TWI537544B - 微機電系統裝置及偵測施加於微機電系統裝置之加速度的方法 - Google Patents

微機電系統裝置及偵測施加於微機電系統裝置之加速度的方法 Download PDF

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TWI537544B
TWI537544B TW103139210A TW103139210A TWI537544B TW I537544 B TWI537544 B TW I537544B TW 103139210 A TW103139210 A TW 103139210A TW 103139210 A TW103139210 A TW 103139210A TW I537544 B TWI537544 B TW I537544B
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大衛 哈奇森
約翰 賀克
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英特爾股份有限公司
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Description

微機電系統裝置及偵測施加於微機電系統裝置之加速度的方法
本發明之實施例大致關於光電子領域，及較特別的是使用用於加速度測定法及陀螺儀之微機電系統(MEMS)。
移位感應裝置之市場需求及收益一直穩定成長，例如包括以微機電系統(MEMS)為基礎之感應器的加速計。將慣性微機電系統感應器整合於廣範圍消費電子產品、汽車及防衛用品驅使需求更小、更低價、更低功率、更低雜訊及較精準之感應器。用於產生微尺度加速計及類似感應裝置的技術維持基本不變，因為其在幾年前才展開。加速計中之典型感應器可包括一可動式計測質量且計測質量且計測質量移位是電感應式，例如使用內數位式電容器板。然而傳統靜電型感應可能不允許單晶片感應器、雷射及偵測器之變量生產，並且可能不提供足夠之敏感度或所需之 敏感度範圍。
本發明之實施例說明用於提供範例微機電系統(MEMS)感應裝置以感應慣性變化之技術及架構。在後文之說明中，例示實施方式之許多態樣將使用習於此技者一般利用之語詞說明，以將其工作實質內容供習於此技者瞭解。惟，習於此技者應該瞭解的是本發明之實施例可以僅以某些說明的態樣來實施。為了闡釋方便，特定編號、材料及架構係載明提供對揭示之實施方式徹底瞭解。惟，習於此技者應該瞭解本發明也可以在無此特定細節下實施。在其他情況中，習知特徵係經刪略或簡化，以免模糊所揭示之實施方式。
在文後之詳細說明中，請參閱構成說明之一部分的附圖，其中相同參考編號表示相同組件，及其中是以可實施本發明主旨之說明實施例揭示。應該瞭解的是其他實施例也可以使用，及結構性或邏輯性之變化可在不脫離本發明之範疇下達成。因此，文後詳細說明不應有限制意味，且實施例之範疇係由文後申請專利範圍及其等效技術界定。
針對本發明，「A及/或B」一詞意指(A)、(B)、或(A及B)。針對本發明，「A、B及/或C」一詞意指(A)、(B)、(C)、(A、B)、(A、C)、(B、C)或(A、B及C)。
本說明可使用以透視圖為主之說明方式，例如頂/ 底、入/出、上/下、及類此者。諸此說明僅用於方便探討及其並不想將本文內揭露之實施例的應用拘限於任何特殊方位。
說明中可能用到「在一實施例中」或「在諸實施例中」一詞，其意指一或多個相同或不同之實施例。再者，「包含」、「包括」、「具有」及類此者等有關於本發明實施例之詞係屬同義。
「耦合於」一詞伴隨著其演繹可在本文內使用。「耦合」意指以下之一或多者。「耦合」意指二或多個元件直接做實體或電氣性接觸。惟，「耦合」也可以是指二或多個元件彼此間接接觸，但是彼此仍配合或互動，及其可意指一或多個其他元件在該等彼此耦合之元件之間的耦合或連接。「直接耦合」一詞意指二或多個元件直接接觸。
在許多實施例中，「一形成、沈積、或者設置於一第二層上之第一層」一詞意指第一層形成、沈積、或者設置於第二層上，且至少部分之第一層與至少部分之第二層直接(例如，直接實體性及/或電氣性接觸)或間接(例如，在第一層與第二層之間設有一或多個其他層)接觸。
如本文內所述，「模組」一詞可意指、為下列者之一部分、或是包括：特殊應用積體電路(ASIC)、電子電路、執行一或多個軟體或韌體程式之處理器(共用、專用、或群組)及/或記憶體(共用、專用、或群組)、組合式邏輯電路、及/或其他提供所述功能性之適當組件。
100‧‧‧微機電系統(MEMS)感應裝置
102‧‧‧光學共振器
104‧‧‧波導
106‧‧‧框架
108‧‧‧計測質量
112‧‧‧箝夾點
114‧‧‧懸臂
120‧‧‧箭號
