CN105571717B - 光谱计、光谱计的制造方法以及光谱计的操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光谱计、光谱计的制造方法以及光谱计的操作方法。在各个实施例中，提供了一种光谱计。光谱计可以包括：第一镜单元，对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射是半透明的；以及第二镜单元，包括面对第一镜单元的第一区域和第二区域，第一区域和第二区域的至少一部分与第一镜单元隔开，第一区域对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射是至少部分反射的，第二区域包括光电检测器的至少一部分，光电检测器被配置为检测至少一个波长或波长范围的电磁辐射。
Description
技术领域
本发明的各个实施例总体上涉及光谱计、光谱计的制造方法和光谱计的操作方法。
背景技术
具有用于电磁辐射的干涉仪的光谱计可需要镜面系统和检测器。传统的干涉仪可具有大约为几立方厘米的大小。因此，这种光谱计太大而不能用于限制大小的应用，诸如智能手机或汽车应用。
发明内容
在各个实施例中，提供了光谱计。该光谱计可包括：第一镜单元，其对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射是半透明的；以及第二镜单元，具有面对第一镜单元的第一区域和第二区域，其中第一区域和第二区域的至少一部分与第一镜单元隔开，其中第一区域至少部分地反射至少一个波长或波长范围的电磁辐射，其中第二区域包括光电检测器的一部分，并且其中光电检测器被配置为检测至少一个波长或波长范围的电磁辐射。
附图说明
在附图中，类似的参考标号在不同附图中一般表示相同的部分。附图不需要按比例绘制，相反重点在于示出本发明的原理。在以下描述中，参照以下附图描述本发明的各个实施例，其中：
图1A和图1B示出了根据各个实施例的光谱计的元件；
图1C示出了根据各个实施例的由光谱计确定的光谱；
图2A和图2B示出了根据各个实施例的光谱计的元件；
图2C示出了根据各个实施例的由光谱计确定的光谱；
图3A至图3C示出了根据各个实施例的光谱计的元件；
图4A和图4B示出了根据各个实施例的光谱计的元件；
图5示出了根据各个实施例的光谱计；
图6示出了根据各个实施例的图5的光谱计的元件；
图7示出了根据各个实施例的光谱计的第一镜单元；
图8A和图8B示出了根据各个实施例的光谱计的第一镜单元的两个示例；
图9A至图9E示出了根据各个实施例的光谱计的第一镜单元的各个示例；
图10示出了根据各个实施例的光谱计的第二镜单元；
图11A至图11D示出了根据各个实施例的光谱计的第二镜单元的各个示例；
图12示出了根据各个实施例的用于光谱计中的距离确定和/或驱动的电极的示意图；
图13示出了根据各个实施例的用于光谱计中的距离确定和/或驱动的电极的示意图；
图14示出了根据各个实施例的用于制造光谱计的方法的流程图；以及
图15示出了根据各个实施例的用于操作光谱计的方法的流程图。
具体实施方式
以下详细描述参照附图，其中通过说明示出了可以实践本发明的具体细节和实施例。
本文使用的术语“示例性”表示“用作示例、例子或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例或设计都不需要相对于其他实施例或设计是优选或有利的。
相对于形成在侧面或表面“上方”的沉积材料所使用的词语“上方”可用于表示沉积材料可“直接形成在所指侧面或表面上”(例如直接接触)。相对于形成在侧面或表面“上方”的沉积材料所使用的词语“上方”可用于表示沉积材料可“间接形成在所指侧面或表面上”，在所指侧面或表面与沉积材料之间配置由一个或多个附加层。
在各个实施例中，可以提供光谱计，其可以基于或者可以类似于Fabry-Pérot干涉仪。根据各个实施例的光谱计与传统光谱计相比尺寸减小，例如小于大约1立方厘米。光谱计可用于检测可视和/或近红外波长范围中的电磁辐射。此外，根据各个实施例的光谱计可基于使用高度集成半导体制造方法，因此可以以成本效率高的方式来制造。此外，通过整体集成第一和第二镜单元以及第二镜单元的第一和第二区域，根据各个实施例的光谱计在其光学和/或机械特性方面可以非常强健。因此，通过将光谱计集成到传统光谱计在技术和商业上不能实现的设备中，光谱计可用于例如汽车应用或智能手机的应用，例如用于健康分析、药物分析、食物分析、气体分析、颜色分析、天文学的应用。光谱计的尺寸和成本的降低可以将该方法开放用于大规模部署。例如，这种微型光谱计可集成到每个手持设备或智能手机中。此外，光谱计的应用可以通过移动电话app写入团体来创建。
图1A示出了根据各个实施例的光谱计100的元件。光谱计100可包括第一镜单元102和第二镜单元118。第二镜单元118可包括第一区域104和第二区域106。第一镜单元102可以例如通过距离108与第二镜单元118隔开。具有距离108的第一镜单元102和第二镜单元118之间的空间形成用于由第一镜单元102透射的至少一个给定波长或波长范围的入射电磁辐射118的干扰间隙。
电磁辐射116落在第一镜单元102上。第一镜单元102可以是半透明的。即，例如至少一个波长120或波长范围的入射电磁辐射116的部分112可以被反射，而另一部分110可以被第一镜单元102透射。透射的电磁辐射110可以在朝向第二镜单元118的方向上透射并且落在第二镜单元118的第一区域104和第二区域106上。关于入射电磁辐射116的方向，第二镜单元118可以被布置为与第一镜单元102相对。第二镜单元118可以相对于第一镜单元102进行布置，使得来自第一镜单元102的电磁辐射落在第二镜单元118上。换句话说，在入射电磁辐射116的光束路径中，第一镜单元102可以布置在入射电磁辐射116的源与第二镜单元118之间。
第二镜单元118的第一区域104可以至少部分地反射来自第一镜单元102的至少一个波长120或波长范围的入射电磁辐射。因此，在朝向第一镜单元102的方向上，来自第一镜单元102的入射电磁辐射可以至少部分地被第二镜单元118的第一区域104反射。该电磁辐射可以在朝向第二镜单元118的方向上再次被第一镜单元102至少部分地反射。
光谱计100可以形成为使得来自第一镜单元102透射的光谱计外辐射源的电磁辐射110可以与电磁辐射114(可以在朝向第一镜单元102的方向上从第二镜单元118反射并且在朝向第二镜单元118的方向上再次被第一镜单元102反射)干涉。
第二镜单元118可以包括光电检测器，其中第二区域106可以包括光电检测器的至少一部分。第二区域106可以检测从第一镜单元102落在第二镜单元118上的电磁辐射。换句话说，光电检测器可以被配置为检测至少一个给定波长或波长范围的入射电磁辐射110、114的至少一部分。
图1B示出了根据各个实施例的光谱计140的元件的立体图。光谱计140可以基本类似于上述光谱计100。立体图示出了第一镜单元102和第二镜单元118。此外，如图1B所示，在各个实施例中，第二镜单元118可以被形成为使得第一区域104环绕第二区域106。第一镜单元102可以对于至少一个波长120或波长范围的电磁辐射110来说是半透明的。
如图1A和图1B所示，在各个方面中可以设置光谱计100、140，其中光谱计100、140可以包括第一镜单元102和第二镜单元118。第一镜单元102对于至少一个波长120或波长范围来说是半透明的。第二镜单元118可以包括面对第一镜单元102的第一区域104和第二区域106。第一区域104和第二区域106的至少一部分可以与第一镜单元102隔开(大约距离108)。第一区域104可以至少部分地反射至少一个波长120或波长范围的电磁辐射。第二区域106可以包括光电检测器的至少一部分，其中光电检测器可以被配置为检测至少一个波长120或波长范围的电磁辐射。集成在光谱计的镜单元中的光电检测器可以允许以减小的厚度来设计光谱计。这种光谱计可用于要求薄元件的应用，例如在移动电话或汽车应用中。
第一镜单元102可以基本平行于第二镜单元118对齐，以允许与第二区域106中的光电检测器的干涉测量。换句话说，在各个实施例中，第一镜单元102可以包括第一表面，并且第二镜单元118可以包括第二表面，第一表面和第二表面彼此面对并且至少基本相互平行。第二镜单元118可以被布置为与半透明的第一镜单元102相对，使得可以形成包括第一镜单元102和第二镜单元118的光学腔。
