CN103760667B - 混合型微机电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合型MEMS装置，其包括不同类型的MEMS单元，其中所述各MEMS单元组装在一起并在功能上相互关联，使得各MEMS单元基于不同类型的MEMS单元的输出而操作。

Description

混合型微机电装置

本申请是2010年2月27日向中国知识产权局提交的申请号为201010132761.4发明名称为“混合型微机电装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

该专利申请一般地涉及微机电（MEMS）装置领域，具体说，涉及混合型MEMS装置组件，尤其是包含MEMS收发器的混合型MEMS组件。

背景技术

目前，在很多领域都发展了各种MEMS装置，其产品已商业化。但是，绝大多数现有的MEMS装置都设计来执行单一的功能或有限的几个不同功能。例如，MEMS压力传感器经常用来执行检测压力的功能；声学收发器（acoustic transducers）常用来执行超声波发射和超声波探测。因此，更复杂的任务只能通过使用不同类型的MEMS装置（如果可得到这种装置的话）来执行。在一些应用中，使用不同类型的MEMS装置来执行一项复杂的任务不是一件容易的事，可能很麻烦。

例如，在很多应用中，需要探测不可视特征，并且─通常在遮挡住那些不可视特征的表面上─产生不可视特征的可视图像。这在观看者需要同时看到不可视特征和不可视特征的可视图像的情况下是很有用的。例如，在探查人体躯干的一部份时，定位诸如血管、肿瘤、神经、骨头以及异物等皮下特征是很有用的。已经发展的血管观察系统使得医务人员能够定位血管从而进行药物和液体的注射和静脉内输送。同样，不用接触并且不用打开目标（例如，车辆、墙或建筑）就能够观察目标内的结构的能力也是很有用处的。

将诸如皮下组织的受感染的部分这样的不可视特征定位，并在一定位置产生该不可视特征的可视图像使得该图像与不可视特征对齐，这也是很有用的。可以对被定位的特征进行适当的处理，例如，IR或超声波处理。

发明内容

在一个例子中公开了一种装置，该装置包括：透明的cMUT，其包含：能够透过可见光并能产生机械变形的第一电极，能够透过可见光的第二电极；第一电极和第二单极之间存在间隙，使得在第一电极和第二电极之间施加的电场的影响下第一电极能够变形。

在另一个例子中公开了一种MEMS装置，该装置包括：第一类型的第一MEMS装置；第二类型的第二MEMS装置，其中第二MEMS装置安装到第一MEMS装置上；信号环路（signalloop），其将第一MEMS装置的输出端连接到第二MEMS装置的输入端，使得第二MEMS装置的操作状态由第一MEMS装置的输出信号决定。

在另一个例子中公开了一种MEMS装置，该装置包括：第一类型的第一MEMS装置；第二类型的第二MEMS装置，其中第二MEMS装置安装到第一MEMS装置上；信号环路，其将第一MEMS装置的输出端连接到第二MEMS装置的输入端，使得第二MEMS装置的操作状态由第一MEMS装置的输出信号决定。

在另一个例子中公开了一种方法，包括：提供一种MEMS装置，该MEMS装置具有声学收发器和安装到该声学收发器上的光阀；使用该声学收发器探测被表面遮挡住的不可视目标；基于对该不可视目标的探测产生控制信号；将该控制信号发送到光阀以操作该光阀。

附图说明

由以下结合附图的详细说明，本发明的各个示范性实施方式能够被更清楚地理解。

图1a是具有组装在一起的不同类型的MEMS单元的混合型MEMS装置单元的框图；

图1b是示意性地示出了包括集成的声学单元和光学单元的示例性AO单元（acoustic-and-optical cell，声学和光学单元）的框图；

图2示意性地示出了图1中的AO单元为在遮挡住不可视目标的表面上产生该目标的可视图像所进行的示例性操作，其中声学单元是一个超声波传感器，所述光学单元是一个光阀；

图3图示了图1中的AO单元为在显示标的物上产生不可视目标的可视图像所进行的示例性操作，其中声学单元是一个超声波传感器，所述光学单元是一个光阀；

图4是可以用作图1中的声学单元的微电容超声元件（capacitive-micromachined-ultrasound-transducer，cMUT）的示例的截面图；

