양태는, 기술분야의 숙련된 자가 그들의 연구를 기술분야의 다른 숙련된 자에게 전달하기 위해 공통적으로 활용하는 용어를 사용하여 설명될 것이다. 그러나, 본 개시의 실시형태가 설명된 양태 중 일부만을 가지고 실시될 수도 있다는 것이, 기술분야에서 숙련된 자에게는 명확할 것이다. 설명의 목적으로, 예시적인 구현예의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 수, 재료, 및 구성이 제시된다. 그러나, 본 개시의 실시형태가 특정 상세 없이 실시될 수도 있다는 것이, 기술분야에서 숙련된 자에게는 명확할 것이다. 다른 경우에서, 널리 공지된 피쳐는, 예시적인 구현예를 모호하게 하지 않기 위해, 생략되거나 또는 간략화된다.
하기의 상세한 설명에서는, 본원의 일부를 형성하는 첨부의 도면을 참조하는데, 첨부의 도면에서, 동일한 도면 부호는 전체에 걸쳐 동일한 부분을 가리키며, 본 개시의 주제가 실시될 수도 있는 실시형태가 예시로서 도시된다. 다른 실시형태가 활용될 수도 있으며 구조적 또는 논리적 변경예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적 의미로서 이해되어선 안되며, 실시형태의 범위는 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 정의된다.
본 개시의 목적을 위해, 어구 "A 및/또는 B"는 (A), (B), 또는 (A 및 B)를 의미한다. 본 개시의 목적을 위해, 어구 "A, B, 및/또는 C"는 (A), (B), (C), (A 및 B), (A 및 C), (B 및 C), 또는 (A, B 및 C)를 의미한다.
설명은, 상/하, 안/밖, 위/아래 등등과 같은 시점 기반의 설명(perspective-based description)을 사용할 수도 있다. 이러한 설명은 단지 논의를 용이하게 하기 위해 사용되며 본원에서 설명되는 실시형태의 적용을 임의의 특정한 방향으로 제한하도록 의도되지는 않는다.
설명은 어구 "한 실시형태에서", 또는 "실시형태에서"를 사용할 수도 있는데, 이들 각각은 동일한 또는 상이한 실시형태 중 하나 이상을 가리킬 수도 있다. 또한, 용어 "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "구비하는(having)" 등등은, 본 개시의 실시형태와 관련하여 사용되는 바와 같이, 동의어이다.
용어 "와 커플링되는"은, 그 파생어와 함께, 본원에서 사용될 수도 있다. "커플링되는"은 다음 중 하나 이상을 의미할 수도 있다. "커플링되는"은, 2개 이상의 엘리먼트가 물리적으로 또는 전기적으로 직접 접촉하고 있다는 것을 의미할 수도 있다. 그러나, "커플링되는"은 또한, 2개 이상의 엘리먼트가 서로 직접적으로 접촉되지 않지만, 그러나 여전히 서로 협동하거나 또는 상호작용하는 것을 의미할 수도 있으며, 서로 커플링되는 것으로 말해지고 있는 엘리먼트 사이에 하나 이상의 다른 엘리먼트가 커플링되거나 연결되는 것을 의미할 수도 있다. 용어 "직접적으로 커플링되는"은, 엘리먼트 중 두 개가 직접 접촉하고 있다는 것을 의미할 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 어구 "제2 층 상에 형성되거나, 퇴적되거나, 또는 다르게는 배치되는 제1 층"은, 제1 층이 제2 층 위에 형성되거나, 퇴적되거나, 또는 배치되며, 제1 층의 적어도 일부가 제2 층의 적어도 일부와 직접 접촉(예를 들면, 직접적인 물리적 및/또는 전기적 접촉)을 할 수도 있거나 또는 간접 접촉(예를 들면, 제1 층과 제2 층 사이에 하나 이상의 다른 층을 구비함)을 할 수도 있다는 것을 의미할 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "모듈"은, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit; ASIC), 전자 회로, 하나 이상의 소프트웨어 또는 펌웨어 프로그램을 실행하는 프로세서(공유형, 전용형, 또는 그룹) 및/또는 메모리(공유형, 전용형, 또는 그룹), 조합 논리 회로(combinational logic circuit), 및/또는 설명된 기능성(functionality)을 제공하는 다른 적절한 컴포넌트를 지칭할 수도 있거나, 이들의 일부일 수도 있거나 또는 이들을 포함할 수도 있다.
도 1은, 몇몇 실시형태에 따른, 관성 변화를 감지하기 위한 예시적인 MEMS 감지 디바이스(100)를 개략적으로 예시하는 도면이다. 디바이스(100)는, 광원, 예를 들면, 레이저(도시되지 않음)에 의해 제공되는 광 빔의 일부를 수신하기 위해 도파관(104)에 광학적으로 커플링되는 폐루프(closed loop)를 포함하는 변형가능한 광학 공진기(102)를 포함할 수도 있다. 광학 공진기(102)는, 도시된 바와 같이, 프레임(106) 상에 그리고 검증 질량체(108) 상에 배치될 수도 있다. 검증 질량체는 프레임에 상이한 방식으로 부착될 수도 있다. 예를 들면, 검증 질량체(108)는 도 1에서 도시되는 바와 같이 캔틸레버(cantilever; 114)를 이용하여 프레임(106)에 캔틸레버식으로 부착될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 검증 질량체(108)는, 도 9 내지 도 11을 참조로 상세히 논의되는 바와 같이, 하나 이상의 스프링 장치를 이용하여 프레임(106)에 부착될 수도 있다.
도 1에서 예시되는 실시형태에서, 광학 공진기(102)는 캔틸레버(114)의 클램프된 지점(112)을 넘어 검증 질량체(108) 상으로 연장하는 프레임(106) 상에 배치될 수도 있다.
디바이스(100)에, 예를 들면, (화살표(120)에 의해 나타내어진 바와 같이) 프레임(106)의 평면에 수직인 방향(z)에서 외부 가속도가 인가되면, 검증 질량체(108)는 z 가속도로 인해 상하로 휘어, 광학 공진기(102)를 신장시킬(stretching) 수도 있다. 따라서, 광학 공진기(102) 주위의 광학 경로 길이가 변해서, 광학 공진기(102)의 공진 주파수의 대응하는 변화를 발생시킬 수도 있다. 공진 주파수의 변화는 송신된 광의 강도의 변화로 나타난다. 따라서, 외부 가속도는, 도파관(104)을 통한 광의 광 송신의 공진 주파수에서의 변화를 추적하는 것에 의해 결정될 수도 있다.