200‧‧‧微機電系統感應裝置
201‧‧‧光學共振器
202‧‧‧圈環
204‧‧‧波導
206‧‧‧軸
210‧‧‧輻條
212‧‧‧輻條
214‧‧‧輻條
216‧‧‧輻條
220‧‧‧箭號
230‧‧‧環緣
240‧‧‧徑向變形
242‧‧‧徑向變形
260‧‧‧透視圖
300‧‧‧範例圖表
310‧‧‧圖表之一部分
312‧‧‧陡降處
314‧‧‧輸入光波長
316‧‧‧曲線
318‧‧‧位置
320‧‧‧光功率變化
502‧‧‧截面圖
504‧‧‧截面圖
506‧‧‧截面圖
510‧‧‧頂矽層
520‧‧‧開口
526‧‧‧絕緣層覆矽(SOI)晶圓
530‧‧‧開口
532‧‧‧開口
600‧‧‧感應裝置
602‧‧‧光學共振器
614‧‧‧懸臂
700‧‧‧感應裝置
702‧‧‧光學共振器
714‧‧‧懸臂
730‧‧‧預捲曲
740‧‧‧箭號
742‧‧‧箭號
800‧‧‧感應裝置
802‧‧‧光學共振器
804‧‧‧波導
806‧‧‧框架
808‧‧‧計測質量
820‧‧‧彈簧配置
822‧‧‧彈簧配置
830‧‧‧開口
840‧‧‧箭號
900‧‧‧感應裝置
902‧‧‧光學共振器
904‧‧‧波導
906‧‧‧框架
908‧‧‧計測質量
920‧‧‧彈簧配置
922‧‧‧彈簧配置
950‧‧‧側部
1000‧‧‧感應裝置
1002‧‧‧光學共振器
1004‧‧‧波導
1006‧‧‧框架
1008‧‧‧計測質量
1020‧‧‧彈簧配置
1022‧‧‧彈簧配置
1050‧‧‧端部
1100‧‧‧感應裝置
1102‧‧‧圈環
1106‧‧‧軸
1120‧‧‧計測質量
1122‧‧‧計測質量
1124‧‧‧計測質量
1140‧‧‧框架
1162‧‧‧視圖
1164‧‧‧視圖
1166‧‧‧視圖
1168‧‧‧視圖
1200‧‧‧模擬
1250‧‧‧箭號
1252‧‧‧箭號
1254‧‧‧箭號
1256‧‧‧徑向
1300‧‧‧微機電系統感應裝置
1302‧‧‧外計測質量
1304‧‧‧固定框架
1306‧‧‧內計測質量
1320‧‧‧箭號
1322‧‧‧箭號
1400‧‧‧狀態
1402‧‧‧黑色橢圓形
1500‧‧‧狀態
1502‧‧‧黑色橢圓形
1600‧‧‧狀態
1602‧‧‧黑色橢圓形
1700‧‧‧狀態
1702‧‧‧黑色橢圓形
1900‧‧‧系統
1904‧‧‧處理器
1908‧‧‧系統控制模組
1910‧‧‧記憶體控制器模組
1912‧‧‧系統記憶體
1914‧‧‧非揮發性記憶體(NVM)/儲存器
1920‧‧‧通信介面
諸實施例將藉由後文之詳細說明並配合附圖以供瞭解。為方便說明，圖中相似參考編號表示相似結構元件。諸實施例僅做為舉例說明及其並不受限於附圖所示。
圖1及2概略例示根據一些實施例之用於感應慣性變化的範例微機電系統(MEMS)感應裝置。
圖3係範例圖表，例示根據一些實施例之一光信號功率輸出做為圖1及2之微機電系統感應裝置之光信號波長的函數。
圖4係虛線所示之圖3之圖表的一部分之放大圖。
圖5概略例示根據一些實施例之圖1之範例感應裝置在裝置的不同製造階段之立體圖及截面圖。
圖6至10概略例示根據一些實施例之一類似圖1之感應裝置的感應裝置不同範例。
圖11至12概略例示根據一些實施例之一類似圖2之裝置的感應裝置及包括附接於光學共振器之其他計測質量的不同視圖。
圖13至17例示根據一些實施例之一相關於陀螺儀的範例微機電系統感應裝置之不同模式。
圖18概略例示根據一些實施例之操作一微機電系統感應裝置之方法的流程圖。
圖19概略例示根據一些實施例之一包括微機電系統感應裝置之範例計算裝置。
圖1概略例示根據一些實施例之用於感應慣性變化的範例微機電系統(MEMS)感應裝置100之圖。裝置100可包括一可變形之光學共振器102，其包含一光耦合於一波導104之封閉迴路，以接收由一光源(例如，雷射(圖中未示))提供之光束的一部分。光學共振器102可設置於一框架106上及一計測質量108上，如圖所示。計測質量可用不同方式附接於框架。例如，計測質量108可以藉由一懸臂114懸伸至框架106，如圖1中所示。在其他實施例中，計測質量108可以藉由一或多個彈簧配置附接於框架106，容後詳述並請參閱圖9至11。
在圖1所例示之實施例中，光學共振器102可設置於框架106上，並且延伸過懸臂114之一箝夾點112，到達計測質量108上。
若外部加速度施加於裝置100，例如在垂直於框架106平面之方向z(如箭號120所示)，計測質量108會因z加速度而朝上或下彎曲，而拉伸光學共振器102。因此，光學共振器102周邊之光學路徑長度會改變，導致光學共振器102之共振頻率之對應變化。共振頻率變化造成透光強度變化。外部加速度因此可以藉由之光追蹤透過波導104透光之共振頻率變化來決定。