图5是可以用作图1中的声学单元的另一示例性cMUT的截面图；

图6是可以用作图1中的声学单元的另一示例性cMUT的截面图；

图7是可以用作图1中的光学单元的基于MEMS的光栅的示例的截面图；

图8示意性地示出了图7中的基于MEMS的光栅的一部份的透视图；

图9图示了图7中的基于MEMS的光栅的示例性开通（ON）状态；

图10图示了图7中的基于MEMS的光栅的示例性关闭（Off）状态；

图11是可以用作图1中的光学单元的另一示例性光学单元的截面，其中，该光学单元由手性材料构成；

图12图示了在不同电场下图11中的手性材料的极化方向；

图13图示了另一个示例性AO单元的截面，其中所述光学单元是LCD单元；

图14图示了另一个示例性AO单元的截面，其中所述光学元件是电光调节器(EOM)或声光调节器(AOM)；

图15是图14中的示例性EOM的截面，其中照射光是非偏振的；

图16是图14中的另一示例性EOM的截面，其中照射光是偏振的；

图17图示了图1中的示例性AO单元的探测操作，其中该AO单元的声学单元是cMUT，该AO单元的光学单元是基于MEMS的光栅；

图18示意性地示出了基于图17所示的探测操作进行的成像操作，其中在遮挡住被探测目标的表面上产生图像；

图19示意性地示出了基于图17所示的探测操作进行的成像操作，其中在显示标的物上产生图像；

图20图示了图1所示的AO单元的示例性AO阵列；

图21图示了示例性寻址电路，用于对图20中的AO阵列的各AO单元寻址；

图22图示了另一示例性寻址电路，用于对图20中的AO阵列的各AO单元寻址；

图23图示了包含具有不同光学性质或相应于不同声波的的AO单元的另一示例性AO阵列；

图24图示了示例性寻址电路，用于对图23中的AO阵列的各AO单元寻址；

图25图示了一行声学单元的用于产生沿AO阵列的法线传播的平面声波的示例性操作；

图26图示了一行声学单元的用于产生沿所期望的非法线方向传播的平面声波的示例性操作；

图27图示了用作图1的光学元件的干涉测量光学调节器（IMOD）的示例，其中该IMOD处于示例性的ON状态；

图28图示了与图27中的IMOD的ON状态对应的OFF状态。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍混合型MEMS装置组件的几个选定的例子。本领域技术人员会理解以下的介绍是为了说明的目的，不应理解为对本发明的限制。在本发明范围内的其他变化也是可行的。

参照图1a，混合单元98（hybrid cell）包括MEMS单元A96以及在功能上与MEMS单元A96相关联并与MEMS单元A96组装在一起的MEMS单元B94。具体说MEMS单元B94的操作（或者说功能）至少依赖于MEMS单元A96的操作或功能。在一个例子中MEMS单元B94的操作至少依赖于MEMS单元A的输出。这种依赖关系通过分析器90和单元B控制器89来实现。具体说，MEMS单元A96在单元A控制器93的控制下执行期望的功能。MEMS单元A96的输出被传送到分析器90。分析器90分析MEMS单元A96的输出并将被分后的信号发送给单元B控制器89。单元B控制器89将控制信号发送到MEMS单元B，其中该控制信号的至少一部分是基于该分析器输出的所述分析后的信号的至少一部分来产生的。结果，MEMS单元B94的操作的至少一部分依赖于MEMS单元A输出的并被发送到分析器90的至少一部分（或全部）输出。在一些应用中，MEMS单元B94的操作实质上由从MEMS单元A输出并输入到分析器90（或者，当所述分析器与单元B控制器89集成在一起，或当所述分析器在功能上与单元B控制器89结合在一起时，输入到单元B控制器89）的信号决定。举例来说，MEMS单元B在二元状态中（例如，在ON和OFF状态间）操作，MEMS单元B94的ON和OFF状态实质上由从MEMS单元A96的输出的并输入到分析器90（或者，当所述分析器与单元B控制器89集成在一起，或当所述分析器在功能上与单元B控制器89结合在一起时，输入到单元B控制器89）的信号决定。在一些例子中，在MEMS单元A96进行操作的时间段中MEMS单元B94保持其操作状态（即，ON状态或OFF状态）不变。

需要注意的是，在一些应用中，该分析器可以起到转换器的作用，将来自MEMS单元A96的输出信号变换为不同的信号（例如，不同类型或相同形式）。在另外一些应用中，分析器90可以是旁路装置，使得从分析器90输出的信号与从MEMS单元A96的输出端输入的信号实质上一样。如果没有分析器90以及联接分析器90的输入端和MEMS单元A的输出端的馈线，MEMS单元A96和B94将各自独立起作用，换言之，MEMS单元A96和B94的操作将相互隔离，或者说，基本上互不影响。