图1C示出了通过根据各个实施例的光谱计(例如，光谱计100或140)确定的光谱150。光谱可以通过光谱计的光电检测器来检测。光谱150示出了干涉图案，其具有以间隔132隔开的最大强度，最大强度具有特定宽度130。换句话说，至少一个波长120或波长范围的入射电磁辐射116的一部分可以通过光电检测器检测为具有作为波长124的函数的强度122的光谱150(也被称为光电检测器的信号)。作为干扰图案的波长124的函数的强度122取决于第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离108、第一镜单元102的反射率、第二镜单元118的第一区域104的反射率和入射电池辐射110、114的波长124。最大强度之间的距离132取决于第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离108、干扰电磁辐射的波长以及第一镜单元上的电磁辐射的入射角。
此外，图1C示出了用于第一精细度126和第二精细度128的针对给定距离108的光电检测器的信号。精细度可以大约为最大强度之间的距离132除以最大强度的宽度130(全宽半峰-FWHM)。具有第二精细度126的光谱的精细度可以大于具有第一精细度128的光谱的精细度。
在各个实施例中，光谱计(例如，光谱计100或140)可以形成为或者可以包括Fabry-Pérot光谱计，其中在镜单元中集成光电检测器。
在各个实施例中，第一镜单元102可以形成为使得第一镜单元102的至少一部分(例如可检测部分，例如隔膜的平坦区域)与第二镜单元118之间的距离108可调整(参见图2B、图3C和图4B)。
在各个实施例中，关于至少一个给定波长或波长范围的电磁辐射，第一镜单元102可以形成为或者可以包括柔性镜(参见图2A和图2B)。可选地或附加地，第一镜单元102可以形成为或者可以包括作为镜的平坦区域以及至少一个弹性元件，例如作为镜悬挂梁(例如参见图3A至图3C以及图4A至图4B)。
在各个实施例中，第一镜单元102可以包括柔性镜和位于柔性镜的顶部上或底部上的半透明镜(例如参见图8A和图8B)。
关于至少一个波长或波长范围的电磁辐射，第二镜单元118可以形成为或者可以包括静态镜(也参见图10)。
在各个实施例中，光谱计(例如，光谱计100或140)还可以包括电磁辐射的源(未示出)。辐射源可以被布置为与第一镜单元102或第二镜单元118中的至少一个相邻。辐射源可以被配置为发射至少一个波长120或波长范围的电磁辐射的至少一部分。可以通过辐射源电放大和/或增加光电检测器的信号的强度122以增加光电检测器处的入射电磁辐射110、114的强度。
在各个实施例中，光谱计(例如，光谱计100或140)还可以包括滤光器。滤光器可以是偏振滤光器以偏振至少一个波长120或波长范围的电磁辐射的至少一部分。可选地或附加地，滤光器可以是吸收滤光器以吸收至少一个波长120或波长范围的电磁辐射的至少一部分。吸收滤光器可以形成为带通、短通、长通或凹口滤光器。可选地或此外，吸收滤光器可用作针孔、孔径或准直仪，以例如避免光电检测器处的干扰信号的较高阶。在各个实施例中，第一镜单元102可以包括滤光器。
图2A示出了形成为衬底或层206上或中的框架状结构204中的隔膜202的第一镜单元102的实施例的显微镜图像。隔膜202可以附接至衬底或层206上或中的框架状结构204。
包括隔膜202的第一镜单元102可以使用普通工艺来形成以形成隔膜，例如用于形成无机隔膜(例如，硅麦克风隔膜)的工艺。
在各个实施例中，隔膜202可以形成为商业上可得的硅麦克风隔膜。隔膜202可以形成为具有大约0.5mm至大约5mm的范围内(例如大约0.75mm至大约3mm的范围内，例如大约1mm至大约2mm的范围)的直径，例如具有大约1.1mm的直径。
在各个实施例中，隔膜202可以包括平坦区域，例如在隔膜202的中心。关于检测范围内的光谱计200的弯曲或变形，隔膜202的平坦区域可以大约平坦。
图2B示出了根据各个实施例的光谱计200的元件。光谱计200可以基本类似于上述光谱计100或140。图2B示出了光谱计200的示意性截面图，其具有包括隔膜202的第一镜单元102以及具有第一区域104和第二区域106的第二镜单元118。第一镜单元102可以与第二镜单元118例如隔开距离108。
此外，如图2B所示，在各个实施例中，隔膜202可以形成为使得隔膜202的至少一部分可以在偏转范围212中可偏转。换句话说，在各个实施例中，第一镜单元102可以形成为使得第一镜单元102的至少一部分可以在朝向第二镜单元118和/或远离第二镜单元118的方向上偏转。隔膜202的一部分可以基本平坦，例如位于具有小偏转的隔膜的中心。偏转可以允许在最小距离214(附加在图2B中表示为隔膜210)和最大距离216(附加在图2B中表示为隔膜208)之间的偏转范围212中调整第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离108的至少一部分。
在各个实施例中，第一镜单元102的可偏转部分可形成为使得第一镜单元102的可偏转部分与第二镜单元118之间的距离108可调整。换句话说，偏转可调整，例如使用电吸引或排斥。偏转的调整可以是阶梯状或离散调整或者以第一镜单元102的可偏转部分的机械振动的形式。
偏转范围212可以在几nm(例如大约1nm)至几百μm(例如大约750μm)的范围内调整，例如大约1nm至大约750μm的范围，例如大约2nm至大约650μm的范围，例如大约5nm至大约500nm的范围。
图2C示出了通过根据各个实施例的光谱计(例如光谱计100或140)确定的针对第一镜单元102的可偏转部分的两种不同偏转的光谱250，即对应于可偏转部分的最小距离(例如，图2B中的距离214)的第一偏转(曲线218)和对应于最大距离(例如，图2B中的距离216)的第二偏转(曲线220)。图2C示出了由光谱计确定的光谱250中的强度峰值处于第一偏转(218)的第一波长222处以及第二偏转(220)的第二波长224处，其中第二波长大于第一波长。
通常，光谱250中的强度峰值的波长124可以取决于干扰电磁辐射的波长、距离108和干涉的阶N。对应于曲线218的最小距离(例如，图2B中的214)可通过下式来计算：
Lmin＝λmin/N，其中Lmin是最小距离，λmin是曲线218中的强度峰值的波长222，以及对应于曲线220的最大距离(例如，图2B中的216)可通过下式来计算：
Lmax＝λmax/N，其中Lmax是最大距离，以及λmax是曲线220中的强度峰值的波长224。
Lmax和Lmin之间的偏转范围212可以对应于可在第一镜单元102和第二镜单元118之间检测的电磁辐射的干涉的至少一阶。
图3A示出了根据各个实施例的光谱计的元件。光谱计可以基本类似于上述光谱计100的实施例。图3A示出了第一镜单元102的实施例的显微镜图像。第一镜单元102可以包括至少一个弹性元件304和平坦区域302。换句话说，在各个实施例中，第一镜单元102可以包括基本平坦的区域302和至少一个弹性元件304，其中平坦区域302可以通过至少一个弹性元件304来安装(例如如图3A所示)。平坦区域302可以关于朝向第一镜单元102从第二镜单元118反射的电磁辐射是反射的。
平坦区域302可以通过至少一个弹性元件304安装为可偏转。在各个实施例中，第一镜单元102的平坦区域303可以是基本平行于第二镜单元118的平面。平坦区域302可以大约为与第二镜单元118的第一区域104或第二区域106中的至少一个平行的平面。在各个实施例中，平坦区域302和至少一个弹性元件304可以是隔膜(例如，通过窄支持梁弹性安装的硅麦克风隔膜，例如如图3A所示)的一部分。
在第一镜单元102的各个实施例中，至少一个弹性元件304可以通过形成与平坦区域302不同的材料或不同的厚度的区域来形成至少一个弹性元件304。可选地或附加地，至少一个弹性元件可以通过基本平坦的层或涂层中的开孔来形成。可选地或附加地，至少一个弹性元件304可以形成为或者可以包括轴承或铰链。至少一个弹性元件304可以包括一种结构，其形状类似于钢板弹簧、悬臂弹簧、扭力弹簧(例如线圈弹簧)、均衡弹簧、锥面皿型弹簧(有时还称为蝶形弹片、锥形弹簧垫圈、盘簧或凹形弹簧垫圈)或发条中的至少一种(也参见图9A至图9E)。至少一个弹性元件304可以由与平坦区域302相同的材料形成为不同厚度；或者由不同材料形成。换句话说，至少一个弹性元件304可以由弹性材料形成或者包括弹性材料，例如类似于悬臂或钢板弹簧。可选地或附加地，诸如弹性元件304的弹性元件可以包括铰链或轴承(还参见图7)。
