KR20200094134A - 필드의 검출 - Google Patents

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KR20200094134A
KR20200094134A KR1020207013210A KR20207013210A KR20200094134A KR 20200094134 A KR20200094134 A KR 20200094134A KR 1020207013210 A KR1020207013210 A KR 1020207013210A KR 20207013210 A KR20207013210 A KR 20207013210A KR 20200094134 A KR20200094134 A KR 20200094134A
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스베르어 크누센
마띠에우 라꼴
오빈드 니스타드 스탐니스
시그비욘 콜베르그
셀리코 스코킥
망누스 블리호브드 호예엘에스튜엔
유 예싱
앤드레스 보글
이브-룬 요한슨
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신테프 또 에이에스
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Abstract

필드 검출기(2)는 미리 결정된 필드에 노출될 때 치수 변화를 겪는 필드-반응 구성요소(10)와, 필드-반응 구성요소의 치수 변화를 검출하도록 배열되되 광원(4) 및 적어도 하나의 광 검출기(6)를 포함하는 간섭측정 판독 배열을 포함한다.
광원(4)은 필드-반응 구성요소(10)로부터 반사된 측정 빔 및 필드-반응 구성요소(10)로부터 반사되지 않는 기준 빔을 제공하도록 배열되고, 광 검출기(6)는 측정 빔 및 기준 빔에 의해 생성된 간섭 패턴의 적어도 일부를 검출하도록 배치된다. 필드-반응 구성요소(10)는 만곡된 표면을 포함하는 형상을 갖고, 치수 변화가 만곡된 표면으로 하여금 기준 빔에 대한 측정 빔의 광 경로 길이를 변화시키는 방향으로 변위되게 하여 상기 광 검출기에 의해 검출된 간섭 패턴을 변화시키도록, 적어도 하나의 엣지(12)에서 제한된다.

Description

필드 검출
본 발명은 필드(fields), 예를 들어 자기장을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
필드를 검출하는 것이 필요하거나 바람직한 매우 다양한 경우들이 있다. 필드의 존재, 방향 및/또는 세기를 검출하는 것은 많은 상이한 분야들에서 요구된다. 예를 들어, 의료 분야에서는 생체-임피던스를 결정하기 위해 자기장을 검출하는 것이 필요할 수 있다.
자기장을 검출할 수 있는 다양한 상이한 검출기들이 과거에 제안되었지만, 모두 단점을 갖는다. 특히, 본 출원인은 검출기의 감도가 개선될 수 있고 그의 비용이 감소될 수 있음을 인식하였다.
제1 양태로부터 보았을 때, 본 발명은 필드 검출기를 포함하고, 필드 검출기는:
미리 결정된 필드에 노출될 때 치수 변화를 겪는 필드-반응 구성요소; 및
필드-반응 구성요소의 치수 변화를 검출하도록 배열되는 간섭측정 판독 배열을 포함하며, 간섭측정 판독 배열은 광원 및 적어도 하나의 광 검출기를 포함하되, 광원은 필드-반응 구성요소로부터 반사되는 측정 빔 및 필드-반응 구성요소로부터 반사되지 않는 기준 빔을 제공하도록 배열되고, 광 검출기는 측정 빔 및 기준 빔에 의해 생성된 간섭 패턴의 적어도 일부를 검출하도록 배치되며;
필드-반응 구성요소는, 만곡된 표면을 포함하는 형상을 갖되, 치수 변화가 만곡된 표면으로 하여금 기준 빔에 대한 측정 빔의 광 경로 길이를 변화시키는 방향으로 변위되게 하여 상기 광 검출기에 의해 검출된 간섭 패턴을 변화시키도록, 적어도 하나의 엣지에서 제한된다.
간섭측정 판독 배열 및 적어도 하나의 엣지에서 제한되는 필드-반응 구성요소의 조합은, 적어도 그의 바람직한 실시형태들에서, 상대적으로 낮은 비용의 필드 검출기를 제공할 수 있다. 간섭측정 판독 배열 및 필드-반응 구성요소의 배열은 또한, 적어도 일부 바람직한 실시형태들에서, 필드 검출기에 대해, 체적비를 감지하기 위한 낮은 전력 소비 및 높은 필드 민감도를 제공할 수 있다.
적어도 하나의 엣지에서 제한되는, 통상적으로 만곡된 표면을 포함하는 필드-반응 구성요소는, 제한되지 않고 편평한 필드-반응 구성요소, 또는 다른 표면에 면-대-면으로 부착된 필드-반응 구성요소와 비교할 때, 필드의 존재 하에서 증가된 치수 변화를 나타내는 구성요소를 제공할 수 있다. 필드에 반응하여 증가된 치수 변화는 필드 검출기에게 더 높은 감도를 제공할 수 있고, 따라서 필드들이 보다 정확하게 검출되게 할 수 있다. 특히, 종래 기술의 검출기들과 비교할 때, 예를 들어, 자기변형 트랜스듀서 재료들을 사용하는 결맞은(coherent) 섬유-광학 센서들에 기초한 것들과 비교하여, 적어도 바람직한 실시형태들에서, 자신의 엣지들 중 적어도 하나에서 필드-반응 구성요소를 제한하는 것이 필드 검출기의 효율을 개선하는 것으로 확인되었다. 이러한 종래 기술의 센서들에서, 필드-반응 구성요소의 변형(strain)은 그 후에 측정될 수 있는 광 섬유로의 축방향 변형(axial strain)으로 전달되지만, 이는 상당한 기계적 부하를 초래하고, 이에 의해 센서의 효율을 감소시킨다.
본 출원인은, 필드-반응 구성요소의 만곡된 표면이 또한 온도 변화에 대해 개선된 저항을 제공하며, 이는 또한 치수 변화를 야기할 수 있고, 또한 제한되지 않은 편평한 필드-반응 구성요소와 비교할 때 그의 2차 반응에서의 다이나믹 레인지 및 선형성의 개선을 제공한다는 것을 확인하였다.
