CN107850771B - 可调微机电标准具 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一新颖的可调微机电（MEMS）标准具系统，包括：一功能层，被设计有一悬浮第一镜的悬浮结构，第一镜为标准具的孔镜，一孔镜，被结合至所述悬浮结构；以及一背面层，包括一第二镜，所述第二镜为所述标准具的后镜。所述功能层位于所述背面层的上方，且所述背面层可包括包括间隔结构，所述间隔结构从所述背面层朝着孔镜延伸，以在所述孔镜和所述后镜之间定义有一最小间隙，来避免孔镜和后镜之间的碰撞。所述标准具/镜子的宽度间的纵横比可以高的（如至少500），且镜子间的间隙/距离可以为小的，约为十几纳米（nm）。相应地，在一些实施方式中，孔镜和后镜之间的平行度可调节的，来避免与在标准具的光谱透射轮廓内的空间分异有关的像差。
Description
技术领域
本发明涉及微机电系统（MEMS）领域，尤其提供一基于光谱过滤器的可调微机电系统的新颖结构和制造技术。
参考文献
被认为与当前公开的主题相关的背景的参考文献在下面列出：
[1] A. Ya'akobovitz, S. Krylov, "Influence of Perforation onElectrostatic and Damping Forces in Thick SOI MEMS Structures," J. Micromech.Microeng. 22, pap. 115006, 2012
[2] C. G. Agudelo, M. Packirisamy, G. Zhu, L. Saydy, "Nonlinearcontrol of an electrostatic micromirror beyond pull-in with experimentalvalidation," J.MEMS 18, 914-923, 2009
[3] J. Wei "Wafer Bonding Techniques for Microsystem Packaging,"Journal of Physics: Conference Series 34 (2006) 943-948
[4] A. Engel and R. Friedrichs, "On the electromagnetic force on apolarizable body," Am. J Phys. 70, 428-432, 2002
[5] S. Schmid, C. Hierold, and A. Boisen, "Modeling the Kelvinpolarization force actuation of micro- and nanomechanical systems," Journalof Applied Physics 107, 054510, 2010
[6] H. Ræder, F. Tyholdt, W. Booij, F. Calame, N. P. østbø, R.Bredesen, K.Prume, G. Rijnders, P. Muralt, Taking piezoelectric microsystemsfrom the laboratory to production, J. Electroceram., 19, 2007, 357-362
对本文中上述参考文献的承认并不被推断为意指这些以任何方式与当前公开的主题的专利性相关。
背景技术
序列成像是颜色成像中很有前景的新兴领域，它可以利用颜色保真度和/或高光谱颜色信息来捕捉彩色图像。
WO2014/207742中描述的示例是序列成像技术示例，共同分配给本申请的受托人。
通常，序列成像使用一沿着多像素图像传感器光线放置的可调光谱过滤器。所述图像传感器被操作用于在短时间序列下获取系列图像，而所述可调光谱过滤器的光谱透射是变化的。相应地，系列图像中的每个相当于捕获场景中的不同色彩内容，捕获场景中的不同色彩内容相当于当图像被拍摄时，所述可调光谱过滤器的光谱透射状态/轮廓是设定好的。
一标准具被用于所述可调光谱过滤器。一标准具是一可调光谱过滤器，其包括两个平行镜。所述光谱透射轮廓由所述平行镜之间的间距决定；因此，调谐施加电压调整所述平行镜之间的间距，且反过来调整所述光谱透射轮廓。 通常，标准具过滤器包含两个半透明部件：如孔镜和后镜。例如，当孔镜朝着或远离所述后镜移动来改变（两镜之间的光学共振腔）距离时，后镜可以是固定的，因而调谐所述标准具的光谱透射。
发明内容
标准具被广泛用于光通信过滤、调制和/或控制光学信号的特性，如激光束，沿着光通信通道传输。而当考虑光通信时，过滤器通常被要求仅在有限的光谱带（如几纳米的光谱带）内准确且有效运行，且并不需要提供如用于序列光谱成像应用（参见WO2014/207742）的许多示例一样的具体/宽的透射轮廓。
另一方面，在序列光谱成像应用中，如标准（RGB）颜色图像获取和/或高光谱成像，不仅是所述标准具通常被要求具有宽的光谱透射轮廓和宽的自由光谱范围（其可在标准具镜子间设有一短距离），而且所述标准具可被要求横向足够宽以使得覆盖定位于标准具前方的图像传感器的整个视野。
因此，用于序列光谱颜色成像的可调标准具通常具有非常高的纵横比，所述纵横比为宽度和镜子间距之间的比值，镜子间距在镜子间极为接近下（如几十纳米）变化而可调节。
上述考虑使得传统的标准具，如用于光通信的标准具，不适合于序列光谱图像获取。这是因为传统标准具的光谱透射轮廓通常窄，且自由光谱范围小。另一方面，传统的标准具结构不适于制造可调标准具，具有相对宽的光谱透射轮廓和大的自由光谱范围，而这些是成像应用中所需的。这是因为传统结构不适合于具有标准具镜子间短间距（如，大约几十纳米）和镜子相对较大的横向宽度的标准具（如，大约毫米）。事实上，用于可调标准具的传统结构更适于制造具有有限光谱带可调谐性的标准具，由于他们的有限能力使得镜子很靠近地放置，和/或适于制造具有相对小的宽度和镜子间距之间的纵横比的标准具，或还可由于标准具镜子的不平行设置产生显著的色差（沿着标准具的横向方向传输的色度变化）。
确实，标准具的通用规则是已知的。但是，传统标准具结构有几个限制因素，其限制了序列光谱成像应用的使用。一限制因素涉及调谐范围和标准具镜子间间隙分辨率，其在传统可调标准具结构中是受限的。下面将进一步描述，这个问题通过提供新颖的驱动结构在本发明的某些实施方式下被解决。传统的标准具结构的另一限制因素是用于该标准具（驱动机制；反馈机制）中的高端驱动器昂贵且不适于大量生产。本发明的标准具而是基于MEMS，且由相对低成本进行量产制造。
关键挑战是表现于扭曲的透射光谱中的制造变化。因此，本发明可调标准具MEMS设备的实施方式，基于光电子-机械模型形成，具有预估合理的制造公差，量化了光谱扭曲并相应调整所获得的信号。
依据本发明的宽泛方面，提供一可调的微机电标准具系统，包括：
-一功能层，设计形成有一悬浮结构（如以弹簧或薄膜形式用于悬浮第一镜，所述标准具的孔镜；
-一孔镜，结合至所述悬浮结构；以及
