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特開2021-128163マイクロオプトメカニカルシステムセンサ、システムおよび製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-128163(P2021-128163A)
(43)【公開日】2021年9月2日
(54)【発明の名称】マイクロオプトメカニカルシステムセンサ、システムおよび製造方法
(51)【国際特許分類】
G01P 15/093 20060101AFI20210806BHJP
G01P 3/36 20060101ALI20210806BHJP
G01L 1/24 20060101ALI20210806BHJP
G01L 7/08 20060101ALI20210806BHJP
【ＦＩ】
G01P15/093
G01P3/36 Z
G01L1/24 Z
G01L7/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2021-21243(P2021-21243)
(22)【出願日】2021年2月12日
(31)【優先権主張番号】20157050
(32)【優先日】2020年2月13日
(33)【優先権主張国】EP
(71)【出願人】
【識別番号】521066433
【氏名又は名称】ミラエックス エスエー
【氏名又は名称原語表記】Ｍｉｒａｅｘ ＳＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100134430
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 卓士
(72)【発明者】
【氏名】ミッチェル・アンダーソン
(72)【発明者】
【氏名】クレマン・ジャベルザック−ギャリー
(72)【発明者】
【氏名】オレキシ・フェオファノフ
(72)【発明者】
【氏名】ニコラ・アベレ
【テーマコード（参考）】
2F055
【Ｆターム（参考）】
2F055AA40
2F055BB20
2F055CC02
2F055DD20
2F055EE31
2F055FF49
2F055GG49
(57)【要約】 （修正有）
【課題】マイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサの感度を維持する技術を提供する。【解決手段】マイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサ１００は、１つ以上の光ファイバ１０６を通すための通過部１０４を含む光ファイバインタフェイス１０２と、気密に封入されたエレメント１１０を含むキャビティ１０８と、を備え、エレメントは、キャビティの内壁に対して、ＳｉＮアーム１１２によって動くことができるように固定されており、ＳｉＮアームは、エレメントに接続された第１端部と、キャビティの内壁に接続された第２端部とを有し、光ファイバインタフェイスは、通過部を介して、エレメントと光ファイバとの間で光通信を行うことができるような位置に、光ファイバを挿入できるように構成する。
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサであって、
１つ以上の光ファイバを通すための通過部を含む光ファイバインタフェイスと、
気密に封入されたエレメントを含むキャビティと、
を備え、
前記エレメントは、前記キャビティの内壁に対して、ＳｉＮアームによって動くことができるように固定されており、
前記ＳｉＮアームは、前記エレメントに接続された第１端部と、前記キャビティの内壁に接続された第２端部とを有し、
前記光ファイバインタフェイスは、前記通過部を介して、前記エレメントと前記光ファイバとの間で光通信を行うことができるような位置に、前記光ファイバを挿入できるように構成されたＭＯＭＳセンサ。
１つ以上の光ファイバを通すための通過部を含む光ファイバインタフェイスと、
気密に封入されたエレメントを含むキャビティと、
を備え、
前記エレメントは、前記キャビティの内壁に対して、ＳｉＮアームによって動くことができるように固定されており、
前記ＳｉＮアームは、前記エレメントに接続された第１端部と、前記キャビティの内壁に接続された第２端部とを有し、
前記光ファイバインタフェイスは、前記通過部を介して、前記エレメントと前記光ファイバとの間で光通信を行うことができるような位置に、前記光ファイバを挿入できるように構成されたＭＯＭＳセンサ。
【請求項2】
前記通過部から挿入された前記光ファイバと前記エレメントとの間で光通信を行うため、前記光ファイバインタフェイスが透明層によって前記キャビティから分離された請求項１に記載のＭＯＭＳセンサ。
【請求項3】
前記透明層は、前記キャビティ側の面に、１つ以上のレンズを有する請求項２に記載のＭＯＭＳセンサ。
【請求項4】
前記通過部に挿入された光ファイバの端部に１つ以上のレンズが設けられた、請求項１から３のいずれか１項に記載のＭＯＭＳセンサ。
【請求項5】
前記透明層が半透明のゲッター材料またはガラスとゲッター材料の合成材から形成され、
および／または
前記ＭＯＭＳセンサが、前記キャビティ内の雰囲気を制御するためゲッター材料を含む、請求項２に記載のＭＯＭＳセンサ。
および／または
前記ＭＯＭＳセンサが、前記キャビティ内の雰囲気を制御するためゲッター材料を含む、請求項２に記載のＭＯＭＳセンサ。
【請求項6】
前記光ファイバインタフェイスが、前記エレメントと前記光ファイバとの間で光通信を行うために、前記通過部に挿入された前記光ファイバからの光ビームを位置決めするための１つ以上の反射面を含む請求項１から５のいずれか１項に記載のＭＯＭＳセンサ。
【請求項7】
前記ＳｉＮアームが、１つ以上の方向の力に敏感に反応するように構成されている請求項１に記載のＭＯＭＳセンサ。
【請求項8】
気密に封止されたセラミック製の外壁部を備えた請求項１から７のいずれか１項に記載のＭＯＭＳセンサ。
【請求項9】
１つ以上の光ファイバによって１つ以上の光源および１つ以上の光検出器に接続された請求項１から８のいずれか１項に記載の１つ以上のＭＯＭＳセンサと、
１つ以上のプロセッサと、
プログラムコードを記憶したメモリと、
を備え、
前記プログラムコードが前記プロセッサによって実行されることにより、
前記光源による、前記光ファイバへの光の伝達を制御する制御ステップと、
前記ＭＯＭＳセンサから前記光ファイバを介して光検出器に伝達された反射光の強度を測定する測定ステップと、
前記測定ステップで測定された前記反射光の強度に基づいて１つ以上の量を決定するステップと、
を実現するセンサシステム。
１つ以上のプロセッサと、
プログラムコードを記憶したメモリと、
を備え、
前記プログラムコードが前記プロセッサによって実行されることにより、
前記光源による、前記光ファイバへの光の伝達を制御する制御ステップと、
前記ＭＯＭＳセンサから前記光ファイバを介して光検出器に伝達された反射光の強度を測定する測定ステップと、
前記測定ステップで測定された前記反射光の強度に基づいて１つ以上の量を決定するステップと、
を実現するセンサシステム。
【請求項10】
一つの反射面が、前記ＭＯＭＳセンサに接続された少なくとも１つの光ファイバの一端に設けられ、または
一つの反射面が、前記エレメントと少なくとも１つの光ファイバとの間の透明層上に配置され、または
複数の反射面が、少なくとも１つの光ファイバの一端に配置され、かつ、一つの反射面が、前記エレメントと少なくとも１つの光ファイバとの間の透明層上に配置されており、
前記光ファイバの前記反射面および／または前記透明層の反射面から反射された光の測定された強度に基づいて、光ファイバの摂動を決定する請求項９に記載のセンサシステム。