필드-반응 구성요소의 제한은 필드-반응 구성요소가 적어도 한 방향으로 이동하는 것이 방지되게 유지되는 것으로, 그러나, 해당 구성요소가 반드시 제자리에 고정될 것을 요구하지는 않는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 적어도 하나의 엣지에서 필드-반응 구성요소를 제한하는 것은 필드-검출기 내에서 필드-반응 구성요소를 효과적으로 매달리게 하며, 이는 필드-반응 구성요소가 필드에 반응하여 자유롭게 확장할 수 있게 한다. 필드-반응 구성요소의 이러한 매달림(suspension)은 다양한 방식들로 필드-반응 구성요소를 제한함으로써 달성될 수 있다. 본 출원인은 상기 구성요소가 제한되는 방식이 민감도에 영향을 줄 수 있다는 것을 인식하였다. 이하 설명되는 바와 같이, 필드-반응 구성요소가 제한되는 엣지들의 개수는 해당 구성요소의 특정한 형상에 의존할 것인데, 예를 들어 원형 필드-반응 구성요소는, 엣지 또는 엣지의 일부의 제한이 해당 구성요소를 적절하게 매다는, 단일 엣지를 가지는 것으로 고려될 수 있는 반면, 리본 형상의 구성요소는 4개의 엣지들을 갖는 것으로 간주될 수 있고, 따라서 해당 구성요소를 적절하게 매달기 위해 적어도 2개, 예를 들어, 서로 반대되는 엣지들에서 해당 구성요소를 제한하는 것이 바람직할 것이다. 대개, 제한되는 엣지(들)를 제외하고는, 필드-반응 구성요소가 다른 부분에서는 제한되지 않을 것이다. 예를 들어, 엣지들에 의해 분리된, 필드-반응 구성요소의 면들은 대개, 제한되지 않고, 다른 것과 접촉하지 않을 것이다.
필드-반응 구성요소의 선택은 필드 검출기의 특정 응용예에 의해 결정될 것이며, 특히, 검출하기 위해 사용되는 필드의 유형 및/또는 검출하기 위해 사용되는 필드의 일반적 세기에 의해 결정될 것이다. 실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소는 긴 스트립, 예를 들어 리본의 형태이다. 실시형태들의 다른 세트에서, 긴 스트립은 1 mm 내지 100 mm 사이의 길이, 예를 들어 10 mm 내지 15 mm, 예를 들어, 10.05 mm의 길이를 갖는다. 실시형태들의 또 다른 세트에서, 긴 스트립은 1 mm 내지 10 mm 사이의 폭, 예를 들어 1 mm의 폭을 갖는다.
실시형태들의 다른 세트에서, 필드-반응 구성요소는 긴 스트립의 형태이고, 긴 스트립은 그의 적어도 2개의 엣지에서 제한된다. 바람직하게는, 2개의 엣지는 서로 반대이다. 예를 들어, 긴 스트립은 그의 좁은 엣지의 각각에서 제한될 수 있다. 이러한 방식으로 긴 스트립을 제한하는 것은 스트립이 제한되는 두 지점 사이의 스트립을 효과적으로 매달리게 하여, 필드에 자유롭게 반응할 수 있는 매달린 부분을 형성한다.
실시형태들의 대안적인 세트에서, 필드-반응 구성요소는 구형 또는 타원형 엣지를 포함한다. 이러한 실시형태들의 세트에서, 상기 구성요소는 돔 형상의 구조를 형성할 수 있음이 이해될 것이다. 실시형태들의 다른 세트에서, 제한되는 적어도 하나의 엣지는 표면의 전체적인, 연속적인 엣지를 포함한다. 그러나, 실시형태들의 대안적인 세트에서, 제한되는 적어도 하나의 엣지는 표면의 전체적인 외부 엣지의 일부만을 포함한다.
실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소는 위치 결정 배열(locating arrangement)에 필드-반응 구성요소의 적어도 하나의 엣지를 결합함으로써 제한된다. 위치 결정 배열은 필드-반응 구성요소의 측방향 이동, 즉 하나의 특정 방향으로의 이동을 방지할 수 있지만, 일부 다른 이동을 허용할 수 있으며, 예를 들어 상기 엣지는 위치 결정 배열에서 회전하도록 허용될 수 있다.
실시형태들의 대안적인 세트에서, 필드-반응 구성요소는 그의 적어도 하나의 엣지가 제자리에 고정되도록 제한된다. 이러한 실시형태들의 일 세트는 필드-반응 구성요소의 증가된 측방향 강도(stiffness)로부터 유리할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 필드-반응 구성요소의 적어도 하나의 엣지를 양극으로(positively) 잡아(gripping) 달성될 수 있다. 이는 상기 구성요소의 적어도 하나의 엣지를 잡는 클램프에 의해 달성될 수 있다. 실시형태들의 이 세트에서, 필드-반응 구성요소가 필드에 노출될 때, 측정 광 빔의 광 경로 길이를 변경하도록 필드-반응 구성요소가 특정 방향으로 변형될 수 있음을 이해할 것이다.
상기 실시형태들에서 모두, 필드-반응 구성요소는 적어도 한 방향으로는 이동할 수 없도록 제한됨을 이해할 것이다. 물론, 필드-반응 구성요소를 제한하는 다른 방법들이 있을 수 있고, 단일 필드-반응 구성요소는 상이한 엣지들에서 상이한 배열들에 의해 제한될 수 있다.
바람직한 실시형태들에서, 필드-반응 구성요소의 면들은 제한되지 않는다 - 즉, 임의의 다른 부분과의 접촉이 없다.
본 출원인은 예를 들어, 필드-반응 구성요소의 크기, 필드-반응 구성요소의 재료 조성, 열 자기(heat magnetic) 및/또는 스트레인 어닐링과 같은 특정 처리들의 다양한 요인들이, 예를 들면, 자기장-반응 구성요소의 경우, 절단 후 단부면에서의 자기소거 효과와 같은 다른 요인들과 함께, 필드 검출기의 감도에 영향을 줄 수 있다는 것을 인식하였다. 또한, 자기장-반응 구성요소의 경우에, 상기 구성요소의 표면의 곡률 및 재료 혼합이, 예를 들어, 자기-탄성 결합 인자를 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 자신의 엣지들 중 적어도 하나에서 제한되는 만곡된 표면을 포함하는 필드-반응 구성요소의 사용은, 필드-반응 구성요소가 증폭된 치수 변화를 나타낼 수 있고, 따라서 필드 검출기의 민감도를 잠재적으로 향상시킬 수 있기 때문에, 유리할 수 있다. 만곡된 표면이 형성될 수 있는 다양한 방법이 존재한다. 만곡된 표면은 필드-반응 구성요소가 장치 내에 삽입될 때 형성될 수 있다. 그러므로, 실시형태들의 일 세트에서, 만곡된 표면은 필드 검출기의 적어도 하나의 엣지에서 필드-반응 구성요소를 제한함으로써 필드 검출기 내의 필드-반응 구성요소에 인가되는 기계적인 부하에 의해 생성되고, 즉, 필드-반응 구성요소는 그의 나머지 형상으로부터 굽혀져 제자리에서 만곡된 표면을 형성하는, 자연적으로는 편평한 구성요소다. 이러한 실시형태는 편평한 필드-반응 구성요소의 사용을 가능하게 하지만, 본 출원인은 이러한 형태의 기계적 부하가 필드 검출기의 민감도에 부정적인 영향을 미친다는 것을 인식하였다.