도 2는, 몇몇 실시형태에 따른, 관성 변화를 감지하기 위한 다른 예시적인 MEMS 감지 디바이스(200)를 개략적으로 예시하는 도면이다. 디바이스(200)는, 광원, 예를 들면, 레이저(도시되지 않음)에 의해 제공되는 광 빔의 일부를 수신하기 위해 도파관(204)에 광학적으로 커플링되는 링(202)을 포함하는 변형가능한 광학 공진기(201)를 포함할 수도 있다. 링(202)은, 링(202)의 중심에 배치되는 축(axle; 206) 및 링(202)의 축(206)과 림(230)을 커플링하는 적어도 하나의 스포크(spoke; 210)를 포함할 수도 있다. 도 2에서 예시되는 실시형태에서, 링(202)은, 단지 예로서, 네 개의 스포크(210, 212, 214, 및 216)를 포함한다. 링(202)의 소망의 유연성 특성에 따라, 상이한 수의 스포크가 사용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
몇몇 실시형태에서, 링(202)은 축(206)의 중심에서 클램핑될 수도 있고, 한편 링(202)의 림(230)은 방사상으로(radially) 변형가능할 수도 있다. 광은, 도 2에서 도시되는 바와 같이, 도파관(204)을 통해 광학 공진기(201) 안으로 전송될 수도 있다. 입력 광 파장을 정수 배한 것이 링(202) 주위의 광학 경로 길이와 동일하면, 광 주파수는 공진할 수도 있다.
도 1을 참조로 설명된 실시형태와 유사하게, 디바이스(200)는 외부 가속도, 예를 들면 z 가속도를 받을 수도 있는데, 여기서 z는, 링(202)의 평면에 수직한, 링(202)의 중심을 통해 이어지는 축이다. 설명의 목적을 위해, 링(202)의 사시도(260)가 도 2에서 도시된다. 화살표(220)에 의해 나타내어진 방향에서의 인가된 z 가속도는 링(202)을 변형시킬 수도 있다. 특히, 링은 z 방향으로 또한 변형할 수도 있지만, 링(202)의 하향 이동하는 림(230) 상에서 안쪽으로 당기는 스포크(210, 212, 214, 및 216)의 성질로 인해, (화살표(240 및 242)에 의해 나타내어진) 방사 방향에서의 일부 림(230) 변형도 또한 발생할 수도 있다. 링(202)의 방사 변형(240, 242)은 링(202) 주위의 광학 경로 길이를 변경시킬 수도 있다. 도 1을 참조로 설명된 실시형태와 유사하게, 링(202) 주위의 광학 경로 길이에서의 변화는 광학 공진기(201)를 통과하는 광의 공진 주파수를 시프트시킬 수도 있고, 따라서 도파관(204)을 통해 송신되는 광 파워를 변경시키게 된다. 출력 광 파워에서의 이 변화는 감지 디바이스(200)에 인가되는 외부 가속도의 검출 및 결정을 허용할 수도 있다.
도 3은, 몇몇 실시형태에 따른, 광 신호 파워 출력을, MEMS 감지 디바이스(100 또는 200)의 광 신호 파장의 함수로서 예시하는 예시적인 그래프(300)이다. 도 4는 점선에 의해 나타내어진 그래프(300)의 일부(310)의 확대도이다. 광 신호 파워는 광 강도에 대응하며 이하 광 강도와 상호교환적으로 사용될 것이다. 그래프(300 및 310)가 예시하는 바와 같이, 입력 광 신호 파장이 공진기(102 또는 202) 주위의 광학 경로 길이와 동일하면, 그래프(300)에서 "딥(dip)"(312)에 의해 도시된 바와 같이 광 신호는 공진하게 된다. 광 빔 소스(예를 들면, 레이저)가 광학 공진의 옆쪽으로 편향되면, 즉 입력 광 파장(314)이 도 3에서 도시되는 바와 같이 곡선(316)의 옆쪽 상에 있도록 캘리브레이팅되면, 곡선(316)이 위치(318)로 시프트하면서 공진 주파수(312)가 시프트할 수도 있다. 도파관(104)(204)을 통해 송신되는 광 파워는, 도 4의 도면 부호 320에 의해 도시된 바와 같이, 상응하여 변할 수도 있다. 출력 광 파워(광 강도)에서의 이 변화는 검출가능할 수도 있고, 디바이스(100)(200)에 인가되는 외부 가속도는 출력 광 파워(광 강도)에서의 검출된 변화에 기초하여 결정될 수도 있다.
도 5 내지 도 12는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 감지 디바이스(100 및 200)의 다양한 실시형태 및 그 제조 방법을 개략적으로 예시하는 도면이다. 도 5는, 점선에 의해 도시된 바와 같은 단면 AA'를 갖는 예시적인 감지 디바이스(100)의 사시도를 예시한다. AA' 라인을 따른 단면도(502, 504, 및 506)는 디바이스의 제조의 다양한 단계에서의 디바이스(100)를 예시한다. 502에 의해 예시되는 제조 단계에서, 도파관(104) 및 공진기(102)는, 프레임(106)을 포함하는 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator; SOI) 웨이퍼(526)의 상부 실리콘(Si) 층(510)에 형성될 수도 있다. 504에 의해 예시되는 제조 단계에서, 그 층(510)은 개구(520)에 의해 도시된 바와 같이 캔틸레버(114)의 형상으로 에칭될 수도 있다. 506에 의해 예시되는 제조 단계에서, 검증 질량체(108)는, 예를 들면, 딥 반응성 이온 에칭(Deep Reactive Ion Etching; DRIE)을 사용하여, 개구(530, 532)에 의해 도시된 바와 같이 웨이퍼(526)의 이면으로부터 컷팅될 수도 있다. 도 5를 참조로 설명되는 디바이스(100)의 디자인은, 웨이퍼 중에서 캔틸레버 및 검증 질량체를 제조하는 기술을, 광학 공진기에 의해 포함되는 감지 메커니즘과 디커플링하는 데 유익할 수도 있다. 따라서, 공진기의 기하학적 형상을 수정할 필요 없이, 원하는 치수 및 무게의 검증 질량체가 디바이스에 부착될 수도 있다.
도 6은 상기에서 논의된 디바이스(100)의 한 실시형태와 유사한 감지 디바이스(600)의 예시적인 실시형태를 예시한다. 특히, 도 6은, 도시된 바와 같이, 사문형 구조체(serpentine structure)로서 대략 성형되는 광학 공진기(602)를 갖는 예시적인 감지 디바이스(600)를 예시한다. 디바이스(600)에 인가되는 외부 가속도에 의해 캔틸레버가 변형될 때, 캔틸레버(614)의 변형의 영역에 걸쳐 다수의 통로를 만들기 위해, 도 6에서 도시되는 바와 같이 성형되는 광학 공진기(600)는 디바이스(600) 상에 배치될 수도 있다. 광학 공진기의 이러한 구성은 공진기의 증가된 감도를 허용할 수도 있다.
