TW201531706A - 光機慣性感測器 - Google Patents

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Abstract

本揭露之實施例係關於微機電系統(MEMS)感測設備，包括組態以產生光束的雷射設置、組態以接收及輸出光束的第一波導以及與第一波導端面對端面對準的第二波導。第二波導可組態以透過對準的端面經由光學耦合從第一波導接收光束的至少一部分。第一或第二波導可組態以反應於設備之慣性改變而為可移動的，其中第一或第二波導之移動引起在光束之該部分的光強度上的改變，在光強度上的改變指示慣性改變的測量。其它實施例可被說明及/或請求為申請專利範圍。

Description

光機慣性感測器
本揭露之實施例一般是關於光電的領域，且更特別的是關於使用微電子系統以用於加速度計的及陀螺儀的測量。
對於位移感測(displacement-sensing)裝置的市場需求及收入，像是包括微電子系統(MEMS)為基的感測器之加速度計(accelerometer)及陀螺儀(gyroscope)，已穩定的成長。將慣性MEMS感測器整合進入寬範圍的消費電子設備、車輛及防衛應用正驅動著對於較小、較便宜、較低功率、較低雜訊且更正確的感測器之需要。然而，用於生產微縮的加速度計及陀螺儀由於他們幾年前開始本質上仍保持未改變。在加速度計或陀螺儀中典型的感測器可包括具有電性的驗證質量(proof-mass)位移感測的可移動驗證質量，例如使用交錯的電容器板。然而，傳統的靜電感測可能無法提供足夠的敏感度或所欲的敏感度範圍。
100‧‧‧MEMS感測裝置
102‧‧‧框
104‧‧‧雷射器
106‧‧‧偵測器
108‧‧‧波導
110‧‧‧波導
112‧‧‧波導
114‧‧‧驗證質量
116‧‧‧彈簧
118‧‧‧部件
118’‧‧‧部件
120‧‧‧端面
122‧‧‧端面
124‧‧‧間隙
126‧‧‧箭頭
300‧‧‧MEMS感測裝置
302‧‧‧脊形波導
304‧‧‧間隙
306‧‧‧脊形波導
308‧‧‧介電層
310‧‧‧介電層
400‧‧‧MEMS感測裝置
404‧‧‧波導
406‧‧‧分光器
408‧‧‧波導
410‧‧‧波導
412‧‧‧波導
416‧‧‧波導
418‧‧‧波導
420‧‧‧波導
600‧‧‧MEMS感測裝置
602‧‧‧框
604‧‧‧驗證質量
606‧‧‧彈簧
608‧‧‧彈簧
610‧‧‧彈簧
612‧‧‧彈簧
614‧‧‧雷射器
616‧‧‧初始波導部件
618‧‧‧波導分光器
620‧‧‧波導部件
622‧‧‧波導部件
624‧‧‧波導部件
626‧‧‧光偵測器
628‧‧‧光偵測器
630‧‧‧光偵測器
632‧‧‧波導
634‧‧‧波導
636‧‧‧波導
638‧‧‧電引線
640‧‧‧電引線
700‧‧‧MEMS感測裝置
702‧‧‧框
704‧‧‧驗證質量
706‧‧‧彈簧
708‧‧‧彈簧
710‧‧‧彈簧
712‧‧‧彈簧
714‧‧‧雷射器
716‧‧‧初始波導部件
718‧‧‧波導分光器
720‧‧‧波導部件
722‧‧‧波導部件
724‧‧‧波導部件
726‧‧‧光偵測器
728‧‧‧光偵測器
730‧‧‧光偵測器
732‧‧‧波導
734‧‧‧波導
736‧‧‧波導
738‧‧‧電引線
740‧‧‧電引線
800‧‧‧MEMS感測裝置
802‧‧‧框
804‧‧‧驗證質量
806‧‧‧彈簧
808‧‧‧彈簧
810‧‧‧彈簧
812‧‧‧彈簧
814‧‧‧雷射器
816‧‧‧初始波導部件
818‧‧‧波導分光器部件
820‧‧‧波導部件
822‧‧‧波導部件
824‧‧‧波導部件
826‧‧‧光偵測器
828‧‧‧光偵測器
830‧‧‧光偵測器
832‧‧‧波導
834‧‧‧波導
836‧‧‧波導
838‧‧‧電引線
840‧‧‧電引線
900‧‧‧裝置
902‧‧‧外部驗證質量
904‧‧‧框
906‧‧‧內部驗證質量
910‧‧‧彈簧
1000‧‧‧加速度計
1100‧‧‧加速度計
1200‧‧‧加速度計
1300‧‧‧加速度計
1408‧‧‧雷射器
1410‧‧‧光偵測器
1412‧‧‧矽磊晶
1414‧‧‧埋入氧化物層
1416‧‧‧矽基板
1418a‧‧‧光罩層
1418b‧‧‧光罩層
1412a‧‧‧部件
1412b‧‧‧部件
1422‧‧‧間隙
1424a‧‧‧光罩層
1424b‧‧‧光罩層
1416a‧‧‧基板
1416b‧‧‧基板
1426‧‧‧間隙
1428‧‧‧間隙
1430a‧‧‧片段
1430b‧‧‧片段
1600‧‧‧系統
1604‧‧‧處理器
1608‧‧‧系統控制模組
1610‧‧‧記憶體控制器模組
1612‧‧‧系統記憶體
1614‧‧‧NVM/儲存器
1620‧‧‧通訊介面
1622‧‧‧慣性感測裝置
實施例藉由下列詳細說明連同所附圖式將輕易的了解。為了方便此說明，相似的參考數字標定相似的結構元件。實施例係藉由範例的方式來闡述而非藉由在所附圖式之圖中之限制的方式。
圖1為依據本揭露之一些實施例示意地闡述用於感測慣性改變的示範MEMS感測裝置的圖。
圖2依據本揭露之一些實施例闡述依據一些實施例代表將光強度傳輸為驗證質量之位移的函數的圖形。