一つの反射面が、前記エレメントと少なくとも１つの光ファイバとの間の透明層上に配置され、または
複数の反射面が、少なくとも１つの光ファイバの一端に配置され、かつ、一つの反射面が、前記エレメントと少なくとも１つの光ファイバとの間の透明層上に配置されており、
前記光ファイバの前記反射面および／または前記透明層の反射面から反射された光の測定された強度に基づいて、光ファイバの摂動を決定する請求項９に記載のセンサシステム。
【請求項11】
前記ＭＯＭＳセンサを気密に封止するためのセラミック製の外壁部を備えた請求項９または１０に記載のセンサシステム。
【請求項12】
前記光ファイバの少なくとも１つは、前記エレメントの変位を所定範囲内で測定するための、より大きな焦点距離を有し、
前記光ファイバの少なくとも１つは、前記エレメントの変位を所定範囲内で測定するための、より小さな焦点距離オフセットを有する請求項８、１０または１１に記載のセンサシステム。
前記光ファイバの少なくとも１つは、前記エレメントの変位を所定範囲内で測定するための、より小さな焦点距離オフセットを有する請求項８、１０または１１に記載のセンサシステム。
【請求項13】
１つ以上のＭＯＭＳセンサを製造する製造方法であって、
・第１Ｓｉウエハ上にＳｉＯ２層とＳｉ（ｘ）Ｎ（ｙｘ）層を堆積させるステップと、
・前記Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙｘ）層にＳｉＮアームをパターニングするステップと、
・前記Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙｘ）層を少なくとも１００ｎｍの第１保護層で保護するステップと、
・前記第１Ｓｉウエハの第１面から前記ＳｉＯ２層および前記Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙｘ）層を剥離するステップと、
・Ｓｉ塊をパターニングし、前記第１ＳｉウエハからパターニングされたＳｉ塊をエッチングするステップと、
・エッチングされた前記Ｓｉ塊およびパターン化されたＳｉＮアームをリリースするために、前記第１Ｓｉウエハの第２面から前記ＳｉＯ２層および前記第１保護層を剥離するステップと、
を含む、１以上のセンサウエハを製造するステップと、
・第２Ｓｉウエハ内に１つ以上のキャビティをエッチングするステップと、
・少なくとも１００ｎｍの厚さを有する第２保護層を施して、エッチング後のキャビティを保護するステップと、
・前記第２Ｓｉウエハを貫く光ファイバ通過部をエッチングするステップと、
・前記第２Ｓｉウエハから前記第２保護層を剥離するステップと、
・センサウエハとの接合用に前記第２Ｓｉウエハ上にパリレンをコーティングするステップと、
を含む１以上の光ファイバウエハを製造するステップと、
前記センサウエハと前記光ファイバウエハとを位置決めして接着するステップと、
エッチングされた前記Ｓｉ塊を収容するカプセル化されたキャビティを形成するため、前記センサウエハ上にキャップＳｉウエハを接合するステップと、
を含む製造方法。
・第１Ｓｉウエハ上にＳｉＯ２層とＳｉ（ｘ）Ｎ（ｙｘ）層を堆積させるステップと、
・前記Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙｘ）層にＳｉＮアームをパターニングするステップと、
・前記Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙｘ）層を少なくとも１００ｎｍの第１保護層で保護するステップと、
・前記第１Ｓｉウエハの第１面から前記ＳｉＯ２層および前記Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙｘ）層を剥離するステップと、
・Ｓｉ塊をパターニングし、前記第１ＳｉウエハからパターニングされたＳｉ塊をエッチングするステップと、
・エッチングされた前記Ｓｉ塊およびパターン化されたＳｉＮアームをリリースするために、前記第１Ｓｉウエハの第２面から前記ＳｉＯ２層および前記第１保護層を剥離するステップと、
を含む、１以上のセンサウエハを製造するステップと、
・第２Ｓｉウエハ内に１つ以上のキャビティをエッチングするステップと、
・少なくとも１００ｎｍの厚さを有する第２保護層を施して、エッチング後のキャビティを保護するステップと、
・前記第２Ｓｉウエハを貫く光ファイバ通過部をエッチングするステップと、
・前記第２Ｓｉウエハから前記第２保護層を剥離するステップと、
・センサウエハとの接合用に前記第２Ｓｉウエハ上にパリレンをコーティングするステップと、
を含む１以上の光ファイバウエハを製造するステップと、
前記センサウエハと前記光ファイバウエハとを位置決めして接着するステップと、
エッチングされた前記Ｓｉ塊を収容するカプセル化されたキャビティを形成するため、前記センサウエハ上にキャップＳｉウエハを接合するステップと、
を含む製造方法。
【請求項14】
前記センサウエハと光ファイバウエハとの間に透明層を設けるステップをさらに備えた請求項１３に記載の製造方法。
【請求項15】
前記キャビティ内の雰囲気を制御するために、ゲッターをキャビティ内に配置するステップをさらに備えた請求項１３または１４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサに関する。
【背景技術】
【0002】
ここで、特許請求の範囲に記載されている本発明の背景を説明する。ここでの記載には、本発明の技術思想が含まれている場合があるが、それは、必ずしも従来技術とは限らない。したがって、別段の記載がない限り、ここに記載されている技術は、本願の明細書および特許請求の範囲にとって先行技術ではなく、この欄に含まれているからといって、先行技術であると認めたことにはならない。
【0003】
マイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサは、膜の機械的な動きをマイクロメートル単位で光信号に変換するセンサである。ＭＯＭＳセンサの感度は、その膜の動きが悪くなると低下する。高感度を実現するためには、膜が大きく変位できる構成にする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】US2011/0268384
【特許文献2】US2017/0307437
【特許文献3】US2011/0274386
【特許文献4】WO2017/089235
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、膜の変位を大きくすると、小さなエネルギーレベルでのＭＯＭＳセンサの感度が低下する。また、変位が大きくなると膜に作用する力が大きくなり、ＭＯＭＳセンサの破損につながる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の様々な実施形態を含む技術範囲は、独立請求項によって定められている。独立請求項の範囲に含まれない本明細書に記載された実施形態、実施形態および特徴は、もしあれば、本発明の様々な実施形態を理解するのに有用な例として解釈されるべきである。
【0007】
第１の側面によれば、請求項１に記載のマイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサが提供される。
【0008】
第２の側面によれば、請求項９に記載のシステムが提供される。
【0009】
第３の側面によれば、請求項１３に記載の１つ以上のＭＯＭＳセンサを製造するための方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1A】本発明の実施形態にかかるマイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサおよびシステムの例を示す図である。