디바이스(100)의 캔틸레버가 굴곡되면, 제로 응력의 라인 또는 평면이 캔틸레버를 통해 이어질 수도 있다. 캔틸레버가 위쪽으로 (즉, 디바이스(600 또는 700)의 평면 위로 그리고 그 평면 밖으로) 굴곡되면, 캔틸레버의 상부 절반에 압축 응력이, 그리고 캔틸레버의 하부 절반에 인장 응력이, 그리고 캔틸레버의 중앙에 제로 응력의 라인이 존재할 수도 있다. 제조를 포함하는 다수의 인자에 의존하여, 제로 응력의 라인은 광학 공진기를 통해 이어질 수도 있다는 것이 생각될 수 있다. 그 경우, 디바이스(100)를 사용하여 가속도의 방향을 구별하는 것이 어려울 수도 있는데, 그 이유는 상향 및 하향 가속도가 광학 공진기를 연장(lengthening) 시킬 수도 있기 때문이다. 몇몇 실시형태에서, 가속도의 방향은 다른 감지 디바이스(광기계식 또는 그 외)를 사용하여 결정될 수도 있는데, 감지 디바이스 둘 다에 의해 제공되는 측정치는, 가속도의 크기 및 방향을 획득하도록 병합될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 감지 디바이스의 캔틸레버, 예컨대 도 7에서 도시되는 디바이스(700)(디바이스(100)와 유사함)의 캔틸레버(714)는, 한 방향에서의 인가된 가속도(예를 들면, 화살표(740)에 의해 나타내어지는 z 가속도)가 광학 공진기(702) 경로 길이를 연장하고, 한편 다른 방향에서의 가속도(예를 들면, 화살표(742)에 의해 나타내어진 z 가속도)가 광학 공진기(702) 경로 길이를 압축시키는(짧게 하는) 것을 보장하기 위해, "프리 컬(pre-curl)"(730)을 포함하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 재료 응력 유도 "프리 컬"(730)을 캔틸레버(714) 안으로 도입하는 것은, 광학 경로 길이 변화의 대칭성을 파괴할 수도 있고, 필요하다면, + z 가속도를 -z 가속도와 구별할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, "프리 컬"(730)은 디바이스(700)의 표면에 수직인 응력 기울기를 이용하여 유도될 수도 있다.
검증 질량체는, 도 1, 도 6, 및 도 7을 참조로 설명된 바와 같이, 캔틸레버를 통해 디바이스(100, 600, 또는 700)와 같은 감지 디바이스의 프레임에 부착될 수도 있다는 것을 주목한다. 다른 실시형태에서, 검증 질량체는 다수의 상이한 방식으로 감지 디바이스의 프레임에 가동적으로(movably) 부착되어, 도 1 내지 도 7을 참조로 설명된 실시형태와 유사하게, 광학 공진기의 광학 경로 길이의 변경을 제공할 수도 있다. 또한, 광학 공진기는 상이한 방식으로 감지 디바이스 상에 배치될 수도 있다. 도 8 내지 도 10은 몇몇 실시형태에 따른 감지 디바이스의 다양한 구성을 예시한다.
도 8은 예시적인 감지 디바이스(800)를 예시하는데, 여기서, 검증 질량체(808)는 하나 이상의(이 실시형태에서는 두 개) 스프링 장치(820, 822)를 이용하여 프레임(806)에 가동적으로 부착된다. 특히, 스프링 장치(820, 822)는, 프레임(806)의 개구(830)의 양단에서 프레임(806)에 검증 질량체(808)를 부착하도록 구성될 수도 있다. 도시된 바와 같이 프레임(806) 내에 배치되는 검증 질량체(808)는, 외부 가속도에 응답하여, 디바이스(800)의 프레임(806)과의 평면에서, 화살표(840)에 의해 나타내어지는 방향으로 이동가능할 수도 있다. 광학 공진기(802)는, 도시된 바와 같이, 프레임(806)의 한 측에 배치되고 검증 질량체(808)의 상부 부분의 중심 근처에서 검증 질량체(808)에 부착된다는 것을 주목한다. 상기에서 논의된 실시형태와 유사하게, 디바이스(800)와의 평면에서 인가되는 외부 가속도에 응답하여 검증 질량체(808)가 그 방향(840)으로(즉, 또한 화살표(840)에 의해 나타내어지는 방향으로) 이동하면, 광학 공진기(802)의 광학 경로 길이는 변하여, 공진 주파수의 대응하는 변화 및 도파관(804)에 의해 송신되는 광 파워(강도)의 대응하는 검출가능한 변화를 발생시킬 수도 있다.
도 9는, 디바이스(800)와 유사하게 구성된, 예시적인 감지 디바이스(900)를 예시하는데, 광학 공진기(902)는, 예시적인 감지 디바이스(800)와 유사하게, 스프링 장치(920 및 922)를 이용하여 프레임(906)에 가동적으로 부착된 검증 질량체(908)의 한 측(950)에 부분적으로 배치된다. 디바이스(800)와 유사하게, 디바이스(900)와의 평면에서 검증 질량체(908)를 이동시키는 것은, 광학 공진기(902)의 광학 경로 길이를 변경시켜, 공진 주파수의 대응하는 변화 및 도파관(904)에 의해 송신되는 광 파워(강도)의 대응하는 검출가능한 변화를 발생시킬 수도 있다.
도 10은, 디바이스(800)와 유사하게 구성된, 예시적인 감지 디바이스(1000)를 예시하는데, 광학 공진기(1002)는, 스프링 장치(1020 및 1022)를 이용하여 프레임(906)에 가동적으로 부착된 검증 질량체(1008)의 한 측에 부분적으로 배치된다. 스프링 장치(1020 및 1022)는, 프레임(1006)의 단부(1050)에서 프레임(1006)에 부착되어, 도 1, 도 6, 및 도 7을 참조하여 설명된 캔틸레버를 갖는 감지 디바이스의 실시형태와 유사하게, 프레임(1006)의 평면 밖으로의 검증 질량체의 가동성(movability)을 제공하게 된다는 것을 주목한다. 마찬가지로, 외부 z 가속도(즉, 프레임(1006)의 평면에 수직하게 인가되는 가속도)는 디바이스(1000)의 평면 밖으로 검증 질량체(1008)를 이동시켜, 광학 공진기(1002)의 광학 경로 길이를 변경시키고, 공진 주파수의 변화 및 도파관(1004)에 의해 송신되는 광 파워(강도)의 대응하는 검출가능한 변화를 발생시킬 수도 있다.