圖3為依據本揭示之一些實施例示意的闡述用於感測慣性改變的MEMS感測裝置之部分。
圖4為依據本揭露之一些實施例示意地闡述用於感測慣性改變的MEMS感測裝置之另一實施例的圖。
圖5為依據本揭露之一些實施例闡述作為圖1之驗證質量位移之函數的光學傳輸功率的圖形。
圖6~8為依據本揭露之一些實施例示意地闡述用於感測慣性改變的MEMS感測裝置之各重配置的圖。
圖9為依據一些實施例包含陀螺儀的MEMS感測裝置之範例配置。
圖10~13闡述依據本揭露之一些實施例闡述關於陀螺儀在不同模式中的範例MEMS感測裝置，其配置成用或不用施加的外部旋轉來測量陀螺儀的感測及驅動模式。
圖14闡述依據本揭露之各種實施例在生產MEMS感 測器裝置中的範例步驟。
圖15示意地闡述依據一些實施例用於操作MEMS感測裝置之方法的流程圖。
圖16示意地闡述依據一些實施例包括MEMS感測裝置的範例計算裝置。
【發明內容及實施方式】
本揭露之實施例說明用於藉由微機電系統(MEMS；Micro-Electro-Mechanical Systems)感測慣性改變的配置及技藝。在下列說明中，說明性的建置之各種態樣將使用由本領域具有通常知識者通常採用的術語以將他們的作品之實質傳達到其它的本領域具有通常知識者。然而，將對本領域具有通常知識者顯而易見的是本揭露之實施例可僅以所說明的態樣中一些者來實行。為解釋的目的，提出特定數目、材料及配置以為了提供說明性的建置之全盤了解。然而對本領域具有通常知識者顯而易見的是，本揭露之實施例可不用這些特定細節來實行。在其它例子中，省略或簡化周知的特徵以為了不模糊說明性的建置。
在下列詳細說明中，對於此形成一部分的所附圖式作成參考，其中相似的數字標示遍及全文的相似部分，其藉由闡述實施例的方式來繪示，在其中本揭露之標的可被實行。要了解的是，可利用其它實施例並且在不悖離本揭露之範圍下可作成結構的或邏輯的改變。因此，下 列詳細說明並非被採取以限制的觀念，而實施例之範圍係由附加的申請專利範圍及他們的等效來界定。
為了本揭露的目的，詞彙「A及/或B」意味(A)、(B)或(A及B)。為了本揭露的目的，詞彙「A、B及/或C」意味(A)、(B)、(C)、(A及B)、(A及C)、(B及C)或(A、B及C)。
本說明可使用透視為基(perspective-based)的說明，諸如頂部/底部、進/出、之上/之下等。這類說明僅用以方便討論且不打算將於此說明的實施例之應用限制到任何特定的方向。
本說明可使用詞彙「在一實施例中」或「在多個實施例中」其各者參照到相同或不同的實施例之一或多個。進一步而言，術語「包含」、「包括」、「具有」等，如對照本揭露之實施例所使用的，其為同義的。
術語「與…耦接/耦合」隨著其衍生可被使用於此。「耦接/耦合」可意味後面之一或以上的。「耦接/耦合」可意味二或以上的元件直接實體或電性接觸。然而，「耦接/耦合」可意味二或以上的元件間接彼此接觸，但仍又彼此配合或互動，且可意味一或以上的其它元件耦接或連接在所述要耦彼此耦接的元件之間。術語「直接耦接/耦合」可意味二或以上元件直接的接觸。
在各種實施例中，詞彙「第一層形成、沈積或另外置於第二層上」可意味第一層形成、沈積或置於第二層之上而至少一部分的第一層可與至少一部分的第二層 直接接觸(例如，直接實體及/或電性接觸)或間接接觸(例如，具有在第一層與第二層之間的一或以上的其它層)。
如於此所使用的，術語「模組」可參照至部分的或包括特定應用積體電路(ASIC；Application Specific Integrated Circuit)、電子電路、處理器(共用、專屬或群組)及/或記憶體(共用、專屬或群組)，其執行一或以上的軟體或韌體程式、組合邏輯電路及/或其它提供所欲功能性之適合的組件。
圖1為依據本發明一些實施例示意的闡述用於感測慣性改變的範例MEMS感測裝置100。為了解釋的目的，放大以虛線定界線的裝置100之部件118且繪示在圖1的虛線矩形118’內。在實施例中，裝置100可包括光源，像是雷射設置(laser arrangement)104，之後稱為「雷射器104」，組態以產生光束。雷射器104可與波導(waveguide)108耦合且可組態以將經產生的光束提供給波導108。波導108可擇一的參照為總線波導(bus waveguide)且組態以將光束傳輸離開雷射器104。
波導108可端面120到端面122的與波導110對準。如所描繪的，波導可組態具有帶懸臂的末稍，例如波導的末稍可突出進入在框與驗證質量之間的空間。端面120和122可橫跨間隙124而對準。間隙124之距離可被組態使得波導108與波導110可被組態以透過端面120與122來光學耦合。在這類設置中，波導110可組態以接收 由雷射器104產生且透過波導108傳送輸的光束之至少一部分。波導110可輪流的端面對端面的對準且組態以相似於在118’中所描繪的及上面所說明的的方式與波導112光學耦合。在實施例中，波導112可接著與偵測器106耦合且可將透過與波導110光學耦合所接收的任何光輸出到偵測器106。偵測器106可組態以偵測藉由波導112輸出到偵測器106的光之量或強度。