【図1B】本発明の実施形態にかかるマイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサおよびシステムの例を示す図である。
【図2A】本発明の実施形態にかかるマイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサと、光ビームの焦点およびカプセル化を改善したシステムとを示す図である。
【図2B】本発明の実施形態にかかるマイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサと、光ビームの焦点およびカプセル化を改善したシステムとを示す図である。
【図3A】本発明の実施形態にかかるマイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサと、感度およびカプセル化を改善したシステムとを示す図である。
【図3B】本発明の実施形態にかかるマイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサと、感度およびカプセル化を改善したシステムとを示す図である。
【図4】本発明の実施形態にかかる１つ以上のＭＯＭＳセンサを含むシステムの例を示す図である。
【図5】本発明の実施形態にかかるマイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサ内の雰囲気制御の一例を示す図である。
【図6A】光ファイバからの光ビームの位置ずれをサポートする光ファイバインタフェイスの一例を示す図である。
【図6B】光ファイバからの光ビームの位置ずれをサポートする光ファイバインタフェイスの一例を示す図である。
【図7】本発明の実施形態にかかる光ファイバインタフェイスの一例を示す図である。
【図8】本発明の実施形態にかかるセンサウエハの一例を示す図である。
【図9】本発明の実施形態にかかる、１つ以上の軸に沿った動きを測定するためのＭＯＭＳセンサの例示的な構造を示す図である。
【図10】本発明の実施形態にかかる、ＳｉＮアームの例示的な形状を示す図である。
【図11】２つ以上のＭＯＭＳセンサを含むシステムの一例を示す図である。
【図12】本発明の実施形態にかかるエレメントの動作例を示す図である。
【図13】本発明の実施形態にかかる方法の一例を示す図である。
【図14】本発明の実施形態にかかるＭＯＭＳセンサの製造方法の一例を示す図である。
【図15】本発明の実施形態にかかる、大きなダイナミックレンジにわたって変位を正確に測定するためのＭＯＭＳセンサの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下の実施形態は例示的なものである。本明細書では、複数の箇所で、一つのまたは複数の実施形態を参照するが、これは、そのような参照の各々が同じ実施形態に対するものであることを必ずしも意味するものではなく、また、その特徴が単一の実施形態にのみ適用されることを意味するものではない。異なる実施形態の単一の特徴は、他の実施形態を提供するために結合されてもよい。図面中の同一または類似の特徴は、同一の参照番号を用いて参照される。
【0012】
ここでは、マイクロオプトメカニカルシステム（ＭＯＭＳ）センサであって、１つ以上の光ファイバを通すための通過部(passthrough)を含む光ファイバインタフェイスと、気密に封入されたエレメントを含むキャビティと、を備え、エレメントは、キャビティの内壁に対して、ＳｉＮアームによって動くことができるように固定されており、ＳｉＮアームは、エレメントに接続された第１端部と、キャビティの内壁に接続された第２端部とを有し、光ファイバインタフェイスは、通過部を介して、エレメントと光ファイバとの間で光通信を行うことができるような位置に、光ファイバを挿入できるように構成されたＭＯＭＳセンサを提供する。このロバストな構成により、ＭＯＭＳセンサの感度を向上させることができる。
【0013】
以下の実施形態では、エレメントが移動し、光が伝達される雰囲気をカプセル化により制御することを提供する。その雰囲気は、湿度、温度、および粒子数のうちの少なくとも１つの観点から制御されてもよい。
【0014】
以下のＳｉＮ、Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙ）または窒化珪素とは、少なくともＳｉ３Ｎ４を含む珪素と窒素の化合物を含む群から選択される化合物、すなわち、α−Ｓｉ３Ｎ４、β−Ｓｉ３Ｎ４、γ−Ｓｉ３Ｎ４を意味する。これらの中から、硬度の点からα−Ｓｉ３Ｎ４が好ましい場合がある。一方、β−Ｓｉ３Ｎ４は、化学的にはこれらの中で最も安定している。ＳｉとＮの割合は、化合物群の中で同じであっても異なっていてもよい。
【0015】
ＭＯＭＳセンサは、半導体ウエハおよび／または絶縁体ウエハを接合したパーツを用いて製造される。半導体ウエハの例としては、シリコン（Ｓｉ）ウエハが挙げられる。絶縁体ウエハの例は、ガラスウエハである。したがって、以下では、ＭＯＭＳセンサの光ファイバインタフェイス部を光ファイバウエハまたは光ファイバ通過部を含むウエハと称することがある。また、ＭＯＭＳセンサのキャビティ壁、エレメントおよびＳｉＮアームを総称してセンサウエハと呼ぶことがある。ＭＯＭＳセンサのキャップウエハは、エレメントをキャビティ内に封入するためのウエハを指す場合がある。また、キャップウエハはボトムキャップと呼ばれることもあり、光ファイバインタフェイスはトップキャップと呼ばれることもある。したがって、トップキャップを備えたＭＯＭＳセンサの側面は、ＭＯＭＳセンサ内のＳｉウエハの上面を参照することができ、ボトムキャップを備えたＭＯＭＳセンサの側面は、ＭＯＭＳセンサ内のＳｉウエハの裏面を参照することができる。少なくともいくつかの実施形態では、トップキャップおよびボトムキャップは、キャビティ内にエレメントを封入するために機能してもよい。ＭＯＭＳセンサは、マイクロメートルスケールの製造プロセスまたはナノメートルスケールの製造プロセスによって製造されてもよく、それによって寸法の精度はマイクロメートルまたはナノメートルスケールで測定されてもよい。
【0016】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の少なくともいくつかの実施形態にかかるＭＯＭＳセンサおよびシステム例の断面図である。ＭＯＭＳセンサ１００は、１つ以上の光ファイバ１０６のための光ファイバ通過部（開口、開口部または通路）１０４を含む光ファイバインタフェイス１０２と、内部に気密に封入されたエレメント１１０を含むキャビティ１０８と、を備える。ここで、エレメント１１０は、ＳｉＮアーム１１２によってキャビティ１０８の内壁に、動くことが可能な状態で固定されている。光ファイバインタフェイス１０２により、光ファイバ通過部１０４を通過するように光ファイバ１０６が取り付けられ、エレメント１１０と光ファイバ１０６との間での光通信が実現する。本実施形態では、エレメントは２つのアーム１１２によって固定されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の任意の数のアームを用いてもよい。アームの数は少なくとも２つであることが好ましく、例えば２本、３本、４本またはそれ以上のアームを取り付けてもよい。アームは、エレメント１１０の対向する側面または端面に連結されている。このアームは、この例では、可撓性の長尺部材である。
【0017】
ＳｉＮアームを使用すれば、Ｓｉアームが使用される場合と比較して、ＭＯＭＳセンサに多くの利点をもたらす可能性がある。例えばその利点は、より大きな周波数帯域幅、より高い運動直線性、改善された耐衝撃性、およびＭＯＭＳセンサのより高い感度のうちの１つまたは複数である。