도 8 내지 도 10에서 도시되는 바와 같이 이러한 실시형태에서, 스프링 장치(다리)는 실질적으로 직선의 형상을 가질 필요는 없다는 것을 주목한다. 다리는, 다리를 따라 실질적으로 이어질 수도 있는 도파관에서 유의미한 광학적 손실을 발생시키지 않기 위해, 굴곡부 주위에서 충분한 굴곡 반경을 갖는 하나 이상의 굴곡부를 가질 수도 있다.
도 2를 참조로 설명된 감지 디바이스(200), 즉 링형 형상을 갖는 변형가능한 광학 공진기를 갖는 감지 디바이스를 다시 참조하면, 링(예를 들면, 202)은 통상적인 MEMS 가속도계와 비교하여 작은 질량을 가질 수도 있다는 것을 주목한다. 질량은 디바이스(200)와 같은 감지 디바이스에서 노이즈의 레벨을 결정한다. 디바이스(200)에서 더 낮은 노이즈가 소망되면, 하나 이상의 검증 질량체는, 소망의 링 유연성을 보존하면서 다양한 구성으로 링(202)에 부착될 수도 있고, 그 결과 링 반경은 도 2를 참조로 설명된 바와 같이 z 가속도에 응답하여 변할 수도 있다. 도 11 및 도 12는, 201과 유사한 링 형상의 공진기에 부착된 하나 이상의 검증 질량체를 포함할 수도 있는 디바이스(200)와 유사한 전송 디바이스의 다양한 실시형태를 예시한다.
도 11은, 디바이스(200)와 유사한 그리고 광학 링에 부착된 추가적인 검증 질량체를 포함하는 감지 디바이스(1100)의 한 실시형태의 다양한 뷰(1162, 1164, 1166, 및 1168)를 예시한다. 감지 디바이스(1100)의 상면도(1162)는, 몇몇 실시형태에서, 링(1102)의 광학 평면, 실리콘(Si) 웨이퍼를 포함할 수도 있는 프레임(1140) 상에 형성되는 축(1106)(예를 들면, 매립 산화물로 제조됨), Si로 또한 제조될 수도 있는 하나 이상의 검증 질량체(1120, 1122, 1124, 및 1126)를 포함한다. 감지 디바이스(1100)의 다른 상면도(1164)는, 명확화를 위해 링(1102)을 제거한 1162와 유사한 뷰를 예시한다. 뷰(1166 및 1168)는 감지 디바이스(1100)의 단면(AA' 및 BB')을 예시한다.
몇몇 실시형태에서, 검증 질량체는, 예를 들면, 기저 Si를 딥에칭하는 것에 의해 형성될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 검증 질량체(1120, 1122, 1124, 및 1126)는, 링(1102)보다 수십 배 더 큰 질량으로 제공될 수도 있다. 검증 질량체(1120, 1122, 1124, 및 1126)는, 도 11에서 도시된 바와 같이, 입방체의 형태로 제공될 수도 있다는 것을 주목한다. 다른 형상, 예를 들면, 링(1102)과 유사한 링의 형상의 검증 질량체가 광학 링으로 하여금 너무 딱딱하게 되도록 하여 소망하는 바와 같이 방사 방향에서 변형하지 않을 수도 있기 때문에, 검증 질량체의 입방체 형상은 유익할 수도 있다. 따라서, 검증 질량체(1120, 1122, 1124, 및 1126)는 별개의 장소(예를 들면, 1160에서 도시된 바와 같이, 스포크(1110)가 링(1102)과 만나는 곳)에서 링(1102)에 부착되어, 링(1102)의 유연성을 허용할 수도 있다.
도 12는 감지 디바이스(1100)의 검증 질량체(1120, 1122, 1124, 및 1126)를 갖는 링(1102)의 변형의 시뮬레이션(1200)을 예시한다. 간략화를 위해, 프레임(1140)은 도시되지 않으며, 링(1102)과 네 개의 검증 질량체(1120, 1122, 1124, 및 1126)만이 예시된다. 화살표(1250)에 의해 나타내어지는 방향에서 z 가속도가 디바이스(1100)에 인가되면, 검증 질량체는 (예를 들면, 화살표(1252 및 1254)에 의해 나타내어지는 방향에서) 1102, 1120, 1122, 1124, 및 1126에 의해 형성되는 구조체의 중심을 향해 이동하여, 링(1102)으로 하여금 화살표(1256)에 의해 나타내어지는 방사 방향에서 변형하게 할 수도 있다. 링(1102)의 변형의 정도는 검증 질량체(1120, 1122, 1124, 및 1126) 사이즈와 구성에 의존할 수도 있다. 외부 가속도는 변형의 정도, 즉, 감지 디바이스(1100)의 공진 링의 변위에 기초하여 계산될 수도 있다. 광 신호의 파워는 다음의 식에 따라 가속도에 따라 변할 수도 있다:
Figure 112016045507653-pct00001
여기서 P는 송신된 광학 파워이고, a는 가속도이고, Q0는 광학 품질 인자이고, ζ는 상수이고, dw0/dr은 디바이스의 공진 주파수가 공진 링의 반경에 따라 얼마나 변하는지이다. 디바이스(100)의 경우, 식은, 반경(r)의 항으로 작성하는 대신, 둘레 길이(L)의 항으로 식을 작성하는 것이 더 편리할 수도 있다는 것을 제외하면, 동일할 수도 있다.
상기에서 설명된 실시형태 중 적어도 몇몇은 가속도 측정뿐만 아니라 자이로스코피 애플리케이션도 구비할 수도 있다. 예를 들면, 도 8, 도 9, 및 도 10을 참조로 설명된 디바이스는 자이로스코프에서 사용될 수도 있다. 자이로스코프 애플리케이션은 도 13 내지 도 17을 참조로 더 자세히 설명된다.
도 13은, 몇몇 실시형태에 따른, 자이로스코프와 같은 MEMS 감지 디바이스(1300)의 예시적인 구성이다. 감지 디바이스(1300)는 고정 프레임(1304)에 부착된 외부 검증 질량체(1302)를 포함한다. 검증 질량체(1302)는 도 8 내지 도 10을 참조로 설명된 것과 유사하게 구성될 수 있고 따라서 도 8 내지 도 10을 참조로 설명된 것과 유사한 감지 디바이스를 포함할 수도 있다(간략화를 위해 도 13에서는 도시되지 않음). 검증 질량체(1302)는 화살표(1320)(구동 모드)에 의해 나타내어진 방향으로 이동하도록 구성될 수도 있다.