在實施例中，波導108及112可被附接(affix)到框102使得波導108或112沒有一個會相對於裝置100移動。波導110可被附接到驗證質量114。驗證質量114藉由二或以上的彈簧、支架或彎曲部可被附接到框102，像是彈簧116。在實施例中，彈簧可組態成可變形的，例如在單一方向上可伸展的及/或可彎曲的。此可變形性可允許驗證質量114，因而使得波導110反應於裝置100之慣性改變相對於波導108及112以剪切運動(shearing motion)來移動，如箭頭126所描繪。結果，對裝置100之慣性改變引起光學波導110之移動，使得透過與波導108之光學耦合轉移到波導110的光之量可增加或減少。結果是，透過與波導110的光學耦合轉移到波導112的光之強度可增加或減少。此增加或減少通過波導112的光之強度可由偵測器106偵測。由偵測器106所偵測的增加或減少的幅度接著被利用在確定裝置100之移動的幅度中。此可允許驗證質量整任何小運動之非常敏感的偵測，因此允許裝置100之任何小運動。在實施例中，波 導末稍可以抗反射塗層(antireflective coating)來塗布或以這樣一個方式來逐漸減弱或最小化背向反射或損耗。在於此描繪具有懸臂末稍的同時，像是參考圖3所討論的，脊形波導(rib waveguide)可被利用來代替所描繪帶懸臂的波導。
圖2依據一些實施例闡述代表作為驗證質量114的位移之函數傳輸到圖1之偵測器106的光之強度的圖形。如所能夠見到的，用於圖形200及202兩者的水平軸描繪圖1之裝置100的位移之幅度。兩圖形之垂直軸描繪可由圖1之偵測器106偵測的光之強度。在圖形200中，當裝置100在平衡位置(rest position)時，可對準圖1之波導108~112以傳輸光之最大強度。結果，在沿著x軸的任一方向中裝置100之移動可作動以降低所傳輸的光強度。偵測器106可組態成偵測此在光強度上的降底且此經偵測的降低可被利用來確定裝置100之移動的幅度。
在另一實施例中，由圖形202所描繪，波導108~112可被對準使得當裝置在平衡位置時傳輸低於光之最大強度。在這樣的實施例中，當在一方向上的移動至少初始地造成光強度之增加同時在相反方向上的移動可造成減少之時，慣性的改變可被確定。圖1之偵測器106可被組態以偵測在光強度上的改變，並且經偵測的改變可被利用來確定裝置100之移動的幅度。
圖3為依據利用脊形波導的一些實施例示的意闡述用於感測慣性改變的MEMS感測裝置300之部 分。感測裝置300可具有置於介電層308上的脊形波導302。脊形波導302可與雷射器耦合(未描繪)，其組態以提供光束給脊形波導302。脊形波導302可橫跨間隙304與脊形波導306光學地耦合。脊形波導306可置於介電層310上且可與偵測器耦合(未描繪)，組態以偵測由脊形波導306輸出的光強度。在實施例中，介電層308或介電層310可組態成以如藉由箭頭312所描繪的剪切運動而為可移動的。在一介電層(例如，介電層308)在剪切方向(shearing direction)上可移動的實施例中，其餘的介電層(例如，介電層310)可相對於MEMS感測裝置而固定。在脊形波導和帶懸臂的波導於此討論的同時，本揭露不應限於這些類型的波導而任何適合的波導在不悖離本揭露之範圍下可被利用。進一步而言，於此說明具有一種類型的波導之任何實施例可交替的利用另一類型的波導代替所說明的波導。如於此利用的波導可參照到懸臂波導(cantilever waveguide)、脊形波導或任何其它適合用於分別實施別的波導。
圖4為示意地闡述用於感測慣性改變的MEMS感測裝置400之多工的實施例。在多工的實施例中，與雷射器耦合的波導404，像是圖1之雷射器104，可具有分光器406作為波導之一部分。分光器406可組態以將由雷射器所提供的光束分開成波導之部分408~412，為了簡化之後稱為波導408~412。可組態波導408~412使得波導408~412之端面可分別與波導416~420耦合。
在一些實施例中，如所描繪的，一組波導(例如，波導408~412)之各個波導之間的定距可略微的小於或大於其餘組波導(例如，波導416~420)之各個波導的定距。這樣的組態可致能慣性改變的方向被測量。方向性可被確定，因為當一對光學耦合的波導(例如，波導410及418)可移動成不對準時，另一對光學耦合的波導(例如，波導412和420)可移動成對準。當波導移動而不對準時，透過光學耦合所傳輸光的量可降低，同時當波導移動成對準時，透過光學耦合所傳輸光的量可增加。此由圖5中的圖形500所演示。在實施例中，波導416~420各種可與個別的偵測器(未描繪)耦合，偵測器組態以確定由個別的波導416~420輸出的光之強度。在於此描述如具有懸臂末稍的波導的同時，脊形波導，像是上面參考圖3所討論者，可被用利用來代替所描繪之帶懸臂的波導。在於此描繪為分別與三個另一波導之部件光學地耦合的三個波導的同時，任何數目的波導及部件可取決於裝置所需要的敏感度或測量範圍來利用。
圖5為依據一些實施例闡述為描繪於圖3中波導之驗證質量位移之函數的光學傳輸功率的圖形500。在實施例中，此圖形可代表輸出到具由可與圖4之波導416~420耦合之個別的偵測器所偵測的光強度。如能見到的，用於圖形500的水平軸描繪沿著用於圖4之裝置400之x軸位移的幅度。圖形500之垂直軸描繪由可與波導416~420耦合之個別的偵測器所偵測的光之強度。曲線 502~506描繪由與波導416~420耦合之個別的偵測器所偵測分別的光強度。