-一背面层，包括第二镜，所述标准具的后镜。
具有结合至其上的孔镜的功能层，位于所述后镜之上，且所述背面层可包括间隔结构，所述间隔结构自所述背面层向所述孔镜方向延伸以定义一个在所述孔镜和所述后镜之间的最小间隙，并阻止两者碰撞。
在一些实施方式下，标准具/镜子的宽度和镜子间间隙/间距之间的纵横比至少为500。镜子间间隙/间距可使用静电驱动、压电驱动和/或开尔文力驱动来调整。镜子之间的最小间隙距离可最小约为几十纳米（nm）。因此，由于高纵横比小间隙，本发明一些实施方式下，上述孔镜和后镜之间的平行度应该可被调整，以避免与穿过标准具的光谱透射轮廓的空间变化相关的色彩伪像。
因此，一些实施方式下孔镜与后镜之间的位移通过静电力调整。标准具系统还包括一驱动层，位于所述功能层的上方，这样所述驱动层的一个或多个区域与所述功能层电绝缘。孔镜与后镜之间的位移，通过在所述驱动层的一个或多个区域和所述功能层之间施加电势差在两者之间产生上述静电力来调整。一些实施方式下，所述驱动层的一个或多个区域实际包括两个或多个区域，一个区域相对于另一个区域大体上电绝缘。相应地，在驱动层的两个或多个区域（如通常三个火多个区域）和所述功能层之间应用电势差，可使调整孔镜与后镜之间的平行度。
另外或此外，一些实施方式下，所述标准具系统包括开尔文电极，位于且安排于所述背面层的表面。相应地，施加电压至这些电极，使得孔镜与背面层之间产生开尔文极化力，或使得孔镜和位于与背面层相对的孔镜侧的驱动层之间产生开尔文极化力。开尔文电极的布置可被配置，使得能调整标准具的孔镜和后镜之间的间距/间隙和平行度。为了提高开尔文极化力，孔镜可包括或被结合至高k介电材料。
另外或此外，一些实施方式下，所述标准具系统包括压电驱动结构，所述压电驱动结构结合至悬浮结构，使得通过压电驱动结构施加电压变形所述悬浮结构，因而调整标准具的孔镜与后镜之间的间距，所述孔镜因此被悬浮。通过在悬浮结构的不同部分/弯曲部分/弹簧上放置几个压电驱动结构，在标准具的孔镜和后镜之间的平行度可被控制。
本发明的一些实施方式下，可调MEMS标准具系统的功能层由绝缘体上硅(SOI)晶圆结构制成。例如，所述功能层可通过SOI晶圆的盒层（BOX层）与所述标准具的驱动层绝缘。
在使用静电驱动的实施方式下，孔镜与后镜之间的位移/间隙和平行度，可通过在驱动层的两个或多个区域和所述功能层之间施加电势差来调整，所述驱动层中的区域之间通过在SOI晶圆结构中的上述处理层部分设计来使得区域彼此大体上相互绝缘，因而在孔镜与后镜之间形成静电力。
在一些实施方式下，所述可调MEMS标准具系统由玻璃硅技术（Glass-on-Silicontechnique）制造。所述功能层通过设计SOI的层由SOI晶圆结构制成；以及所述驱动层包括玻璃衬底，所述玻璃衬底具有形成在所述孔镜上方位置的腔。
本发明一些实施方式下，所述可调MEMS标准具系统被配置如一全玻璃结构。所述功能层包括一玻璃衬底，所述玻璃衬底被设计来适应/定义运载所述孔镜的悬浮结构。所述背面层包括一第二玻璃衬底，所述第二玻璃衬底附着于所述功能层的玻璃衬底。所述功能层可被设计以定义一外围框架结构，所述外围框架结构通过气密密封结合至所述第二玻璃衬底。
一些实施方式下，所述玻璃功能层是一连续层的形式，被设计具有封闭于所述外围框架区域内的薄膜区域。所述薄膜封闭孔区域定义所述孔镜（The thin membraneenclosing an aperture region defining the aperture mirror）。所述薄膜被配置如悬浮所述孔镜的弯曲部分。所述薄膜封闭孔区域还可被密封（空气/湿气），因而密封封闭在功能层和背面层之间的孔镜的空间。
另外或此外，所述玻璃功能层可包括连接所述外围框架区域和所述孔镜的压弯梁弹簧弯曲部，所述压弯梁弹簧弯曲部可包括下述至少之一：
（a）所述功能层的玻璃衬底的设计区域，使适合形成上述弹簧弯曲部；以及
（b）预加应力的聚酰亚胺，结合至所述外围框架区域。
依据本发明的另一方面，提供一成像系统，包括：一图像传感器，具有多个感光像素；以及一可调MEMS标准具系统，被依据本发明配置，以沿着朝向所述图像传感器的光传播的光路放置。
在一些实施方式下，可调MEMS标准具系统的孔镜和后镜宽度足够大，以致于干预传感器所有像素点的光路。镜子间的可调间隙距离的最小距离足够小，以提供可调MEMS标准具系统FWHM和FSM透射轮廓特性，用于实现视觉光谱范围内的三种或多种颜色的序列颜色成像。
在一些实施方式下，可调MEMS标准具系统被配置且可操作用于调整通过图像传感器，与传统RGB空间相一致的光谱内容的光。
随后，本文描述了可与成像系统（例如，序列光谱成像系统和/或高光谱成像系统）整合使用或一起使用的微机电（MEMS）标准具系统/设备的操作规则、架构和制造流程。
附图说明
为了更好地理解在此公开的主旨，并且例证其可以怎样在实际中执行，下面，参照附图，仅通过非限制例的方式对实施方式进行描述，其中：
图1示出了一可调标准具设备100，包括两大体上平行的镜子/反射面；
图2A和2B示出了依据本发明一实施方式的静电驱动的可调标准具MEMS设备；
图3A-3C示出了依据本发明一实施方式的可调MEMS标准具系统/设备,其中驱动和功能层由绝缘硅片（SOI）技术制成。
图4A-4D示出了以自我解释方式，依据本发明一实施方式的用于图3A-3C可调MEMS标准具设备的制造流程；
图5A-5C示出了依据本发明另一实施方式的可调标准具系统/设备500，其由SOI技术配置并提供在孔镜倾斜上方的静电驱动控制；
图6A-6E示出了以自我解释方式，依据本发明一实施方式的可调MEMS标准具设备/系统的侧视图，以及使用玻璃硅（SOG）技术的制造方法；
图7A-7D示出了以自我解释方式，依据本发明另一实施方式的可调MEMS标准具设备/系统的侧视图，以及使用SOG硅技术（Silicon-on-SOG technology）的制造方法；
图8A-8C示出了依据本发明一实施方式的可调MEMS标准具设备/系统，其中孔镜由开尔文力驱动；
图9A-9C示出了依据本发明两实施方式下的可调MEMS标准具设备，其中孔镜由压电驱动；
图10A-10F示出了以自我解释方式，依据本发明两实施方式下的玻璃制成的密封可调MEMS标准具设备和其制造方法；
图11A、11B示出了依据本发明某实施方式下配置的两可调MEMS标准具设备的结构；
图12为依据本发明一实施方式下配置的序列颜色成像系统的框图，并包括一依据本发明一实施方式的可调MEMS标准具设备，该设备位于一图像传感器光路上。
具体实施方式
图1示出了以自我解释方式的可调标准具设备100，其包括两个大体上平行的镜子/反射面，分别指的是本文的孔镜AM和后镜BM。所述镜子相对于另一镜子可移动的，使得两者的间隙距离在某最小gMn间隙距离和最大间隙距离gMx之间调整。
本发明某实施方式下，镜子间的最小间隙距离gMn由阻塞物限定，其阻止镜子间接触，避免接触损坏。