디바이스(1300)는, 화살표(1322)(감지 모드)에 의해 나타내어진, 예를 들면 구동 모드에 수직인 방향에서 자유롭게 이동하는 내부 검증 질량체(1306)(또한 도 8 내지 도 10을 참조로 설명된 것과 유사하게 구성되며 간략화를 위해 도시되지 않은 유사한 감지 디바이스를 포함함)를 더 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 내부 검증 질량체(1306)는 외부 검증 질량체(1302) 내에 배치될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 내부 및 외부 검증 질량체(1306 및 1302)는 별개로 배치되고 프레임(1304)에 부착될 수도 있다. 외부 검증 질량체(1302)는, 예를 들면, 콤 핑거(comb finger)(명확화를 위해 도시되지 않음)의 "구동" 세트를 사용하여, 결정된 구동 주파수 "ωdrive"에서 여기될 수도 있다.
도 14 내지 도 17은, 구체적으로는, 인가된 외부 회전이 있는 또는 없는 자이로스코프의 감지 및 구동 모드를 측정하도록 구성되는 자이로스코프에 관련이 있는, 도 13을 참조로 설명된 것과 같이 구성되는 상태(1400, 1500, 1600, 및 1700)에서 나타내어지는 상이한 모드에서의 예시적인 MEMS 감지 디바이스(1300)를 예시한다. 특히, 디바이스(1300)는, 인가된 외부 회전이 없는 또는 있는 구동 모드 및 감지 모드를 감지하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 디바이스(1300)는 상태(1400 및 1500)에서 인가된 외부 회전이 없는 구동 모드 및 감지 모드를 각각 감지할 수도 있고 상태(1600 및 1700)에서 인가된 외부 회전이 있는 구동 모드 및 감지 모드를 각각 감지할 수도 있다. 외부 검증 질량체(1302)는 정전식 또는 다른 기술을 사용하여 주파수(ω)에서 y 방향으로 구동될 수도 있고, 자이로스코프가 외부 회전에 대해 z축을 기준으로 하는 회전을 받게 되면(z축 벡터는 지면의 평면 밖으로 향하는 방향이며, 따라서 디바이스의 회전은 지면과의 평면에서 발생함), 내부 검증 질량체(1306)는 주파수(ωsense=ωdrive)에서 x 방향으로 변형할 수도 있다. 디바이스(1300)는 상태(1400, 1500, 1600, 및 1700)에서 도면부호 1402, 1502, 1602, 및 1702에 의해 각각 나타내어지는 흑색 타원의 위치에서 감지 모드 또는 구동 모드 중 어느 하나의 모션을 검출하도록 구성될 수도 있다. 소망에 따라, 구동 모드 모션이 또한 별개로 감지될 수도 있다는 것을 주목한다.
도 18은, 몇몇 실시형태에 따른, MEMS 감지 디바이스의 동작을 예시하는 프로세스 흐름도이다. 프로세스(1800)는 블록 1802에서 시작할 수도 있는데, 여기에서는, 감지 디바이스의 도파관에 의해 출력되는 광의 광 강도에서의 변화가 검출될 수도 있다. 상기에서 설명된 바와 같이, 디바이스는 도 1 내지 도 17을 참조로 설명된 바와 같이, 디바이스(100 또는 200)와 유사하게 구성될 수도 있고, 변형가능한 폐루프를 포함하며 도파관에 광학적으로 커플링되는 광학 공진기를 포함할 수도 있다. 상기에서 설명된 바와 같이, 광학 공진기의 변형은 장치에 인가되는 외부 가속도에 의해 이루어질 수도 있는데, 이것은 공진기에 의해 형성되는 광학 경로 길이의 변화로 귀결되어, 광학 공진기의 공진 주파수의 대응하는 변화를 발생시킬 수도 있다. 공진 주파수의 변화는 송신된 광의 강도에서의 변화로 나타난다.
블록 1804에서, 감지 디바이스에 인가되는 관성 변화(예를 들면, 외부 가속도)는, 상기에서 설명된 바와 같이, 검출된 광 강도 변화에 기초하여 결정될 수도 있다. 예를 들면, 송신된 광 신호의 광학 파워는 가속도에 따라 변할 수도 있다. 가속도는 상기에서 설명된 바와 같이 그 의존성에 기초하여 계산될 수도 있다.
다양한 동작이, 청구된 발명의 대상을 이해함에 있어서 가장 도움이 되는 방식으로, 다수의 별개의 동작으로서 차례로 설명된다. 그러나, 설명의 순서는, 이들 동작이 반드시 순서 종속적이라는 것을 의미하는 것으로 간주되어선 안된다. 본 개시의 실시형태는, 소망에 따라 구성할 임의의 적절한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 사용하여 시스템 또는 장치 안으로 구현될 수도 있다.
도 19는 본원에서 설명되는 다양한 실시형태를 실시하기 위해 사용될 수도 있는 예시적인 시스템을 개략적으로 예시한다. 도 19는, 하나 이상의 프로세서(들)(1904), 프로세서들(1904) 중 적어도 하나에 커플링되는 시스템 제어 모듈(1908), 시스템 제어 모듈(1908)에 커플링되는 시스템 메모리(1912), 시스템 제어 모듈(1908)에 커플링되는 불휘발성 메모리(non-volatile memory; NVM)/스토리지(1914), 및 시스템 제어 모듈(1908)에 커플링되는 하나 이상의 통신 인터페이스(들)(1920)를 구비하는, 하나의 실시형태에 대한, 예시적인 시스템(1900)을 예시한다.
몇몇 실시형태에서, 시스템(1900)은 디바이스(100 또는 200)를 포함할 수도 있고 광 강도의 변화를 검출하는 것 및 본원에서 설명되는 시스템 및/또는 다른 모듈에 인가되는 외부 가속도 및/또는 회전을 계산하는 것을 목표로 하는 기능을 수행하는 로직/모듈을 제공한다. 예를 들면, 디바이스(100)(200)는 시스템(1900)에 포함되는 칩에 배치될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 시스템(1900)은, 명령어를 구비하는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체(예를 들면, 시스템 메모리 또는 NVM/스토리지(1914)) 및 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체와 커플링되며 본원에서 설명되는 광 강도 변화 검출 및 관성 변화 계산 액션을 수행하기 위한 모듈을 구현하기 위해 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서(예를 들면, 프로세서들(1904))를 포함할 수도 있다.
하나의 실시형태에 대한 시스템 제어 모듈(1908)은, 프로세서들(1904) 중 적어도 하나에 대해 및/또는 시스템 제어 모듈(1908)과 통신하는 임의의 적절한 디바이스 또는 컴포넌트에 대해 임의의 적절한 인터페이스를 제공하기 위해 임의의 적절한 인터페이스 컨트롤러를 포함할 수도 있다.