在图1a所示的例子中，单元A控制器92、分析器90和单元B控制器89与混合装置单元98分离。在另外的例子中，它们中的每一个或它们合起来可以与混合单元98集成为一体。例如，单元A控制器92或分析器90或者二者一起可以与MEMS单元A96集成为一体（或嵌入MEMS单元A96中）。单元B控制器89也可以与MEMS单元B94集成为一体（或嵌入MEMS单元B94中）。

MEMS单元A96和MEMS单元B94每个都可以从各种MEMS装置中选择，并且MEMS单元A96和MEMS单元B94的相互关联的功能以及外围支持元件（例如，电路）一起执行期望的功能。在一个例子中，MEMS单元A96可以是收发器，例如，MEMS传感器、MEMS致动器、或者能够执行传感器和致动器二者的主要功能的MEMS装置。以下结合选定的例子详细介绍混合单元98，其中该混合单元98由声学MEMS传感器和光学装置组成。本领域技术人员能够理解，以下的介绍只是用作说明的目的，不应理解为对本发明的限制。在本发明范围内的其他变化也是可行的。

参照图1b，在这个例子中混合单元100包括基于MEMS的声学传感器单元（以下称作声学传感器）102和光学单元104。该声学传感器单元（102）和光学单元（104）相互关联，并组装为上述参照图1a描述的MEMS单元A96和B94。光学单元104的操作至少依赖于声学传感器单元102的输出；这两个单元的实体组装在一起形成一个组件。例如，声学传感器单元（102）和光学单元（104）可以通过单片MEMS和/或集成电路（IC）处理来形成。或者声学传感器单元（102）和光学单元（104）可以被分别独立地制造，然后通过组装处理形成所述AO组件单元。在另一种可选择的情况中，声学传感器单元102的一部分（或光学单元104的一部分）可以与光学单元104或光学单元104的一部分（或部分或整个声学传感器单元102）一起制造，接着通过组装处理形成期望的AO单元。因为该声学传感器单元和光学单元被组装，在一些应用中有意利用该光学单元调制可见光，在操作期间被有意调制的或将被有意调制的可见光会穿过声学传感器单元102，在以下的例子中，这一点会更加清楚。

声学传感器单元102的操作由声学传感器控制器104控制。声学传感器单元102的输出，例如，探测到的信号（或由该探测到的信号推导出的其他信号）至少被传递到分析器107，该分析器对声学传感器单元102的探测信号进行分析。被分析的声学信号被发送到光学单元控制器106。该光学单元控制器（106）将控制信号发送到光学单元（104）以操作该光学单元，其中该控制信号至少是基于来自分析器107的分析后的信号产生的。根据该光学单元控制器106的控制信号该光学单元在所述显示标的物上产生象素。于是，由光学单元104产生的像素至少依赖于所述声学传感器单元的探测（例如，探测结果）。例如，在显示标的物上出现“亮”像素还是出现“暗”像素至少依赖于声学传感器单元102是否探测到了“目标”，具体的例子下面参照图2和图3具体描述。

注意光学单元104与声学传感器单元102互相关，例如，光学单元104的操作至少依赖于声学传感器单元102的输出。在其他的例子中，一种类型的单元可以与其他类型的多个单元互相关。例如，声学传感器单元102可以与多个光学单元互相关；然而至少一个所述光学单元与该声学单元组装在一起；其他光学单元可以与该声学传感器单元组装在一起也可以不组装在一起。这种配置有助于提高所产生的图像。在另外的例子中，光学单元104可以与多个声学传感器单元互相关；然而至少一个所述声学传感器单元与该光学单元组装在一起；其他声学传感器单元可以与该光学单元组装在一起也可以不组装在一起。

图2图示了混合单元100的示例性操作。在这个例子中，声学单元102是cMUT(电容性显微加工超声波收发器)；光学单元104是光阀单元，能够引导可见光以在显示标的物上产生像素，例如亮像素或暗像素。

在图2所示的例子中，要探测的目标被表面遮挡在后面，该表面也是显示标的物，该目标的可视图像将显示在该表面上。所述目标可以是皮下特征，例如，血管、肿瘤、神经、骨头、异物或其他不可视特征；并且所述表面/显示标的物可以是遮挡住该皮下目标的皮肤。