图3B示出了根据各个实施例的光谱计300的元件。光谱计300可以基本类似于上述光谱计100的实施例。图3B示出了光谱计300的示意性立体图，其具有可以基本类似于图3A所示第一镜单元102的第一镜单元102。换句话说，在各个实施例中，第一镜单元102可以形成为使得第一镜单元10的至少一部分(例如平坦区域302)可以在朝向第二镜单元118或者远离第二镜单元118的方向中的至少一个方向上可偏转(例如图3B所示)。
图3C示出了光谱计300的示意性截面图。如图3C所示，平坦区域302可以在最小距离214和最大距离216之间的偏转范围212中偏转，其基本类似于图2B所示。
图4A示出了根据各个实施例的光谱计400的元件。光谱计400可以基本类似于上述光谱计100的实施例。此外，如图4A所示，光谱计400可以包括至少两个弹性元件304a、304b，例如至少一个第一弹性元件304a和至少一个第二弹性元件304b。第一弹性元件304a可通过连接结构402与第二弹性元件304b耦合。换句话说，至少一个第一弹性元件304a可以经由连接结构402或者驱动电路与至少一个第二弹性元件304b连接。
连接结构402可以例如形成为铰链、轴承或接头。在各个实施例中，第二弹性元件304b可以形成为基本类似于第一弹性元件304a。在各个实施例中，光谱计400可以包括至少两个不同的弹性元件。在一个实施例中，光谱计可以包括至少一个弹性元件304a和至少一个第二弹性元件304b，例如如图4A、图4B所示。至少一个第一弹性元件304a可用于例如在大约1nm至大约100nm的偏转范围212中调整第一偏转。至少一个第二弹性元件304b可用于例如在大约100nm至大约几微米或厘米的偏转范围406中调整第二偏转。换句话说，至少一个第一弹性元件304a可用于细调第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离108，而至少一个第二弹性元件304b可用于粗调。
至少两个弹性元件304a、304b可用于调整不同的偏转和/或倾斜。因此，由光电检测器检测的对齐和阶数可调。
弹性元件304a、304b可用于静态偏转或包括机械振动的偏转，例如用于细调的第一弹性元件可用于具有机械振动的偏转，而用于粗调的第二弹性元件可用于静态或阶梯状偏转，例如静态偏移。
图4B示出了光谱计400的示意性截面图。如图4B所示，对于第二弹性元件304b的给定偏转，平坦区域302可以通过第一弹性元件304a在第一偏转范围212中(例如在最小距离214和最大距离216之间)偏转，这基本类似于图2B或图3C所示。此外，如图4B所示，平坦区域302可通过第二弹性元件304b在第二偏转范围406中偏转。
在各个实施例中，至少一个第一弹性元件304a和至少一个第二弹性元件304b可以周期性或不定期地偏转。在各个实施例中，以低于第一弹性元件304a的频率，第二弹性元件304b可以周期性或不定期地偏转。
根据各个实施例的光谱计(例如光谱计100)可以包括至少一个驱动电路，其被配置为相对于第二镜单元118的第一区域104和第二区域106偏转第一镜单元102的至少一部分。驱动电路可以被配置为例如通过电吸引或排斥调整第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离。
如图12和图13中更详细所描述的，驱动电路可以电耦合至第一和第二镜单元的至少一个电极。
在各个实施例中，至少一个驱动电路可以被配置为在大约可被光电检测器检测的电池辐射的波长或波长范围中偏转第一镜单元102的一部分。
可选地或另外地，驱动电路可被配置为相对于第二镜单元118偏移或偏转第一镜单元10的一部分，其中偏移在大约几百纳米或微米到大约几厘米的范围内。
在各个实施例中，光谱计(例如光谱计400)可以包括至少第一驱动电路和第二驱动电路，其中第一驱动电路可以被配置为粗调第一镜单元102的平坦区域302和第二镜单元118之间的距离108，而第二驱动电路可被配置为细调第一镜单元102的平坦区域302和第二镜单元118之间的距离108。例如，第一驱动电路可以被配置为调整连接结构402和第二镜单元118之间的距离(例如，在图4B所示的偏转范围406内)，而第二驱动电路可被配置为调整第一镜单元102的平坦区域302相对于连接结构402的偏转(例如，在图4B所示的偏转范围212内)。在各个实施例中，通过第一驱动电路实现的粗调和通过第二驱动电路实现的细调可以被配置为使得平坦区域302和第二镜单元118之间的距离可以从最小距离(例如，图4B所示的距离214)连续变为最大距离(图4B中未示出)，或者粗调和细调可以被配置为使得平坦区域302与第二镜单元118之间的距离可以从最小距离(例如，距离214)以离散阶梯形式变为最大距离。
在各个实施例中，至少一个驱动电路可被配置为调整第一镜单元102和第二镜单元118之间的倾斜。
图5示出了根据各个实施例的光谱计500。光谱计可以基本类似于上述光谱计300的实施例。例如，光谱计500的第一镜单元102可以基本类似于图3B或图3C中示出的第一镜单元。光谱计500可以包括衬底502、设置在衬底502上的第一层504和设置在第一层504上方的第二层506。第二层506可以包括上块状材料，第一层504可以包括间隔块状材料，以及衬底502可以包括下块状材料。第二层506可包括第一镜单元102，以及第一层504可包括第二镜单元118。至少一种块状材料可以包括硅或者另一种普通的半导体材料或金属。光谱计500可以整体形成。换句话说，第一镜单元102和第二镜单元118可以整体集成形成。
在各个实施例中，第二层506可以包括或者可以由介电材料形成。第一镜单元102的可偏转部分可以通过减小块状材料的厚度来形成，例如通过使用蚀刻工艺或背侧研磨工艺。在各个实施例中，第一镜单元102的块状材料可以包括或者可以由氧化物、氮化物或氮氧化物形成，例如氧化硅或氮化硅。
在各个实施例中，光谱计500还可以在第一镜单元102和第二镜单元118之间的空间中包括镜间隔件(未示出)。镜间隔件可以形成为固定或静态底座或间隔件。
图6以放大图示出了光谱计500的元件。
图7示出了根据各个实施例的光谱计(例如光谱计500)的第一镜单元102。光谱计可以基本类似于上述光谱计的实施例。图7示出了第一镜单元102的立体图以及第一镜单元102的示意性截面700。在截面700中示出了具有第一厚度702的平坦区域302和具有第二厚度704的弹性元件304。
平坦区域302可以通过框架状结构706中的至少一个弹性元件304和/或凹槽状结构708来安装。换句话说，至少一个弹性元件304可以经由凹槽状结构708(吊梁)与平坦区域连接。换句话说，弹性元件304可以通过凹槽结构708与平坦区域302连接，其中凹槽结构708可用作弹性元件304和平坦区域302之间的接头708。凹槽结构708可减小由平坦区域的可偏转部分的偏转引起的材料中的机械张力和复原力。
可选地或附加地，平坦区域302可具有第一厚度702(镜厚度)，并且至少一个弹性元件304可具有第二厚度704(梁厚度)，其中弹性元件304的弹性可以通过小于第一厚度702的第二厚度704来形成。因此，弹性元件304的厚度可以提供用于安装平坦区域302可偏转的弹性。
框架状结构706可以基本类似于图2A或图3A所示的结构206。第二层506可包括框架状结构706。此外，如图7所示，第一镜单元102可以包括孔710。第二层506可包括孔710的至少一部分。在各个实施例中，孔701可以通过框架状结构706的至少一部分来形成。换句话说，在各个实施例中，光谱计(例如光谱计500)可以包括位于第一镜单元102和第二镜单元118之间的孔710。孔710可以形成在第二区域106上方或光电检测器上方。孔710可以形成为或者可以包括开孔、针孔(未示出)、镜头(未示出)或栅格(未示出)。
在各个实施例中，孔710可以用于减小光电检测器的可暴露给具有至少一个波长120或波长范围的电磁辐射110、114的光敏区域的大小。可选地或附加地，孔710可以用于增加光谱150中的光电检测器的强度122的信噪比(例如参见图1C)。开口710可以包括或者由导电材料形成，例如金属层的形式，例如结构化金属层。在各个实施例中，第二层506可包括孔710。在各个实施例中，第二层506可以包括第一镜单元102和框架状结构706用作孔710、准直器或底座。