圖2概略例示根據一些實施例之用於感應慣性變化的另一範例微機電系統感應裝置200之圖。裝置200可包括一可變形之光學共振器201，其包含一光耦合於一波導 204之圈環202，以接收由一光源(例如，雷射(圖中未示))提供之光束的一部分。圈環202可包括一設在圈環202中心處之軸206及至少一聯結軸206與圈環202之環緣230的輻條210。在圖2所示之實施例中，舉例而言，圈環202包括四輻條210、212、214、216。應該瞭解的是可以使用不同數量之輻條，此取決於所需之圈環202之可彎曲性。
在一些實施例中，圈環202可於中心處箝夾於軸206，而圈環202之環緣230可在徑向變形。光可經由波導204傳送入光學共振器201，如圖2中所示。當輸入光之波長乘以一整數後等於圈環202周邊之光學路徑長度時，光頻可共振。
相似於圖1所示之實施例，裝置200承受一外部加速度，例如z加速度，z係延伸通過圈環202中心且垂直於圈環202所在平面之軸線。為了方便闡釋，圈環202之立體圖260示於圖2中。在箭號220所示方向中之施加z加速度使圈環202變形。較明確說，圈環也可以在z向變形，但是由於在圈環202之環緣230朝下移動時輻條210、212、214、216為朝內拉動，所以某些環緣230也會發生徑向變形(如箭號240、242所示)。圈環202之徑向變形240、242改變圈環202周邊之光學路徑長度。相似於圖1所示之實施例，圈環202周邊之光學路徑長度變化會改變通過光學共振器201之光之共振頻率，因而改變透射通過波導204之光功率。輸出光功率之此項變化可用在一施加於感應裝置 200之外部加速度的偵測及決定。
圖3係範例圖表300，例示根據一些實施例之一光信號功率輸出做為微機電系統感應裝置100或200之光信號波長的函數。圖4係虛線所示之圖表300之一部分310之放大圖。光信號功率對應於光強度及文後將與光強度交換使用。如圖表300、310所例示，當輸入光信號波長等於共振器102或201周邊之光學路徑長度時，光信號變為共振的，如圖表300中之陡降處312所示。若光束源(例如，雷射)偏向至光學共振之一側上，亦即，若輸入光波長314係經校準成在曲線316之一側上，如圖3中所示，則共振頻率312隨著曲線316移位至位置318變化。傳輸通過波導104(204)之光功率依此改變，如圖4中之編號320所示。輸出光功率(光強度)之此項變化可以偵測，及施加於裝置100(200)之外部加速度可以在偵測到的輸出光功率(光強度)變化之基礎上決定。
圖5-12概略例示圖1及2中所示之感應裝置100及200之不同實施例及其製造方法。圖5揭示範例感應裝置100之透視圖且截面AA’以虛線表示。沿線AA’所取之截面圖502、504、506揭示裝置100在其不同製造階段。在502所示之製造階段，波導104及共振器102可形成於一包含框架106之絕緣層覆矽(SOI)晶圓526的頂矽(Si)層510中。在504所示之製造階段，層510可以在懸臂114之外形中利用開口520蝕刻。在506所示之製造階段，計測質量108可以利用開口530、532從晶圓526 之背側蝕刻，例如使用深式反應離子蝕刻(DRIE)。參考圖5說明之裝置100之設計有利於將從晶圓製造出懸臂與計測質量之機械脫接於光學共振器所包含之感應機構。據此，所需體積及重量之計測質量可以附接於裝置，不需要修改共振器之幾何形狀。
圖6揭示一相似於上述裝置100之實施例的感應裝置600之示範性實施例。較明確說，圖6例示範例感應裝置600具有一概呈蛇形結構之光學共振器602，如圖所示。圖6所示形狀之光學共振器602可以設置於裝置600上，以利於當懸臂因為施加於裝置600之外部加速度而變形時，共振器可以使多數通過懸臂614之變形區。光學共振器之此項架構可以提供共振器增加敏感度。
當裝置100之一懸臂彎曲時，零應力線或平面通過懸臂。若懸臂朝上彎(亦即，朝上彎出裝置600或700之平面外)，懸臂之上半部有壓縮應力，懸臂之下半部則有張力，及懸臂之中央處有零應力線。依據包括製造在內之多數個因素，可以想見零應力線延伸通過光學共振器。在此情況中，很難利用裝置100分辨出加速度方向，因為朝上及朝下之加速度使光學共振器變長。在一些實施例中，加速度方向可以用另一感應裝置(光學機械式或其他)決定，其中由諸感應裝置提供之測量可以合併，以取得加速度之大小及方向。
在一些實施例中，圖7中所示感應裝置之懸臂，例如裝置700(相似於裝置100)之懸臂714，可以建構成包 括一「預捲曲」730，以確保在一方向(例如箭號740所示之z加速度)之施加加速度將光學共振器702之路徑長度變長，同時另一方向(例如箭號742所示之z加速度)之加速度將光學共振器702之路徑長度壓縮(變短)。據此，將感應應力材料「預捲曲」730導入懸臂714中可以破壞光學路徑長度變化之對稱性及必要時可以辨別+z加速度與-z加速度。在一些實施例中，「預捲曲」730可由一垂直於裝置700之表面的應力梯度引起。