시스템 제어 모듈(1908)은 시스템 메모리(1912)에 인터페이스를 제공하기 위해 메모리 컨트롤러 모듈(1910)을 포함할 수도 있다. 메모리 컨트롤러 모듈(1910)은 하드웨어 모듈, 소프트웨어 모듈, 및/또는 펌웨어 모듈일 수도 있다. 시스템 메모리(1912)는, 예를 들면, 시스템(1900)에 대한 데이터 및/또는 명령어를 로딩하고 저장하기 위해 사용될 수도 있다. 하나의 실시형태에 대한 시스템 메모리(1912)는, 예를 들면, 적절한 DRAM과 같은 임의의 적절한 휘발성 메모리를 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에 대한 시스템 제어 모듈(1908)은, NVM/스토리지(1914)에 대한 인터페이스 및 통신 인터페이스(들)(1920)를 제공하기 위해 하나 이상의 입/출력(input/output; I/O) 컨트롤러(들)를 포함할 수도 있다.
NVM/스토리지(1914)는, 예를 들면, 데이터 및/또는 명령어를 저장하기 위해 사용될 수도 있다. NVM/스토리지(1914)는, 예를 들면, 플래시 메모리와 같은 임의의 적절한 불휘발성 메모리를 포함할 수도 있고/있거나, 예를 들면, 하나 이상의 하드 디스크 드라이브(들)(hard disk drive(s); HDD(들)), 하나 이상의 콤팩트 디스크(compact disc; CD) 드라이브(들), 및/또는 하나 이상의 디지털 다기능 디스크(digital versatile disc; DVD) 드라이브(들)와 같은 임의의 적절한 불휘발성 스토리지 디바이스(들)를 포함할 수도 있다. NVM/스토리지(1914)는 상부에 시스템(1900)이 설치되는 디바이스의 물리적 부분인 스토리지 리소스를 포함할 수도 있거나 또는 그것은 디바이스에 의해 액세스될 수도 있지만, 반드시 디바이스의 일부는 아닐 수도 있다. 예를 들면, NVM/스토리지(1914)는 네트워크를 거쳐 통신 인터페이스(들)(1920)를 통해 액세스될 수도 있다.
통신 인터페이스(들)(1920)는, 하나 이상의 네트워크(들)를 통해 및/또는 임의의 다른 적절한 디바이스를 이용하여 통신하기 위해 시스템(1900)에 대한 인터페이스를 제공할 수도 있다. 시스템(1900)은, 하나 이상의 무선 네트워크 표준 및/또는 프로토콜 중 임의의 것에 따라 무선 네트워크의 하나 이상의 컴포넌트와 무선으로 통신할 수도 있다.
하나의 실시형태의 경우, 프로세서들(1904) 중 적어도 하나는, 시스템 제어 모듈(1908), 예를 들면, 메모리 컨트롤러 모듈(1910)의 하나 이상의 컨트롤러(들)에 대한 로직과 함께 패키지화될 수도 있다. 하나의 실시형태의 경우, 프로세서들(1904) 중 적어도 하나는, 시스템 제어 모듈(1908)의 하나 이상의 컨트롤러에 대한 로직과 함께 패키지화되어 시스템 인 패키지(System in Package; SiP)를 형성할 수도 있다. 하나의 실시형태의 경우, 프로세서들(1904) 중 적어도 하나는, 시스템 제어 모듈(1908)의 하나 이상의 컨트롤러(들)에 대한 로직과 함께 동일한 다이 상에 집적될 수도 있다. 하나의 실시형태의 경우, 프로세서들(1904) 중 적어도 하나는, 시스템 제어 모듈(1908)의 하나 이상의 컨트롤러(들)에 대한 로직과 함께 동일한 다이 상에 집적되어 시스템 온 칩(System on Chip; SoC)을 형성할 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 시스템(1900)은 더 많은 또는 더 적은 컴포넌트, 및/또는 상이한 아키텍쳐를 구비할 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, 시스템(1900)은, 카메라, 키보드, 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD) 스크린(터치 스크린 디스플레이를 포함함), 불휘발성 메모리 포트, 다수의 안테나, 그래픽 칩, 주문형 반도체(ASIC), 및 스피커 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
다양한 구현예에서, 시스템(1900)은, 모바일 컴퓨팅 디바이스(예를 들면, 랩탑 컴퓨팅 디바이스, 핸드헬드형 컴퓨팅 디바이스, 태블릿, 넷북 등등), 랩탑, 넷북, 노트북, 울트라북, 스마트폰, 태블릿, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 울트라 모바일 PC, 이동 전화, 데스크탑 컴퓨터, 서버, 프린터, 스캐너, 모니터, 셋탑 박스, 엔터테인먼트 제어 유닛, 디지털 카메라, 휴대형 뮤직 플레이어, 또는 디지털 비디오 레코더일 수도 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 추가 구현예에서, 시스템(1900)은 임의의 다른 전자 디바이스일 수도 있다.
본원에서 설명되는 실시형태는 하기의 예에 의해 추가로 예시될 수도 있다. 예1은 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 장치인데, 그 MEMS 장치는: 공진 파장을 갖는 광 빔을 생성하도록 구성되는 레이저 장치; 광 빔을 수신 및 출력하도록 구성되는 도파관; 및 변형가능한 폐루프를 포함하며 광 빔의 한 부분을 수신하기 위해 도파관에 광학적으로 커플링되는 광학 공진기를 포함하고, 광학 공진기의 변형은 광학 공진기를 통해 이동하는 광 빔의 한 부분의 광학 경로 길이의 변화로 귀결되어, 도파관에 의해 출력되는 광 빔의 공진 파장에서의 변화를 발생시킨다.
예2는 예1의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 공진 파장에서의 변화는 도파관에 의해 출력되는 광 빔의 광 강도에서의 검출가능한 변화에 대응한다는 것을 추가로 규정한다.
예3은 예2의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 장치는 도파관에 커플링되며 도파관에 의해 출력되는 광 빔의 광 강도에서의 변화를 검출하도록 구성되는 검출기를 더 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예4는 예3의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 장치는 광 강도에서의 검출된 변화에 기초하여 장치와 관련되는 관성 변화를 검출하기 위해 검출기에 커플링되는 회로부(circuitry)를 더 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예5는 예4의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 광학 공진기의 변형은, 관성 변화로 귀결되는 외부 가속도에 의해 발생된다는 것을 추가로 규정한다.
예6은 예5의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 가속도는 장치의 평면에 실질적으로 수직인 방향에서 인가된다는 것을 추가로 규정한다.