在各个实施例中，第一镜单元102可以由一片形成。第一镜单元102可以由块状半透明材料形成。块状半透明材料还可以为第二层506。
图8A示出了根据各个实施例的光谱计的第一镜单元102的示例。图8A所示的第一镜单元102可以基本类似于图7所示的第一镜单元102。此外，如图8A所示，第一镜单元102可以包括至少一个半透明层800，其位于平坦区域302面对光谱计外辐射源(未示出)的一侧上。换句话说，在各个实施例中，第一镜单元102可以包括至少部分透明材料的第二层506以及至少一个半透明层800或涂层。第一镜单元102可以相对于第二镜单元118以第一镜单元102的块状材料可布置在第一镜单元102的至少一个半透明层800与第二镜单元118之间的方式来布置。换句话说，至少一个半透明层800可以背向第二镜单元118并且可以面对具有至少一个波长120或波长范围的电磁辐射源。
在各个实施例中，第一镜单元102的半透明层800可以包括用于具有至少一个给定波长或波长范围的入射电磁辐射116的一部分的滤光器，例如带通、长通、短通或凹口滤光器。
在各个实施例中，半透明层800可以形成为抗反射涂层和/或反射层。半透明层800可以关于面对具有至少一个波长120或波长范围的电磁辐射的辐射源的一侧形成为抗反射。因此，半透明层800可以增加由第一镜单元102透射的具有至少一个波长120或波长范围的透射电磁辐射的强度。可选地或附加地，半透明层800可以关于面对第二镜单元118的一侧形成反射。因此，半透明层800可以增加落在第二镜单元118上的具有至少一个波长120或波长范围的入射电磁辐射的强度。
在各个实施例中，至少一个半透明层800可以包括至少两个半透明层。半透明层可以并排形成或者可以相互堆叠，例如形成光子晶体。
在各个实施例中，至少一个第二层506和至少一个半透明层800可以由陶瓷层形成或者可以包括陶瓷层。可选地或附加地，至少一个第二层506和至少一个半透明层800可以包括透明导电氧化物。
在各个实施例中，半透明层800可以由金属层形成或者可以包括金属层。金属可以至少在第一镜单元102的可偏转部分上沉积为层。第一镜单元102的半透明层800可以具有取决于所使用材料的厚度，其小于100nm至半透明，例如在大约0.1nm至大约100nm的范围内，例如在大约5nm至大约75nm的范围内，例如在大约10nm至大约60nm的范围内，例如50nm。金属层可以由元素Ag、Al、Au、Pt、Cu、Si或Pd中的至少一种、钢铁形成或者可以包括元素Ag、Al、Au、Pt、Cu、Si或Pd中的至少一种、钢铁。
图8B示出了根据各个实施例的光谱计500的第一镜单元102的示例。光谱计可以基本类似于上述实施例的光谱计，例如光谱计500。图8B所示第一镜单元102可以基本类似于图7所示的第一镜单元102。此外，如图8B所示，第一镜单元102可以包括位于平坦区域302面对第二镜单元118(未示出)的一侧上的至少一个半透明层800。换句话说，在各个实施例中，第一镜单元102可以相对于第二镜单元118布置，使得第一镜单元102的至少一个半透明层800可以被布置在第一镜单元102和第二镜单元118的块状材料之间。换句话说，半透明层800可以面对第二镜单元118，并且可以背对具有至少一个波长120或波长范围的电磁入射的辐射源。图8B所示的半透明层800可以以与图8A的半透明800基本类似的方式来形成。
图9A示出了根据各个实施例的光谱计500的第一镜单元102的示例。图9A所示的第一镜单元102可以基本类似于图7所示的第一镜单元。
图9B示出了根据各个实施例的光谱计的第一镜单元102的示例。光谱计可以基本类似于上述光谱计的实施例。图9B所示的第一镜单元102可以基本类似于图9A所示的第一镜单元。在各个实施例中，弹性元件304可以关于弹性元件的宽度和形状而改变(参见图9A和图9B)。
图9C示出了根据各个实施例的光谱计的第一镜单元102的示例。光谱计可以基本类似于上述光谱计的实施例。图9C所示的第一镜单元102可以基本类似于图9A所示的第一镜单元。在各个实施例中，弹性元件可以关于弹性元件304相对于平坦区域302和层506的块状材料的角度而变化(参见图9A和图9C)。
图9D示出了根据各个实施例的光谱计的第一镜单元的示例。光谱计可以基本类似于上述光谱计的实施例。图9A所示的第一镜单元102可以基本类似于图9A所示的第一镜单元。在各个实施例中，弹性元件304可以关于弹性元件的形状而变化(参见图9A和图9D)。如图9D所示，弹性元件304在一个实施例中可以具有蜿蜒(meandering)形状。
图9E示出了根据各个实施例的光谱计的第一镜单元102的示例。光谱计可以基本类似于上述光谱计的实施例。图9E所示的第一镜单元102可以基本类似于图9A所示的第一镜单元。在各个实施例中，弹性元件304可以关于弹性元件的数量而变化(参见图9A和图9E)。
图10示出了根据各个实施例的光谱计的第二镜单元118。光谱计可以基本类似于上述光谱计的实施例。图10示出了第二镜单元118的立体图和第二镜单元118的示意性截面1000。在第二镜单元118的截面1000中示出的可以是第一层504，其中第一层504可以包括第一区域104和第二区域106。第二区域106可以包括光电检测器的一部分。第二镜单元118还可以包括孔710的至少一部分。孔710可以包括位于第二区域106上或上方的环状结构1002。可选地或附加地，第二镜单元118可以形成为使其可以包括腔，其中孔710可以通过可形成腔的“侧壁1006”来形成。第一区域104可以包括侧壁1006和/或环状结构1002。
此外，如图10所示，第二镜单元118可以包括安装结构1104。安装结构1004可以形成为安装第一镜单元102，例如安装第一镜单元102的框架状结构706。换句话说，在各个实施例中，第二镜单元118可以形成为或者可以包括用于第一镜单元102的安装结构1004。在各个实施例中，第二镜单元118可以形成为或者可以包括腔，并且可进一步包括用于安装第一镜单元10的第三区域。第二镜单元118可具有类似于碗、盘或盒的形状。
此外，如图10所示，在各个实施例中，第一区域104可以环绕第二镜单元118的第二区域106。
在各个实施例中，第一区域104和第二区域106可以整体集成在第二镜单元118中。
在各个实施例中，第一区域104和第二区域106形成在第二镜单元118的同一平面中。可选地或附加地，第一区域104和第二区域106被形成为共面。可选地或附加地，第一区域104可以与第二区域106并排形成。
在各个实施例中，第一区域104至少部分地环绕第二区域106。第一区域104可以形成为使得第一区域104同轴地环绕第二区域106。
在各个实施例中，第一区域104和第二区域106相互堆叠。可选地或附加地，第一区域104可以形成在第二区域106上方。
在各个实施例中，第二镜单元118可以包括固定的半透明镜1002、光电检测器和第一层504的块状材料。半透明镜1002可以形成为耦合至光电检测器、驱动电路或距离确定电路的电极。
在各个实施例中，半透明镜1002可以不与第二区域106或第一层504的块状材料物理接触。
在各个实施例中，第一区域104可以包括关于至少一个波长或波长范围的电磁辐射的至少一个反射材料和/或半透明镜1002。
在各个实施例中，第一区域104可以包括两个或更多个不同的材料和/或半透明镜1002，其对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射来说是反射的。
在各个实施例中，第二镜单元118的第一区域104可以包括形成为第二区域106上方的环状结构1002的层，例如半透明镜1102。
在各个实施例中，第一区域104可以包括金属或者可以由金属形成。
在各个实施例中，第一区域104可以包括反射涂层或反射衬底或者可以由反射涂层或反射衬底形成。第二镜单元118的第一区域104可以用于减小第二镜单元118的第二区域106中的光电检测器的暴露光敏区域，例如增加光电检测器的信号的信噪比。
在各个实施例中，第一区域104可以包括光电检测器的一部分。第一区域104可以是光电检测器的反射表面，例如光电检测器的反射涂层或光电检测器的反射表面。