【0018】
エレメント１１０と光ファイバ１０６との間で光通信が行われるような位置に光ファイバは取り付けられる。光ファイバはＭＯＭＳセンサに接続され、光ファイバからエレメントの表面に向かって射出され、反射して光ファイバに戻る光ビームによって、エレメント１１０を反応測定させたり、刺激したりすることができる。したがって、エレメント１１０を反応測定させるステップには、１つ以上の光ファイバを通ってエレメント１１０に光を届けるステップと、エレメント１１０に反射して光ファイバ１０６に戻ってくる透過光の強度を測定するステップとが含まれる。
【0019】
このシステムは、１つ以上の光源１１６と１つ以上の光検出器１１８とを含み、これらは、１つ以上の光ファイバ１０６によってＭＯＭＳセンサ１００に接続される。光ミキサー装置１２０を用いて光源１１６と、光検出器１１８と、光ファイバ１０６とを光接続することにより、複数の光源、光検出器、および光ファイバをシステムに実装することが可能となる。
【0020】
実施形態としての一例では、光ファイバインタフェイス１０２は、キャビティ１０８の一部を構成する。つまり、キャビティ１０８の壁の少なくとも一部は、光ファイバインタフェイス１０２によって形成される。光ファイバインタフェイス１０２の全ての光ファイバ通過部１０４内に光ファイバ１０６が挿入されると、エレメント１１０は、光ファイバインタフェイス１０２を備えたキャビティ１０８内に気密に封入されることになる。光ファイバ通過部１０４を通過した光ファイバ１０６は直接キャビティ１０８内に入り、光ファイバ１０６とエレメント１１０間との間で、キャビティ１０８内に封入された雰囲気の中を光が伝達される。このようにして、エレメント１１０の反応測定が、カプセル化（密封）されたキャビティ１０８内で行われる。このように、この例では、１本以上の光ファイバ１０６は、その長手方向軸方向に通過部１０４に挿入され、通過部１０４を通ってシールされつつ配置される。
【0021】
実施形態としての一例では、ＳｉＮアーム１１２は、エレメント１１０に連結されたＳｉＮアーム１１２の一端と、キャビティ１０８の壁に連結されたＳｉＮアーム１１２の他端とに、アンカーエレメントまたはアンカー部を備える。アンカー部を有するＳｉＮアームは、キャビティ１０８内のエレメント１１０に対して、堅牢でありながら感度の高いサスペンションを提供する。その端部間のＳｉＮアームの形状は、１つ以上の移動方向におけるエレメントの動きに敏感に構成されてもよい。一方、アンカー部分は、アンカー部分によってエレメントに確実に係止させるための堅牢なアタッチメントを提供する。また、エレメントは、ＳｉＮを材料とするものでもよい。
【0022】
実施形態としての一例では、ＭＯＭＳセンサ１００に接続された少なくとも１つの光ファイバ１０６の端部に反射面が配置される。またはエレメント１１０と少なくとも１つの光ファイバ１０６との間の透明層上に反射面が配置される。または、少なくとも１つの光ファイバ１０６の端部に複数の反射面が配置され、かつ、エレメント１１０と少なくとも１つの光ファイバ１０６との間の透明層上にも反射面が配置される。このようにして、光ファイバの摂動は、光ファイバ１０６の反射面および／または透明層の反射面から反射されて戻ってきた光の強度に基づいて決定されてもよい。一例では、光ファイバの摂動は、キャビティ内のエレメントを反応させて測定する１つ以上の他の光ファイバを用いて測定された光強度によって補償されてもよい。一例では、光ファイバの先端は、平坦、丸みを帯びた形状、または円錐形状であってもよい。例示的な実施形態では、反射面は、光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）または光ファイバ上の半反射コーティングであってもよい。あるいは、先端の前の光ファイバにＦＢＧが含まれていてもよい。ＦＢＧは、所定の波長を光センサに反射させるための波長選択反射器として使用され、それにより、ＭＯＭＳで測定された光信号に基づいて、光ファイバ自体からの光の変化を推論することができる。その場合、ＦＢＧによって反射した光は基準として機能し、ＭＯＭＳ装置から同じ光ファイバまたはその隣の光ファイバの中に反射してきた光に基づいて推論することができる。反射面は、例えばコーティングによって透明層に配置されていてもよい。
【0023】
実施形態としての一例では、エレメント１１０は、光を反射することが可能な少なくとも１つの表面１２２を備え、すなわち、別の反射表面を形成する。この少なくとも１つの表面は、光ファイバ通過部に接続された光ファイバからの光を受けるために配置されてもよい。より具体的には、この表面は、この例では、光ファイバの長手方向の軸に対して直交して配置されているか、またはほぼ直交して配置されている。エレメントは、ＭＯＭＳセンサの感度を調整するために、１つ以上の追加の塊が取り付けられていてもよい。この塊は、Ｓｉを材料とするものであってもよい。
【0024】
実施形態としての一例では、エレメント１１０は膜であってもよい。この膜は、ＭＯＭＳセンサの振動などの動き、大気圧の変化、音響波、または電場によって移動可能であってもよい。この膜の厚さは、２００ｎｍのオーダーであってもよく、１０ｎｍ以上２μｍ以下の薄さであってもよい。ＳｉＮ層とその下のシリコンを加えた膜全体の厚さは、１μｍから７５０μｍ、多くの場合、５μｍから３００μｍであろう。
【0025】
実施形態としての一例では、エレメント１１０は、透明または半透明の膜を含み、その膜の下に塊（mass）が取り付けられている。言い換えれば、この例では、塊は、光ファイバとは逆側(図中下側)の膜表面に取り付けられ、光ファイバに接する表面とは反対側（裏面）に位置している。このようにして、光ファイバからの光は、膜を通過して、光ファイバから離れたエレメントの表面に到達する。膜の透明度は、光の波長に依存してもよい。
【0026】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の実施形態にかかるＭＯＭＳセンサ２００の例を示す。このＭＯＭＳセンサ２００は、光ビームの焦点およびカプセル化を改善したものである。ＭＯＭＳセンサ２００，２０１は、図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明したＭＯＭＳセンサであってもよい。図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明したＭＯＭＳセンサとの相違点として、図２Ａおよび図２Ｂにおいて、光ファイバインタフェイス１０２は、エレメント１１０と光ファイバ通過部を通った光ファイバ１０６との間の光の通信のための透明層２０２によってキャビティ１０８から分離されている。このように、透明層２０２がキャビティ１０８内の光ファイバ１０６とエレメント１１０との間に配置されるので、光ファイバ１０６が光ファイバ通過部を通過する前にも、キャビティ１０８内の雰囲気の制御を改善できる。透明層は、少なくともガラス製であればよく、パリレンのようなポリマーを含んでもよい。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、この例では、光ファイバはキャビティ内には延びておらず、通過部の一部のみを長手方向に占有してもよい。
【0027】
実施形態としての一例では、透明層２０２は、光ファイバ通過部を通過した光ファイバ１０６同士の間の光の通信のため１つ以上のレンズ２０４を備える。このようにして、光ファイバ通過部を通過した光ファイバからの光ビームは、多かれ少なかれ、エレメントの表面に、または表面上の特定の点に集束されてもよい。好ましくは、レンズおよび透明層は、屈折率の点で光学的に均一な構造を形成することが理解されるべきである。したがって、好ましくは、レンズと透明層の屈折率は同じであり、レンズと透明層の間には隙間がない。このようにすれば、屈折率の変化に伴う光反射を回避または緩和することができる。屈折率は、光が通過する材質、空気、ガスに依存する。