本发明的MEMS标准具系统/设备可被配置有适于成像应用的透射性能。为了这个目的，本发明的MEMS标准具系统/设备可被配置为一在宽光谱带上可调的宽动态过滤器（如从红外线[IR]延伸；如从近IR，NIR延伸），沿光谱的长波长边，至于光谱短波长边的紫/紫外线。本发明的MEMS标准具系统/设备还可被配置具有宽光谱透射轮廓（如，光谱透射轮廓的半峰全宽（FWHM），约为60-120nm，适于照片抓取/成像应用），并且还具有相对大的自由光谱范围，在连续的约为30nm或大于30nm的峰值之间，为此提供了好的颜色分离。
为了获得理想的用于成像应用的透射性能（光谱透射带，FWHM和FSR），本发明的MEMS标准具被配置成所述孔镜能穿越距离所述后镜gMn-gMx距离范围，其中镜子间的所述最小间隙距离gMn可以约为几十纳米（nm）或更少，且镜子间的最大间隙距离gMx可以高达2微米（如，通常gMx值约为300-400nm）。从数量级上看，所述最大间隙距离gMx比所述最小间隙距离gMn大。下述进一步描述，本发明各种实施方式下，使用不同驱动结构来支持镜子间所需小的最小间隙gMn和/或在最大和最小间隙距离之间的最大比率gMx/gMn。
孔镜和后镜的反射度和透明度，依据所述标准具的理想光谱透射性能选择，且通常在某种程度上选择半反射的。本发明一些实施方式下，所述后镜，可能还有所述孔镜，包括沉积于所述玻璃层/衬底上的三氧化钛层。本发明的某些实施方式下，所述后镜是固定的，所述孔镜被设计为朝着所述后镜和/或远离所述后镜可移动的，以此改变两个镜子间的间隙，因而调整所述标准具的光谱透射带轮廓。
值得指出的是在本发明某些是实施方式下，尤其是关于成像应用时，镜子BM和AM的横向尺寸/宽度应该足够大（如，大约为几百微米-几毫米）以使得光线通过相对宽的多像素图像传感器。另一方面，在镜子之间的最小间隙gMn应该足够小（如十几nm）以使所述标准具有理想的光谱透射性能。这导致镜子间的光学共振腔具有大纵横比（例如，横向宽度A和最小间隙距离gMn之间的比率），反过来要求镜子之间需要保持准确的角对准，以阻止/减少标准具沿着宽度/横向空间方向的彩色空间透射带的空间畸变。为了此目的，本发明多种实施方式，参照下述附图5A-5C和8A-9C描述的示例，使用多种驱动技术和制造技术，（静电和/或其他技术，以允许在镜子AM和BM之间精确设置角对准）。
为了此目的，依据本发明某宽泛的方面，提供一MEMS标准具系统/设备，其包括：
-一功能层，有一悬浮结构用于悬浮第一镜，所述标准具的孔镜；
-一孔镜，结合至所述悬浮结构；以及
-一背面层，包括第二镜，所述标准具的后镜。
所述MEMS标准具系统/设备还包括MEMS驱动机构，其结合/附着于一孔镜。所述MEMS驱动器提供在可控方式下替代所述孔镜的能力，并改变所述孔镜和所述后镜之间的间隙距离（和相应地光学共振腔），因而提供所述标准具设备可调光谱过滤功能。
本发明公开了设备的几个架构和驱动范例。在以下所有实施方式中的一共同特征是所述孔镜附着于MEMS驱动装配上。MEMS驱动器的使用使得系统的大规模建造成本低，并适合应用于消费性电子设备。
图2A和图2B示出了，以自我解释方式，依据本发明一实施方式的一静电驱动的可调标准具MEMS设备200。该实施方式的可调标准具MEMS设备200由一对紧密的间隙电极（平行电极板）操作。所述设备包括一驱动层/衬底AL，一功能层FL，所述功能层有一悬浮结构SS，所述悬浮结构SS用于悬浮一装配环/框架MF至所述孔镜AM所附着位置，以及包括一背面层BL，所述背面层BL包含标准具200的后镜BM。
具有结合至其上的孔镜AM的功能层，位于所述背面层BL上方，且所述背面层包括间隔结构（阻塞物）ST，所述间隔结构自所述背面层向所述孔镜方向延伸，阻止所述孔镜AM和所述后镜BM之间接触，并在该示例下维持镜子间预先确定的最小间隙距离gMn。
所述悬浮结构SS通常包括运载所述孔镜AM和/或所述孔镜AM的安装架/环MF的弯曲部。所述弯曲部可以为如上述功能层的一区域，其在弯曲弹簧或扭簧或这些弹簧的结合或薄环状线圈膜的形式下设计，适于运载所述孔镜。在该示例中，悬浮结构SS包括几个悬浮弹簧/弯曲部，附着安装环MF至所述功能层FL的锚。驱动衬底AL具有一使光线从其穿过而透射的腔/窗W。
本发明示例中使用了静电驱动。随后，短语静电驱动被用于指“紧密间隙”的静电驱动，通过驱动层EL/衬底AL的一个或多个区域间（如，电极）提供平行板静电力，其中功能层FL（例如，运载所述孔镜AM的装配环/框架上）中的一个或多个区域（如，电极）EL之间相互电绝缘。所述驱动层与所述功能层电绝缘，且所述电极EL可以是所述驱动和功能层本身或金属板结合于上的区域。
在该示例中，驱动层AL位于所述功能层之上，在相对的一侧设有所述背面层BL。因此，依据本发明某些实施方式，所述静电驱动通过在所述孔镜AM的装配环/框架MF的一个或多个区域与所述驱动衬底的一个或多个区域之间施加电压完成，其位于所述光学共振腔OC的相对侧，所述光学共振腔有一所述孔镜AM和所述后镜BM之间的间隙。这提供了镜子间位移的较好维持性（如比较施加在装载镜子MF和BL层之间的静电力的示例）。
如图2A所示的初始未驱动的结构，所述孔镜邻近于所述后镜BM。精确的最小间隙距离gMn由位移限制器（阻塞物）ST限定。阻塞物ST的另一功能是阻止孔镜由于外部冲击和振动引起的不理想偏移。
如图2B所示的驱动状态，所述装配环MF和孔镜AM被放置远离所述后镜BM。这通过在作为驱动电极的驱动衬底AL的一个或多个区域/电极EL和所述装配环MF的一个或多个区域之间施加电压V实现。
进一步描述参照图5A-5C，一些实施方式下，驱动层AL的一个或多个区域/电极EL包括两个或多个区域，该区域大体上彼此相互电绝缘。相应地，在驱动层AL的两个或多个区域和功能层FL之间施加电势差，来调整孔镜AM和后镜BM之间的平行度。例如，驱动层AL的两个或多个区域EL可包括至少三个区域，被安排使得所述孔镜AM和所述后镜BM之间的平行度能参照两个坐标度在二维上调整。
图3A-3C为依据本发明某实施方式下的一MEMS标准具系统/设备300的示意图，其包括驱动层AL和功能层FL，由绝缘硅（SOI）技术制造（例如,由SOI晶圆结构制成）。所述SOI晶圆结构包括：
-一处理层HANDLE，包括硅（Si）材料/衬底；
-一二氧化硅掩埋层（BOX），其是一绝缘材料（并未明确示出在图3A-3C中），在所述设备和处理层之间电绝缘；以及
-一设备层DEVICE，包括硅（Si）材料/衬底。
所述MEMS标准具的功能层FL通过设计SOI晶圆的设备层DEVICE和释放所述BOX层的某些区域而制造，以释放安装架MF和所述功能MEMS层FL的悬浮结构SS的弯曲部。
在一可能结构中，装配环MF和悬浮弹簧SS，作为易变的弯曲弹簧或扭簧实现，在SOI晶圆的设备层上制造，而所述衬底是所述晶圆的处理层。
图3A-3C实施方式中的MEMS标准具系统/设备300的某部件的结构，以自我解释的方式在图中示出（在上述图1、2A和2B中使用相同参考标号标记），且并不需要在此详细描述。
图3A示出的设备的多种应用中，运载所述孔镜的所述安装架MF由不同技术驱动，如通过静电驱动（如参照图2A-2B所描述的），和/或通过压电驱动（如参照图9A-9C所描述的），和/或通过开尔文驱动（如参照图8A-8C所描述的）。