如由曲線504所描繪，可對準圖4的波導410及418使得當裝置400在平衡(或初始)位置中時波導418可輸出最大的光之強度。曲線502描繪的是，可對準波導408及416使得當裝置400在平衡位置時波導416輸出低於最大光強度之光強度，並且曲線506相似地描繪相對於波導412及420之對準。如能自圖形所見，當由波導418所輸出的光強度降低時，取決於裝置400之移動的方向，由波導416及420所輸出的光強度裝置增加。結果，移動的幅度及移動的方向性兩者可藉由檢查由波導416~420所輸出的光強度上的改變來確定。
圖6~8為依據本揭露之實施例示意地闡述MEMS感測裝置之不同組態的圖。圖6描繪MEMS感測裝置600，其具有框602和經由彈簧606~612附接到框602的驗證質量604。彈簧606~612可組態以限制驗證質量604以箭頭642之方向的移動。在一些實施例中，裝置600可更具有附接到驗證質量604的雷射器614。用於雷射器614的電引線(electrical lead)638及640沿著彈簧606及608附接及繞線/定路線。雷射器614可與波導耦合且組態以提供光束給波導，此波導具有初始波導部件616，其將光束繞送/定路徑到波導分光器(waveguide splitter)618。波導分光器618可將額外的波導部件620~624之間的光束分離。在一些實施例中，裝置600具 有附接到框602的光偵測器(photo detector)626~630。光偵測器626~630可分別與波導632~636耦合。光偵測器626~630可組態以偵測分別由波導632~636所輸出光的量。可組態裝置600使得波導之部件620~624與波導632~636光學地耦合。以這樣的安排偵測行動類似於上面參考圖4及5所討論者。
圖7描繪具有框702和經由彈簧706~712附接到框702之驗證質量704的MEMS感測裝置700。彈簧706~712可組態以限制驗證質量704以箭頭742之方向移動。在一些實施例中，裝置700可更具有附接到驗證質量704的光偵測器726~730。用於光偵測器726~730的電引線738及740可沿著彈簧710~712附接及定路線。光偵測器726~730可分別與波導732~736耦合。光偵測器726~730可組態以偵測分別由波導732~736所輸出光的量。在一些實施例中，裝置700具有附接到框702的雷射器714。雷射器714可與波導耦合且組態以提供光束到波導，此波導具有初始波導部件716，其將光束繞送到波導分光器718。波導分光器718可將在額外的波導部件720~724之間的光束分開。可組態裝置700使得額外的波導部件720~724與波導732~736光學的耦合。以這樣的安排偵測移動係類似於上面參考圖4及5所討論者。
圖8描繪具有框802和經由彈簧806~812附接到框802之驗證質量804的MEMS感測裝置800。彈簧806~812可組態以限制驗證質量804以箭頭842之方向移 動。在一些實施例中，裝置800可更具有附接到驗證質量804的光偵測器826~830。光偵測器826~830可分別與波導832~836耦合。光偵測器826~830可組態以偵測分別由波導832~836所輸出光的量。在一些實施例中，裝置800亦具有附接到框802的雷射器814。雷射器814可與波導耦合且組態以提供光束到波導，此波導具有初始波導部件816。初始波導部件816可沿著彈簧806附接且繞線到驗證質量804上，如所描繪一樣。初始波導部件可將光束繞送到波導波導的波導分光器部件818。波導分光器部件818可將在額外的波導部件820~824之間的光束分開。可組態裝置800使得額外的波導部件820~824與波導832~836光學的耦合。以這樣的安排偵測移動係類似於上面參考圖4及5所討論者。
圖9為依據一些實施例像是陀螺儀的MEMS感測裝置900之範例組態。感測裝置900包括附接到固定的框904的外部驗證質量902。驗證質量902可類似於上面參考圖1及6~8所說明的該些者來組態，且據此可包括類似於參考圖1及6~8所說明的該些者的感測裝置(為了簡化未繪示於圖7中)。驗證質量902可組態以在由箭頭908所指示的方向上移動(驅動模式)。
裝置900可更包括內部驗證質量906(亦類似於參考圖1及6~8所說明者且包括為簡化而未繪示的類似感測裝置)，其自由的以由箭頭908所指示的方向移動(感測模式)，例如垂直於驅動模式。在一些實施例中， 內部驗證質量906可置於外部驗證質量902內。在其它實施例中，由於慣性力的關係，外部及內部驗證質量902及906可分開的布置且附接到框904。外部驗證質量902可以確定的驅動頻率「ω驅動」被激發，例如使用梳齒(comb finger)之「驅動」組(為了簡明而未繪示)，以為了供給可測量的柯式力(Coriolis force)(其被計算以確定旋轉速度)。