【0028】
実施形態としての一例では、ＭＯＭＳセンサ２００は、キャビティ内の透明層２０２の側に配置された１つ以上のレンズ２０４を含む。このようにして、レンズは、ＭＯＭＳセンサの環境から保護されてもよい。
【0029】
実施形態としての一例では、ＭＯＭＳセンサ２０１は、光ファイバ通過部１０４内を通過した光ファイバの端部、すなわち光ファイバの先端部または光ファイバの先端部に配置された１つ以上のレンズ２０６を備える。各光ファイバは、それ自身のレンズを有していてもよい。一例では、レンズは、エッチングによって光ファイバの端部に配置されてもよい。別の例では、レンズを光ファイバ先端に半田付けまたは接着することにより、光ファイバの端部にレンズが配置されてもよい。
【0030】
ガラスまたはポリマーベースのレンズは、射出成形によって製造され、接着またははんだ付けによって光ファイバ先端に取り付けられてもよいことが理解されるべきである。光ファイバインタフェイスへの正確な位置決めのためには、平坦なレンズが好ましいかもしれない。一方、平坦な光ファイバチップは、透明層に密着して配置されてもよく、レンズは、キャビティの内側に向かって透明層の側に配置されてもよい。
【0031】
実施形態としての一例では、１つ以上のレンズ２０４は、光ファイバ１０６の光ビームの焦点スポットをエレメント１１０にオフセットするように構成されている。例示的な実施形態では、焦点スポットは、エレメントの表面にオフセットされる。焦点スポットをオフセットすることは、１つ以上の周波数帯域幅のためにＭＯＭＳセンサを使用する場合に特に利点がある。例えば、キャビティ内のエレメントは、様々な周波数で様々な振動モードを有してもよい。一つのモードは、膜が上下に移動し、最大たわみ一がエレメントの中心にあるモードであってもよい。しかしながら、振動の他の機械的なモードは、異なる周波数で、エレメントの表面上の最大たわみの異なる局在性を伴ってもよい。レンズを先端に有する光ファイバを交換するだけで、焦点を、ある最大たわみ位置から別の最大たわみ位置に変更することができる。
【0032】
実施形態としての一例では、透明層２０２は、半透明のゲッターまたはガラスとゲッターの合金を材料としている。このようにして、透明層は、少なくともエレメントのカプセル化、エレメントの反応測定、およびキャビティ内の雰囲気を制御するためのゲッターとして機能してもよい。ゲッターとして機能する透明層によれば、キャビティ内の雰囲気を、圧力および／またはガス含有量の観点から所望の状態（例えば真空）にすることができる。
【0033】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の実施形態にかかる改善された感度のためのＭＯＭＳセンサの例を示す。ＭＯＭＳセンサ３００は、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明されたものであってもよい。図３ＡのＭＯＭＳセンサ３００は、図２Ａを参照して説明したＭＯＭＳセンサ２００でもよく、図３ＢのＭＯＭＳセンサ３０１は、図２Ｂを参照した説明したＭＯＭＳセンサ２０１でもよい。図２Ａおよび図２Ｂとの相違点として、ＭＯＭＳセンサ３００、３０１は、気密性を有するセラミックの外壁部３０２を備える。外壁部３０２は、ＭＯＭＳセンサの周囲の熱分布をサポートし、ＭＯＭＳセンサ内の熱応力を緩和し、ＭＯＭＳセンサ内の熱膨張を緩和し、それにより、測定シフトを許容可能に保ちながら、所望の温度範囲にわたってＭＯＭＳセンサの感度をサポートすることができる。一例では、セラミック外壁部はアルミナであってもよい。密閉された外壁部は、ＭＯＭＳセンサの光ファイバインタフェイス１０２のための光ファイバ通過部３０４を備える。
【0034】
図４は、本発明の実施形態にかかる２つ以上のＭＯＭＳセンサを含むシステムの例を示す。システム４００は、セラミック外壁部４０２内に密封されたＭＯＭＳセンサを含む。ＭＯＭＳセンサは、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明した実施形態にかかるものであってもよい。セラミック外壁部４０２は、アルミナ（ＡｌＯｘ）で作られていてもよい。セラミック外壁部４０２は、セラミック外壁部内のＭＯＭＳセンサの光ファイバインタフェイスのための光ファイバ通過部４０４を有し、光ファイバ１０６は光ファイバインタフェイスの光ファイバ通過部４０４を通過する。システム４００は、１つまたは複数の光ファイバ１０６によってＭＯＭＳセンサに接続される１つまたは複数の光源４０６および１つまたは複数の光検出器４０８を含む。光源、光検出器、およびＭＯＭＳセンサの光ファイバ間の光の接続または結合には、１つ以上の光ミキサー装置４１０が使用され、それにより、複数の光源、光検出器、光ファイバ、およびＭＯＭＳセンサを実装するシステムが実現する。
【0035】
実施形態にかかる、システム４００の光ファイバ１０６の少なくとも一部は、ＭＯＭＳセンサに接続された光ファイバの端部にレンズを備える。全ての光ファイバ１０６が、ＭＯＭＳセンサに接続される端部にレンズを有してもよい。レンズは、光ファイバの光ビームの焦点スポットをエレメントにオフセットするように構成されていてもよい。
【0036】
図５は、本発明の実施形態にかかるＭＯＭＳセンサ内の雰囲気を制御する例を示す。ＭＯＭＳセンサ５００は、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明した１つ以上の実施形態にかかるものであってもよい。ＭＯＭＳセンサのキャビティ１０８は、キャビティ内の雰囲気を制御するためのゲッター５０２を含む。このようにして、ＭＯＭＳセンサの感度がサポートされる。ゲッター５０２によれば、キャビティ内の雰囲気を、圧力および／またはガス含有量などの点で所望の状態（例えば真空）することができる。
【0037】
一例では、ゲッター５０２は、活性化温度以上に加熱されると、キャビティ１０８内の残留ガスまたは粒子を吸収または吸着する非蒸発性材料で作られている。ゲッター５０２は、熱によるゲッターの活性化によってキャビティ１０８内の雰囲気を所望の状態に持っていくことができる材料によって形成されているので、ＭＯＭＳセンサの製造およびＭＯＭＳセンサのシステムをサポートする。ゲッターは、ＭＯＭＳセンサのキャビティ内の任意の表面上に堆積されてもよく、ＭＯＭＳセンサのシステムは、ゲッターを有するＭＯＭＳセンサまたはゲッターを有しないＭＯＭＳセンサを構成してもよいことが理解されるべきである。
【0038】
図６Ａおよび図６Ｂは、光ファイバからの光ビームの位置ずれをサポートする光ファイバインタフェイスの一例を示す図である。図６Ａは、光ファイバインタフェイス６０２を備えるＭＯＭＳセンサ６００を示し、図６Ｂは、図６Ａの光ファイバインタフェイス６０２を上下逆さまに示す透視図である。ＭＯＭＳセンサ６００は、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂを参照して説明した１つ以上の実施形態にかかるものであってもよいが、光ファイバインタフェイス６０２が異なる。光ファイバインタフェイス６０２は、エレメント１１０と光ファイバとの間の光通信のため、光ファイバ通過部６０６を介して光ファイバ１０６を挿入し、光ビームの位置を整えるための１つまたは複数の反射面６０４を備える。このように、光ファイバインタフェイス上の光ファイバ通過部６０６、より具体的にはＭＯＭＳセンサの外表面上の開口部は、必ずしもキャビティ１０８内のエレメント１１０への直線上に位置しているわけではない。言い換えれば、通過部の長手方向または中心軸方向の想像上の延長線は、（例えば、図１Ａおよび１Ｂに描かれたセンサの場合のように）エレメントと一致しない。一実施形態では、光ファイバ通過部は、光ファイバインタフェイスの横表面に設けられてもよい。横表面は、例えば、光ファイバからの光によって反応測定されるエレメントの表面に対して実質的に垂直になるように、角度を付けられてもよい。したがって、光ファイバ通過部を通過した光ファイバから射出された光ビームは、エレメントの受光面に対してずれている。その光ファイバインタフェイスは反射面を備えているので、光ファイバからの光ビームは、その反射面で反射してエレメントの表面に向けられ、エレメントで反射して光ファイバに戻ってもよい。