图11A示出了根据各个实施例的光谱计的第二镜单元118的示例。光谱计可以基本类似于上述光谱计的实施例。图11A所示的第二镜单元118可以基本类似于图10所示的第二镜单元118，图11A所示的第二镜单元118可以是图10所示第二镜单元118的放大示图。此外，如图11A所示，第二区域106可以包括具有半导体结构1120的光电检测器。半导体结构1120可以包括p型区域1104和n型区域1102。p型区域1104可以形成为与n型区域1102横向相邻。此外，第二镜单元118可以包括衬底1100。如图所示，衬底1100可以基本类似于衬底502。可选地，半导体结构1120可以形成在第一层504上。
在各个实施例中，光电检测器可以包括或者可以由关于具有至少一个波长120或波长范围的电磁辐射具有光敏电阻特性的材料形成。光电检测器可以包括至少一个以下结构或者可以形成为：照相底片、反向偏置发光二极管、光敏电阻器、光电二极管、光电阴极、光电晶体管、量子点光电导体或光电二极管。
在各个实施例中，如图所示，光电检测器可以包括或者形成为p型区域1104和n型区域1102的pn结。pn结可以形成为使得入射电磁辐射生成自由带电体，其可用于生成光谱150(也参见图1C)。光电检测器可以形成为基本类似于商业可用的光电检测器，例如其可以包括或者由普通的半导体材料形成。电磁辐射可以是UV光、可见光或红外光中的至少一种，例如在大约380nm至大约1350nm的范围内的波长。
在各个实施例中，可通过p型区域1104和n型区域1102的接触来形成pn结，其中p型区域1104和n型区域1102大约形成在与衬底1100(例如硅衬底1100)上方与第一镜单元102平行的同一平面中。换句话说，光电检测器可以基于硅或者任何其他适当的半导体材料。
在各个实施例中，第二镜单元118可以包括衬底，例如硅晶圆，例如p型衬底；其中p型区域1104可以由衬底中的p掺杂(例如，p+掺杂)区域形成或者可以包括p掺杂区域，并且n型区域1102可以由衬底中的n掺杂(例如，n+掺杂)区域形成或者可以n掺杂区域。
在各个实施例中，第二区域106与第一区域104相比可具有较小的暴露给至少一个波长或波长范围的电磁辐射的表面积。可通过孔710来形成较小的表面。
图11B示出了根据各个实施例的光谱计的第二镜单元118的示例。光谱计可基本类似于上述光谱计的实施例。图11B所示的第二镜单元可以基本类似于图10所示的第二镜单元118。图11B所示的第二镜单元118可以是图10所示第二镜单元118的放大示图。如图11B所示，p型区域1104和n型区域1102可以形成在设置在衬底1100上方设置的半导体层1106(也称为衬底层1106)中。
图11C示出了根据各个实施例的光谱计的第二镜单元118的示例。光谱计可以基本类似于上述光谱计的实施例。图11C所示的第二镜单元118可基本类似于图10所示的第二镜单元118。图11C所示的第二镜单元118可以是图10所示第二镜单元118的放大示图。如图11C所示，p型区域1104和n型区域1102可以相互堆叠。此外，如图11C所示，环状结构1002可形成为第二镜单元118的光电检测器的第一电极，例如半导体结构1120。此外，半导体结构1120可以包括设置在p型区域1104和n型区域1102之间的本征半导体层1108。因此，半导体结构可以包括pin结构(p型-本征-n型)。此外，环状结构1002可以通过本征半导体层1108和环状结构1002之间的介电结构1110而电绝缘。换句话说，光电检测器可以包括或者形成为由p型区域1104、本征半导体层1108和n型区域1102组成的pin结。可选地，光电检测器可以包括np或nip结构。
在各个实施例中，光电检测器和/或第一区域104可以包括金属层1002和/或介电层1110，例如氧化物层1110。金属层1002可以用作光电检测器的电接触1208(还参见图12和图13)和/或(部分)第一区域104的反射结构。介电层1110可以用作电接触1208和另一电极1206之间的电绝缘。可选地或附加地，第一区域104可以包括介电层1110。
在各个实施例中，例如如图11A和图11B所示，第二镜单元118可以包括衬底1100，其中p型区域1104和n型区域1102形成在衬底上方。
在各个实施例中，例如如图11C和图11D所示，可通过p型区域1104和n型区域1102的接触形成pn结，其中p型区域1104和n型区域1102相互堆叠。
图11D示出了根据各个实施例的光谱计的第二镜单元118的示例。光谱计可基本类似于上述光谱计。图11D所示的第二镜单元可基本类似于图10所示的第二镜单元118。图11D所示的第二镜单元118可以是图10所示第二镜单元118的放大示图。此外，图11D所示的第二镜单元118可以基本类似于图11C所示的第二镜单元。此外，如图11D所示，环状结构1102可以形成为“圆形结构1114”(具有填充中心或孔部的环状结构)，其例如在入射电磁辐射110、114的光束路径上具有位于第二区域106上方的半透明结构1112。第一区域104可以包括圆形结构1114。
换句话说，在各个实施例中，第二镜单元118可以包括位于第一区域104和第二区域106上方的半透明层，例如如图11D所示区域1112中的薄金属层。换句话说，第二区域106可以包括横向或垂直pin二极管或pn二极管，具有或不具有例如用作上面的半透明镜1002的封闭金属层。在各个实施例中，第二镜单元118的半透明层可以一片式地形成在第一区域104和第二区域106上方，例如作为滤光器或反射涂层。第二镜单元118的半透明层可以形成在至少一个波长120或波长范围的电磁辐射的光束路径中。
图12示出了根据各个实施例的用于光谱计中的距离确定和/或驱动的电极的示意图。光谱计可基本类似于上述光谱计100或500的实施例。
此外，如图12所示，在各个实施例中，光谱计可以包括至少一个第一电极1202、1204以及至少一个第二电极1212、1214。第一镜单元102可以包括至少一个第一电极1202、1204，以及第二镜单元118可包括至少一个第二电极1212、1214。
在各个实施例中，第一区域104可包括至少一个第二电极1212、1214。至少一个第一电极1202、1204可以与至少一个第二电极1212、1214电绝缘，使得至少一个第一电极1202、1204可以具有第一电荷或引导第一电流，以及至少一个第二电极1212、1204可以具有第二电荷或引导第二电流。
此外，如图12所述，在各个实施例中，第一和第二镜单元102、118可以分别具有至少两个电极，其中至少两个电极并排形成。
此外，如图12所示，在各个实施例中，至少一个电极1202、1204、1212和1214可以形成为可包括至少一个孔1200(例如，第二区域106上方的至少一个孔)的形状。至少一个孔1200可以关于至少一个波长120或波长范围的入射电磁辐射116是透明的。换句话说，在各个实施例中，第一镜单元102可以包括至少一个开孔1200，例如在电极1202、1204中。开孔1200可以形成为例如具有开口的直径，使得开孔1200可以对于入射电磁辐射的至少一部分是透明的。例如通过电极1202、1204，第一镜单元102可以形成为不透明的，例如反射或镜面反射，除开孔1200之外。
孔1200可以是上述孔710的一部分。
此外，第二区域106可以包括第二镜单元118的至少一个电极1212、1214。此外，第二镜单元118的至少一个电极1212、1214可以形成为环状结构1002(参见图10)。
此外，第一镜单元的半透明层800(参见图8A和图8B)可以包括第一镜单元102的至少一个电极1202、1204。
此外，如图12所示，第一和第二镜单元102、118可包括导线1206，其可以耦合至第一和第二镜单元102、118的电极1202、1204、1212和1214。导线1206可以耦合至驱动电路或距离确定电路(下面进行详细描述)中的至少一个。此外，如图所示，第二镜单元118可以包括导线1208，其可以耦合至光电检测器，例如第一导线1208耦合至光电检测器的p型区域1104，以及第二导线1208耦合至n型区域1102。
如图12所示，导线1208可以设置在两个电极1212和1214之间的馈通区域1210。
根据各个实施例的光谱计(例如，光谱计100)可以包括距离确定电路以确定第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离108。在各个实施例中，距离确定电路可以至少部分地形成在第一镜单元102和第二镜单元118之间。在各个实施例中，距离确定电路可以被配置为基于电磁辐射的干扰的测量确定或找到距离108。在各个实施例中，距离确定电路可以被配置为基于电容的测量确定距离108。