應該注意的是一計測質量可以藉由一懸臂附接於一感應裝置(例如裝置100、600或700)之一框架，如圖1、6及7中所示。在其他實施例中，計測質量係以多種不同方式可移動地固接於感應裝置之框架，用於改變一光學共振器之光學路徑長度，相似於圖1至7中之實施例所示。再者，光學共振器可用多種不同方式設置於感應裝置上。圖8至10例示根據一些實施例之感應裝置之不同架構。
圖8例示一範例感應裝置800，其中一計測質量808使用一或多個(在本實施例中為二個)彈簧配置820、822可移動地固接於一框架806。較明確說，彈簧配置820、822可以建構成在框架806之一開口830的兩端處將計測質量808固接於框架806。在反應於外部加速度情況下，如圖所示設置於框架806內之計測質量808可以和裝置800之框架806同平面移動，如箭號840所示之方向。應該注意的是一光學共振器802設置於框架806之一側上及附接於計測質量808上部中央處周圍，如圖所示。 相似於上述諸實施例，當計測質量808反應於在裝置800同平面中(亦即，同樣在箭號840所示之方向)施加的外部加速度，而移動於方向840時，光學共振器802之光學路徑長度會改變，導致共振頻率之對應變化及一波導804所傳輸之光功率(強度)之對應偵測變化。
圖9例示一建構相似於裝置800之範例感應裝置900，其中一光學共振器902部分設置於一計測質量908之一側部950上，計測質量使用彈簧配置920、922可移動地固接於一框架906，相似於範例感應裝置800。相似於裝置800的是，同平面地移動計測質量908和裝置900可以改變光學共振器902之光學路徑長度，導致共振頻率之對應變化及一波導904所傳輸之光功率(強度)之對應偵測變化。
圖10例示一建構相似於裝置800之範例感應裝置1000，其中一光學共振器1002亦部分設置於一計測質量1008之一側上，計測質量使用彈簧配置1020、1022可移動地固接於一框架1006。請注意彈簧配置1020、1022是在框架1006之一端部1050處固接於框架1006，以供計測質量移出框架1006平面外，相似於圖1、6及7中所示具有懸臂之感應裝置實施例。相似地，一外部z加速度(亦即，施加垂直於框架1006平面之加速度)可將計測質量1008移出裝置1000平面外，改變了光學共振器1002之光學路徑長度，導致共振頻率變化及一波導1004所傳輸之光功率(強度)之對應偵測變化。
應該注意的是圖8至10中所示之諸實施例之彈簧配置(腿件)不需要有概呈筆直之外形。腿件可具有一或多個彎折，在彎折附近有適當曲率半徑，以免在大致沿著腿件延伸之波導中引起顯著的光損耗。
復參閱圖2中所示之感應裝置200，亦即一具有圈環狀可變形光學共振器之感應裝置，請注意一圈環(例如202)可具有比典型微機電系統加速計小之質量。質量決定感應裝置之雜訊度，例如裝置200。若想要在裝置200中有較低雜訊，可將一或多個計測質量依多種不同架構附接於圈環202，同時保留所需之圈環撓性，所以圈環半徑可以反應於z加速度而改變，請參閱圖2所示。圖11至12例示一相似於裝置200之感應裝置之不同實施例，其可包括一或多個附接於裝置200類似201之環形共振器的計測質量。
圖11例示一相似於裝置200且包含附接至光學圈環之額外的計測質量之感應裝置1100實施例之不同視圖1162、1164、1166、1168。感應裝置1100之俯視圖1162包括形成於一含有矽(Si)晶圓的框架1140上之一圈環1102、一軸1106(例如，被製造於埋入型氧化物)、一或多個在一些實施例中亦可在矽中製成之計測質量1120、1122、1124、1126的光學平面。感應裝置1100之另一俯視圖1164例示相似於1162之視圖，且為了圖面清楚而移開圈環1102。視圖1166、1168例示感應裝置1100之截面AA’及BB’。
在一些實施例中，計測質量例如可以藉由深度蝕刻下層之矽形成。在一些實施例中，計測質量1120、1122、1124、1126在質量上可以較大於圈環1102。應該注意的是計測質量1120、1122、1124、1126可依立方體形式提供，如圖11中所示。計測質量之立方體形狀較為有利，因為其他形狀(例如相似於圈環1102之環形計測質量)可能使光學環過硬，而無法依需要在徑向變形。據此，計測質量1120、1122、1124、1126可以在各別點附接於圈環1102(例如1160中所示輻條1110與圈環1102交會處)，以提供圈環1102之撓性。