圖10~13闡述在不同模式中屬於陀螺儀的範例MEMS感測裝置900，特別是組態用或不用施加的外部旋轉的測量陀螺儀的感測以及驅動模式，舉例來說如參考圖9說明來組態的加速度計1000、1100、1200及1300。更具體而言，裝置900可組態以不用或用施加的外部旋轉來感測驅動模式以及感測模式。例如，裝置900可分別在狀態1000與1100中不用施加的外部旋轉來感測驅動模式及感測模式，並且可分別在狀態1200與1300中以施加的外部旋轉感測驅動模式與感測模式。當受到外部旋轉(在頁的平面中)時，內部驗證質量906可以「ω感測」=「ω驅動」的頻率來移動。裝置900可組態以在分別由數字1002、1102、1202及1302所指示的黑色橢圓的位置處在狀態1000、1100、1200及1300中來偵測感測模式或驅動模式之運動。
圖14闡述依據本揭露之各種實施例在生產MEMS感測裝置中的範例步驟。在步驟1400中，可供應具有置於矽之磊晶層(矽磊晶)1412上之雷射器1408及 光偵測器1410的晶片。矽磊晶1412可置於埋入氧化物(BOX；buried oxide)層1414上。BOX層1414可置於矽基板1416上。在實施例中，光罩(photomask)層1418a及1418b可形成在矽磊晶1412上使得間隙可被界定於顯露一部分的矽磊晶1412的光罩層。在實施例中，矽磊晶1412可組態以作動為波導。
在步驟1402中，可完全的蝕刻顯露在光罩層1418a與1418b間之間隙中的矽磊晶層1412的部分直到BOX層1414被顯露出。結果，矽磊晶層可被分為分開的部件1412a與1412b，在其之間具有間隙1422。在實施例中，可組態間隙1422使得1412a與1412b可被光學的耦合。此外，光罩層1424a與1424b可形成在矽基板1416上使得間隙可界定在顯露一部分的矽基板1416之光罩層之間。
在步驟1404中，例如經由深反應離子蝕刻(deep reactive ion etch)，可蝕刻顯露於光罩層1424a與1424b之間的矽基板之部分，直到到達BOX層1414。結果，矽基板1416可形成進入兩個部件1416a與1416b，其之間具有空隙1426。在步驟1406中，例如經由使用氟化氫(HF；hydrogen fluoride)汽相蝕刻，BOX層1414可具有蝕刻的空孔，通過BOX層1414創建間隙1428且造成兩個分開的片段1430a與1430b，其自原始晶片形成。在實施例中，基板1416a或1416b可為部分的框，像是先前參考圖1或6~8所討論的，並且矽之兩個片 段1416b或1416a其中另外一片分別可為驗證質量的部分。此可分別造成兩個分開的片段1430a或1430b之任一者固定就緒，而兩個分開的片段1430b或1430a之另一者可移動。
圖15為依據一些實施例闡述MEMS感測裝置之操作的過程流程圖。過程1500可開始於方塊1502，其中提供光源給第一波導。在實施例中，第一波導可與第二波導光學的耦合。
在方塊1504處，可偵測在由第二波導所輸出光強度上的改變。改變可反應於第一或第二波導相對於彼此之位移而發生。如上所述，位移可起因於施加到MEMS感測裝置或包括MEMS感測裝置的設備的外部加速度而發生且可包含多於一的輸入以及多於一的輸出的波導。
在方塊1506處，基於所偵測到光強度的改變，可確定施加到MEMS感測裝置(或包括MEMS感測裝置的設備)的慣性改變(例如，外部加速度或旋轉)。
各種操作以對了解所請求的標的最有幫助的方式說明為多個輪流的離散操作。然而，說明的次序不應解釋為暗示這些操作為必然的次序相依。本揭露之實施例可建置成使用任何適合的硬體及/或軟體的系統或設備以如所想要的來組態。
圖16依據一些實施例示意地闡述包括MEMS感測裝置的範例計算裝置。舉一實施例，圖16闡述範例系統1600，其具有一或以上的處理器1604、耦合到處理 器1604之至少一者的系統控制模組1608、耦合到系統控制模組1608的系統記憶體1612、耦合到系統控制模組1608的非揮發性記憶體(NVM；non-volatile memory)/儲存器1614以及耦合到系統控制模組1608之一或以上的通訊介面1620。
在一些實施例中，系統1600可包括如上所述的慣性感測裝置1622，諸如MEMS感測裝置100、600、700、800或900，並且提供施行針對光強度之改變以及計算施加到於此說明的系統及/或其它模組的外部加速度及/或旋轉的功能。在一些實施例中，系統1600可包括具有指令的一或以上電腦可讀媒體(例如，系統記憶體或NVM/儲存器1604)以及與一或以上電腦可讀媒體耦合的一或以上的處理器(例如，處理器1604)，且其組態成執行指令來建置模組以施行於此說明的光強度改變偵測和慣性改變計算動作。
用於一實施例的系統控制模組1608可包括任何適合的介面控制器以供給任何適合的介面到處理器1604之至少一者及/或與系統控制模組1608通訊的任何適合的裝置或組件。
系統控制模組1608可包括記憶體控制器模組1610以提供介面給系統記憶體1612。記憶體控制器模組1610可為硬體模組、軟體模組及/或韌體模組。可使用系統記憶體1612以負載及儲存例如用於系統1600的資料及/或指令。用於一實施例的系統記憶體1612可包括任何適 合的揮發性記憶體，例如像是適合的DRAM。用於一實施例的系統控制模組1608可包括一或以上的輸入/輸出(I/O)控制器以提供給NVM/儲存器1614的介面以及通訊介面1620。