在各个实施例中，距离确定电路可以耦合至至少一个第一电极(例如，1202和/或1204)和至少一个第二电极(例如，1212和/或1214)。第一镜单元102可以包括至少一个第一电极1202、1204，以及第二镜单元118可以包括至少一个第二电极1212、1214。
在各个实施例中，第一区域104可以包括至少一个第二电极1212、1214。至少一个第一电极1202、1204可以与至少一个第二电极1212、1214电隔离，使得至少一个第一电极1202、1204可以具有第一电荷或引导第一电流，并且至少一个第二电极1212、1214可以具有第二电荷或引导第二电流。换句话说，距离确定电路可以被配置为通过确定第一镜单元102的一个或多个电极与第二镜单元118的一个或多个电极之间的电容来确定第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离108。
在各个实施例中，电极1202、1204、1212、1214可用作第一镜单元102相对于第二镜单元118的偏转的幅度感测层。距离确定电路可以基于电容感测，并且驱动电路可以基于幅度驱动。可选地或附加地，电极1202、1204、1212和1214可以用作驱动电路的幅度激励层。
在各个实施例中，光谱计可包括至少一个驱动电路和至少一个距离确定电路。至少一个距离确定电路可耦合至至少一个第一电极1202/1204和至少一个第二电极1212/1214。至少一个驱动电路可耦合至至少一个第一电极1204/1202和至少一个第二电极1214/1212。第一镜单元102可包括耦合至距离确定电路和驱动电路的至少一个第一电极1202、1204，以及第二镜单元118可包括耦合至距离确定电路和驱动电路的至少一个第二电极1212、1214。电极1202、1204、1212和1214可以唯一地或可互换地被驱动电路和距离确定电路使用。可互换的使用可以包括改变驱动和距离确定(例如，通过电容测量)。
换句话说，在各个实施例中，第一镜单元102和第二镜单元118的电极1202、1204、1212、1214可以可互换地用于驱动电路和距离确定电路。
例如，在光谱计的操作的第一时刻，第一和第二电极用于确定距离108，并且在操作的第二时刻，第一和第二电极用于调整第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离108。
可选地，第一镜单元102的第一电极1202、1204中的一个(例如第一电极1202)以及第二镜单元的第二电极1212、1214中的一个(例如第二电极1212)可用于通过测量电极1202和1212之间的电容确定第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离108，而第一镜单元102的第一电极1202、1204中的另一个(例如电极1204)和第二电极1212、1214中的另一个(例如1214)可用于调整距离108。
可选地或附加地，第一镜单元102和第二镜单元118的第一和第二电极可用于调整第一镜单元102和第二镜单元118的倾斜。
在各个实施例中，耦合至距离确定电路的至少一个电极1202、1204、1212和1214可被布置为邻近耦合至驱动电路的至少一个电极1202、1204、1212和1214，它们在同一平面中或者大约在同一平面中。
在各个实施例中，第一镜单元102和第二镜单元118可包括用于确定或调整第一镜单元102和第二镜单元118之间的距离108的两个或多个电极，例如为三脚架状或多荚状的布置来调整第一和第二镜单元的倾斜。
在各个实施例中，电极1202、1204、1212、1214可具有用于电接触的至少一个电接触件。在电极可以分别仅具有一个电接触件的各个实施例中，距离确定电路可以基于电容测量，以及驱动电路可以基于电排斥或吸引。在电极可以分别具有两个电接触件的各个实施例中，距离确定电路可以基于电感测量而驱动电路可以基于电力排斥或吸引。
图13示出了根据各个实施例的用于光谱计中的距离确定和/或驱动的电极的示意图。光谱计可以基本类似于上述光谱计的实施例。此外，如图13所示，第一和第二镜单元102、118可分别具有至少两个电极，其中至少两个电极可相互同轴形成。
在各个实施例中，耦合至距离确定电路的电极1202、1204、1212和1214中的一个电极的至少一部分可以至少部分地环绕耦合至驱动电路的电极1202、1204、1212和1214中的另一个电极的至少一部分，反之亦然。例如，如图所示，电极1202的至少一部分可以至少部分地环绕电极1204的至少一部分。这可以减少第一镜单元102和第二镜单元118之间的潜在倾斜。
图14示出了根据各个实施例的用于制造光谱计的方法的流程图。光谱计可基本类似于上述光谱计的实施例。在各个方面中，用于制造光谱计的方法1400可以包括：形成第一镜单元，其对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射可以是半透明的(1402)。此外，方法1400可以包括：形成包括面对第一镜单元的第一区域和第二区域的第二镜单元(1404)，其中第一区域和第二区域的至少一部分与第一镜单元隔开，其中第一区域对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射可以是至少部分反射的，其中第二区域可以包括光电检测器的至少一部分，并且其中光电检测器可以被配置为检测至少一个波长或波长范围的电磁辐射。
图15示出了根据各个实施例的用于操作光谱计的方法的流程图。光谱计可以包括：第一镜单元，对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射可以是半透明的；以及第二镜单元，包括面对第一镜单元的第一区域和第二区域，其中第一区域和第二区域的至少一部分与第一镜单元隔开，其中第一区域对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射可以是至少部分反射的，其中第二区域可以包括光电检测器的至少一部分，其中光电检测器可以被配置为检测至少一个波长或波长范围的电磁辐射。
在各个方面中，方法1500可以包括：确定至少一个波长或波长范围的电磁辐射的用于分析的波长(1502)；基于所确定的用于分析的波长确定第一镜单元和第二镜单元之间的期望距离(1504)；确定第一镜单元和第二镜单元之间的当前距离(1506)；基于确定的期望距离调整第一镜单元和第二镜单元之间的距离(1508)；以及读出光电检测器的信号(1510)。
在各个实施例中，调整第一镜单元和第二镜单元之间的距离(1508)可以包括：粗调该距离以及随后细调该距离。
在各个实施例中，方法1500可进一步包括：确定至少一个波长或波长范围的电磁辐射的至少一个附加用于分析的波长；基于确定的至少一个附加波长调整第一镜单元和第二镜单元之间的距离；以及读出光电检测器的信号。基于确定的至少一个附加波长调整第一镜单元和第二镜单元之间的距离(1508)可以包括以预定步长增加距离。附加波长可以是通过预定波长范围扫描的波长的一部分。波长扫描的分辨率可通过确定步长大小来调整。预定步长大小可以基于距离和确定的用于分析的波长范围。换句话说，预定步长可以取决于第一镜单元(的可偏转部分)相对于第二镜单元的最大和最小偏转之间的差。因此，入射电磁辐射的扫描率可以较大以允许快速地生成至少一个波长或波长范围的入射电磁辐射的光谱。此外，扫描率和由光电检测器生成的信号的信噪比可以通过分箱(binning)由至少一个预定步长分离的至少两个波长的光电检测器的信号/测量值来增加。此外，至少两个连续确定的波长扫描的光谱可用于例如通过各个光谱的集成来生成光电检测器的光谱。
在各个实施例中，调整第一镜单元和第二镜单元之间的距离(1508)可以重复，直到使用关于预定步长大小的距离的递增读出用于分析的波长范围的所有信号为止。
在各个方面中，提供了一种光谱计。该光谱计包括：第一镜单元，对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射是半透明的；以及第二镜单元，包括面对第一镜单元的第一区域和第二区域，其中第一区域和第二区域的至少一部分与第一镜单元隔开，其中第一区域对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射可以是至少部分反射的，其中第二区域可包括光电检测器的至少一部分，以及其中光电检测器可被配置为检测至少一个波长或波长范围的电磁辐射。光谱计可被设计为通过在第二镜单元中包括光电检测器来减小尺寸。因此，光谱计可用于具有可用于光谱计的受限空间的应用。