在cMUT控制器104的控制下，cMUT102产生并向所述表面/目标发射超声波。该超声波进入所述表面并被该目标以回声的形式反射。该回声被所述cMUT收集并被输出到分析器107，分析器107分析回声信号以获得所述目标的信息，例如，目标是否存在和/或目标的几何尺寸及位置。分析器107将包含所述目标的信息的分析后的信号发送到光阀控制器106。该光阀控制器106基于至少该分析后的信号产生控制信号，并将该控制信号发送到光阀单元104。基于来自光阀控制器106的该控制信号，光阀单元104导致在所述显示标的物上产生像素，在本例中，是在遮挡目标的表面上产生像素。例如，如果目标存在就在显示标的物上产生亮（或暗）象素；而如果目标不存在，则在显示标的物上产生暗（或亮）象素。

作为另一种选择，如图3所示，可以在远离遮挡目标的表面的显示标的物上显示图像。在图3所示的例子中，目标的像可以沿着视线与被探测目标对齐。具体说，被探测目标（实际目标）、目标的像和观测者的眼睛基本上在一条直线上，使得观测者的眼睛所看到的目标的像基本上与之际目标重合。这样，观测者能够“看到”被表面遮挡的目标。在另外的应用中，目标的像可以显示在远离所述表面的位于任何期望的空间位置的显示标的物上。

图4图示了可以用于图1至3中的cMUT的示例性cMUT的截面图。如图4所示，cMUT101包括基板108、底电极110、支撑114、可弯曲元件116、顶电极118和间隙112。在顶电极118和底电极110之间施加的电场的作用下，可弯曲元件能够弯曲。

图5图示了另一个示例性cMUT的截面图。除了在间隙120中设置了介电结构120外，图5所示的cMUT和图4所示的cMUT一样。提供该介电结构120是为了防止在操作期间由于顶电极118和底电极110之间的物理接触导致的短路。该介电结构120由几个薄壁构成（例如，侧壁和顶壁），从而使得该介电结构在顶电极118和底电极110之间施加的电场中基本上显示出单位-K（即，介电常数K近似为1）。该介电结构比现有的cMUT装置更优越。

为了避免由于顶电极118和底电极110之间的物理接触导致的短路，一些现有的cMUT装置在顶电极和底电极之间使用介电/绝缘层。但是，在操作期间这种介电/绝缘层会在电场中导致价电子（bonded electrons）或被俘获的电子（tapped electrons）导致，这样的电子反过来会导致顶电极和底电极之间的电场的不均匀，这会显著降低cMUT的性能，或甚至引发装置故障。在一些方法中，在顶电极和底电极之间采用柱子来解决短路的问题。但是这些柱子具有同样或相似的电荷俘获问题。由于图5中的介电结构基本上具有单位-K，从而能够消除或减弱cMUT装置中存在的由于具有非单位-K的介电材料/结构的存在引起的电荷俘获问题或其他类似问题。

为了使介电结构120的效率最大化，可以将该介电结构定位在可弯曲元件116的中心122附近，在工作状态中，可弯曲元件116的中心122的弯曲最大。或者，如图6所示，可以提供给本具有单位-K的多个介电结构。

参照图6，介电结构120定位在可弯曲元件116的中心122附近。另外两个介电结构126和124均基本上具有单位-K，定位在介电结构120的相反两侧。在其他例子中，可以设置基本上具有单位-K的任何合适或期望的数量的介电结构。

图7示出了图2中的示例性的光阀单元124。参照图7，光阀单元124包括能够进行动态调整的衍射光栅131。图8示出了衍射光栅131的透视图，其中图7所示的衍射光栅的截面是沿着AA′线截取的。

参照图8，衍射光栅131由一系列平行的可变形元件（例如，元件132）、顶元件（未示出）和底电极（如图7中的128）构成，所要操控的光（如可见光）可透射通过这些可变形元件。通过多个柱所述可弯曲元件被支撑在基板126之上。每个可弯曲元件定位在顶电极和底电极之间，使得在施加在顶电极和底电极之间的电场的作用下该可弯曲元件能够变形，例如，朝着底电极变形。顶电极可以形成在可弯曲元件的顶表面、底表面或可弯曲元件的内部。为了调制所述光（例如可见光），顶电极能够透射通过要操纵的光，例如，对可见光是透明的。当要调制的光来自底部，例如来自基板126方向并射向衍射光栅131时，基板126和底电极能够透射该入射光。