舉例來說，可使用NVM/儲存器1614以儲存資料及/或指令。NVM/儲存器1614可包括任何適合的非揮發性記憶體，例如像是快閃記憶體，及/或可包括任何適合的非揮發性儲存裝置，例如像是一或以上的硬碟驅動(HDD；hard disk drive)、一或以上的光碟(CD；compact disc)驅動以及/或一或以上的數位影音光碟(DVD；digital versatile disc)。NVM/儲存器1614可包括系統1600安裝於其上實體上為裝置之部分的儲存資源，或其可由(但非必要)一部分的裝置存取。舉例來說，NVM/儲存器1614可經由通訊介面1620透過網路而被存取。
通訊介面1620可提供用於系統1600的介面以透過一或以上的網路及/或與任何其它適合的裝置通訊。系統1600可依據一或以上無線網路標準及/或協定之任一者來與一或以上無線網路之組件無線地通訊。
針對一實施例，處理器1604之至少一者可與用於一或以上的系統控制器模組1608之控制器的邏輯封裝在一起，例如記憶體控制器模組1610。針對一實施例，處理器1604之至少一者可與用於一或以上的系統控制模組1608之控制器的邏輯封裝在一起以形成系統級封 裝(SiP；System in Package)。針對一實施例，處理器1604之至少一者可與用於一或以上的系統控制模組1608之控制器整合在相同的晶粒上。針對一實施例，處理器1604之至少一者可與用於一或以上的系統控制模組1608之控制器整合在相同的晶粒上以形成系統級晶片(SoC；System on Chip)。
在各種實施例中，系統1600可多少具有組件及或不同的架構。舉例來說，在一些實施例中，系統1600可包括相機、鍵盤、液晶顯示器(LCD；liquid crystal display)螢幕(包括觸碰螢幕顯示器)、非揮發性記憶體埠、多個天線、圖形晶片、特別應用積體電路(ASIC；application-specific integrated circuit)及揚聲器的其中一或以上者。
在各種建置中，系統1600可為(但不限於)行動計算裝置(例如，膝上型計算裝置、手持計算裝置、平板、易網機等)、膝上型電腦(laptop)、易網機、筆記型電腦(notebook)、超極致筆電(ultrabook)、智慧型電腦、平板、個人數位助手(PDA；personal digital assistant)、超級移動電腦(ultra-mobile PC)、行動電話、桌上型電腦、伺服器、印表機、掃描器、監視器、機上盒(set-top box)、娛樂控制單元(entertainment control unit)、數位相機、可攜音樂播放器或數位影像記錄器。在進一步建置中，系統1600可為任何其它電子裝置。
於此說明的實施例可由下列範例來進一步闡述。範例1為微機電系統(MEMS)設備，包含：電計設置，組態以產生光束；第一波導，組態以接收及輸出該光束；以及第二波導，與該第一波導實質地端面對端面對準，該第二波導組態以透過該實質地對準的端面經由光學耦合從該第一波導接收該光束的至少一部分，其中該第一或第二波導組態以反應於該設備的慣性改變而為可移動的，且其中該第一或第二波導之移動引起指示該慣性改變之測量的該光束之該部分的光強度中相應的改變。
範例2可包括範例1的標的，更包含與該第二波導耦合的偵測器，組態以偵測該光束之該部分的光強度上的改變，用以確定該慣性改變。
範例3可包括範例1的標的，更包含第三波導，實質地與該第二波導的另一端面進行端面對端面對準的第三波導，該第三波導組態以透過該第二與第三波導之實質地對準的端面經由光學耦合從該第二波導接收該光束之該部分的至少一些者，其中該第二波導組態以經由將該第二波導置於在該第一與第三波導之間懸浮的驗證質量上而為可移動的。
範例4可包括範例3的標的，更包含與該第三波導耦合的偵測器，組態以偵測該光束之該部分的光強度上的該改變。
範例5可包括範例1的標的，其中該第一波導組態以具有一定數目額外的端面，透過該端面以輸出該 光束之部分，並且該第二波導為相應數目的波導其中之一，其中該相應數目的波導之個別的波導係與該第一波導之該額外的端面之分別者實質地端面對端面的對準，該相應數目的波導組態以經由與該第一波導之分別端面光學耦合接收該光束的分別部分。
範例6可包括範例5的標的，其中具有組態以可移動的第一或第二波導更包含分別具有該第一波導之該數目的端面或組態以可移動的該相應數目的波導。
範例7可包括範例6的標的，其中該相應數目的波導係與組態以偵測該光束之該分別部分的光強度上之改變的分別偵測器耦合以確定該慣性改變。
範例8可包括範例7的標的，其中組態以輸出該光束的該數目的端面係略微較緊密的相隔或略微比相應數目的波導之端面間的間隔較遠離的相隔。
範例9可包括範例8的標的，其中該第一波導之該數目的端面或該相應數目的波導之移動造成由個別的波導其中一者所接收的光束之該部分的光強度上的減少以及由該個別的波導之另一者所接收的該光束的該部分的光強度上的增加。
範例10可包括範例9之標的，其中該個別的波導之該一者與該個別的波導之該另一者相鄰。
範例11可包括範例10的標的，其中由該個別的波導之該另一者所接收的該光強度的增加指示該設備之慣性改變的方向。
範例12可包括範例1的標的，更包含可移動地附接到框的驗證質量結構使得該驗證質量結構在相對於該框的至少一方向上為可移動的，其中該第一或第二波導之至少一部分置於該第一驗證質量結構上，其中該驗證質量結構之移動引起在該第一波導與第二波導之該端面對端面對準上的改變。