静电驱动因其简单、低能量损耗、电极材料选择相对灵活且制造流程的宽范围兼容性而保持为MEMS设备中最广泛使用的一种技术。图3A-3C中静电驱动的可调MEMS标准具设备的示例中，MEMS标准具系统300的一驱动层AL，通过设计所述SOI晶圆的处理层HANDLE和去除所述驱动层AL和所述功能层FL之间BOX层的一些区域而制造，以将所述功能层FL的悬浮结构的弯曲部和安装架MF从所述驱动层AL上释放。所述驱动层AL位于所述功能层FL上方（参照Z轴），通过保持所述驱动层AL和所述功能层FL之间BOX层区域使得所述驱动层AL与所述功能层FL绝缘。所述驱动层AL和所述功能层FL可之后包括或作为电极，其被施加电压，以在所述安装架MF上提供静电力，用于驱动它。
静电驱动的主要挑战之一是所谓接通不稳定性的存在，其限制了电极（如在此示例下，所述功能层FL的安装架MF）向着静电极（例如，驱动层AL）方向接近的稳定偏差长度为两电极之间的三分之一初始间隙。因为序列成像应用，稳定移动的所需范围gMx大约为300-400 nm，而最小所需间隙距离（gMn十几nm）。最终，所需稳定偏差远大于1/3初始间隙，由一对靠近的间隙电极（例如通过放置在镜子间的光学共振腔OC内的电极）朝着后镜的方向直接驱动是不可行的。图2A-2B以及图3A-3C示出的可调MEMS标准具系统/设备200的静电结构通过使用附加的平面/层、所述处理层/衬底层HANDLE克服这个困难，所述处理层/衬底层HANDLE被用作为驱动层AL，作为或包括一用于将孔镜AM从后镜拉离的驱动电极，因而增加了光学共振腔的高度（The electrostatic configurations of the tunable MEMSetalon system/device 200 shown in Figs. 2A-2B and Figs. 3Error! Referencesource not found.A-3C overcome this difficulty by using an additional plane/layer, the handle/substrate layer HANDLE, which is used as the actuationlayer AL serving as or including an actuating electrode for pulling theaperture mirror AM away from the back mirror therefore increasing the heightof the optical cavity.）。为了这个目的，所述驱动层AL被用作为一电极（该电极代替所述背面层BL，被用作为传统设备下的静电电极。
因此，在本发明的静电驱动结构中，在处理层HANDLE和所述装配环/框架MF之间的初始间隙，相比于所述孔镜AM所需的最大偏差（gMx） 显著大（至少4-5倍）。因此，在gMn-gMx范围内的孔镜偏差在驱动器的稳定范围内，接通的不稳定性被消除。
可调标准具MEMS设备的可行制造流程，如图2A-3C示出的200和300，通过SOI技术以自我解释方式示出在图4A-4D中。为了清楚起见，可调MEMS设备的孔镜的静电驱动在图中示出。这些图中示出的制造流程的简单描述在下述提供：
图4A分别示出了来自是设备的功能层和驱动层以及SOI晶圆的处理层制造SOI制造流程。（a）提供的SOI晶圆包括：一硅的处理层、一BOX层以及一硅的设备层。（b）设备层（例如，通过深层离子蚀刻技术（DRIE））被设计有悬浮结构SS和安装架/环MF。（c）处理层被设计（通过DRIE）有一腔/窗W，所述腔/窗W使得光线透射通过驱动衬底AL，且所述处理层中的开孔用于设备层背面的接触板。（d）BOX层的区域被移除，用以将悬浮结构SS和安装架/环MF从驱动衬底AL上释放。
图4B示出了一制造孔镜AM的流程。（e）提供的半透明镜子（例如，具有沉积的光学二氧化钛层TiO2）暂时附着于一载体衬底。本示例的半透明镜子包括一玻璃层，所述玻璃层具有在一载体玻璃衬底顶部的涂层（例如，200mm厚度）。（f）半透明镜子（如玻璃） 被设计/切割定义为所述孔镜AM，且还可定义为侧间隔结构SR，其之后被用于间隔在所述背面层BL和所述功能层FL之间（参照图4D步骤（1））。另外或此外，现成的加工玻璃还可被用于一些示例中的孔镜。
图4C示出了所述背面层BL和后镜BM的制造流程。（g）提供一起始衬底（如，玻璃衬底/晶圆）。（h）反射层（如，二氧化钛层TiO2）放置在所述起始衬底上。（i）阻塞物ST（例如，如参照上述间隔结构/偏差限制器）放置在后镜BM（如安排在所述反射层侧边或其顶部）区域外侧的背面层BL的外围区域上。阻塞物ST可通过使用原子层沉积技术（ALD）放置，精确控制他们的厚度并之后设计为所需的尺寸。（j）起始衬底的表面在外围区域PHR处被蚀刻以减少围绕后镜BM和阻塞物ST的外围区域PHR，来定义一外围腔。所述外围腔需要提供在结合区域和镜子表面之间的高度差，且被用于在结合后在弹簧中产生小的初始预应力。另焊接材料/板SDR被沉积在所述蚀刻区域上。
图4D示出了依据本发明一实施方式的装配流程，其中图4B中被制造的孔镜AM和在图4C中被制造的背面层BL由图4A中功能性制造的双面层结合在一起，以产生一可调MEMS标准具设备如300。（k）在图4B中制造的孔镜AM的玻璃层被附着于所述功能层FL的安装架上，所述孔镜中玻璃层的载体衬底被去除。（l）背面侧金属接触板BCP被附着于所述功能层FL的背侧（如通过罩板），且所述功能层通过士兵SDR（the soldier SDR）附着于所述背面层BL。
值得注意的是，由于围绕所述后镜BM和阻塞物ST的外围区域PHR中的外围腔较低，在装配期间，定义有一外围腔，步骤（i）中，预装载悬浮结构SS（如，弹簧/膜），并被紧贴于间隔结构/阻塞物ST。相应地，在未驱动的可调标准具MEMS设备的“off”结构（如图2A示出的示例）中，悬浮结构SS的弹簧/膜触碰阻塞物ST。在所述孔镜AM和所述后镜BM之间的间隙,为最小gMn。“Z”方向中的孔镜AM的静电驱动通过将功能层FL和处理/驱动层AL，如驱动电极并连接两者之间的电势V（例如，连接电压源到接触板CP和BCP）的使用来实现。
还该被指出的是，多种技术，例如，阳极键合、直接结合、共晶接合和/或粘接技术，能被用于图4D中步骤（k）和（l）中描述的设备部件的附着和结合。具体地，尤其是在图4D的示例中，孔镜AM玻璃附着于所述安装架/环MF在（k）中通过阳极键合实现，而功能层FL与背面层BL的附着是基于共晶接合。
如上所示，对于准确的序列彩色成像应用，理想上可减少/去除所述标准具空间/横向色相差。为了此目的，要求之一是所述孔镜AM可被放置时具有相对于所述后镜BM的高水平角对准（如，平行）。这在示例中是特别明确重要的，其中纵横比（例如，在镜子横向尺寸/宽度A，和镜子间的最小间隙距离gMn之间的比例）是大的（比率大于500）。