圖12例示感應裝置1100之圈環1102與計測質量1120、1122、1124、1126之變形的模擬1200。為了簡明起見，框架1140並未示出，僅圈環1102與四枚計測質量1120、1122、1124、1126繪示出來。當z加速度以箭號1250方向施加於裝置1100時，計測質量可朝向由1102、1120、1122、1124、1126形成之結構之中心移動(如箭號1252、1254所示之方向)，因而使圈環1102在箭號1256所示之徑向變形。圈環1102之變形程度取決於計測質量1120、1122、1124、1126之尺寸及架構。外部加速度可在變形程度之基礎上計算，亦即，感應裝置1100之共振環之位移量。光信號之功率可以根據下列方程式隨著加速度改變：
其中 P為傳輸之光功率，Po為輸入光功率，a為加速度，Qo為光品質因數，ξ為常數，ω0為裝置之共振頻率，及r為共振器圈環之半徑。
針對裝置100，該公式可以相同，除了改寫成半徑r，其較方便是以周長L寫成。
上述至少一些實施例不僅可用在加速度測定法，也可用在陀螺儀上。例如，參照圖8、9及10中所說明之裝置即可用在陀螺儀。陀螺儀之應用將參考圖13至17詳細說明於後。
圖13係根據一些實施例之一微機電系統感應裝置1300(例如，陀螺儀)之範例架構。感應裝置1300可包括一固接於一固定框架1304之外計測質量1302。外計測質量1302可以建構成相似於圖8至10中所示者及其據此可包括一相似於圖8至10中所示之感應裝置(圖13中為了簡明起見而未繪示)。計測質量1302可以建構成在箭號1320所示之方向移動(驅動模式)。
裝置1300可進一步包括一內計測質量1306(亦建構成相似於圖8至10中所示者及其包括一相似之感應裝置，為了簡明起見而未繪示)，其可在箭號1322所示之方向自由移動(感應模式)，例如，垂直於驅動模式者。 在一些實施例中，內計測質量1306可設置於外計測質量1302內。在其他實施例中，內計測質量1306及外計測質量1302可以各別設置及固接於框架1304。外計測質量1302可用一預定驅動頻率「ω驅動」激勵，例如使用一梳齒形「驅動」組(為了簡明起見而未繪示)，以利於可測量到科氏力(Coriolis force)(計算用於決定旋轉速度)。
圖14至17例示一範例微機電系統感應裝置1300在相關於陀螺儀之不同模式中，其建構用於測量在有或無施加外部旋轉情況下陀螺儀之感應及驅動模式，如狀態1400、1500、1600、1700所示，其建構如圖13中所示。較明確說，裝置1300可以建構成在有或無施加外部旋轉情況下感應驅動模式及感應模式。例如，裝置1300可以在狀態1400、1500中之無施加外部旋轉情況下各別感應驅動模式及感應模式，及可以在狀態1600、1700中之施加外部旋轉情況下各別感應驅動模式及感應模式。一外計測質量1302可以使用靜電或其他技術在頻率ω時驅動於y方向，及當陀螺儀繞著外部旋轉之z軸線旋轉時(z軸線向量是在離開頁面平面之方向，所以裝置之旋轉發生在頁面平面上)，一內計測質量1306會在x方向以頻率ω sense =ω drive 變形。裝置1300可以建構成用於分別偵測在狀態1400、1500、1600、1700時由編號1402、1502、1602、1702所示之黑色橢圓形位置的感應模式或驅動模式任一者之運動。應該注意的是，若有需要，驅動模式運 動也可以各別感應。
圖18係流程圖，例示根據一些實施例之微機電系統感應裝置之操作情形。程序1800開始於方塊1802，在此偵測由感應裝置之一波導輸出之光強度變化。如上所述，裝置可建構成相似於圖1至17中所示之裝置100或200，及其包括一包含可變形封閉迴路且光耦合於波導之光學共振器。如上所述，光學共振器之變形可由一施加於裝置之外部加速度引起，造成由共振器形成之一光學路徑長度的變化，導致光學共振器之共振頻率的對應變化。共振頻率之變化則造成透射光之強度變化。
在方塊1804，一施加於感應裝置之慣性變化(例如，外部加速度)可以在偵測到之光強度變化基礎上決定，如上所述。例如，傳輸之光信號之光功率可以隨著加速度改變。加速度可以在上述依存性之基礎上計算。
不同操作情形被描述為依序之非連續式操作情形，其極有助於瞭解申請專利範圍之主旨。惟，說明之順序不應解釋成意指這些操作為必然之順序依存性。本發明之實施例可實施於一使用任意適當硬體及/或軟體以依需要而建構之系統或裝置中。
圖19概略例示一可用於實施本文內所述若干實施例之範例系統。針對一實施例，圖19揭示一範例系統1900具有一或多個處理器1904、耦合於至少一處理器1904之系統控制模組1908、耦合於系統控制模組1908之系統記憶體1912、耦合於系統控制模組1908之非揮發性記憶體 (NVM)/儲存器1914、及一或多個耦合於系統控制模組1908之通信介面1920。