範例13可包括範例12的標的，其中該驗證質量結構藉由至少兩個彈簧附接到該框。
範例14可包括範例12的標的，其中該框的外部加速度引起該驗證質量結構的移動。
範例15可包括範例14的標的，其中該設備包含加速度計。
範例16可包括範例12~14之任一者的標的，其中該設備包含第一組合件，其中該設備更包括第二組合件包含：第三波導，組態以接收及輸出第二光束；第四波導，實質地與該第三波導端面對端面的對準，該第四波導組態以透過該實質地對準的端面經由光學耦合從該第三波導接收該第二光束的至少一部分，其中該第三或第四波導組態以反應於該設備的另一慣性改變而為可移動的，並且該第三或第四波導的移動引起指示該另一慣性改變的測量的該第二光束之該部分光強度上相應的改變。
範例17可包括範例16的標的，其中該驗證質量結構為第一驗證質量結構，並且該第四波導置於該第二驗證質量結構上，其中該第二驗證質量結構之移動引起 對該第一波導及第二波導之該端面對端面對準的改變。
範例18可包括範例17的標的，其中該第二驗證質量結構係可移動的附接到該框使得該驗證質量結構在相對於該框的至少另一方向上為可移動的，該另一方向垂直於該至少一方向。
範例19可包括範例18的標的，其中該框的外部旋轉引起該第二驗證質量結構的移動。
範例20可包括範例19的標的，其中該第二驗證質量係置於該第一驗證質量上。
範例21可包括範例16的標的，其中該設備包含陀螺儀。
範例22為一種在設備中偵測慣性改變的方法，包含：藉由設備的光源產生單元提供光束給第一波導，該第一波導具有與第二波導之端面光學地耦合的端面，以引起該第二波導傳輸該光束的至少一部分，其中該第一或第二波導反應於該設備的慣性改變為可移動的；以及藉由該設備的偵測模組，反應於該設備的慣性改變來偵測由該第二波導傳輸的該光束之該部分的光強度上的改變，該改變分別由相對於該第二或第一波導的該第一或第二波導的移動所引起，該改變指示該設備之慣性改變的測量。
範例23可包括範例22的標的，其中該慣性改變包括該設備的外部旋轉或加速度的至少其中一者。
範例24為一種計算裝置，包含：處理器；以及與該處理器耦合的微機電系統(MEMS)設備，該MEMS設備包含：雷射設置，組態以產生光束；第一波導，組態以接收及輸出該光束；第二波導，與該第一波導實質地端面對端面的對準，該第二波導組態以透過該實質地對準的端面經由光學耦合從該第一波導接收該光束的至少一部分，其中該第一或第二波導組態以反應於該行動計算裝置的慣性改變而為可移動的，且其中該第一或第二波導的移動引起該光束之該部分的光強度上的改變；以及與該第二波導耦合的偵測器，組態以偵測該光束之該部分的光強度上的該改變且將信號輸出到該處理器，該信號指示該光強度的測量，其中該處理器組態以基於該信號來確定該行動計算裝置的慣性改變。
範例25可包括範例24的標的，其中該計算裝置為選自由膝上型電腦、易網機、筆記型電腦、超極致筆電、智慧型電話、平板或個人數位助理(PDA)所組成的群組的行動計算裝置。
各種實施例可包括上面說明的實施例之任何適當的組合，其包括以上述連接形式(及)說明的實施例之替代的(或)實施例(例如，「及」可為「及/或」)。進一步而言，一些實施例可包括一或以上製造的物件(例如，非暫態電腦可讀媒體)，其具有儲存於其上的指令，而當執行時造成任何上述實施例的動作。再者，一些實施例可包括設備或系統，其具有任何適合的機構以 用於實現上述實施例之各種操作。
上面所闡述的建置之說明，包括在摘要中所說明的，不並打算窮舉或將本揭露之實施例限制到所揭露的精確形式。在特定建置及範例為了闡述的目的而於此說明的同時，各種等效修改在本揭露之範圍內是可能的，如在相關領域具有通常知識者所認知的一樣。
按照上面詳細的說明對本揭露之實施例完成修改。在下面申請專利範圍中使用的術語不應解釋為將本揭露的各種實施例限制到在說明書及申請專利範圍中所揭露的特定建置。相反的，此範圍是要藉由下面的申請專利範圍來整體地確定，其依據建立的申請專利範圍的譯文之教示來解譯。
100‧‧‧MEMS感測裝置
102‧‧‧框
104‧‧‧雷射器
106‧‧‧偵測器
108‧‧‧波導
110‧‧‧波導
112‧‧‧波導
114‧‧‧驗證質量
116‧‧‧彈簧
118‧‧‧部件
118’‧‧‧部件
120‧‧‧端面
122‧‧‧端面
124‧‧‧間隙
126‧‧‧箭頭

Claims (25)

  1. 一種微機電系統(MEMS)設備，包含：雷射設置，組態以產生光束；第一波導，組態以接收及輸出該光束；以及第二波導，與該第一波導實質地端面對端面對準，該第二波導組態以透過該實質地對準的端面經由光學耦合從該第一波導接收該光束的至少一部分，其中該第一或第二波導組態以反應於該設備的慣性改變而為可移動的，且其中該第一或第二波導之移動引起指示該慣性改變之測量的該光束之該部分的光強度中相應的改變。
  2. 如申請專利範圍第1項的設備，更包含與該第二波導耦合的偵測器，組態以偵測該光束之該部分的光強度上的改變，用以確定該慣性改變。
  3. 如申請專利範圍第1項的設備，更包含實質地與該第二波導的另一端面進行端面對端面對準的第三波導，該第三波導組態以透過該第二與第三波導之實質地對準的端面經由光學耦合從該第二波導接收該光束之該部分的至少一些者，其中該第二波導組態以經由將該第二波導置於在該第一與第三波導之間懸浮的驗證質量上而為可移動的。