【0039】
実施形態としての一例では、光ファイバインタフェイスは、光ファイバ通過部内に挿入される光ファイバのためのガイド溝６０８を備えてもよい。案内溝は、この例では、エレメントの受光面に面する溝の端部に１つまたは複数の反射面６０４を含み、それにより、案内溝は、エレメント１１０と光ファイバ１０６との間の光の通信のために、光ファイバからの光ビームが反射面６０４によって整列され得るように、溝によって案内された光ファイバ通過部６０６内に光ファイバ１０６を挿入することをサポートする。
【0040】
図７は、本発明の実施形態にかかるファイバインタフェイスの一例を示す図である。光ファイバインタフェイス７００は、エッジ７０４で囲まれたキャビティ７０２と、１つ以上の光ファイバ通過部７０６とを含むＳｉウエハであってもよい。光ファイバインタフェイスは、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂを用いて説明したＭＯＭＳセンサと同様の光ファイバインタフェイスであってもよい。ＭＯＭＳセンサの製造時には、エッジ７０４をセンサウエハに直接接合してもよいし、エッジ表面とセンサウエハとの間に透明層を配置してもよい。実施形態では、光ファイバインタフェイスは、ＭＯＭＳセンサのキャビティの壁の少なくとも一部を形成する。
【0041】
図８は、本発明の実施形態にかかるセンサウエハの一例を示す図である。センサウエハ８００は、エッジ８０２、エレメント８０４、およびＳｉＮアーム８０８（ここでは４つ）を含む。ＳｉＮアーム８０８アンカー部８０６によってエッジ８０２およびエレメント８０４に取り付けられている。エッジ８０２は、ＭＯＭＳセンサのキャビティの壁の少なくとも一部を形成する。エレメント８０４は、動くことができるように、ＳｉＮアーム８０８によってエッジ８０２に取り付けられている。エレメント８０４はまた、ＳｉＮを材料とするものでも、ＳｉＮとシリコンの組み合わせを材料とするものでもよい。
【0042】
図９は、本発明の実施形態にかかる、１つ以上の軸に沿った動きを測定するためのＭＯＭＳセンサの例示的な構造を示す図である。このＭＯＭＳセンサは、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂを用いて説明したＭＯＭＳセンサであってもよい。しかし、相違点として、ＭＯＭＳセンサは、力に敏感に構成されているか、または１つ以上の移動方向に力を維持するように構成されているＳｉＮアーム９０２を含む。このようにして、ＳｉＮアームに取り付けられたエレメントの感度は、力の方向に関して改善され、力の方向のいずれかにおける力は、ＭＯＭＳセンサのエレメント１１０の十分な機械的運動を発生させることができる。１つ以上の軸における運動を測定するためのＭＯＭＳセンサの反応測定は、光ファイバ通過部を通過した光ファイバの束９０４（ここでは、互いに平行である）を使用して実行されることができる。光ファイバの束は、例えば、ＭＯＭＳセンサが密封されるように、光ファイバ間に空間を設けずに束ねられた３つの光ファイバであってもよい。各光ファイバを１本の移動軸の測定に使用してもよく、各軸をそれぞれ別々の光ファイバで測定してもよい。レンズを光ファイバの先端に配置し、光ファイバからの光ビームを実質的にエレメントの表面の中心に向かわせてもよい。あるいは追加的に、レンズの各々は、運動の特定の軸に敏感なエレメント内の所望の深度に光を集めるように構成されていてもよい。このようにして、異なる軸方向の動きであっても、その深度に光を集めるように構成されたレンズ付き先端部を有する専用光ファイバによって測定することができ、エレメントのそれぞれの軸の方向の感度を向上させることができる。
【0043】
図１０は、本発明の実施形態にかかる、ＳｉＮアームの形状の例を示す。ＳｉＮアームの様々な形状により、１つ以上の運動方向の力に敏感なＳｉＮアームを実現する。このようにして、ＳｉＮアームは、ＭＯＭＳセンサによる１つ以上の方向の動きの測定をサポートしてもよい。ＳｉＮアームの形状１００２，１００４は、それぞれ異なる方向１００６，１００８からＭＯＭＳセンサに加えられる力に敏感であるように構成されている。例えば、形状１００２を連続的に並べて配置してもよい。その場合、アーム部の少なくとも一部が互いに直交して配置してもよい。力は、横方向の力であってもよい。この例では、ＳｉＮアームが実質的にばね形状である。図１０は、ＳｉＮアームのアンカーポイント間でＳｉＮアームの部分のための２つの形状を示している。それぞれの形状が、力の少なくとも１つの方向に敏感であってもよい。ＭＯＭＳセンサのエレメントがこのＳｉＮアームによってキャビティ内に吊り下げられると、エレメントが力を受けるとき、ＳｉＮアームが力の方向を敏感に感知し、力はＳｉＮアームによるエレメントの移動に変換される。ＳｉＮアームの形状を変えれば、ＳｉＮアームが、狭い範囲の方向の力をエレメントの動きに変換するために特に敏感になる。したがって、少なくともＳｉＮアームの感度の少なくとも１つの方向を有する力は、ＳｉＮアームによってエレメントの動きに変換することができる。
【0044】
図１１は、２つ以上のＭＯＭＳセンサを含むシステムの一例を示す図である。ＭＯＭＳセンサ１１０２、１１０４は、加速度、速度、変位、力、圧力、音響波、および温度を含む１つ以上の量の１つ以上のパラメータに敏感に反応するように構成されてもよい。
【0045】
パラメータの例としては、異なる方向における量の大きさが挙げられる。方向は、座標系の軸、例えば、直交座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸によって定義されてもよい。したがって、ＭＯＭＳセンサ１１０２，１１０４は、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の方向の加速度、速度、変位、力、圧力、音響波、および温度に敏感に反応するように構成されていてもよい。
【0046】
図示の実施形態によれば、このシステムは、吊り下げられたエレメントごとに異なる形状のＳｉＮアーム１１０６、１１０８を有するＭＯＭＳセンサを備えている。このシステムは、特定の量の異なるパラメータに対して敏感であってもよく、および／または異なる量に対して敏感であってもよい。感度は、ＭＯＭＳセンサ１００２，１００４の異なる形状のＳｉＮアームに応じたものとなる。
【0047】