图9和10图示了衍射光栅在调制从底部入射的光的过程中的操作，所述入射的光来自例如光阀单元124的基板126。参照图9，图中的光栅处于ON状态（或者也可定义为OFF状态）。衍射光栅131的配置使得入射光能够通过该衍射光栅。在图10所示的OFF状态（或与图9中的状态相反的ON状态），一些可变形元件，例如可变形元件132，在施加到相应的顶电极和底电极上的电场的作用下产生变形从而使在所述相应的顶电极和底电极之间的间隙闭合。结果，该衍射光栅的光学性质改变了。入射光被改变偏离了图9中的被调制的光的传播方向。

图11图示了可以用于图2种的混合单元的光阀单元的另一个例子。在图11中，光阀单元124使用设置在顶电极136和形成在基板142上的底电极140之间的固态手性材料138。

“手性材料”是这样一种材料，其包含具有基本相同的旋向性(handedness)的手性体（chiral object）。手性体（例如具有螺旋手性微结构的分子和分子组合）是一种三维体，这种三维体的性质使得它不能通过平移或旋转与其镜像重合。本领域技术人员都理解，“旋向性”是指一个手性体是“右利的”还是“左利的”。如果手性体是左手的（右手的），则其镜像是右手的（左手的）。就这方面来说，一个手性体的镜像是具有相反旋向性的对映结构体。手性体可以被随机地或有规则地定向（导致主要取向或主光轴）；也可以在调制器的空间中均匀地或非均匀地分布。顶电极和/或底电极能够透射过要调制的入射光。

固态手性材料是这样的手性材料，其包含的多个手性体的各个质心与向列式液晶材料的质心相比具有长程有序的性质。例如，固态手性材料中的各手性体的各个质心能够排列为具有特定晶格参数的二维或三维晶格。注意，虽然各手性体被排列为使得各手性体的各个质心具有长程有序，各手性体可以被随机地或有规则地排列。所述手性材料可以具有或不具有主光轴。而且，由手性材料构成的物体也可能具有缺陷和/或空穴和/或甚至其他非手性体，虽然这不是优选的。

该固态手性材料138可以是无机材料，该无机材料的分子具有螺旋手性微结构，例如MgF2。其他的示例性的手性材料是金属或半导体氧化物，例如，SiO2and Al2O3。这种固态手性材料的各个分子的各质心与液晶态的分子相比具有长程有序。换言之，手性材料138显示出固态材料的宏观性质，例如具有特定的溶点。

手性材料138具有基本上同样的旋向性––––右旋向性或左旋向性，这依赖于具体的材料。各个分子可以在顶电极和底电极之间的空间中规则地排列，从而能够限定主导光轴或主光轴。如图11所示意性地示出的，在主轴和该固态手性材料138的法向所形成的平面中，主轴和该法向形成主夹角Ω。或者，各个分子可以在顶电极和底电极之间随机地排列，从而不存在主光轴或主导光轴。

该固态手性材料138具有电光性质。具体说，当一束入射偏振光在固态手性材料中传播时，依赖于施加在固态手性材料上的电场E，该偏振光会改变其偏振方向。如图11所示意性地示出的，传播通过电极136的偏振入射光以入射角θin入射到手性材料138上，该入射角是入射光和该固态手性材料的法向的夹角。该偏振光在该固态手性材料中传播；然后被电极140的反射表面反射。从电极140反射的偏振光在该固态手性材料中朝着透射性电极136传播；并从透射性电极136出射。在该固态手性材料中朝着电极140传播和朝着透射性电极136传播的过程中，根据所述电场E（例如该电场E的幅值）该偏振光改变其偏振方向。结果，从该固态手性材料出射的光（以下称为被调制的光）可以具有与入射光不同的偏振方向。被调制的光与该固态手性材料的法向之间的反射角θout与入射角θin相同。

为了展示，图12示意性地示出了在施加的电场E的作用下被调制的光的偏振方向的变化。参照图12，当所述手性材料是左手性材料时，如图12所示，在施加的电场E基本为零时，被调制光的偏振面相对于进行调制之前的入射光的偏振面向左旋转了。当电场不为零时，如图12所示，被调制光的偏振面相对于进行调制之前的入射光的偏振面向右旋转了。与此类似，当该手性材料是右手性材料时，在不施加电场的情况下，被调制光的偏振面相对于进行调制之前的入射光的偏振面向右旋转；并且在施加电场的情况下，被调制光的偏振面相对于进行调制之前的入射光的偏振面向左旋转。