따라서, 대안적으로, 실시형태들의 바람직한 세트에서, 필드-반응 구성요소는 상기 구성요소에 기계적인 부하가 적용되지 않을 때, 즉 상기 구성요소의 자연적인 휴지기 형상이 만곡되는, 만곡된 표면을 포함한다. 실시형태들의 다른 세트에서, 필드-반응 구성요소는 검출기 내에 매달리고, 필드-반응 구성요소의 곡률에 영향을 주는 기계적인 부하가 없거나 또는 실질적으로 없도록, 제한된다. 이는 제한되기 전에 만곡되는 필드-반응 구성요소를 제공함으로써 달성될 수 있다. 실시형태들의 이러한 세트에서, 필드-반응 구성요소는 자신의 엣지들에서 효과적으로 매달려 있고, 필드-반응 구성요소의 나머지는 필드의 존재 하에서 자유롭게 변형될 수 있음이 이해될 것이다. 그러한 만곡된 필드-반응 구성요소는 자연적인 만곡된 형상을 가질 수 있거나, 또는 대안적으로, 검출기 내에 제한되기 전에 임의의 잔류 응력 및/또는 변형을 제거하기 위해, 편평한 필드-반응 구성요소가 기계적으로 부하되거나, 구부러지거나 압축되고, 예를 들어 어닐링을 이용하여 처리될 수 있음을 알 것이다.
자연적으로 만곡된 형상을 갖는 경우에도, 필드-반응 구성요소는, 필드-반응 구성요소의 곡률을 변경하는 기계적 부하를 겪도록 제한될 수 있다. 예를 들어, 상기 구성요소는 필드-반응 구성요소의 곡률을 바꾸지 않는 동시에 이를 고정된 위치에 유지하기 위해, 필드-반응 구성요소의 적어도 하나의 엣지 상에 양극으로(positively) 잡아서 제한될 수 있다.
필드-반응 구성요소가 제한되기 전에 만곡되었는지 여부에 관계없이, 필드-반응 구성요소의 감도는 어닐링 기술들을 사용하여 자기 도메인 자화에 의해 향상될 수 있다.
자기장에 반응할 수 있는 전형적인 재료는 금속 혼합물, 예를 들어 Fe, Co, Ni에 기초한 비정질 자기변형 재료를 포함한다. 원하는 필드-민감성을 갖는 필드-반응 구성요소를 얻는 한 가지 방법은, 관련 금속 혼합물을 용융 상태로 가열하고, 이어서, 용융된 금속을 예를 들어, 리본 또는 와이어와 같은 원하는 필드-반응 구성요소 구조로 신속하게 냉각하는 것이다.
실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소의 전체 표면이 만곡된다. 본 출원인은 또한, 필드-반응 구성요소가 전체 표면에 대해 동일한 곡률을 갖지 않을 수 있고, 사실상 일부 부분에서는 편평할 수 있음을 인식해왔다. 그러므로, 실시형태들의 대안적인 세트에서, 필드-반응 구성요소는 만곡되는 적어도 제1 부분과, 제1 부분에 비해 상이한 곡률을 갖거나 곡률이 없는 적어도 제2 부분을 포함한다. 예를 들어, 제2 부분은 편평한 부분들을 포함할 수 있고, 이들 평탄한 부분들은 필드 검출기 내의 필드-반응 구성요소를 더 쉽게 제한할 수 있다.
실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소의 만곡된 표면은 원형 아크를 따른다. 실시형태들의 대안적인 세트에서, 만곡된 표면은 비원형 아크(non-circular arc)를 따른다. 예를 들어, 만곡된 표면은 사인(sinusoidal) 프로파일을 가질 수 있다. 실시형태들의 다른 세트에서, 필드-반응 구성요소가 제한되는 두 지점들 사이의 거리에 대한 필드-반응 구성요소의 길이의 비는 1보다 크다. 바람직하게는, 필드-반응 구성요소가 제한되는 두 지점들 사이의 거리에 대한 필드-반응 구성요소의 길이의 비는 1.0001-1.05 사이, 예를 들면 1.001-1.020 사이, 예를 들면 1.001-1.010 사이이다. 본 출원인은 필드-반응 구성요소의 민감도가 이러한 낮은 비율로 증가될 수 있음을 확인하였다.
판독에 따라, 필드-검출기의 감도는 주어진 필드 세기에 대한 필드-반응 구성요소의 치수 변화에 직접적으로 비례할 수 있다. 전술한 바와 같이, 필드 검출기는 필드-반응 구성요소가 제한되는 지점들 사이의 거리보다 필드-반응 구성요소의 길이가 약간만 더 클 때 필드 검출기가 가장 민감할 수 있다는 것이 본 출원인에 의해 인식되었다. 이러한 치수들을 갖는 필드-반응 구성요소는 큰 치수 변화를 나타낼 수 있는 것으로 확인되었다. 따라서, 실시형태들의 일 세트에서, 예를 들어, 필드-반응 구성요소가 제한되는 지점들 사이가 10 mm 분리된 경우, 필드-반응 구성요소의 길이는 10.02 mm 내지 10.05 mm 사이이다. 상기 비율을 달성하기 위해, 필드-민감 구성요소는 대개, 비교적 작은 양의 곡률을 가질 것이다.