ＭＯＭＳセンサ１１０２，１１０４の反応測定は、単一の光ファイバ１１１２によって行われてもよいし、光ファイバの束によって行われてもよい。単一の光ファイバは、光ビームスプリッタ１１１０が単一光ファイバに接続されていることを条件に、２つ以上のＭＯＭＳセンサに接続するために使用されてもよい。図示された例によれば、単一の光ファイバは、２つのＭＯＭＳセンサに接続される。光ビームスプリッタは、例えば、Ｘ／Ｙ動作のための反射率比に基づいて構成されてもよく、ここで、Ｘは透過率であってもよく、Ｙは反射率であってもよく、例えば、Ｘ＝５０％、Ｙ＝５０％、波長または偏光である。単一の光ファイバをＭＯＭＳセンサに接続するための光ファイバには、１つ以上のビームスプリッタが接続されていてもよい。単一の光ファイバの使用は、波長多重化または時分割多重化によってサポートされてもよい。波長多重化では、波長ベースの光スプリッタが使用され、各ＭＯＭＳセンサをインタログするために専用の波長が使用されてもよい。波長ごとに異なる光源が使用されてもよい。一つの光検出器が、各波長を離散化してもよい。一方、各波長を離散化するために、光検出器のアレイが使用されてもよく、ここで、各光検出器は、（光源の波長に連動した）狭い波長帯域幅を有してもよい。
【0048】
時分割多重化では、パルス信号は、ＭＯＭＳセンサへの異なるパス長に応じた時間によって分離することができる。
【0049】
図１２は、本発明の実施形態にかかるエレメントの動作例を示す図である。エレメント１２０２、１２０４は、ＳｉＮアーム１２０６によってキャビティの壁部１２０８に吊り下げられており、それによって、少なくとも１つの光ファイバ１２１０からの光が、エレメントの表面と光ファイバとの間で通信されてもよい。キャビティ内で吊り下げられているとき、エレメント１２０２、１２０４は、光ファイバに対して複数の位置をとることができる。複数の位置は、エレメントが光ファイバの先端から異なる距離に位置している少なくとも２つ以上の位置を含む。位置の例としては、静止位置「Ａ」と、エレメントが静止位置から変位する１つまたは複数の変位位置「Ｂ」がある。光ファイバから透過した光の強度と、エレメントの表面から反射して戻ってくる光の強度は、エレメントの異なる位置で測定されてもよい。図１２は、エレメント１２０２，１２０４の２つの位置を示している。静止位置では、エレメント１２０２は、エレメントに作用する外力によって変位していない。変位位置では、エレメントは、エレメントに作用する少なくとも１つの力によって変位されている。図示された例では、そのような力により、エレメント１２０４が光ファイバ先端から離れる方向に変位している。
【0050】
実施形態としての一例では、エレメントは、膜を備えてもよい。膜は、必要に応じて、塊として機能する延長部１２１４を備えてもよい。このようにして、エレメントは、必ずしも追加の塊を必要とせずに、均一な材料から作られてもよい。
【0051】
実施形態としての一例では、エレメント１２０４は、透明または半透明な膜で構成されてもよく、膜の下に塊１２１２が取り付けられている。このようにして、エレメントが変位位置にあるとき、膜は、膜に取り付けられた塊１２１２からの光を光ファイバに向かって集束させるように構成されてもよい。したがって、膜は、エレメントが静止位置にあるとき、および／またはエレメントが任意の所望の変位位置にあるとき、光ファイバからの光を塊１２１２の表面に向けて集光するように構成されたレンズとして機能してもよい。光ファイバから膜に向かって来る光が、集束されていないがコリメートされているか、または僅かに集束されているか、または僅かに発散されている場合には、「Ｂ」状態で底部に向かって移動する膜は、光を光ファイバに向かって再び集束するためのレンズとして機能し、これにより信号対雑音比を改善する。例では、膜はＳｉＮであってもよい。膜の透明度は、光源の波長に依存してもよい。例えば、ＳｉＮは、１５００ｎｍの波長よりも８５０ｎｍの波長の方が透明性が高い。
【0052】
図１３は、本発明の実施形態にかかる方法の一例を示すフローチャートである。この方法は、１つ以上の光ファイバによって１つ以上の光源と１つ以上の光検出器とに接続された１つ以上のＭＯＭＳセンサと、１つ以上のプロセッサと、プログラムコードを含むメモリとを含むシステムによって実行されてもよく、このメモリは、プロセッサによって実行されると、方法の１つ以上のステップを引き起こす。
【0053】
ステップ１３０２では、光源による光ファイバへの光の透過を制御する。
【0054】
ステップ１３０４では、光検出器によってＭＯＭＳセンサから光ファイバを介して受けとった反射光の強度を測定する。
【0055】
ステップ１３０８では、測定された強度に基づいて１つ以上の量を決定する。
【0056】
本発明の実施形態の一例では、ＭＯＭＳセンサに接続された少なくとも２つの光ファイバのうちの少なくとも１つは、ＭＯＭＳセンサに接続された光ファイバの端部に配置された反射面を備え、その配置は、光ファイバの反射面から反射された光の測定された強度に基づいて光ファイバ摂動を決定する（ステップ１３０６）。このようにして、量（quantities）は、光ファイバ摂動を考慮に入れながら、ステップ１３０８において決定されてもよい。例えば、光が両方の光ファイバに送られ、そのうちの１つの光ファイバ、いわゆる基準光ファイバがその先端に反射面を有し、第２の光ファイバがＭＯＭＳセンサ内のエレメントの反応を測定するために使用される場合、光に影響を与える光ファイバ自体のいかなる変動も、両方の光ファイバについて同じになる。そして、プロセッサは、測定された光ファイバで基準光ファイバのデルタを単純に処理して、有用な（破壊されていないセンサデータ情報）を抽出してもよい。
【0057】
一例では、ステップ１３０８の間に、アルゴリズムは、測定された光強度を変位情報およびセンサ特性に変換する。
【0058】
例示的な実施形態では、ステップ１３０８は、光ファイバの少なくとも１つが、範囲内のエレメントの変位を測定するための大きな焦点距離を有し、光ファイバの少なくとも１つが、範囲の一部内のエレメントの変位を測定するためのより小さな焦点距離のオフセットを有するように構成されている。大きな焦点距離は、範囲にわたって粗い測定を提供し、変位が範囲の一部分内にあると粗い測定に基づいて決定される場合、その部分を測定するためにオフセットされた光ファイバは、範囲の一部分内の変位の正確な測定を得るために反応測定されてもよい。より小さな焦点距離を持つ複数の光ファイバは、範囲の異なる部分内の変位を測定するためにオフセットされてもよく、それによって粗い測定は、正確な測定を得るために範囲の一部を決定するために使用され、対応する光ファイバを反応測定するために使用されてもよい。
【0059】
図１４は、本発明の実施形態にかかるＭＯＭＳセンサの例示的な製造方法を示すフローチャートである。ＭＯＭＳセンサは、図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明したＭＯＭＳセンサであってもよいし、本明細書に記載された実施形態のいずれかであってもよい。この製造方法は、１つまたは複数のセンサウエハを製造するステップ１４０２を含む。１つまたは複数のセンサウエハは、以下のステップを含む方法で製造されてもよい。
【0060】
ＳｉＯ２とＳｉ（ｘ）Ｎ（ｙ）をＳｉウエハ上に堆積させるステップ。
【0061】
Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙ）層にＳｉＮアームをパターニングするステップ。
【0062】
Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙ）を保護層、例えば、少なくとも１００ｎｍのアルミナ、レジストまたはパリレンの層で保護するステップ。
【0063】
Ｓｉウエハの裏面からＳｉＯ２層とＳｉ（ｘ）Ｎ（ｙ）層を剥離するステップ。
【0064】
１以上のＳｉ塊をパターニングし、ＳｉウエハからＳｉ塊をエッチングするステップ。
【0065】
ＳｉＯ２と保護層をＳｉウエハの上面から剥離し、塊とＳｉＮアームを解放するステップ。
【0066】
例示的には、ステップ１４０２において、ＳｉＯ２およびＳｉ（ｘ）Ｎ（ｙ）をＳｉウエハ上に堆積させる場合、窒化物層のリフトオフを避けるために、最初にＳｉ（ｘ）Ｎ（ｙ）を堆積させ、その後にＳｉＯ２を堆積させる。