偏振面旋转角度的大小遵守Kerr效应，其中最终的折射率差正比于电场的平方。或者，偏振面旋转角度的大小遵守Pockel效应，其中最终的折射率差正比于电场的四次方。

在调制操作中，入射光以入射角θin入射到调制器上。尽管该入射角不优选为主夹角Ω，但它可以是任何值，其中该主夹角定义为固态手性材料的主轴与固态手性材料的法向的夹角。

也可以采用其他的光阀用于所述混合单元。例如，如图13所示，液晶显示单元或其他类型的自发光装置，如，等离子体单元可以用作图2中的光阀。或者，如图14所示，其他类型的电光调制器（EOM）或声光调制器（AOM）可以用作图2中的光阀。作为例子，图15示意性地示出了EOM单元的例子。

参照图15，EOM单元150包括设置在（例如层压在）两个电极154和158之间的EO材料156。具有不同偏振性（如，相互正交）的偏光器152和160布置在EO材料156的相对两侧。

EO材料156出电光效应，其中EO材料156的光学性质随着两个电极之间的电场而改变，并且电场比要调制的光的频率变化得慢得多。在电场中变化的性质可以是EO材料156的透射性、发光性和吸收性。这些性质的改变可以遵守Pockel效应、遵守Kerr效应或其他效应。依赖于EO调制所遵守的具体的效应，EO材料156可以选自各种材料组，例如，塑料、晶体（如，石英、方解石、亚磷酸二氢钾（通常称为KDP）、铌酸锂和硝酸钡钠（barium sodiumniobate）），以及本领域中很多其他材料。

在一个示例性操作中，入射光是非偏振的，该入射光传播通过第一偏振器160。产生的偏振光传播通过EO材料156并到达出射偏振器152。出射偏振器152的偏振方向定位在一个角度（例如，与偏振器160的偏振方向成90°），使得当在电极154和158之间没有施加电压时基本上没有入射光从偏振器152出射。当在所述电极上施加适当的电压，从而也横跨EO材料156施加了适当的电压时，从EO材料出射的光的偏振方向被旋转到与偏振器152的偏振方向对齐的角度，从而穿过该偏振器152。当入射光已经是偏振光时，可以不提供和图16所示意性地示出的前偏振器160。

图17图示了包括如图5所示的cMUT示例性的混合单元和包含图7所示的衍射光栅的光阀。在探测操作中，cMUT的可变形原件在顶电极和底电极之间的电场（AC电场或AC和DC电场的结合）的作用下产生振动。该振动产生向被探测的目标传播的超声波。在探测过程中，光阀保持其状态不变（OFF或ON状态）。

从cMUT输出的被探测信号被传送到所述分析器（如图1和2所示），该分析器分析该被探测信号。假定存在所述目标并且该cMUT探测到了该目标，则分析器将分析后的信号发送到光阀控制器（如图1和2所示），其中该分析后的信号携带着关于目标出现的信息。该光阀控制器发送控制信号到光阀单元，从而将光阀切换到ON状态（或OFF状态）。然后该光阀单元在显示标的物上产生亮（或暗）的像素，如图所示。在一个例子中，所示目标不存在或cMUT没有探测到该目标，分析器将携带着这样的信息的分析后的信号发送至光阀控制器。该光阀控制器发送控制信号至光阀单元从而将光阀单元切换至OFF（或ON）状态，于是导致在显示标的物上的暗（或亮）像素。

采用上述同样的操作步骤，可以在显示标的物上的任何期望的位置交替地显示像素（亮或暗像素），正如图19所示。

以上讨论的混合单元可以形成混合单元阵列，图20示出了混合单元阵列的一个例子。参见图20，混合单元阵列164包括如上所述的混合单元排成的阵列。根据具体的应用，阵列中混合单元的数量可以是任何合适的数量。例如该混合单元阵列可以包含4×4,4×5,10×4,10×5,10×10,15×5,15×10,20×10,20×20,100×100,512×256或任何其他合适数量的混合型MEMS单元。