필드-반응 구성요소는 다양한 형태를 취할 수 있다. 실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소는 단일 층의 재료로부터 형성된다. 실시형태들의 대안적인 세트에서, 필드-반응 구성요소는 다수의 층들의 재료로부터 형성된다. 필드-반응 구성요소의 타입은 그것이 제조되는 방식을 결정할 수 있고, 이는 연관된 장점들과 단점들을 야기할 수 있다. 실시형태들의 또 다른 세트에서, 필드-반응 구성요소는 단일의 필드-반응 구성요소로부터 형성될 수 있거나, 또는 복수의 필드-반응 구성요소들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 긴 스트립/리본은 서로 옆에 놓인 복수의 필드-반응 와이어로부터 형성될 수 있다. 실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소는 얇은 시트로서 형성된다. 실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소는 10 μm 내지 100 μm 사이, 예를 들어 30 μm 내지 80 μm, 예를 들어, 50 μm의 두께를 갖는다.
실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소는 단일 방향으로부터의 필드들에만 반응한다. 자기장에 반응하는 자기변형 구성요소의 경우에, 이는 자기 구역이 적절하게 정렬되도록 용이한 축을 형성하기 위해, 필드-반응 구성요소의 열적 및 자기장 어닐링에 의해 달성될 수 있다. 실시형태들의 이러한 세트에서, 필드 검출기의 방향성 감도는, 필드를 정확하게 측정하기 위해 필드 검출기를 적절히 정렬하여 벡터 검출기로 만드는 것을 필요로 할 것임을 의미한다.
필드 검출기는 다수의 상이한 필드들(예를 들어, 자기장 또는 전기장들) 중 하나를 검출할 수 있다. 전술된 바와 같이, 필드 검출기의 특정 응용예는 필드-반응 구성요소의 선택에 영향을 미칠 것이며, 특히 특정 타입의 필드에 반응하는 능력과 특히 관련된다. 예를 들어, 자기장을 검출하기 위해 사용될 때, 필드-반응 구성요소는 자기변형(magnetostrictive) 구성요소를 포함할 수 있다. 자기변형 재료는 자기장의 존재 하에서 치수 변화를 나타내는 것으로 알려져 있으며, 따라서 본 발명에 따른 필드 검출기에 사용될 때 자기장을 검출할 수 있다. 따라서, 실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소는 자기장의 존재 하에서 치수 변화를 겪는 자기변형 재료를 포함한다. 통상의 기술자는 이러한 필드 검출기가 정적 자기장을 검출할 수 있음을 이해할 것이다. 일부 자기변형 재료들의 높은 반응성 또는 자기-탄성 결합으로 인해, 즉, 작게 변화하는 필드에 반응하여 신속하게 치수를 변화시키는 능력으로 인해, 고 주파수의 교호하는 필드들을 검출하는 것도 가능할 수 있다. 자기변형 재료들은 대개, 재료 내의 자기 구역들의 이동에 기인하여 연신(elongation)될 수 있는 강자성 재료들이다. 이러한 연신은 비교적 높은 변형력을 수반한다. 연신의 결과로서 발생하는 형상 변화는 보통 가역적이다.
자기변형 구성요소는 다양한 상이한 재료들, 예를 들어, 비정질 금속들, Fe, Ni, Co, MetglasTM,Galfenol,Terfenol-D또는 다층 필름들로부터 형성될 수 있다. 재료의 선택은 관련된 요구사항들, 예를 들어 감도 또는 비용에 관련된 것들과 함께 필드 검출기의 응용예에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, MetglasTM으로 형성된 리본은 비교적 높은 자기변형 계수와 효율적인 자기-탄성 커플링을 가질 수 있다.
현재, 자기변형 재료들의 롤들을 구매하는 것이 가능하다. 본 출원인은 이러한 자기변형 재료의 롤을 적절한 길이로 절단하고 해당 요소를 원하는 형상으로 구부리며, 이어서 효율적인 검출기 구조를 형성하도록 해당 요소를 어닐링함으로써 필드-반응 구성요소들을 제조할 수 있음을 인식하였다. 본 출원인은 이 방법을 사용하여 자기변형 필드-반응 구성요소들을 쉽게 생성할 수 있음을 인식하였다.
대안적으로, 미세구조물 상에 자기변형 박막을 직접 증착할 수 있다. 이러한 증착은 스퍼터링 또는 펄스 레이저 증착과 같은 물리적 기상 증착(physical vapour deposition, PVD) 공정에 의해 수행될 수 있다. 재료에 따라, 이는 증착 프로세스 동안에 종종 자기장 바이어스를 필요로 할 수 있고, 따라서 자기 박막의 특성을 맞추기 위해 해당 목적을 위해 특수화된 기구를 필요로 할 수 있다. 이어서, 박막 구조는 예를 들어, 기계적 실리콘 구조물, 또는 자기변형 재료로만 이루어진 브리지를 형성하기 위한 희생층 공정을 함께 사용할 때, 바이-모르프(bi-morph) 구조물로서 사용될 수 있다. 이러한 희생층은 폴리머 또는 산화규소일 수 있다. 전기장은 전기변형(electrostrictive) 또는 압전 재료를 사용하여 검출될 수 있다.
직접 측정되지 않은 필드의 존재를 고려할 수 있는 검출기 내에 변조 및 피드백 시스템을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 실시형태들의 일 세트에서, 예를 들어, 필드-반응 구성요소가 자기장들에 반응할 때, 필드 검출기는 헬름홀츠 코일을 더 포함한다. 예를 들어, 필드 검출기는 바람직하지 않게, 지구 자기장에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 경우에, 지구 자기장을 효과적으로 무효화하는 헬름홀츠 코일을 갖는 자기장을 생성할 수 있다. 헬름홀츠 코일은 필드-반응 구성요소의 단부들 주위에 배열될 수 있다. 필드-반응 구성요소에 피드백을 제공하기 위해 헬름홀츠 코일들을 이용하여 자기장들을 생성할 수 있다.
본 출원인은 본 발명에 따른 필드 검출기들이, 예를 들어, 생체 임피던스와 같은 의료적 응용에서, 예를 들어, 해저면 로깅(logging)을 이용한 탄화수소 탐사, 석유 및 가스 생산 모니터링, 또는 제어된 소스 전자기(controlled source electromagnetics, CSEM) 및 자기지전류탐사(magnetotellurics, MT)와 같은 에너지 응용에서, 그리고, 예를 들어, 해안선 상 및 해안선 외에서의 표적 감시 및 내비게이션과 같은 국방 응용에서, 다양하게 응용될 수 있음을 인식하였다.