在一些實施例中，系統1900可包括一感應裝置100或200及提供邏輯/模組，其執行針對偵測光強度變化及計算施加於本文內所述系統及/或其他模組之外部加速度及/或旋轉的功能。例如，裝置100(200)可設置於一包括在系統1900內之晶片中。在一些實施例中，系統1900可包括一或多個具有指令之電腦可讀媒體(例如，系統記憶體或非揮發性記憶體(NVM)/儲存器1914)，及一或多個耦合於一或多個電腦可讀媒體且建構成執行指令以運作一模組之處理器(例如，處理器1904)，以執行本文內所述之光強度變化偵測及慣性變化計算動作。
用於一實施例之系統控制模組1908可包括任意適當之介面控制器，以提供任意適當之介面於至少一處理器1904及/或與系統控制模組1908通信之任意適當裝置或組件。
系統控制模組1908可包括記憶體控制器模組1910，以提供介面於系統記憶體1912。記憶體控制器模組1910可以是硬體模組、軟體模組及/或韌體模組。系統記憶體1912可用於下載及儲存例如系統1900所用之資料及/或指令。用於一實施例之系統記憶體1912包括任意適當之揮發性記憶體，例如，適當之動態隨機存取記憶體(DRAM)。用於一實施例之系統控制模組1908可包括一或多個輸入/輸出(I/O)控制器，以提供介面於非揮發 性記憶體/儲存器1914及通信介面1920。
非揮發性記憶體/儲存器1914例如可用於儲存資料及/或指令。非揮發性記憶體/儲存器1914可包括任意適當之非揮發性記憶體，例如快閃記憶體，及/或可包括任意適當之非揮發性儲存裝置，例如一或多個硬碟機(HDD)、一或多個光碟(CD)機及/或一或多個數位多功能光碟(DVD)機。非揮發性記憶體/儲存器1914可包括一裝置之儲存資源實體部，供系統1900安裝於其上或者其可藉此存取，但是其不必然為裝置之一部分。例如，非揮發性記憶體/儲存器1914可以透過通信介面1920在網路上存取。
通信介面1920可提供一介面於系統1900，用於在一或多個網路上通信及/或與任意其他適當裝置通信。系統1900可以根據任意一或多個無線網路標準及/或協定，而和無線網路之一或多個組件無線通信。
針對一實施例，至少一處理器1904可與一或多個系統控制模組1908之一或多個控制器所用邏輯器封裝在一起，例如，記憶體控制器模組1910。針對一實施例，至少一處理器1904可與一或多個系統控制模組1908之一或多個控制器所用邏輯器封裝在一起，以形成一系統級封裝(SiP)。針對一實施例，至少一處理器1904可與系統控制模組1908之一或多個控制器所用邏輯器整合在同一晶粒上。針對一實施例，至少一處理器1904可與系統控制模組1908之一或多個控制器所用邏輯器整合在同一晶粒 上，以形成一系統晶片(SoC)。
在不同實施例中，系統1900可具有或多或少之組件，及/或不同架構。例如，在一些實施例中，系統1900可包括照相機、鍵盤、液晶顯示器(LCD)螢幕(包括觸控式螢幕顯示器)、非揮發性記憶體埠、多數個天線、圖像卡、特殊應用積體電路(ASIC)、及喇叭等其中一或多者。
在不同實施方式中，系統1900可以但是不限為行動計算裝置(例如，膝上型計算裝置、手持式計算裝置、平板電腦、筆記型電腦、等等)、膝上型電腦、連網小筆電、筆記型電腦、超輕薄筆電、智慧型手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)、超行動個人電腦、行動電話、膝上型電腦、伺服器、列印機、掃描器、監視器、機上盒、娛樂控制單元、數位相機、可攜式音樂播放器、或數位錄影機。在其他實施方式中，系統1900可以是任意其他電子裝置。
本文內所述之實施例可以藉由文後之範例進一步例示。範例1係微機電系統裝置，包含一雷射配置，其建構成產生具有共振波長之光束；一波導，其建構成接收及輸出光束；及一光學共振器，其包含一可變形之封閉迴路及光耦合於波導，以接收光束之一部分，其中光學共振器之變形造成行進通過光學共振器之光束的一部分之光學路徑長度變化，導致波導所輸出光束之共振波長變化。
範例2可包括範例1之標的，及進一步具體說明共振 波長變化對應於波導所輸出光束之光強度的可偵測變化。
範例3可包括範例2之標的，及進一步具體說明裝置進一步包含一偵測器，其耦合於波導及建構成偵測波導所輸出光束之光強度變化。
範例4可包括範例3之標的，及進一步具體說明裝置進一步包含電路，其耦合於偵測器，以在光強度所偵測到之變化的基礎上決定一與裝置相關聯之慣性變化。
範例5可包括範例4之標的，及進一步具體說明光學共振器之變形係由一外部加速度引起，其造成慣性變化。
範例6可包括範例5之標的，及進一步具體說明加速度施加於一大致垂直於裝置所在平面之方向。
範例7可包括範例1之標的，及進一步具體說明封閉迴路型光學共振器包括一圈環，其具有一設置於圈環中心之軸及至少一聯結軸與圈環之一環緣的輻條。