예7은 예1의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 폐루프의 광학 공진기는 링의 중심에 배치된 축 및 링의 축 및 림을 커플링하는 적어도 하나의 스포크를 구비하는 링을 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예8은 예7의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 장치는 프레임을 더 포함하고, 폐루프의 광학 공진기는 축을 이용하여 프레임에 고정적으로 부착된다는 것을 추가로 규정한다.
예9는 예8의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 폐루프의 광학 공진기는 스포크의 림과의 커플링부 근처에서 림에 고정적으로 부착된 검증 질량체를 더 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예10은 예9의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 링의 림은, 프레임의 평면에 실질적으로 수직인 방향에서 프레임에 인가되는 외부 가속도에 응답하여 굴곡하도록 구성된다는 것을 추가로 규정한다.
예11은 예1 내지 예10 중 임의의 것의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 장치는 프레임 및 프레임 내부에 가동적으로 배치된 검증 질량체를 포함하고, 검증 질량체의 이동은 프레임의 평면 밖으로 검증 질량체를 굴곡시키는 것 또는 검증 질량체를 프레임의 평면 안에서 이동시키는 것을 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예12는 예11의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 검증 질량체는 프레임의 내측에 캔틸레버식으로 연결된(cantilevered) 하나의 단부(one end)를 구비하는 기다란 형상(elongated shape)을 포함하고 광학 공진기는 검증 질량체의 캔틸레버식으로 연결된 단부 근처에 배치된다는 것을 추가로 규정한다.
예13은 예11의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 검증 질량체는 기다란 형상을 포함하고, 검증 질량체는 하나 이상의 스프링 장치를 이용하여 프레임에 부착되고, 광학 공진기는 검증 질량체의 한 측 근처에 배치된다는 것을 추가로 규정한다.
예14는 예11의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 폐루프의 광학 공진기는 실질적으로 원주 형상(circumferential shape), 실질적으로 사문형 형상, 또는 마하 젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer) 중 하나를 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예15는 예11의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 검증 질량체의 굴곡 또는 이동이, 광학 공진기의 신장 또는 압축을 포함해서, 광학 공진기의 변형을 일으키고, 검증 질량체의 굴곡 또는 이동은 프레임에 인가되는 외부 가속도에 의해 발생된다는 것을 추가로 규정한다.
예16은 예11의 발명의 대상을 포함할 수도 있는데, 검증 질량체는 프레임의 평면으로부터 멀어지게 구부러지는 각도 하에서 프레임에 캔틸레버식으로 연결되고, 한 방향에서의 검증 질량체의 굴곡은 광학 공진기를 신장시키고, 반대 방향에서의 검증 질량체의 굴곡은 광학 공진기의 압축을 야기하고, 신장 및 압축은 검증 질량체의 굴곡을 야기하는 프레임에 인가되는 외부 가속도의 방향을 나타낸다는 것을 추가로 규정한다.
예17은 예1의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 장치는 가속도계 또는 자이로스코프를 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예18은 예17의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 장치는 칩에 집적된다는 것을 추가로 규정한다.
예19는 방법을 포함하는데, 그 방법은: 변형가능한 폐루프를 포함하며 도파관에 광학적으로 커플링되는 광학 공진기를 포함하는 마이크로 전자기계(MEMS) 장치의 도파관에 의해 출력되는 광의 광 강도에서의 변화를 검출하는 것; 및 광 강도에서의 검출된 변화에 기초하여 MEMS 장치와 관련되는 관성 변화를 결정하는 것을 포함하고, 관성 변화는 MEMS 장치에 인가되는 외부 가속도에 대응한다.
예20은 예19의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 광 강도에서의 변화는 도파관에 의해 출력되는 광의 공진 파장의 변화에 대응한다는 것을 추가로 규정한다.
예21은 예20의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 공진 파장의 변화는, 광학 공진기의 변형으로 인한, 광학 공진기를 통해 이동하는 광의 광학 경로 길이의 변화에 의해 발생된다는 것을 추가로 규정한다.
예22는 예19의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, MEMS 장치는 가속도계 또는 자이로스코프를 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예23은 예19의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 장치는 프레임 및 프레임 내부에 배치되는 검증 질량체를 포함하고, 검증 질량체는 프레임의 내측에 캔틸레버식으로 연결된 하나의 단부를 구비하는 기다란 형상을 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예24는 예19의 발명의 대상을 포함하고, 광학 공진기는 검증 질량체의 캔틸레버식으로 연결된 단부 근처에 배치되고, 광학 공진기는, 실질적으로 원주 형상, 실질적으로 사문형 형상, 또는 마하 젠더 간섭계 중 하나를 포함한다는 것을 추가로 규정한다.
예25는 예19 내지 예24 중 임의의 것의 발명의 대상을 포함할 수도 있으며, 광학 공진기는 링의 중심에 배치된 축 및 링의 축과 림을 커플링하는 적어도 하나의 스포크를 구비하는 링을 포함하고 폐루프의 광학 공진기는 축을 이용하여 프레임에 고정적으로 부착된다는 것을 추가로 규정한다.
다양한 실시형태는, 상기에서 결합 형태(및)로 설명되는 실시형태의 대안적인(또는) 실시형태를 포함하는 상기 설명된 실시형태의 임의의 적절한 조합을 포함할 수도 있다(예를 들면, "및"은 "및/또는"일 수도 있다). 또한, 몇몇 실시형태는, 실행시 상기 설명된 실시형태 중 임의의 것의 액션으로 나타나는 명령어를 저장한 하나 이상의 제조 물품(예를 들면, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체)을 포함할 수도 있다. 또한, 몇몇 실시형태는 상기 설명된 실시형태의 다양한 동작을 실행하기 위한 임의의 적절한 수단을 구비하는 장치 또는 시스템을 포함할 수도 있다.
요약서에서 설명되는 것을 포함해서, 예시된 구현예의 상기 설명은 총망라하는 것으로, 또는 본 개시의 실시형태를 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도된 것은 아니다. 예시적인 목적을 위해 특정 구현예 및 예가 본원에서 설명되지만, 관련 기술에서의 숙련된 자가 인식할 수 있는 바와 같이, 본 개시의 범위 내에서 다양한 등가적인 수정예들이 가능하다.
이들 수정예는 상기 상세한 설명의 측면에서 본 개시의 실시형태에 대해 행해질 수 있다. 하기의 청구범위에서 사용되는 용어는, 본 개시의 다양한 실시형태를, 명세서 및 청구범위에서 개시되는 특정 구현예로 제한하는 것으로 간주되어선 안된다. 대신, 범위는, 청구범위 해석의 확립된 원칙에 따라 해석되어야 하는 하기의 청구범위에 의해 전적으로 결정되는 것이다.