필드 검출기의 구성요소들은 다른 필요한 전자적 및 전기적 구성요소들과 함께, 비교적 컴팩트한 MEMS 구조물에 수용될 수 있다. 이러한 컴팩트한 MEMS 구조물은 검출기가 적용될 수 있는 응용의 총 개수를 증가시킬 수 있다. 필드-반응 구성요소는 필드 검출기의 외측 부분을 형성할 수 있고, 따라서 필드 검출기의 외막인 것으로 간주될 수 있다.
간섭측정 판독 배열은 검출기로 하여금 필드-반응 구성요소의 편향(즉, 치수 변화)을 측정함으로써 필드의 존재를 검출하게 한다는 것이 이해될 것이다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 필드-반응 구성요소가 필드의 존재 하에서 치수 변화를 겪는 경우, 측정 빔의 광 경로 길이가 변하는 반면에, 기준 빔의 광 경로 길이는 동일하게 유지된다. 간섭측정 판독 배열은 2개의 빔 사이의 광 경로 길이의 변화를 검출할 수 있고, 따라서 필드-반응 구성요소의 치수 변화를 검출할 수 있다.
검출기는 단순히 필드의 존재를 나타내기 위해 배열될 수 있거나, 또는, 필드의 세기를 나타내도록 배열될 수 있다. 필드의 세기에 관한 표시를 제공하기 위해, 이는 필드-반응 구성요소의 치수 변화 및 필드의 세기 사이의 관계에 대한 지식을 필요로 할 것이다.
전술된 관계를 결정하기 위해서는, 공지된 크기의 필드를 이용하여 필드-검출기를 보정할 필요가 있을 수 있음을 이해할 것이다. 치수 변화 및 필드 세기 사이의 특정한 관계는 재료의 타입, 형상 및 크기, 그리고 또한 필드의 타입에 의존할 수 있다. 예를 들어, 자기장에 반응하는 필드-반응 구성요소들, 예를 들어 자기변형 구성요소들은 그들이 적절하게 준비되었을 때 치수 변화 및 필드 세기 사이에 2차식 관계를 갖는 것으로 알려져 있다.
전술된 구성요소들에 더하여, 간섭측정 판독 배열은 광 경로 차이가 판단되게 하는 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 실시형태들의 일 세트에서, 간섭측정 판독 배열은 측정 빔 및 기준 빔의 광 경로에 위치된 회절 구성요소를 더 포함한다. 통상의 기술자는, 실시형태들의 이러한 일 세트에서, 회절 구성요소로부터 직접 반사되는 광은 상기 언급된 기준 빔을 형성하고, 회절 구성요소에 의해 회절되고 필드-반응 구성요소에 의해 반사된 후 회절 구성요소에 의해 한번 더 회절되는 광은 상기 언급된 측정 빔을 형성한다는 것을 이해할 것이다. 회절 구성요소는, 예를 들어, 회절 격자 또는 회절 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다.
실시형태들의 이러한 일 세트에서, 측정 빔의 광 경로 길이의 변화는 회절 구성요소의 회절 효율에 영향을 주고, 따라서 상이한 회절 차수(diffractive order)로 회절되는 광 세기를 변화시킨다. 상이한 회절 차수들에서의 광의 세기들을 비교함으로써, 측정 빔의 광 경로 길이에서의 변화, 및 따라서, 필드-반응 구성요소의 치수 변화를 결정할 수 있다. 이어서, 이 치수 변화는 필드의 존재, 및 선택적으로는 세기를 결정하는 데에 사용될 수 있다.
실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소는 만곡된 표면의 오목 또는 볼록 표면이 광원을 향해 대면하도록 제한된다. 실시형태들의 일 세트에서, 필드-반응 구성요소 및 간섭측정 배열은 회절 구성요소 및 만곡된 표면 사이의 거리의 2배, 즉, 만곡된 표면으로부터 반사된 광에 의해 이동되는 거리, 또는 "경로 불균형(path imbalance)"이 광원으로부터 방출된 광의 결맞음(coherence) 길이보다 짧도록 배열된다. 이는 높은 대비 및/또는 가시성을 보장할 것이다. 결맞음 길이는 결맞음 파(coherent wave)가 특정 정도의 결맞음을 유지하는 전파 거리로서 정의된다. 결맞음 길이는 필드 검출기에서 사용되는 광원의 스펙트럼 폭 및 형상에 의존할 것이며, 예를 들어 대개의 반도체 레이저는 간섭측정 경로 불균형보다 훨씬 더 큰 결맞음 길이를 갖는다. 바람직한 실시형태들에서, 경로 불균형은 0.1 mm 내지 5 mm의 범위이다. 이러한 방식으로 구성요소들을 배열하는 것은, 검출기가 필드-반응 구성요소의 치수 변화를 정확하게 측정할 수 있도록 보장할 수 있다.
실시형태들의 일 세트에서, 광원은 레이저 다이오드를 포함한다. 실시형태들의 일 세트에서, 광원은 복수의 광원을 포함한다. 실시형태들의 일 세트에서, 검출기는 적어도 하나의 광검출기를 포함한다.
본 발명에 따른 필드 검출기는 단일 축 센서로서, 즉 단일 방향으로부터 필드를 검출하는 데에 사용될 수 있다. 그러나, 본 출원인은 다수의 방향들, 예를 들어, 3개의 방향들로부터의 필드들을 검출하는 것이 바람직할 수도 있다는 것을 잘 알고 있다. 본 출원인은 각각이 본 발명에 따른 필드 검출기인 3개의 필드 검출기들을 서로 직교하게 패키징하여 3-축 검출기를 형성할 수 있음을 인식하였다.
본 출원인은 다방향 검출기를 제공하기 위해 다수의 검출기들이 제공되는 경우에, 문제가 될 수 있는 각각의 개별 검출기 사이에 크로스토크가 존재할 수 있음을 인식하였다. 필드 검출기가 자기장을 검출하도록 설계되는 경우에, 자기 크로스토크는 해결하기 어려울 수 있고, 만약 그렇다면, 자기 변화(사인파 또는 구형파) 주파수들이 상이한 장치들에 대해 이용되어 크로스토크 및 구별을 향상시킬 수 있다.