範例8可包括範例7之標的，及進一步具體說明裝置進一步包含一框架，其中封閉迴路型光學共振器係藉由軸固接於框架。
範例9可包括範例8之標的，及進一步具體說明封閉迴路型光學共振器進一步包括一計測質量，其在輻條與環緣之一聯結件周圍處固接於環緣。
範例10可包括範例9之標的，及進一步具體說明圈環之環緣係建構成反應於一在大致垂直於框架平面之方向上施加於框架的外部加速度而彎曲。
範例11可包括範例1至10任一者之標的，及進一步 具體說明裝置包括一框架及一可移動設置於框架內且進一步局部設置於計測質量周圍之計測質量，其中移動計測質量包括將計測質量彎折出框架平面外或將計測質量移入框架平面中。
範例12可包括範例11之標的，及進一步具體說明計測質量包含一將其一端懸伸至框架內側之伸長形狀，及其中光學共振器設置於計測質量之懸伸端周圍。
範例13可包括範例11之標的，及進一步具體說明計測質量包含一伸長形狀，其中計測質量藉由一或多個彈簧配置附接於框架，及其中光學共振器設置於計測質量之一側部周圍。
範例14可包括範例11之標的，及進一步具體說明封閉迴路型光學共振器包含概呈環側形、概呈蛇形或馬赫曾德爾(Mach-Zehnder)型干涉儀其中之一。
範例15可包括範例11之標的，及進一步具體說明計測質量之彎折或移動導致光學共振器變形，包括光學共振器之拉伸或壓縮，其中計測質量之彎折或移動係由一施加於框架之外部加速度引起。
範例16可包括範例11之標的，及進一步具體說明計測質量在一角度下懸伸至框架，以彎離框架平面，其中計測質量在一方向之彎折導致光學共振器拉伸，及其中計測質量在相反方向之彎折導致光學共振器壓縮，拉伸及壓縮表示一施加於框架導致計測質量彎折之外部加速度的方向。
範例17可包括範例1之標的，及進一步具體說明裝置包含一加速度計或一陀螺儀。
範例18可包括範例17之標的，及進一步具體說明裝置整合於一晶片中。
範例19包括一種方法，包含：偵測由一微機電系統裝置之一波導輸出之光強度變化，裝置包括一光學共振器，光學共振器包含一可變形之封閉迴路及光耦合於波導，及在偵測到的光強度變化基礎上決定一與微機電系統裝置相關聯之慣性變化，其中慣性變化對應於一施加於微機電系統裝置之外部加速度。
範例20可包括範例19之標的，及進一步具體說明光強度變化對應於由波導輸出之光之共振波長變化。
範例21可包括範例20之標的，及進一步具體說明共振波長變化係因光學共振器變形而由行進通過光學共振器之光之光學路徑長度變化引起。
範例22可包括範例19之標的，及進一步具體說明微機電系統裝置包含一加速度計或陀螺儀。
範例23可包括範例19之標的，及進一步具體說明裝置包括一框架及一設置於框架內之計測質量，其中計測質量包含一將其一端懸伸至框架內側之伸長形狀。
範例24可包括範例19之標的，及進一步具體說明光學共振器設置於計測質量之懸伸端周圍，其中光學共振器包含概呈環側形、概呈蛇形或馬赫‧曾德爾(Mach-Zehnder)型干涉儀其中之一。
範例25可包括範例19至24任一者之標的，及進一步具體說明光學共振器包括一圈環，圈環具有一設置於圈環中心之軸及至少一聯結軸與圈環之一環緣的輻條，其中封閉迴路型光學共振器係藉由軸固接於框架。
不同實施例可包括上述實施例之任意適當組合，包括配合揭述(及)上述(例如，「及」可以是「及/或」)之實施例之替代型式(或)實施例。再者，在任一上述實施例執行動作時，一些實施例可包括一或多個具有指令儲存於其上之製造物件(例如，非暫時性電腦可讀媒體)。再者，一些實施例可包括具有任意適當構件以實施上述實施例之不同操作情形的裝置或系統。
包括發明摘要在內之上述實施方式的說明並不想要排除其他可能性或限制本發明之實施例於上述形式。儘管有特定實施方式及範例在此例示說明，習於此技者應該瞭解在本發明之範疇內仍有許多等效之修改方式可行。
根據上述詳細說明，這些修改方式可用於本發明之實施例。文後申請專利範圍之用詞不應解釋成限制本發明之諸實施例於說明書及申請專利範圍中所揭露之特定實施方式。反而，本發明之範疇完全由文後申請專利範圍決定，其係依申請專利範圍之規定而說明。
200‧‧‧微機電系統感應裝置
201‧‧‧光學共振器
202‧‧‧圈環
204‧‧‧波導
206‧‧‧軸
210‧‧‧輻條
212‧‧‧輻條
214‧‧‧輻條
216‧‧‧輻條
220‧‧‧箭號
230‧‧‧環緣
240‧‧‧徑向變形
242‧‧‧徑向變形
260‧‧‧立體圖

Claims (17)