Claims (25)

  1. 관성 변화(inertial change)를 결정하기 위한 마이크로 전자기계 시스템(micro-electromechanical system; MEMS) 장치로서,
    공진 파장을 갖는 광 빔을 생성하도록 구성되는 레이저 장치와;
    상기 광 빔을 수신 및 출력하도록 구성되는 도파관(waveguide)과;
    변형가능한(deformable) 폐루프를 포함하며 상기 광 빔의 한 부분을 수신하기 위해 상기 도파관에 광학적으로 커플링되는 광학 공진기를 포함하되,
    상기 변형가능한 폐루프는 상기 변형 가능한 폐루프가 배치되는 방사형 평면(radial plane)을 한정하고,
    상기 변형가능한 폐루프는 상기 변형가능한 폐루프에 대한 관성력의 인가에 응답하여, 상기 변형가능한 폐루프의 상기 방사형 평면에 평행하게 변형되며,
    상기 변형가능한 폐루프의 변형은 상기 변형가능한 폐루프의 상기 방사형 평면에서 발생하고, 상기 변형가능한 폐루프의 길이의 변화 및 상기 변형가능한 폐루프를 통해 이동하는 상기 광 빔의 한 부분의 광학 경로 길이의 대응하는 변화로 귀결되어, 상기 도파관에 의해 출력되는 상기 광 빔의 상기 공진 파장에서의 변화를 발생시키는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진 파장에서의 상기 변화는 상기 도파관에 의해 출력되는 상기 광 빔의 광 강도에서의 검출가능한 변화에 대응하는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.

  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도파관에 커플링되며 상기 도파관에 의해 출력되는 상기 광 빔의 광 강도에서의 상기 변화를 검출하도록 구성되는 검출기를 더 포함하는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    광 강도에서의 상기 검출된 변화에 기초하여 상기 장치와 관련되는 관성 변화를 검출하기 위해 상기 검출기에 커플링되는 회로부(circuitry)를 더 포함하는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 변형가능한 폐루프의 상기 변형은, 상기 관성력의 상기 인가에 응답하여 외부 가속도에 의해 발생되는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 프레임 및 상기 프레임 내부에 가동적으로(movably) 배치되는 검증 질량체를 포함하고, 상기 변형가능한 폐루프는 상기 검증 질량체 근처에 부분적으로 배치되며, 상기 검증 질량체의 이동은 상기 프레임의 평면 안에서 상기 검증 질량체의 이동을 포함하는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 검증 질량체는 상기 프레임의 내측에 캔틸레버식으로 연결된(cantilevered) 하나의 단부를 구비하는 기다란 형상(elongated shape)을 포함하고 상기 변형가능한 폐루프는 상기 검증 질량체의 상기 캔틸레버식으로 연결된 단부 근처에 배치되는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 검증 질량체는 기다란 형상을 포함하고, 상기 검증 질량체는 하나 이상의 스프링 장치를 이용하여 상기 프레임에 부착되고, 상기 변형가능한 폐루프는 상기 검증 질량체의 한 측면(side) 근처에 배치되는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 변형가능한 폐루프는 실질적으로 원주 형상(circumferential shape), 실질적으로 사문형 형상(serpentine shape), 또는 마하 젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer) 중 하나를 포함하는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 검증 질량체의 이동은, 상기 변형가능한 폐루프의 신장 또는 압축을 포함해서, 상기 변형가능한 폐루프의 변형을 발생시키고,
    상기 검증 질량체의 상기 이동은, 상기 관성력의 상기 인가에 응답하여, 상기 프레임에 인가되는 외부 가속도에 의해 발생되는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 검증 질량체는 상기 프레임의 평면에서 이동하도록 상기 프레임에 캔틸레버식으로 연결되고,
    한 방향으로의 상기 검증 질량체의 이동은 상기 변형가능한 폐루프를 신장(stretching)시키며,
    반대 방향으로의 상기 검증 질량체의 이동은 상기 변형가능한 폐루프를 압축시키고,
    상기 신장 및 압축은 상기 검증 질량체의 굴곡을 발생시키는 상기 프레임에 인가되는 외부 가속도의 방향을 나타내는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 가속도계 또는 자이로스코프를 포함하는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 장치는 칩에 집적되는
    마이크로 전자기계 시스템 장치.
  19. 관성 변화를 결정하기 위한 방법으로서,
    변형가능한 폐루프를 포함하며 도파관에 광학적으로 커플링되는 광학 공진기를 포함하는 마이크로 전자기계(MEMS) 장치의 상기 도파관에 의해 출력되는 광의 광 강도에서의 변화를 검출하는 단계 - 상기 변형가능한 폐루프는 상기 변형 가능한 폐루프가 배치되는 방사형 평면(radial plane)을 한정하고, 광 강도에서의 상기 변화는 상기 도파관에 의해 출력되는 상기 광의 공진 파장의 변화에 대응하며, 공진 파장의 상기 변화는, 상기 변형가능한 폐루프에 대한 관성력을 인가한 결과, 상기 변형가능한 폐루프의 상기 방사형 평면에 평행하도록, 상기 변형가능한 폐루프의 상기 방사형 평면에서 상기 변형가능한 폐루프를 변형하는 것에 응답하여 상기 광학 공진기를 통해 이동하는 상기 광의 광학 경로 길이의 변화에 의해 발생됨 - 와,
    광 강도에서의 상기 검출된 변화에 기초하여 상기 MEMS 장치와 관련되는 관성 변화(inertial change)를 결정하는 단계 - 상기 관성 변화는 상기 MEMS 장치에 인가되는 외부 가속도에 대응하고, 상기 외부 가속도는 상기 관성력에 의해 발생됨 - 를 포함하는
    관성 변화를 결정하기 위한 방법.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 MEMS 장치는 가속도계 또는 자이로스코프를 포함하는
    관성 변화를 결정하기 위한 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 MEMS 장치는 프레임 및 상기 프레임 내부에 배치되는 검증 질량체를 포함하고, 상기 검증 질량체는 상기 프레임의 내측에 캔틸레버식으로 연결된 하나의 단부를 구비하는 기다란 형상을 포함하는
    관성 변화를 결정하기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 변형가능한 폐루프는 상기 검증 질량체의 상기 캔틸레버식으로 연결된 단부 근처에 배치되고, 상기 변형가능한 폐루프는 실질적으로 원주 형상, 실질적으로 사문형 형상, 또는 마하 젠더 간섭계 중 하나를 포함하는
    관성 변화를 결정하기 위한 방법.
  25. 삭제
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