필드 검출기들의 어레이를 제공할 수도 있음이 본 출원인에 의해 인식되었다. 그러한 어레이는 넓은 영역에 걸친 필드들을 검출할 수 있거나, 필드 세기를 보다 정확하게 매핑할 수 있다. 상기 어레이는 다수의 단일-축 필드 검출기들 또는 다수-축 필드 검출기들을 포함할 수 있다.
간섭측정 판독 배열 및 적어도 하나의 엣지에서 제한되는 필드-반응 구성요소의 조합은, 적어도 그의 바람직한 실시형태들에서, 상대적으로 낮은 비용의 필드 검출기를 제공할 수 있다. 간섭측정 판독 배열 및 필드-반응 구성요소의 배열은 또한, 적어도 일부 바람직한 실시형태들에서, 필드 검출기에 대해, 체적비를 감지하기 위한 낮은 전력 소비 및 높은 필드 민감도를 제공할 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태들이 이제, 단지 예로서, 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 필드 검출기를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 다른 필드 검출기를 도시한다.
도 3은 자신의 엣지에서 제한되는 필드-반응 구성요소의 확대도를 도시한다.
도 4는 자기장에 노출될 때의 도 3에 도시된 필드-반응 구성요소를 도시한다.
도 5는 대안적인 방식으로 제한된 대안적인 필드-반응 구성요소의 확대도를 도시한다.
도 6은 자기장에 노출될 때의 도 5에 도시된 필드-반응 구성요소를 도시한다.
도 7은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제한된 리본에 대한 시뮬레이션 데이터의 표를 도시한다.
도 8은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제한된 리본에 대한 시뮬레이션 데이터의 표를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 단일-축 필드 검출기(2)의 일 실시형태를 도시한다. 필드 검출기(2)는 광원(4), 광 검출기들(6), 회절 패턴(8) 및 필드-반응 구성요소(10)를 포함한다. 광 검출기(6)와 광원(4)은 동일한 평면에 배열된다. 회절 패턴(8)은 광 검출기(6) 및 광원(4)으로부터 고정된 거리에 위치된다. 필드-반응 구성요소(10)는 자신의 엣지들(12)에서 제한되고, 구성요소(10)의 나머지는 자유롭게 이동한다.
단일-축 필드 검출기(2)가 동작하고 있을 때, 레이저 다이오드일 수 있는 광원(4)은 회절 패턴(8)을 향해 지향되는 복사선을 생성한다. 회절 패턴(8)에 입사하는 복사선 중에서, 제1 부분은 회절 패턴(8)을 통과하고 회절된다. 이러한 회절된 복사선은 이어서, 구성요소(10)에 의해 회절 패턴을 통해 광 검출기(6) 상으로 반사된다. 제2 부분은 회절 패턴(8)에 의해 광 검출기(6) 상으로 반사된다. 제2 부분은 제1 부분을 간섭하여 간섭 패턴을 형성하고, 결과적으로 광 검출기들(6)에서 검출된 광의 세기는 제1 부분과 제2 부분 사이의 간섭 패턴 또는 광학 위상 차에 의존하고, 따라서 회절 패턴(8) 및 구성요소(10) 사이의 거리에 의존한다. 이는 결맞음 및 광 편광이 만족되는 적절한 조건을 제공하여, 높은 줄무늬(fringe) 가시성을 보장한다.
광 검출기(10)에서의 광의 강도는 회절 패턴(8)과 구성요소(10) 사이의 거리에 의존하기 때문에, 막의 위치(및 따라서 치수의 변화)는 검출된 세기로부터 추론될 수 있다.
필드-반응 구성요소(10)가 필드에, 예를 들어, 자기장에, 자기-탄성 커플링을 통해 노출되는 경우, 필드-반응 구성요소(10)는 탄성 변형을 겪게 되고 따라서 필드-반응 구성요소(10)의 편향이 일어난다. 회절 격자(8)의 단부면과 필드-반응 구성요소(10)의 표면 사이의 거리의 2배가 광의 결맞음 길이보다 짧은 경우에는, 간섭이 생성될 것이며, 간섭 파가 그들의 편광에 대하여 적절하게 정렬되는 경우, 광학 위상 시프트로서 편향이 나타날 것이다. 이러한 광학 위상 시프트를 적절한 증폭 및 광 검출기들(6)로부터의 신호들의 신호 처리와 조합하여, 위상 시프트는 필드-반응 구성요소에 의해 검출되는 필드의 진폭에 의존하는 출력 전압으로 변환될 수 있다.
회절 패턴의 제0번째 회절 차수로 지향되는 광의 비율은 광학 위상 시프트의 함수이고, 다음과 같이 2-빔 간섭계로서 근사화될 수 있다.
식 1
Figure pct00001
I는 출력 신호이고, A는 장치에서의 광학적 광 세기 손실 및 계면 반사에 따른 DC 레벨이고, B는 장치에서의 광 세기 손실 및 계면 반사에 의존하지만, 광학 기준 빔 및 신호 빔 사이의 편광 정렬 및 결맞음에도 의존하는, 상수이다. λ은 광학 파장이고, Δd는 필드-반응 구성요소의 광축을 따른 변위이다.
(회절 패턴이 회절 프레넬 렌즈에 의해 제공되는 경우에 초점이 맞춰져 있는) 제1차 회절 차수로 지향되는 광의 비율은 식 1의 위상과 반대되는 위상을 가질 것이고, 다음과 같이 표현될 수 있다:
식 2
Figure pct00002
자기변형 구성요소의 특정한 경우에, 자기변형은 일반적으로 2차식(quadratic)이며, 편향은 다음과 같이 표현될 수 있다.
식 3
Figure pct00003
Ceff은 자기변형 재료의 재료 특성, 자기소거 효과, 재료가 어닐링을 이용한 제조 이후에 어떻게 처리되는지(온도, 변형, 자기장), 재료의 크기 및 형상에 의존하는 상수이다. 대개의 형상들은 구부러지고, 신장된, 직사각형 스트립, 즉 구부러진 리본 또는 구형 표면의 일부일 수 있다.