例如，本发明某些实施方式下，设备包括制造于所述驱动层AL上的多个电极区域的布置，这样所述孔镜能被自由度（DOF）的上下角度沿着Z方向驱动，还可被倾斜（如，参照X轴和Y轴），因而具有另一角度DOF，允许在孔镜AM和后镜BM之间调整角对准。
图5A，5B，5C分别示出了依据本发明一实施方式下以自我解释方式的一可调标准具系统/设备500的侧视图和爆炸图，其由SOI技术被配置，如参照图3A-4D的示例所描述。
在此示例中，所述驱动层AL，在所述SOI晶圆的处理层上制造，通过BOX层与所述功能层相绝缘。在所述驱动层AL中，定义了多个（两个或更多个）电极区域EL，通过在所述处理层中设计部分TR由SOI晶圆的处理层制造。一个或多个电极区域（通常4个区域）通过在处理层中设计部分彼此间相互绝缘。相应地，在所述孔镜AM和所述后镜BM之间的位移间隙，和所述孔镜AM的倾斜一样，通过在驱动层AL的两个或多个电区域EL和功能层FL之间施加电势差来调节。
本发明示例中的设备依据示出在图4A-4D中基于SOI制造流程被制造。所述可调标准具系统/设备500包括多个（4个）电极区域EL，其由所述SOI晶圆的处理层制造。绝缘沟（通过深层离子蚀刻技术）被蚀刻成SOI晶圆的处理层，因而在电极EL之间提供电绝缘。蚀刻停止于所述SOI晶圆的绝缘BOX层上。相应地，所述处理层的电极区域EL电绝缘的，自电极区域通过附着于SOI晶圆的设备层后通过SOI的BOX层机械连接至所述设备层。
在此示例中，“保护环”结构GR还被制造/提供于所述SOI的处理层上。所述“保护环”结构围绕所述电极区域EL，并保护它们免受机械损害且避免在切割过程中受到来自流体的损害。所述电极使用接触板接线，类似于图4D的步骤（l）所示的背面接触板（BCP），其沉积在SOI处理层的背侧的电极区域处。
图6A示出了依据本发明另一实时方式下一可调MEMS标准具设备/系统600.如可调MEMS标准具设备500中，还如可调MEMS标准具设备/系统600中，静电驱动被用于控制所述孔镜的间隙位移（上下移动）以及倾斜，所述倾斜用于控制孔镜AM相对于后镜BM的平行度。
在此示例中，可调标准具设备使用玻璃硅（SOG）技术制造。SOG技术是一在示例[2][3]中描述的技术。
为了此目的，在此示例中，驱动层AL由玻璃衬底制造，而不是由参照图3A-5C实施方式所描述的SOI结构的处理层制造。更具体地，驱动层AL的玻璃衬底在孔镜AM上方的位置形成有一腔。一个或多个电极被放置在驱动层AL中腔的一个或多个区域内，并被配置有用于连接电势源的电连接性。所述功能层FL制造于SOI晶圆的硅设备层上，所述SOI晶圆包括一硅设备层、一BOX层和一硅处理层。所述功能层FL被设计定义有灵活的支撑结构SS，以及运载所述孔镜AM的安装架。SOI的处理层，还被设计有在其内的孔窗，允许孔镜AM和后镜BM之间有光路。SOI的处理层（及可能的BOX层）的侧边作为间隔在功能层FL和背面层BL之间的侧坡SR。
在此，两个或多个电极EL，通常4个金属板，被放置在玻璃驱动层AL（如，通过金属剥离）。接触板CP还被沉积在所述功能层FL的硅衬底上（如，通过在驱动层AL的玻璃层上制造的通道）。如图5A-5C中的实施方式，本文还在两个或多个电极EL和接触板CP之间施加电压来提供静电驱动，这能够被用于控制所述孔镜AM的间隙位移（上下移动），以及孔镜AM的倾斜。
图6B-6E以自我解释的方式示出了工艺流程示例，可被用于制造图6A示出的可调标准具MEMS设备，其中驱动电极EL沉积在一玻璃晶圆上。所述玻璃驱动层AL和所述玻璃背面层BL通过阳极键合结合至功能MEMS层FL。
依据本发明一实施方式下，可调标准具MEMS设备700的另一应用在图7A中示出。在此示例中所述可调标准具设备700实用玻璃硅（SOG）技术制造，且双阳极键合被用于将功能MEMS层FL从其上方结合至所述驱动层AL且从其下方结合至所述背面层BL。 所述驱动层AL被类似图6A由一玻璃衬底配置，配置有防止腔内的一个或多个区域中的金属电极EL，所述腔由驱动层AL的玻璃衬底制造，并被配置有用于连接电势源的电连接性。
所述功能层FL制造在一SOI晶圆的硅设备层上。所述功能层FL被设计为定义灵活的支持结构SS以及放置孔镜AM的安装架MF（例如，通过拾取和放置技术）。所述安装架MF（硅材料）作为一功能层FL的电机。相应地，所述孔镜AM倾斜和在孔镜AM和后镜之间的间隙，通过在功能层FL和一个或多个区域/电极EL之间施加电压差来调整。
SOI的处理层（及可能的BOX层）被去除（例如，通过磨碎、蚀刻和/或化学机械抛光）。所述功能层FL和所述背面层BL由玻璃间隔结构（侧间隔结构）SR将彼此间隔开，所述玻璃间隔结构通过阳极键合结合至所述功能层FL，在所述玻璃背面层BL和所述功能层FL之间。所述玻璃驱动层AL和功能层FL通过阳极键合结合在一起。图7B-7E以自我解释方式示出了工艺流程的一示例，能被使用制造图7A示出的可调标准具MEMS设备700。
值得注意的图6A和图7A示出的可调标准具MEMS设备的结构与水平面密封和包装相适应。换句话说，设备层（如，驱动层AL，功能层FL，和背面层BL）能被结合在所述晶圆层，这样结合定义了一密封体积，其中设备（如功能层FL）的移动部分被限制。在示例中这些可调标准具MEMS设备被密封，通过玻璃通道，应该被制造提供位于在密封体积内的电极和外部接触板之间的一电接触）。
参照上述图4A-7E描述的可调标准具MEMS设备的实施方式，是基于在平行板电极之间使用静电驱动，所述平行板电极位于设备的驱动层AL的区域和安装架MF上。如上所述，这些事实方式的共同特征是平行板静电驱动未被配置作用在功能MEMS层FL的安装架MF（其上设有孔镜AM）和背面层BL（其上设有后镜BM）之间，而是平行板电极EL被安置在另一层驱动层AL上，所述驱动层AL相对于安装架MF位于背面层BL的相对侧。这使得镜子AM和BM之间具有最小的间隙距离gMn，其相比平行板电极放置在标准具两镜子平面上的其他示例的间隙距离更小。在所有实施方式下中，阻塞物ST被放置在背面层BL上，运载具有孔镜AM的安装架MF的悬浮结构SS被配置成在未驱动状态下，安装架MF和/或孔镜AM接触阻塞物ST，并因此放置在离后镜BM的最小间隙距离gMn。
基于在孔镜AM上应用平行板静电力的设备设计的主要困难之一，涉及事实是所述孔镜AM由介电层制成。为了静电绝缘，一导电结构/部件（例如，如导电安装架MF和/或一导电层（如金属）可被沉积在孔镜AM中），应该被结合至所述孔镜AM。此外，该层可被连接至电压源，对于一移动的孔镜而言是具有挑战的。这通过安排所述孔镜在一安装架上，在上述描述的实施方式所解决，所述安装架在SOI晶圆的硅层（设备层）内。
驱动所述孔镜AM的另一方式，在本发明中使用，是通过使用开尔文极化力（例如，参考[4] [5]和其内的参考文献）。所述开尔文极化力，作用在电介质体上，如玻璃制成的孔镜AM，可被用于孔镜AM的直接驱动，而消除结合至孔镜上的其他导电结构的需要。
开尔文极化力是一静电力，作用在电介质体上，位于非均匀的电场范围内。所述开尔文极化力施加在电介质体上，沿着电场梯度的方向（从低电场到高电场的方向）。