阵列中的混合单元能够被单独地寻址，从而被单个地操作。因为每个混合单元包括多个（例如在上面讨论的例子中是2个）MEMS单元。该混合单元阵列可以以很多不同的方式被寻址。在一个例子中，相同类型的MEMS单元被作为单元层来处理，为每个层提供一个寻址电路。例如，参见图1a，多个混合单元98可以形成混合单元阵列。在所述混合单元阵列中的混合单元98的MEMS单元A（如，96）可以作为单元层来处理；而MEMS单元B（如，94）可以作为混合单元阵列中的另一个单元层来处理。可以对每个层执行对单个单元的寻址，换言之，混合单元阵列中的不同单元层中的MEMS单元可以被独立地寻址，虽然不同单元层中的MEMS单元的操作是相互关联的。

图21图示了一个示例性寻址电路。为了简单起见，该寻址电路172用于寻址某一具体单元层，例如由图1a中的MEMS单元A构成的单元层。在由MEMS单元B构成的单元层中的MEMS单元B可以通过使用同样的电路被寻址。仍然为了简单起见，仅示出了所述阵列的每一行或每一列中的6个MEMS单元。可以通过同样的方法对同一单元层中的其他MEMS单元寻址。

参见图21，寻址电路172包括字线驱动器168、位线驱动器176、字线170、位线（如，位线175）和存储器单元（174）。在图21所示的例子中，存储器单元是1T1C（一个晶体管和一个电容器）电路。其他类型的存储器单元，例如，DRAM、SRAM或锁存也是可以采用的。字线170连接到字线驱动器168和存储器单元（例如，174）的晶体管的栅极。这些晶体管的各源极连接到不同的位线；这些位线连接到位线驱动器176。这些晶体管的漏极连接到MEMS单元，如图21所示。通过使用由所述字线驱动器和位线驱动器驱动的字线和位线，存储在存储器单元中的内容可以被写入或读出。存储器单元的内容被输出到与存储器单元的输出端连接的各MEMS单元。因此，与存储器单元连接的MEMS单元能够根据存储在所连接的存储器单元的内容而操作。

图22图示了另一个改进的寻址电路。参见图22，提供了电荷泵线178，其连接到1T1C存储器单元的电容器。2006年3月14日发行授予Richards的美国专利7,012,592详细描述了该电荷泵像素线，通过引用，该美国专利的内容全部并入本文。

在一些应用中，具有相同类型但不容操作参数的MEMS单元可以设置在混合型阵列中。例如，在具有如图18和20所示的混合单元的混合单元阵列中，可以提供具有不同频率的cMUT（例如，在施加相同电压时具有不同超声波频率）。图23图示了具有这种MEMS单元的示例性混合型阵列。混合型阵列182包含图1a所示的混合单元。然而，一个或多个相同类型的MEMS单元显示出不同的功能参数。例如，混合单元100和184是具有图23所示cMUT的混合单元。100和184中的cMUT显示不同的电声响应性质。具体说，在施加相同的电压时，单元100中的cMUT产生的超声波的频率远大于单元184中的cMUT产生的超声波的频率。结果，单元184中的cMUT产生的超声波可以作为对单元100中的cMUT产生的超声波的小的扰动。

在需要时，在相同层但具有不同功能参数MEMS单元可以被分别寻址，图24图示了这样的一个例子。参照图24，提供多条字线来连接同一单元层中具有不同功能参数的个MEMS单元。

应该理解，以上的讨论是为了说明的目的，不应理解为是对本发明的限制。其他的变化也是可行的。例如，在具有混合型MEMS单元的混合型阵列中，MEMS单元可以被用作探头单元（probe cell）以用于探测（例如，定位所关心的物理点和/或目标）；与该探头单元相关联的另一个MEMS单元可以被用作处理单元。所述处理可以是各个方面的，例如，医学处理。具体说，在医学应用中，所述探头单元可用于确定所关心目标（例如，感染的组织）的位置；该处理单元可用于产生适当的处理手段，如IR光、超声等，用于处理被定位的目标。在另外的例子中，需要时可将光学元件，如透镜，附加到该阵列上。

除了产生平面超声波或其他声波外，具有声学MEMS单元（例如cMUT）的混合单元阵列可以非同步地操作，这样的一个例子示于图25和26。参照图25，在所述阵列的一行中的cMUT能够同步地操作，这导致沿该混合型阵列的法向传播的基本上的平面声波。如图26所示，通过以基本上相同的间隔T操作各cMUT，就产生了平面波，但该平面波的传播方向偏离的该混合型阵列的法向。