在各个实施例中，第一镜单元可被形成为使得第一镜单元的至少一部分在朝向第二镜单元的方向或者远离第二镜单元的方向中的至少一个方向上可偏转。因此，第一镜单元和第二镜单元之间的距离可调。因此，可通过调整由第一和第二镜单元之间的距离引起的干涉条件来调整可确定波长。第一镜单元的可偏转部分可形成为使得第一镜单元和第二镜单元之间的距离可调。
在各个实施例中，第一镜单元可包括隔膜。因此，第一镜单元可形成为没有与隔膜并排的移动部件。因此，可以减少生成光谱的时间，并且光谱可以形成得更加稳健。第一镜单元可由隔膜形成。隔膜可以是隔板。隔膜可以形成为类似于普通的硅麦克风隔膜，例如基于其制造方法。
在各个实施例中，第一镜单元可包括至少一个弹性元件和平坦区域，其中平坦区域可通过至少一个弹性元件安装为可偏转。可偏转部分可包括基础区域和附接至基础区域的至少一个支持件。平坦区域可以是弹性元件的一部分，例如形成为悬臂的弹性元件。平坦区域可以是第一镜单元的反射部分或区域。第一镜单元可以包括例如位于两个相邻弹性元件之间的开孔。开孔可以形成第一镜单元的透明部分或区域。具有平坦区域的第一镜单元可以形成有可与第二镜单元平行的较大部分。通过弹性元件的特性来调整偏转的所需幅度。
在各个实施例中，第一区域至少部分地环绕第二区域。因此，第一区域可用于减小可暴露给入射电磁辐射的第二区域的大小。此外，环绕区域可用于沿着第二区域形成入射电磁辐射的同质干涉图案或强度分布。
在各个实施例中，第一区域可包括光电检测器的一部分。第一区域可以是光电检测器的表面或涂层。因此，第二镜单元可以易于制造。
在各个实施例中，第一镜单元可包括第一表面，以及第二镜单元可包括面对第一表面的第二表面，其中第一表面和第二表面至少部分地相互平行。因此，可以减小检测器的光谱的信号的强度。
在各个实施例中，光谱计可进一步包括位于第一镜单元和第二镜单元之间的孔710。因此，可以减小可暴露给入射电磁辐射的第二区域的大小。因此，可以增加信噪比。
在各个实施例中，光谱计可进一步包括被配置为偏转第一镜单元的可偏转部分的至少一个驱动电路。因此，可以调整电磁辐射的干扰条件和可确定波长。此外，可以调整第一镜单元关于第二镜单元的未对准。可以关于第一区域和第二区域偏转可偏转部分以调整第一镜单元和第二镜单元之间的空间。
在各个实施例中，第一镜单元可包括耦合至至少一个驱动电路的第一电极，以及第二镜单元可包括至少部分地面对第一电极且耦合至至少一个驱动电路的第二电极。
在各个实施例中，至少一个驱动电路可包括第一驱动电路和第二驱动电路，其中第一驱动电路被配置为粗调第一镜单元和第二镜单元之间的距离，以及第二驱动电路被配置为细调第一镜单元和第二镜单元之间的距离。因此，第一镜单元关于第二镜单元的对齐可以被简化并且可以使用不同的对齐速度来减少消耗的时间。此外，可以通过使用不同的用于粗调和细调的驱动电路来精确地确定较宽范围的波长。
在各个实施例中，第一镜单元可包括耦合至第一驱动电路的第一电极和耦合至第二驱动电路的第二电极，并且其中第二镜单元可包括耦合至第一驱动电路或第二驱动电路中的至少一个并且至少部分地面对第一镜单元的第一电极和第二电极中的至少一个的至少一个电极。
在各个实施例中，第二镜单元可包括耦合至第一驱动电路并且至少部分地面对第一镜单元的第一电极的第三电极以及耦合至第二驱动电路并且至少部分地面对第一镜单元的第二电极的第四电极。
在各个实施例中，第一镜单元可包括耦合至第一驱动电路或第二驱动电路中的至少一个的至少一个电极，并且第二镜单元可包括耦合至第一驱动电路的第一电极和耦合至第二驱动电路的第二电极，第一电极和第二电极至少部分地面对第一镜单元的至少一个电极。
在各个实施例中，光谱计可进一步包括确定第一镜单元和第二镜单元之间的距离的距离确定电路。距离确定电路可形成为至少部分地位于第一镜单元和第二镜单元之间。因此，可以形成紧凑的光谱计，其具有精确可调的干扰条件。
在各个实施例中，第一镜单元可包括耦合至距离确定电路的第一电容器电极，并且第二镜单元可包括至少部分地面对第一电容器电极且耦合至距离确定单元的第二电容器电极。
在各个实施例中，光谱计可包括至少一个驱动电路和距离确定电路，
其中第一镜单元可包括第一电容器电极且第二镜单元可包括第二电容器电极，其中第一电容器电极和第二电容器电极耦合至距离确定电路，并且其中第一镜单元可包括第一驱动电极且第二镜单元可包括第二驱动电极，其中第一驱动电极和第二驱动电极耦合至至少一个驱动电路。电容器电极可以是电容器的电极和驱动电路的电极的驱动电极。换句话说，光谱计可包括至少一个驱动电路和距离确定电路，其中距离确定电路可耦合至至少第一电极和第二电极，并且其中至少一个驱动电路可耦合至至少第一电极和第二电极，其中第一镜单元可包括距离确定电路和驱动电路的第一电极，并且第二镜单元可包括距离确定电路和驱动电路的第二电极。通过距离确定电路确定的距离可用于通过使用紧凑光谱计设计中的驱动电路调整距离。在第一镜单元和第二镜单元之间耦合至驱动电路和距离确定电路的电极的集成可以允许距离的精确确定和调整。
在各个实施例中，第二镜单元可包括腔和用于安装第一镜单元的第三区域。可选地或附加地，第二镜单元可以形成为腔。此外，第三区域可以是第一镜单元的一部分，例如通过使用相同块状材料整体形成第一和第二镜单元。在各个实施例中，第一镜单元和第二镜单元一片式地形成，例如整体集成。在各个实施例中，第一镜单元和第二镜单元由不同的片形成，例如不同晶圆。第一镜单元可以通过间隔件或安装件与第二镜单元连接。间隔件或安装件可以形成在第一镜单元和第二镜单元之间并且可以包括相互的物理接触。可选地，第一镜单元和第二镜单元可以相互隔开，与间隔件或安装件没有物理接触。
在各个实施例中，器件可进一步包括被配置为发射至少一个波长或波长范围的电磁辐射的至少一部分的辐射源。电磁辐射源可以用于增加光电检测器处的入射电磁辐射的强度。源可以增加可从器件外表面反射的电磁辐射的强度，其中反射的电磁辐射形成入射电磁辐射的至少一部分。
在各个方面中，可以提供一种用于制造光谱计的方法。该方法可包括：形成第一镜单元，其对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射可以是半透明的；以及形成第二镜单元，其包括面对第一镜单元的第一区域和第二区域，其中第一区域和第二区域的至少一部分与第一镜单元隔开，其中第一区域对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射可以是至少部分反射的，其中第二区域可包括光电检测器的至少一部分，并且其中光电检测器可被配置为检测至少一个波长或波长范围的电磁辐射。
在各个方面中，提供了一种用于操作光谱计的方法。光谱计可包括：第一镜单元，对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射可以是半透明的；以及第二镜单元，包括面对第一镜单元的第一区域和第二区域，其中第一区域和第二区域的至少一部分与第一镜单元隔开，其中第一区域对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射是可以至少部分反射的，其中第二区域可包括光电检测器的至少一部分，其中光电检测器可被配置为检测至少一个波长的电磁辐射，并且其中第一镜单元可以形成为使得第一镜单元的至少一部分可以在朝向第二镜单元的方向或远离第二镜单元的方向中的至少一个方向中可偏转；距离确定电路，确定第一镜单元和第二镜单元之间的距离；以及驱动电路，被配置为偏转第一镜单元的可偏转部分。该方法可以包括：确定至少一个波长或波长范围的电磁辐射的用于分析的波长；基于确定的用于分析的波长确定第一镜单元和第二镜单元之间的期望距离；使用距离确定电路确定第一镜单元和第二镜单元之间的当前距离；基于确定的期望距离使用驱动电路调整第一镜单元和第二镜单元之间的距离；以及读出光电检测器的信号。