使用开尔文极化力用于驱动孔镜的一优势涉及所述事实：不同于平行板静电驱动，电介质体和电极之间的接触并不会导致短路。开尔文力能通过合适安置电极在宽范围内调整。此外，这较少产生接通不稳定性，且能够提供更大稳定位移范围，通过合适设计电极结构。相应地，用于在孔镜上施加开尔文极化力的电极可被放置在背面层BL上（例如，在后镜BM上或围绕其），或者在背面驱动层上。
一本发明可调标准具MEMS设备800的实施方式，在图8A-8C中以自我解释的方式示出，其中孔镜由开尔文极化力驱动。
通常，图8A-8C示出了驱动孔镜AM的规则，其通过使用开尔文力电极设置在平行于孔镜AM的一平面（诸如背面层BL的平面）上，所述平面可为介电的。这些规则在下述被详细描述。在这个连接中，可以理解本领域技术人员能容易明白如何将该开尔文力电极KFL设置在与孔镜AM平行的平面上，在上述图3A-7E描述的可调标准具MEMS设备中的任何一个，通过开尔文力使得孔镜AM驱动。
目前转到图8A，示出了将开尔文力电极设置在一平面上（此示例中为背面层BL）。
在开尔文驱动方法的框架中，没有电极/导电部分需要被结合（如，沉积）于所述孔镜AM。相反，电极布置KFL包括多对电极，沉积在于所述孔镜AM上大体平行的平面上。每对的两个电极连接有两个不同电压。图解视图在图8B中示出。多个分段形成的电极被沉积于所述孔镜下方。在每两个邻近电极之间提供电压差。开尔文力在朝着衬底的方向作用，且与孔镜AM材料的介电常数和电压的平方呈正比。
在一些实施方式下，为了增加开尔文力，驱动（移动）部分（例如，结合至其上的孔镜AM和/或部件，诸如悬浮结构SS）可通过一具有高介电常数的材料（所谓高K电介质）的层覆盖。例如，所述孔镜可被结合至/覆盖有下述材料中的任意：如二氧化铪（k=25），二氧化钛（k=50）或PbMgNbO3+PbTiO3 (k=22,000)。高K电介质的使用增大了开尔文力，其与介电常数的值成正比。我们强调当高k电介质沉积需要一额外处理步骤时，有利于消除将移动部分连接到电压源的需要。
这里有使用开尔文力方法的几个优势。其一，涉及可能由孔镜AM和电极（在此示例下，孔镜为介电的）之间的接触造成的短路的消除。在一些实施方式中，自开尔文力作用在孔镜的电介质上，无需使用一大的安装架MF（因为不需要额外的电极区域）。
注意到这个方法能被用于孔镜朝着后镜或向上的方向驱动。为了控制所述镜子的倾斜DOF，多组电极可被细分为三个或多个分段形成的部分（参照图8C），其中每个部分各自连接电压源。
除了由静电平行板电极和开尔文力电极驱动外，孔镜AM的另一可能驱动结构可基于压电驱动。基于此考虑，可理解注意参照图3A-7E描述的实施方式下可调标准具MEMS设备的驱动也可采用压电层实现。这些利用压电驱动实现的实施方式的示例下，这些实施方式中图4A-7E示出的驱动层AL变得不必要且可被去除。
例如，图9A和9B为示出依据本发明实施方式可调标准具MEMS设备900A和900B的侧视图，其中采用压电驱动。在这些示例中，设备900A和900B包括功能层FL和背面层BL，它们被配置为与参照上述图4A-7E描述的设备400,500,600和700的功能层FL和背面层BL相似。但是，在此示例中，具有电极EL的一驱动层AL并不需要，因此并未在这些附图中示出。相反，压电驱动器PZA（在本文中也指压电驱动结构）被结合至所述支持结构SS的弯曲部FLX。在这个示例中，压电驱动器PZA分别以双层压电片的结构结合于弯曲部FLX，这样施加电压到压电材料，缩小和/或提取压电材料，因而弯曲所述弯曲部（扭曲所述悬浮结构）并驱动所述孔镜AM朝着和/或远离所述后镜BM驱动。
示例设备900A和900B是相似的，除了在设备900A中的弯曲部FLX是弹簧/弯曲束形式（参见图9C中设备900A的功能性MEMS层FL的自我解释图解），其中设备900B中的弯曲部FLX是围绕安装架MF的膜形式。弹簧/弯曲束类型的弯曲部在明显相对低的刚度下是有利的，且由相对低的电压驱动。此外，束类型结构的使用使得设备占地面积较小。在其他方面，当基于膜结构更坚硬，且对于可接受占地面积所需更大电压时，该结构具有一优势：相同结构可被同时使用，如一悬浮结构及如一密封层。
注意的是，用于压电驱动的材料在此示例中，是锆钛酸铅，也指PZT。所述材料可被沉积在硅或玻璃材料衬底/晶圆的顶部（例如通过溶胶凝胶沉积或RF溅射和通过脉冲激光器的溅射[6]）。PZT放置在两电极EP之间，允许在其上施加电压。其他压电材料为能够作为压电驱动器在本发明MEMS设备的多个实施方式下使用的材料，可包括示例氧化锌和/或氮化铝。
上述描述的压电驱动技术的一优势是，压电驱动层/材料的电接触位于可调标准具MEMS设备的顶部（在功能层的上方）。这个简化了设备的包装，允许简单地将设备连接到电压源，而无需以通过孔的方式连接。
这该注意的是上述参照图8A-9C描述的驱动开尔文力合压电驱动技术，还可在示例中描述，这些示例中的可调MEMS标准具的功能MEMS层FL由绝缘材料制成，如玻璃。
图10A和10B依据本发明两实施方式，分别示出了一可调MEMS标准具设备1000A和1000B两示例，其中它们的层是全部由玻璃制成。如图10A和10B示出的一整体玻璃的可调MEMS标准具设备的优点是，层之间具有低的或无热失陪。这为多种温度条件下提供了准确且可靠的运行。的确玻璃层不能在直接简单的方式下被静电驱动。但是，正如参照图8A-8C，和9A-9C所示，开尔文驱动或压电驱动能被用于功能MEMS层FL的驱动，该层由在这些示例中的玻璃功能层FL的介电材料制成。
在设备中，1000A和1000B功能层包括一玻璃衬底，其被设计为适应/限定安装架MF，悬浮结构SS（即弯曲部FLX）和孔镜AM。所述背面层BL还包括或由玻璃衬底形成。
在目前的示例中，背面层BL的玻璃衬底通过密封材料被附着于功能层FL的玻璃衬底，该密封材料提供有真空（气密的）密封，和/或设备内部的防潮密封和/或防污密封。为了此目的，在许多示例中的设备被配置为真空密封。在其他示例中设备不在真空下操作，但是被进行防潮密封和/或其他防污密封等等，所述功能层被湿气再次保护来预防收缩，灰尘和其他污染物陷入小腔内并防止机械移动。
另外理解，其他替代密封材料的结合技术可被采用来将背面层BL附着于功能层FL。
值得注意的是图10A和10B中全部玻璃的可调MEMS标准具设备的具体示例1000A和1000B中，弯曲部FLX是具有小厚度t的膜类型弹簧，其完全围绕并将孔镜AM连接至安装架MF。
一具有膜类型弹簧的全部玻璃设备的主要优势之一是，该设备能在晶圆水平下（真空）密封（因此消除了进一步的包装需要）。图10C示出了设备1000A和1000B的功能层FL的顶视图，其提供如此密封。所述功能层FL是以一连续的片/层的形式，其被设计有封闭的薄膜区域SS，在框架MF的外围区域内，并封闭一孔区域，在所述孔区域的孔镜AM悬浮AM。所述薄膜可以是气密的且可密封一封闭功能层和背面层之间孔镜的空间。