비선형 방정식 1, 2로부터 선형성을 얻기 위해, 간섭측정 복조 신호 및 피드백 신호 모두가 적용될 수 있다. 이는 예를 들어 도 2에서 볼 수 있으며, 여기서 광학 간섭 신호는 I. R. Johansen, M. Lacolle, T. Bakke, A. Vogl, D. T. Wang, S. Knudsen, O. Lovhaugen, H. Angelskar and Zeljko Skociac, "Optisk Bevegelsessensor, Patent application, Ref. P4598NO00-DT, Patentstyret에 설명된 기술을 사용하여 복조된다. 이 신호는 또한, K. P. Koo, A. Dandridge, F. Bucholtz, and A. B. Tveten, "An analysis of a fiber-optic magnetometer with magnetic feedback," IEEE J. of Lightwave Technology, Vol. LT-5, No. 12, pp. 1680-1685, 1987에 설명된 바와 같이 A.C. 및 D.C 널링 기법을 사용하여 자기적으로 선형화될 수 있다.관심 있는 자기 신호에 비례하는 광 검출기(6) 신호는 피드백 신호의 저주파수 부분이 될 것이다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 필드 검출기(2)는 필드-반응 구성요소(10) 및 2개의 헬름홀츠 코일을 포함한다. 이러한 배열을 이용하여 위에서 언급된 바와 같이 필드-반응 구성요소(10)에 피드백 신호를 제공할 수 있다. 광학 위상 시프트에 대한 제2 차수(order) 변형(편향)의 선형화는, 자기 트랜스듀서 구성요소를 무효화(null)하기 위해 저주파수 피드백 신호를 이용한 록인(lock-in) 증폭기 기술을 이용하는 동기화 검출과 함께, 자기 AC 디더링을 이용하여 얻어질 수 있다. 피드백 신호는 디더(dither) 신호에 의해 적절히 혼합될 때 그리고 저역통과 필터링 이후에, 관심 있는 선형화된 저주파수 출력 신호가 된다.
도 3은 자신의 엣지들(12')에서 제한되는 필드-반응 구성요소(10')의 확대도를 도시한다. 여기서, 필드-반응 구성요소(10')는 균일한 곡률을 갖는다는 것을 알 수 있다. 필드-반응 구성요소(10')의 엣지(12')는, 수직 방향이 아닌 수평 방향으로 필드-반응 구성요소(10)를 제한하는 L자 형상의 지지부들(16)에 안착된다. 따라서, 필드-반응 구성요소(10)는 검출기 내에서 지지된다. 간섭측정 판독 배열이 필드-반응 구성요소(10')의 치수의 변화를 검출하게 하기 위해, 필드-반응 구성요소(10')는 도 3의 화살표에 의해 도시된 Z방향으로 편향될 필요가 있다. 이는 측정 빔에 대한 증가된 광 경로 길이를 생성하여, 편향이 상기 설명된 바와 같이 측정될 수 있게 한다. L자 형상의 지지부들(16)을 이용하여 필드-반응 구성요소(10')를 제한하는 것은 필드에 노출될 때 필드-반응 구성요소(10')의 임의의 신장(elongation)이 Z방향으로 필드-반응 구성요소(10')의 편향을 초래하는 것을 보장한다. 단부들(12')은 L자 형상의 지지부들(16)에서 제한되지만, 고정되지는 않으므로, 필드 반응 구성요소(10')의 단부들(12')은 L자 형상의 지지부들(16) 내에서 비틀어질(twist) 수 있다. L자 형상의 지지부들은 고정된 거리에 의해 분리되고, 필드-반응 구성요소는 공지된 길이 L을 갖는다.
도 4는 자기장에 노출될 때, 도 3에서 보여진 동일한 필드-반응 구성요소(10')를 도시한다. 자기장의 존재는 막대 자석 및 대응하는 자기력선들에 의해 도시된다. 자기장의 존재는 필드-반응 구성요소(10')가 그 길이를 제1 길이 L에서 제2 길이 L+ΔL로 변경하여 신장되게 한다. 필드-반응 구성요소(10')가 자신의 엣지들(12')에서 제한되는 사실로 인해, 이러한 신장은, 필드-반응 구성요소의 적어도 중심의 Δz 양만큼의 변위를 초래한다.
도 5는 U자 형상의 지지부들(16')에서 그 엣지들(12'')에서 고정적으로 클램핑되는 상이한 방식으로 제한되는 필드-반응 구성요소(10'')의 대안적인 실시형태의 다른 확대도를 도시한다. 따라서, 필드 반응 구성요소(10'')는 검출기 내에서 고정적으로 지지된다. 필드-반응 구성요소(10'')는 얕은 만곡된 표면을 갖는다는 것을 알 수 있다. 필드-반응 구성요소(10'')는 알려진 길이(L)를 가질 수 있고 U자 형상의 지지부들(16')도 알려진 거리에 의해 분리될 수 있다.
도 6은 자기장에 노출된 도 5에 도시된 바와 같은 동일한 필드-반응 구성요소(10'')를 도시한다. 자기장의 존재는 막대 자석 및 대응하는 자기력선들에 의해 도시된다. 필드-반응 구성요소의 길이는 자기장에 노출될 때 제1 길이 L에서 제2 길이 L+ΔL로 변경될 수 있다. 그의 엣지들에서 제한되기 때문에, 필드-반응 구성요소(10'')의 적어도 중심은 Δz 양만큼 변위될 것이다.
물론, 통상의 기술자는, 필드-반응 구성요소가 많은 상이한 프로파일들을 가질 수 있고 다양한 상이한 방식들로 제한될 수 있음을 이해할 것이다. 도 3 내지 도 6에 도시된 예들은 특정 곡률 프로파일 곡선들을 갖는 가능한 필드-반응 구성요소들의 단지 예시적인 실시예들 및 필드-반응 구성요소를 제한하는 단지 예시적인 방식들이다.
본 출원인은 도 3 내지 도 6에서 볼 수 있는 실시형태들의 일부 모델링을 수행하였다. 아래의 데이터에서, 필드-반응 구성요소들의 단부들은 10 mm의 고정 거리에서 끝에서 끝까지 제한되었다.
본 출원인은 고정된 자기장에 노출될 때 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, Ni의 리본들의 많은 수의 시뮬레이션들을 수행하였다. 이러한 시뮬레이션으로부터 얻은 데이터는 도 7 및 도 8에서 볼 수 있다. 도 7은 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 제한된 리본의 시뮬레이션으로부터의 데이터를 포함하는 표이다. 표는 리본의 수직 편향(Δz 변위), 리본의 선형 열 팽창 및 리본에 대한 z 확장 비율을 상세히 설명한다. 이 데이터는 10.25 mm 내지 15 mm 길이(L)의 범위를 갖는 리본에 대해 제공된다.