在各个方面中，可以提供一种用于操作光谱计的方法。光谱计可包括：第一镜单元，对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射可以是半透明的；以及第二镜单元，包括面对第一镜单元的第一区域和第二区域，其中第一区域和第二区域的至少一部分与第一镜单元隔开，其中第一区域对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射是可以至少部分反射的，其中第二区域可包括光电检测器的至少一部分，其中光电检测器可被配置为检测至少一个波长或波长范围的电磁辐射。该方法可以包括确定至少一个波长或波长范围的电磁辐射的用于分析的波长；基于确定的用于分析的波长确定第一镜单元和第二镜单元之间的期望距离；确定第一镜单元和第二镜单元之间的当前距离；基于确定的期望距离调整第一镜单元和第二镜单元之间的距离；以及读出光电检测器的信号。
在方法的各个实施例中，调整第一镜单元和第二镜单元之间的距离可包括：粗调该距离以及随后细调该距离。粗调可使用第一驱动电路，并且细调可以使用第二驱动电路。此外，使用用于粗调的第一驱动电路减少了光谱计在操作期间振动的量。因此，可以增加生成光电检测器的光谱的扫描率。此外，光谱计可形成为具有更强健的光学和机械特性。
在方法的各个实施例中，该方法可进一步包括：确定至少一个波长或波长范围的电磁辐射的用于分析的至少一个附加波长；基于确定的至少一个附加波长调整第一镜单元和第二镜单元之间的距离；以及读出光电检测器的信号。
虽然参照具体实施例示出和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种形式和细节的改变。因此，通过所附权利要求来表示本发明的范围，并且所有改变均落入权利要求所要保护的含义和等效距离内。
Claims (22)
1.一种光谱计，包括：
第一镜单元，对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射是半透明的；其中所述第一镜单元由块状半透明材料形成；以及
第二镜单元，包括面对所述第一镜单元的第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域的至少一部分与所述第一镜单元隔开，其中所述第一区域对于所述至少一个波长或波长范围的电磁辐射是至少部分反射的，其中所述第二区域包括光电检测器的至少一部分，以及其中所述光电检测器被配置为检测所述至少一个波长或波长范围的电磁辐射，其中所述第一区域至少部分地环绕所述第二区域。
2.根据权利要求1所述的光谱计，
其中所述第一镜单元被形成为使得所述第一镜单元的至少一部分在朝向所述第二镜单元的方向或者远离所述第二镜单元的方向中的至少一个方向上可偏转。
3.根据权利要求1所述的光谱计，
其中所述第一镜单元包括隔膜。
4.根据权利要求1所述的光谱计，
其中所述第一镜单元包括至少一个弹性元件和平坦区域，其中所述平坦区域通过所述至少一个弹性元件安装为可偏转。
5.根据权利要求1所述的光谱计，
其中所述第一区域包括所述光电检测器的一部分。
6.根据权利要求1所述的光谱计，
其中所述第一镜单元包括第一表面，以及所述第二镜单元包括面对所述第一表面的第二表面，其中所述第一表面和所述第二表面至少部分地相互平行。
7.根据权利要求1所述的光谱计，
还包括位于所述第一镜单元和所述第二镜单元之间的孔。
8.根据权利要求2所述的光谱计，
还包括被配置为偏转所述第一镜单元的所述可偏转部分的至少一个驱动电路。
9.根据权利要求8所述的光谱计，
其中所述第一镜单元包括耦合至所述至少一个驱动电路的第一电极，以及所述第二镜单元包括至少部分地面对所述第一电极且耦合至所述至少一个驱动电路的第二电极。
10.根据权利要求8所述的光谱计，
其中所述至少一个驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路，其中所述第一驱动电路被配置为粗调所述第一镜单元和所述第二镜单元之间的距离，以及所述第二驱动电路被配置为细调所述第一镜单元和所述第二镜单元之间的距离。
11.根据权利要求10所述的光谱计，其中所述第一镜单元包括耦合至所述第一驱动电路的第一电极和耦合至所述第二驱动电路的第二电极，并且
其中所述第二镜单元包括至少一个电极，所述至少一个电极耦合至所述第一驱动电路或所述第二驱动电路中的至少一个驱动电路并且至少部分地面对所述第一镜单元的所述第一电极或所述第二电极中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的光谱计，其中所述第二镜单元包括耦合至所述第一驱动电路并且至少部分地面对所述第一镜单元的所述第一电极的第三电极以及耦合至所述第二驱动电路并且至少部分地面对所述第一镜单元的所述第二电极的第四电极。
13.根据权利要求10所述的光谱计，其中所述第一镜单元包括耦合至所述第一驱动电路或所述第二驱动电路中的至少一个驱动电路的至少一个电极，并且
其中所述第二镜单元包括耦合至所述第一驱动电路的第一电极和耦合至所述第二驱动电路的第二电极，所述第一电极和所述第二电极至少部分地面对所述第一镜单元的至少一个电极。
14.根据权利要求1所述的光谱计，
还包括确定所述第一镜单元和所述第二镜单元之间的距离的距离确定电路。
15.根据权利要求14所述的光谱计，
其中所述第一镜单元包括耦合至所述距离确定电路的第一电容器电极，并且所述第二镜单元包括至少部分地面对所述第一电容器电极且耦合至所述距离确定单元的第二电容器电极。
16.根据权利要求1所述的光谱计，
其中所述光谱计包括至少一个驱动电路和距离确定电路，
其中所述第一镜单元包括第一电容器电极且所述第二镜单元包括第二电容器电极，其中所述第一电容器电极和所述第二电容器电极耦合至所述距离确定电路，并且
其中所述第一镜单元包括第一驱动电极且所述第二镜单元包括第二驱动电极，其中所述第一驱动电极和所述第二驱动电极耦合至所述至少一个驱动电路。
17.根据权利要求1所述的光谱计，
其中所述第二镜单元包括腔和用于安装所述第一镜单元的第三区域。
18.根据权利要求1所述的光谱计，
还包括被配置为发射至少一个波长或波长范围的电磁辐射的至少一部分的辐射源。
19.一种用于制造光谱计的方法，所述方法包括：
形成第一镜单元，所述第一镜单元对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射是半透明的；其中所述第一镜单元由块状半透明材料形成；以及
形成第二镜单元，所述第二镜单元包括面对所述第一镜单元的第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域的至少一部分与所述第一镜单元隔开，所述第一区域对于所述至少一个波长或波长范围的电磁辐射是至少部分反射的，其中所述第二区域包括光电检测器的至少一部分，以及其中所述光电检测器被配置为检测所述至少一个波长或波长范围的电磁辐射，其中所述第一区域至少部分地环绕所述第二区域。
20.一种用于操作光谱计的方法，所述光谱计包括：第一镜单元，对于至少一个波长或波长范围的电磁辐射是半透明的；以及第二镜单元，包括面对所述第一镜单元的第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域的至少一部分与所述第一镜单元隔开，其中所述第一区域对于所述至少一个波长或波长范围的电磁辐射是至少部分反射的，其中所述第二区域包括光电检测器的至少一部分，其中所述光电检测器被配置为检测所述至少一个波长或波长范围的电磁辐射，其中所述第一镜单元由块状半透明材料形成，其中所述第一区域至少部分地环绕所述第二区域；
所述方法包括：
确定所述至少一个波长或波长范围的电磁辐射的用于分析的波长；
基于确定的所述用于分析的波长确定所述第一镜单元和所述第二镜单元之间的期望距离；
确定所述第一镜单元和所述第二镜单元之间的当前距离；
基于确定的所述期望距离调整所述第一镜单元和所述第二镜单元之间的距离；以及
读出所述光电检测器的信号。
21.根据权利要求20所述的方法，
其中调整所述第一镜单元和所述第二镜单元之间的距离包括：粗调所述距离以及随后细调所述距离。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括：
确定所述至少一个波长或波长范围的电磁辐射的用于分析的至少一个附加波长；
基于确定的所述至少一个附加波长调整所述第一镜单元和所述第二镜单元之间的距离；以及
读出所述光电检测器的信号。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/527,796 | 2014-10-30 | ||
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