基于这个考虑，其被理解所述晶圆层密封还可在本发明的可调MEMS标准具设备的实施方式300,500,600,700和800中实现，其中所述功能MEMS层FL由硅（Si）制成。为了获得这个，这些设备的支持结构SS的弯曲部（弹簧），可以如膜类型弹簧被配置（例如，以连接在安装架MF和孔镜AM之间各方面的连续层/片的形式）。
如图10A所示，在设备1000A中的压电驱动器PZA（例如，如参照图9A-9C所描述的驱动器）被用于驱动膜类型弯曲部FLX类型。在此示例下，当弯曲部FLX为膜类型时，功能层被结合至背面层，这样所述孔镜AM从膜弯曲部FLX向着后镜BM延伸。所述压电驱动器PZA被结合至在所述延伸部的对侧的膜弯曲部FLX的表面，这样通过驱动器的压电材料（如PZT）的电压施加使得所述膜变形，并调整所述标准具的孔镜AM和所述后镜BM之间的间隙距离。
在图10B示出的设备1000B中，开尔文极化力/电极KFL（如，诸如参照图8A-8C所描述的），被用于驱动膜类型弯曲部类型FLX。在此示例中，所述功能层FL被结合至所述背面层BL，这样孔镜AM从膜弯曲部FLX沿着与背面层BL相反的方向延伸。开尔文极化力/电极KFL的设置是位于背面层BL的表面上，这样连接电极KFL至合适的电压，将开尔文极化力施加在所述功能层FL和所述背面层BL的连续表面上来调整在所述孔镜AM和所述后镜BM之间的间距。注意开尔文极化力的电极还能位于所述孔镜的相对侧，并沿远离所述背面板的方向驱动它。
图10D以自我解释的方式示出了图10A和图10B所示的制造一可调标准具MEMS设备的流程1000D。步骤（4）具体涉及如设备1000A中的压电驱动制造。
可以理解的是全部玻璃制成的可调标准具MEMS设备，还能由悬浮结构SS的弯曲部FLX实现，该结构如弯曲束弹簧实施（例如，悬浮结构SS具有与图3B中示出的形状类似，但由玻璃材料制成）。功能膜层FL在此方式下被配置，并在图10E中以自我解释的方式图解示出。图10F是以自我解释方式解释说明如图10A和图10B所示的可调标准具MEMS设备的制造流程的流程图，但该设备具有按照弯曲束弹簧实施的悬浮结构SS的弯曲部FLX。
本文需注意的是，示例中镜子间的腔密封之后需要一帽晶圆层CAP，其被用于从上方结合至功能层。这作为示例在步骤（4）中示出。
需要注意的是，弯曲束弯曲部的某实施制造（如图10F的操作（2））可以更简单且更少挑战，之后膜类型弹簧的制造（如图10D的操作（2））。这是因为前者玻璃加工的示例是通过整个玻璃厚度，并无机械或蚀刻深度的控制是有必要的（膜厚度的控制）。
图11A和11B以自我解释的方式，示出了依据本发明另一实施方式配置的可调MEMS标准具设备1100A和1100B的结构。该设备1100A和1100B由玻璃层（背面层、功能层、还可能有由玻璃制成的帽层）制成。在此示例中，功能层的悬浮结构SS包括由聚合材料（如，预压的聚合材料）制成的弹簧弯曲部，所述弹簧弯曲部被结合于所述功能层FL和所述孔镜AM之间。在整个具体示例中，弹簧弯曲部由形如膜类型弹簧的预压聚酰亚胺制成。在设备1100A中的功能层FL在其上面由帽层CAP覆盖，通过在帽层CAP中的静电电极EL来实现驱动。
图11A和11B以自我解释方式，依据本发明的另一实施方式下配置的可调MEMS标准具设备1100A和1100B的结构。设备1100A和1100B由玻璃层（背面层、功能层、和可能的由玻璃制成的帽层）制成。在此示例中，功能层的悬浮结构SS包括由聚合材料（例如，预压聚酰亚胺材料）制成的弹簧弯曲部，所述弯曲部被结合至所述功能层FL和所述孔镜AM之间。在此具体示例中，所述弹簧弯曲部由形如膜类型弹簧的预压聚酰亚胺制成。设备1100A中的功能层FL在其上面通过帽层CAP覆盖，并通过帽层CAP中的静电电极EL实现驱动。设备1100B中的驱动通过将开尔文力电极设置在背面层BL上实现。
设备1100A和1100B的结构的一优点是，由于具有预制造嵌入的导电层的架子上的聚酰亚胺弯曲的可用性，可在非常低成本和制造性下制造。
目前参照图12所示的图解，在框图中，示出了依据本发明实施方式配置的一序列成像系统1200。系统1200包括一图像传感器130（如多像素的单色传感器），以及依据上述本发明配置的可调MEMS标准具设备120。可调MEMS标准具设备120用作为可调光谱过滤器120，并放置在朝着传感器130的光线传播的通常光路中（例如，图中交叉Z轴）。可选地，一光学系统140（例如，成像透镜）还被放置在传感器130的光路中。
颜色图像获取还可通过专利申请公开WO2014/207742中所述示例的相似方式的设备1200实现，该申请被分配给本申请的受托人，其通过参考结合引用于文本。本发明实施方式的可调MEMS标准具设备120,其被用在成像系统1200中，被配置提供一光谱过滤轮廓，适用于具有高彩色保真度的序列颜色成像。
更具体地，依据本发明的多个实施方式，所述标准具120的后镜BM和孔镜AM的材料以及所述后镜BM和孔镜AM之间的可调间距/间隙被配置成这样，所述标准具120的光谱过滤轮廓在可视的光谱范围内和可能的适于颜色图像成像的IR/近IR条件内可调（例如，相应的RGB空间或高光谱颜色空间的颜色）。而且所述标准具120的孔镜AM和后镜BM，以及两镜之间的可调间距/间隙可配置如此：标准具的透射轮廓性能（如FWHM和FSM）还可适用于序列颜色成像。例如，孔镜AM和后镜BM的材料，和两镜间的可调间距/间隙可被选择，这样标准具的光谱透射轮廓的FWHM足够宽来匹配传统的RGB空间的FWHM颜色，且在光谱透射轮廓的FWHM中连续透射峰值之间的FSR足够大，以避免颜色混合（避免同步透射至不同颜色/光谱条件下的传感器，其中传感器对这些颜色/光谱敏感）。进一步，所述标准具120可相对横向宽（相对于镜子间的间隙），这样足够宽来干预光学系统140和传感器130所有像素之间的光路，且其他方面，镜子间的间隙足够小来提供标准具120理想的光谱透射性能和可调整性。这是通过使用依据本发明所描述的一个或多个上述实施方式中可调MEMS标准具设备实现。
系统1200还可选择性地包括一控制系统（控制器）110，电连接至所述图像传感器130和所述可调MEMS标准具设备120，并被配置且可操作用于捕获颜色图像，所述图像捕获通过相对于与传感器不同的颜色（不同光谱轮廓）的单色架的序列获取。例如，所述控制器110可适于建立/捕获彩色图像，通过有序操作可调MEMS标准具设备120，用于由三个或多个不同光谱过滤曲线/轮廓有序过滤其上的入射光，并操作传感器130用于获取分别由三个或多个光谱曲线过滤光线中的三个或多个图像（单色图像/框架）。所述可调光谱过滤器120被操作来在相应的时间间隙期间内维持每个光谱过滤曲线，期间所述传感器130被操作在适用于这些时间间隙的相应光积分时间，用于获取相应的单色图像。相应地，每个捕获的单色图像相当于由不同各自光谱过滤曲线过滤的光线，在预确定的光积分时间期间由传感器130捕获。所述控制器被配置用于接收并处理读出数据，所述读出数据表明来自传感器的三个或多个单色图像，并被配置产生表明彩色图像的数据（例如，图像包括在图像的每个像素下的至少三个颜色的光照强度的信息）。