【0067】
ステップ１４０４では、１つまたは複数の光ファイバウエハを製造する。１つまたは複数の光ファイバウエハは、以下のステップを含む方法で製造されてもよい。
【0068】
１つ以上のキャビティをＳｉウエハにエッチングするステップ。
【0069】
保護層、例えば、少なくとも１００ｎｍのアルミナ、レジストまたはパリレンの層でキャビティを保護するステップ。
【0070】
光ファイバ通過部をＳｉウエハを介してエッチングするステップ。
【0071】
Ｓｉウエハから保護層を剥離するステップ。
【0072】
センサウエハとの接合用にＳｉウエハ上にパリレンをコーティングするステップ。
【0073】
ステップ１４０６では、スピンオンガラスプロセスによってセンサウエハ上に透明層を製造する。ガラスの熱膨張係数は、好ましくは、センサウエハの熱膨張係数と一致する。このようにして、ＭＯＭＳセンサの構造の弾力性は、ＭＯＭＳセンサの環境の温度変化に対して提供される可能性があり、それによってウエハスタックは、加熱されたときに破損せず、キャビティの気密性を維持することができる。透明層は、アモルファス基板や結晶性基板で構成されていてもよい。
【0074】
実施形態に従う例では、１つ以上のレンズが透明層上に配置されている。レンズは、ポリマーおよび／またはポストベークフォトポリマーのインクジェットを用いて、透明上に直接製造されてもよいし、後に透明層に取り付けられてもよい。一方、透明層とレンズは、非晶質または結晶性基板から、非晶質または結晶性基板の透明層にレーザー加工によってレンズをエッチングすることによって一緒に製造されてもよい。
【0075】
ステップ１４０８では、センサウエハを光ファイバウエハに整列させて接着する。
【0076】
ステップ１４１０では、塊を備えたカプセル化されたキャビティを形成するために、センサウエハ上に１つ以上のキャップＳｉウエハを接着する。
【0077】
実施形態としての一例では、ステップ１４０８は、センサウエハと光ファイバウエハとの間に透明層を結合するステップを含む。
【0078】
実施形態としての一例では、ステップ１４０８は、塊体と、光ファイバを通過した１つ以上の光ファイバとの間の光の通信のために、光ファイバウエハをセンサウエハと整列させるように構成されている。
【0079】
実施形態としての一例では、製造方法の各ステップは、キャビティ内に封入された１つ以上のガスからなる制御された雰囲気中で実行される。他方では、制御された雰囲気は真空であってもよい。このようにして、可動塊は、ＭＯＭＳセンサの感度を支持する制御された環境内にあってもよい。
【0080】
実施形態としての一例では、ステップ１４１０は、キャビティ内の雰囲気を制御するために、ゲッターをキャビティ内に堆積させるステップを含む。例示的な実施形態では、ゲッターは、キャップＳｉウエハ上に堆積されてもよく、ゲッターがキャビティ内に残されるように、Ｓｉウエハはセニョールウエハ上に接合される。
【0081】
例示的な実施形態では、ステップ１４０２は、Ｓｉ（ｘ）Ｎ（ｙｘ）層が１０ｎｍから２μｍ、好ましくは２０ｎｍから２００ｎｍの厚さを有するように構成される。
【0082】
一例として、図１４を参照して説明した方法で製造されたＭＯＭＳセンサの側面長さは、１〜５ｍｍであってもよい。
【0083】
図１５は、実施形態にかかる、大きなダイナミックレンジにわたって変位を正確に測定するためのＭＯＭＳセンサの例を示す。このＭＯＭＳセンサは、図９を用いて説明したのと同様に、ＭＯＭＳセンサの光ファイバ通過部を通過した光ファイバの束９０４を含む。光ファイバの束は、異なる焦点距離１５０４を有する光ファイバを含む。例示的な実施形態では、光ファイバ９０４の少なくとも１つは、ある範囲内のエレメント１１０の変位を測定するための大きな焦点距離を有し、光ファイバ９０４の少なくとも１つは、ある範囲の一部の範囲内のエレメントの変位を測定するためにオフセットされた小さな焦点距離を有する。大きな焦点距離は、範囲にわたって粗い測定を提供し、変位が範囲の一部分内にあると粗い測定に基づいて決定される場合、その部分を測定するためにオフセットされている光ファイバ束の光ファイバは、範囲の一部分内の変位の正確な測定を得るために反応測定されてもよい。より小さな焦点距離を持つ複数の光ファイバは、範囲の異なる部分内の変位を測定するためにオフセットされてもよく、それにより、粗い測定は、範囲の一部を決定するために使用され、変位の正確な測定を得るために反応測定される対応する光ファイバを決定するために使用されてもよい。
【0084】
一例では、光ファイバは、光ファイバの焦点距離を設定するために先端にレンズ１５０２を有してもよい。このようにして、焦点距離は、より小さい範囲およびより大きい範囲でエレメントの変位を測定するために設定されてもよい。
【0085】
光ファイバ束９０４内の光ファイバは、異なる断面積を有してもよく、光ファイバ先端のレンズ１５０２は、異なる焦点距離または数値開口を有してもよいことが理解されるべきである。異なる焦点距離は、エレメントの大きな変位が、少なくとも最も長い焦点距離を有する光ファイバによって測定されてもよいことを提供する。次いで、エレメントのより小さい変位は、より小さいが、より小さい変位を測定するのに十分な焦点距離を有する別の光ファイバによって測定されてもよい。一例では、光ファイバの１つは、全範囲にわたってエレメントの変位を測定するための焦点距離を有していてもよい。さらなる光ファイバは、より小さい焦点距離を有してもよく、より小さい変位が測定されてもよいように、範囲の異なる端部に向かってオフセットされている。
【0086】
プログラムコードは、コンピュータ読み取り可能なプログラムコード手段、プログラムコード、コンピュータプログラムまたはコンピュータ命令であってもよい。
【0087】
メモリは、コンピュータ読み取り可能な媒体であればよく、不揮発性であってもよい。メモリは、現地の技術環境に適した任意のタイプのものであってもよく、半導体ベースのメモリ装置、磁気メモリ装置およびシステム、光メモリ装置およびシステム、固定メモリおよびリムーバブルメモリなどの任意の適したデータ記憶技術を用いて実施されてもよい。データプロセッサは、現地の技術環境に適した任意のタイプのものであってもよく、非限定的な例として、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータ、マイクロプロセッサ、およびマルチコアプロセッサアーキテクチャに基づくプロセッサのうちの１つまたは複数を含んでもよい。
【0088】
さらに、処理または方法等は、所定の順序で記載されているが、そのような処理または方法は、異なる順序で動作するように構成されていてもよい。言い換えれば、本明細書に記載されたステップの順序は、本質的に、各ステップがその順序で実行されることを要求するものではない。記載されたステップは、実際には任意の順序で実行されてもよい。さらに、いくつかのステップは、同時に実行されると記載されていなくても（例えば、あるステップが他のステップの後に実行されると記載されていても）、実際には、それらのステップが同時に実行されてもよい。さらに、図面に示されたステップは、図示されたステップが他の修正および変形を排除することを示すものではなく、図示されたステップのいずれかが、１つ以上の発明に必須であることを示すものではない。
【0089】
技術の発展において、本発明の基本的な考え方が多くの異なる方法で実施され得ることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明およびその実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範疇で変化し得る。