  1. 一種微機電系統裝置，包含：雷射配置，其建構成產生具有共振波長之光束；波導，其建構成接收及輸出光束；及光學共振器，其包含可變形之封閉迴路及光耦合於該波導，以接收光束之一部分，其中該可變形之封閉迴路界定出徑向平面，而該可變形之封閉迴路則設置於該徑向平面上，其中該可變形之封閉迴路變形以回應施加於該可變形之封閉迴路、大致平行於該可變形之封閉迴路的該徑向平面的內力，其中該光學共振器之變形發生在該可變形之封閉迴路的該徑向平面上並造成該可變形之封閉迴路之長度變化及行進通過該可變形之封閉迴路之光束的一部分之光學路徑之對應的長度變化，導致該波導所輸出光束之共振波長的變化。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中共振波長變化對應於該波導所輸出光束之光強度的可偵測變化。
  3. 如申請專利範圍第2項之裝置，進一步包含偵測器，其耦合於該波導及建構成偵測該波導所輸出光束之光強度變化。
  4. 如申請專利範圍第3項之裝置，進一步包含電路，其耦合於該偵測器，以在光強度所偵測到之變化的基礎上決定一與該裝置相關聯之慣性變化。
  5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該光學共振器之變形係由外部加速度引起，其造成慣性變化。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置包括框架及可移動設置於該框架內且進一步局部設置於該計測質量周圍之計測質量，其中移動該計測質量包括將該計測質量彎折出該框架平面外或將該計測質量移入該框架平面中。
  7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該計測質量包含將其一端懸伸至該框架內側之伸長形狀，及其中該光學共振器設置於該計測質量之該懸伸端周圍。
  8. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該計測質量包含一伸長形狀，其中該計測質量藉由一或多個彈簧配置附接於該框架，及其中該光學共振器設置於該計測質量之側部周圍。
  9. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該封閉迴路型光學共振器包含環側形、蛇形或馬赫‧曾德爾(Mach-Zehnder)型干涉儀其中之一。
  10. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該計測質量之彎折或移動導致該光學共振器變形，包括該光學共振器之拉伸或壓縮，其中該計測質量之彎折或移動係由施加於該框架之外部加速度引起。
  11. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該計測質量在一角度下懸伸至該框架，以彎離該框架平面，其中該計測質量在一方向之彎折導致該光學共振器拉伸，及其中該 計測質量在相反方向之彎折導致該光學共振器壓縮，拉伸及壓縮表示施加於該框架導致該計測質量彎折之外部加速度的方向。
  12. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置包含加速度計或陀螺儀。
  13. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該裝置整合於晶片中。
  14. 一種偵測施加於微機電系統裝置之加速度的方法，包含：偵測由微機電系統裝置之波導輸出之光強度變化，該裝置包括光學共振器，該光學共振器包含可變形之封閉迴路及光耦合於該波導，其中該可變形之封閉迴路界定出徑向平面，而該可變形之封閉迴路則設置於該徑向平面上，其中光強度的變化對應於該波導所輸出光之共振波長的變化，其中該共振波長的變化是由行進通過該光學共振器之光的光學路徑長度的變化所引起，以回應該可變形之封閉迴路之該徑向平面上的該可變形之封閉迴路的變形，而該變形是由於施加大致平行於該可變形之封閉迴路的該徑向平面之內力至該可變形之封閉迴路所引起；及在偵測到的光強度變化基礎上決定與該微機電系統裝置相關聯之慣性變化，其中慣性變化對應於施加於該微機電系統裝置之外部加速度。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該微機電系統裝置包含加速度計或陀螺儀。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該裝置包括框架及設置於該框架內之計測質量，其中該計測質量包含將其一端懸伸至該框架內側之伸長形狀。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該光學共振器設置於計測質量之懸伸端周圍，其中光學共振器包含環側形、蛇形或馬赫‧曾德爾(Mach-Zehnder)型干涉儀其中之一。
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