Claims (20)
1.一可调微机电标准具系统，包括：
-一功能层，被设计有一用于悬浮第一镜的悬浮结构，第一镜为所述标准具系统的孔镜；
-所述孔镜，该孔镜被结合至所述悬浮结构；以及
-一背面层，包括一第二镜，所述第二镜为所述标准具系统的后镜，
其中所述功能层被设计有外围框架区域，其通过气密而结合至所述背面层，
该可调微机电标准具系统还包括一第三玻璃衬底，该第三玻璃衬底用作为一帽板，并通过气密从上方被结合至所述外围框架区域，因而密封封闭在所述帽板和所述背面层之间的所述孔镜的空间，
其中在所述孔镜和所述后镜之间的位移通过静电力调节；且其中所述帽板被用作驱动层放置，且包括位于其一个或多个区域上并与所述功能层电绝缘的一个或多个电极；所述孔镜和所述后镜之间的所述位移通过在驱动层的一个或多个区域和所述悬浮结构相关的导电电极之间施加电势差来调节。
2.根据权利要求1所述的可调微机电标准具系统，其中具有结合孔镜至其上的功能层位于所述背面层的上方，且所述背面层包括间隔结构，所述间隔结构从所述背面层朝着孔镜延伸，以避免孔镜和后镜之间的碰撞。
3.根据权利要求1或2所述的可调微机电标准具系统，其中所述后镜包括沉积在所述背面层的玻璃衬底的区域上的二氧化钛。
4.根据权利要求1或2所述的可调微机电标准具系统，其中所述悬浮结构包括一运载所述孔镜的弯曲部；所述弯曲部包括所述功能层区域，该区域设计为形如弹簧或薄环状薄膜形式来运载所述孔镜。
5.根据权利要求1所述的可调微机电标准具系统，其中所述驱动层的所述一个或多个区域包括彼此大体上相互电绝缘的两个或更多个区域，这样在所述驱动层的两个或更多个区域和所述功能层之间应用不同电势，能够调节所述孔镜和所述后镜间的平行度。
6.根据权利要求5所述的可调微机电标准具系统，其中所述两个或更多个区域包括至少三个区域，允许绕两轴调节所述孔镜和所述后镜间的平行度。
7.根据权利要求1所述的可调微机电标准具系统，其中所述功能层由绝缘硅(SOI)晶圆结构制造，该晶圆结构包括：
-一处理层，其包括硅(Si)材料；
-一盒层，其包括绝缘材料；以及
-一设备层，其包括硅(Si)材料。
8.根据权利要求7所述的可调微机电标准具系统，其中所述驱动层被设计有位于所述孔镜上方的孔窗，允许光路通过孔窗到所述孔镜。
9.根据权利要求7所述的可调微机电标准具系统，其中所述孔镜通过下述制造：
-设计一玻璃在衬底晶圆上包括一玻璃层和一运载层，来限定所述孔镜在所述玻璃层中；
-将在衬底/载体上的设计玻璃附着至所述功能层，这样限定在所述玻璃层内的所述孔镜被附着于所述功能层的悬浮结构；以及
-去除在衬底晶圆上的玻璃运载层。
10.根据权利要求7所述的可调微机电标准具系统，其中所述孔镜包括一通过捡起定位技术结合至所述悬浮结构镜元件。
11.根据权利要求1所述的可调微机电标准具系统，其中所述功能层为连续层的形式，该连续层被设计具有封闭于所述外围框架区域内的薄膜区域，该薄膜区域封闭定义由此被悬浮的所述孔镜的孔区域，其中所述薄膜被配置为悬浮所述孔镜的悬浮结构的弯曲部，且为密封的并密封一封闭在功能层和背面层之间的孔镜的空间。
12.根据权利要求1所述的可调微机电标准具系统，其中所述功能层包括结合所述外围框架区域的压弯梁弹簧弯曲部，和所述孔镜；其中所述压弯梁弹簧弯曲部包括下述的至少之一：
所述功能层的玻璃衬底的设计区域，其成形以形成所述弹簧弯曲部；以及
结合至所述外围框架区域的预压聚酰亚胺。
13.一可调微机电标准具系统包括：
-一功能层，被设计有一用于悬浮第一镜的悬浮结构，第一镜为所述标准具系统的孔镜；
-一所述孔镜，该孔镜被结合至所述悬浮结构；以及
-一背面层，包括一第二镜，所述第二镜为所述标准具系统的后镜，
其中所述功能层被设计有外围框架区域，其通过气密结合至所述背面层，
其中所述功能层为连续层的形式，该连续层被设计具有封闭于所述外围框架区域内的薄膜区域，该薄膜区域封闭定义由此悬浮所述孔镜的孔区域，其中所述薄膜被配置为悬浮所述孔镜的悬浮结构的弯曲部，且为密封的并密封一封闭在所述功能层和所述背面层之间的孔镜的空间，
其中所述功能层被结合至所述背面层，这样所述孔区域从所述膜区域朝着所述后镜延伸；以及其中压电驱动结构结合至在所述延伸部分相对侧的膜区域的表面，这样通过压电驱动结构的电压应用可使膜区域变形，因而调节在标准具系统中通过其悬浮的孔镜和所述后镜之间的间距。
14.根据权利要求13所述的可调微机电标准具系统，其中，压电驱动结构被结合至所述弯曲部，这样通过压电驱动结构的电压应用使得弯曲部变形，因而调节标准具系统的由此悬浮的孔镜和所述后镜之间的间距。
15.一可调微机电标准具系统包括：
-一功能层，被设计有一用于悬浮第一镜的悬浮结构，第一镜为所述标准具系统的孔镜；
-一所述孔镜，该孔镜被结合至所述悬浮结构；以及
-一背面层，包括一第二镜，所述第二镜为所述标准具系统的后镜，
其中所述功能层被设计有外围框架区域，其通过气密结合至所述背面层，
其中所述功能层为连续层的形式，该连续层被设计具有封闭于所述外围框架区域内的薄膜区域，该薄膜区域封闭定义由此悬浮所述孔镜的孔区域，其中所述薄膜被配置为悬浮所述孔镜的悬浮结构，且为密封的并密封一封闭在所述功能层和所述背面层之间的孔镜的空间，
所述可调微机电标准具系统还包括开尔文电极，并且所述功能层结合至所述背面层，这样所述孔区域沿着与所述背面层相反的方向从所述膜区域延伸；以及其中所述开尔文电极位于并安置在所述背面层的表面，这样施加电压在所述背面层的表面在所述孔镜和所述背面层之间产生开尔文极化力，因而调节所述标准具系统的孔镜和后镜之间的距离。
16.一成像系统，包括：
一图像传感器，包括多个光敏感像素；以及
一依据权利要求1至15中任一项的可调微机电标准具系统，朝着所述图像传感器沿光传播的光路放置。
17.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述可调微机电标准具系统的孔镜和后镜的宽度足够大，使得干预所有像素传感器的光路，且其中在孔镜和后镜之间的可调间隙间距的最小距离足够小来提供可调微机电标准具系统的FWHM和FSM透射轮廓性能，用于实现在可视光谱条件下的三个或多个颜色的序列颜色成像。
18.根据权利要求17所述的成像系统，其中在宽度和最小间距之间的纵横比至少为500。
19.根据权利要求17或18所述的成像系统，其中所述可调微机电标准具系统被配置且可操作用于调整通过图像传感器，与传统RGB空间相一致的光谱内容的光。
20.根据权利要求16或17所述的成像系统，包括一电连接至图像传感器和可调微机电标准具系统的控制系统，并被配置和操作实现下述：
-操作可调微机电标准具系统，用于利用三个或多个不同光谱过滤曲线/轮廓有序过滤在其上的入射光；
-操作图像传感器，用于获取分别通过三个或多个光谱曲线过滤的光线中三个或多个图像；以及
-接受表明来自图像传感器的三个或多个图像读出数据；以及
-处理三个或多个图像的读出数据，以产生表明彩色图像的数据。
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