在另一例子中，上面参照图9和10描述的衍射光栅可以被很多其他合适的器件代替，例如，被干涉光学调制器（iMOD）代替，这样的一个例子示于图27和28。参照图28，示例性的iMOND包括具有反射表面的能够变形的静态底电极和静态的透射性顶电极。该顶电极被柱抬起从而在顶电极和底电极之间形成空间。该空间使得底电极能够发生形变。图中示出了覆盖各所述电极和空间的透射性顶基板。光学膜位于该基板的底表面附近。

当如图27所示在顶电极和底电极之间不施加电压时，入射光在iMod单元中传播并在相长干涉的情况下从iMod单元出射。当在顶电极和底电极之间施加电压时，底电极产生变形并将顶电极和底电极之间的间隙闭合。结果，入射光在iMod单元中传播并被所述膜的表面/界面、该底电极的反射面反射，这对在其中传播的光造成破坏性的干扰。基本上没有光从iMod单元出射。

本领域技术人员能够理解，以上的讨论的目的是为了介绍，上面所举的例子是许多可能的例子中的一部份，其他的变型也是可行的。

本说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，其含义是，结合该实施例描述的具体特性、结构或特征包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书各处出现的这种短语不一定是指同一个实施例。另外，当结合任何实施例描述具体特性、结构或特征时，这意味着本领域技术人员能够该特性、结构或特征应用于其他的实施例中。而且，为了易于理解，一些方法步骤被描述为独立的步骤；但是，这些独立描述的步骤不应被认为必须按照一定的顺序执行。也就是说，一些步骤同时也可以按照另外的顺序执行。此外，示例性的示图显示了根据本发明实施例的各种方法。这里的这种示例性方法实施例是利用相应的装置实施例来描述的，并可以应用于这些相应的装置实施例。但是，这些方法实施例不是为了限制本发明。

虽然这里展示和说明了本发明的几个实施例，但本领域技术人员能理解，可以对这些实施例进行改变而不脱离本发明的原则和精神。因此，以上的各实施例从任何意义上讲都应被认为是说明性的而不是对这里所描述的本发明的限制。本发明的范围由所附的权利要求书而不是上述说明书限定。在说明书的等价描述的含义和范围内的所有变化都包含在本发明的范围中。在本说明书中使用的术语“优选”不是排它的，其含义是“优选为但并不限于”。权利要求书中的术语，在与说明书所描述的本发明的一般概念一致的情况下，应按照它们的最宽范围解释。例如，术语“连接”和“耦合”（及其派生词汇）意味着直接和间接的连接/耦合。作为另一个例子，“具有”和“包括”及其派生词和变异词或词组都和“包含”具有相同的意思（即，都是“开放式”术语）–只有词组“由…构成”和“实质上由…构成”应被认为是“关闭式”的。不应按照112条第6款解释权利要求书，除非词组“意味着”和相关的功能出现在某项权利要求中，并且该权利要求没有描述充分的结构来执行该功能。

Claims (8)

1.一种混合单元，包括基于MEMS的至少一个声学传感器单元和光学单元，至少一个声学传感器单元和至少一个光学单元组装在一起，

其中，所述声学传感器单元是微电容超声元件，其包括：底电极、顶电极和位于底电极和顶电极之间间隙的可弯曲元件，在顶电极和底电极之间施加的电场的作用下，可弯曲元件能够弯曲。

2.如权利要求1所述的混合单元，其中，所述光学单元是被干涉光学调制器，包括：

底电极，该底电极具有反射表面并能够产生变形；

顶电极，该顶电极具有静态的投射性；并且

在该底电极和顶电极之间具有一定间隔，使得在施加在底电极和顶电极之间的电场的作用下该底电极能够变形。

3.如权利要求1所述的混合单元，其中，所述光学单元是组装到所述微电容超声器元件上的光阀单元。

4.如权利要求3中所述的混合单元，其中，所述光阀单元包括手性材料。

5.如权利要求1中所述的混合单元，其中，所述微电容超声元件包括一个介电结构，该介电结构显示出近似为1的介电常数。

6.一种微机电装置，包括：

权利要求1-5中任一项所述的混合单元；

信号环路，其将所述声学传感器单元的输出端连接到光学单元的输入端，使得光学单元的操作状态由声学传感器单元的输出信号决定。

7.一种混合单元阵列，包括如权利要求1所述的混合单元排成的阵列。

8.如权利要求7所述的混合单元阵列，其中，所述混合单元阵列包括不同类型MEMS单元构成的不同单元层。