도 8은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 장착된 리본에 대해 수행된 시뮬레이션으로부터의 데이터를 도시한다. 데이터는 길이가 10.05 mm 내지 15 mm의 길이(L)의 범위를 갖는 리본에 대해 제공된다.
이 도면들에 도시된 데이터로부터, 필드에 노출될 때 리본의 길이 가 작을수록, 리본의 수직 편향(Δz 변위)이 더 커진다는 것이 명백하다. 더 큰 수직 편향은 필드 검출기가 더 민감할 것임을 의미한다.
본 출원인은 특히 짧은 리본, 구체적으로 길이가 11 mm 이하인 경우, 선형 열 팽창을 갖는 휘지 않고, 매달리지 않은 스트립이 제공할 수 있는 것보다 더 큰 수직 편향을 달성할 수 있음을 확인하였다.
도 7 및 도 8에 도시된 표들의 데이터를 비교하면, 본 출원인은 또한 필드-반응 구성요소가 제한되는 특정한 방식이 해당 구성요소의 수직 편향에 현저하게 영향을 미치지는 않는다는 것을 확인하였다. 그러나, 본 출원인은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제한된 구성요소가 추가적인 측방향 강도(stiffness)로부터 이점이 있을 것임을 인식하였다.

Claims (30)

  1. 필드 검출기로서:
    미리 결정된 필드에 노출될 때 치수 변화를 겪는 필드-반응 구성요소; 및
    상기 필드-반응 구성요소의 치수 변화를 검출하도록 배열되는 간섭측정 판독 배열 - 상기 간섭측정 판독 배열은, 상기 필드-반응 구성요소로부터 반사된 측정 빔 및 상기 필드-반응 구성요소로부터 반사되지 않는 기준 빔을 제공하도록 배열되는 광원과, 상기 측정 빔 및 상기 기준 빔에 의해 생성된 간섭 패턴의 적어도 일부를 검출하도록 배치되는 적어도 하나의 광 검출기를 포함함 - 을 포함하고;
    상기 필드-반응 구성요소는, 만곡된 표면을 포함하되, 상기 치수 변화가 상기 만곡된 표면으로 하여금 상기 기준 빔에 대한 상기 측정 빔의 광 경로 길이를 변화시키는 방향으로 변위되게 하여 상기 광 검출기에 의해 검출된 상기 간섭 패턴을 변화시키도록, 적어도 하나의 엣지에서 제한되는, 필드 검출기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는 긴 스트립의 형태인, 필드 검출기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 긴 스트립은 1 mm 내지 100 mm 사이의 길이를 갖는, 필드 검출기.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 긴 스트립은 1 mm 내지 10 mm 사이의 폭을 갖는, 필드 검출기.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 긴 스트립은 적어도 2개의 엣지에서 제한되는, 필드 검출기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2개의 엣지들은 서로 반대되는, 필드 검출기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는 구형 또는 타원형 엣지를 포함하는, 필드 검출기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제한된 적어도 하나의 엣지는 상기 표면의 전체적인, 연속적인 엣지를 포함하는, 필드 검출기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제한된 상기 적어도 하나의 엣지는 상기 표면의 전체적인 외부 엣지의 일부만을 포함하는, 필드 검출기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는 위치 결정 배열에 상기 필드-반응 구성요소의 적어도 하나의 엣지를 결합함으로써 제한되는, 필드 검출기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위치 결정 배열은 상기 필드-반응 구성요소의 측방향 이동을 방지하지만, 일부 다른 이동은 허용하는, 필드 검출기.
  12. 제10항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는 자신의 적어도 하나의 엣지가 제자리에 고정되도록 제한되는, 필드 검출기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는 상기 구성요소에 어떠한 기계적인 부하도 인가되지 않을 때 만곡된 표면을 포함하는, 필드 검출기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는, 상기 검출기 내에서 매달리고, 곡률에 영향을 미치는 어떠한 기계적인 부하도 겪지 않도록 제한되는, 필드 검출기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소의 전체적인 표면이 만곡되는, 필드 검출기.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는, 만곡되는 적어도 제1 부분 및 상기 제1 부분에 비해 상이한 곡률을 갖거나 어떠한 곡률도 갖지 않는 적어도 제2 부분을 포함하는, 필드 검출기.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소가 제한되는 두 지점들 사이의 거리에 대한 상기 필드-반응 구성요소의 길이의 비율은 1보다 큰, 필드 검출기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소가 제한되는 두 지점들 사이의 거리에 대한 상기 필드-반응 구성요소의 길이의 비는 1.0001 내지 1.05인, 필드 검출기.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는 10 내지 100 μm의 두께를 갖는, 필드 검출기.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는 단일 방향으로부터의 필드에만 반응하는, 필드 검출기.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는 자기장의 존재 하에서 치수 변화를 겪는 자기변형(magnetostrictive) 재료를 포함하는, 필드 검출기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 자기변형 구성요소는 비정질 금속들, Fe, Ni, Co, MetglasTM,Galfenol,Terfenol-D 또는 다층 필름들 중 적어도 하나로 형성되는, 필드 검출기.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 헬름홀츠 코일을 더 포함하는, 필드 검출기.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는 상기 필드 검출기의 외부 부분을 형성하는, 필드 검출기.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 간섭측정 판독 배열은 상기 측정 빔 및 상기 기준 빔의 광 경로에 위치된 회절 구성요소를 더 포함하는, 필드 검출기.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소는, 상기 만곡된 표면의 오목 또는 볼록 표면이 상기 광원을 향해 대면하도록 제한되는, 필드 검출기.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드-반응 구성요소 및 상기 간섭측정 배열은 회절 구성요소 및 상기 만곡된 표면 사이의 거리의 2배인 경로 불균형이 상기 광원으로부터 방출된 상기 광의 결맞음(coherence) 길이보다 짧도록 배열되는, 필드 검출기.
  28. 제27항에 있어서, 상기 경로 불균형은 0.1 mm 내지 5 mm의 범위에 있는, 필드 검출기.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원은 레이저 다이오드를 포함하는, 필드 검출기.
  30. 각각이 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따르는 필드 검출기인, 서로 직교하도록 배열되는 3개의 필드 검출기들을 포함하는, 3-축 검출기.
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