  4. 如申請專利範圍第3項的設備，更包含與該第三波導耦合的偵測器，組態以偵測該光束之該部分的光強度上的該改變。
  5. 如申請專利範圍第1項的設備，其中該第一波導組態以具有一定數目額外的端面，透過該端面以輸出該光束之部分，並且該第二波導為相應數目的波導其中之一，其中該相應數目的波導之個別的波導係與該第一波導之該額外的端面之分別者實質地端面對端面的對準，該相應數目的波導組態以經由與該第一波導之分別端面光學耦合接收該光束的分別部分。
  6. 如申請專利範圍第5項的設備，其中具有組態以可移動的第一或第二波導更包含分別具有該第一波導之該數目的端面或組態以可移動的該相應數目的波導。
  7. 如申請專利範圍第6項的設備，其中該相應數目的波導係與組態以偵測該光束之該分別部分的光強度上之改變的分別偵測器耦合以確定該慣性改變。
  8. 如申請專利範圍第7項的設備，其中組態以輸出該光束的該數目的端面係略微較緊密的相隔或略微比相應數目的波導之端面間的間隔較遠離的相隔。
  9. 如申請專利範圍第8項的設備，其中該第一波導之該數目的端面或該相應數目的波導之移動造成由個別的波導其中一者所接收的光束之該部分的光強度上的減少以及由該個別的波導之另一者所接收的該光束的該部分的光強度上的增加。
  10. 如申請專利範圍第9項的設備，其中該個別的波導之該一者與該個別的波導之該另一者相鄰。
  11. 如申請專利範圍第10項的設備，其中由該個別 的波導之該另一者所接收的該光強度的增加指示該設備之慣性改變的方向。
  12. 如申請專利範圍第1項的設備，更包含可移動地附接到框的驗證質量結構使得該驗證質量結構在相對於該框的至少一方向上為可移動的，其中該第一或第二波導之至少一部分置於該第一驗證質量結構上，其中該驗證質量結構之移動引起在該第一波導與第二波導之該端面對端面對準上的改變。
  13. 如申請專利範圍第12項的設備，其中該驗證質量結構藉由至少兩個彈簧附接到該框。
  14. 如申請專利範圍第12項的設備，其中該框的外部加速度引起該驗證質量結構的移動。
  15. 如申請專利範圍第14項的設備，其中該設備包含加速度計。
  16. 如申請專利範圍第12項的設備，其中該設備包含第一組合件，其中該設備更包括第二組合件包含：第三波導，組態以接收及輸出第二光束；第四波導，實質地與該第三波導端面對端面的對準，該第四波導組態以透過該實質地對準的端面經由光學耦合從該第三波導接收該第二光束的至少一部分，其中該第三或第四波導組態以反應於該設備的另一慣性改變而為可移動的，並且該第三或第四波導的移動引起指示該另一慣性改變的測量的該第二光束之該部分光強度上相應的改變。
  17. 如申請專利範圍第16項的設備，其中該驗證質量結構為第一驗證質量結構，並且該第四波導置於該第二驗證質量結構上，其中該第二驗證質量結構之移動引起對該第一波導及第二波導之該端面對端面對準的改變。
  18. 如申請專利範圍第17項的設備，其中該第二驗證質量結構係可移動的附接到該框使得該驗證質量結構在相對於該框的至少另一方向上為可移動的，該另一方向垂直於該至少一方向。
  19. 如申請專利範圍第18項的設備，其中該框的外部旋轉引起該第二驗證質量結構的移動。
  20. 如申請專利範圍第19項的設備，其中該第二驗證質量係置於該第一驗證質量上。
  21. 如申請專利範圍第16項的設備，其中該設備包含陀螺儀。
  22. 一種在設備中偵測慣性改變的方法，包含：藉由設備的光源產生單元提供光束給第一波導，該第一波導具有與第二波導之端面光學地耦合的端面，以引起該第二波導傳輸該光束的至少一部分，其中該第一或第二波導反應於該設備的慣性改變為可移動的；以及藉由該設備的偵測模組，反應於該設備的慣性改變來偵測由該第二波導傳輸的該光束之該部分的光強度上的改變，該改變分別由相對於該第二或第一波導的該第一或第二波導的移動所引起，該改變指示該設備之慣性改變的測量。
  23. 如申請專利範圍第22項的方法，其中該慣性改變包括該設備的外部旋轉或加速度的至少其中一者。
  24. 一種計算裝置，包含：處理器；以及與該處理器耦合的微機電系統(MEMS)設備，該MEMS設備包含：雷射設置，組態以產生光束；第一波導，組態以接收及輸出該光束；第二波導，與該第一波導實質地端面對端面的對準，該第二波導組態以透過該實質地對準的端面經由光學耦合從該第一波導接收該光束的至少一部分，其中該第一或第二波導組態以反應於該行動計算裝置的慣性改變而為可移動的，且其中該第一或第二波導的移動引起該光束之該部分的光強度上的改變；以及與該第二波導耦合的偵測器，組態以偵測該光束之該部分的光強度上的該改變且將信號輸出到該處理器，該信號指示該光強度的測量，其中該處理器組態以基於該信號來確定該行動計算裝置的慣性改變。
  25. 如申請專利範圍第24項的計算裝置，其中該計算裝置為選自由膝上型電腦、易網機、筆記型電腦、超極致筆電、智慧型電話、平板或個人數位助理(PDA)所組成的群組的行動計算裝置。
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