CN110383138B - 可调谐标准具设备和成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可调谐标准具设备和成像设备。可调谐MEMS标准具设备包括：前镜和后镜，前镜和后镜在初始预应力未致动标准具状态下通过间隙分开，间隙具有由后挡块结构确定的预应力未致动间隙尺寸，其中后挡块与前镜和后镜物理接触，标准具结构被配置为至少呈现一个致动状态，致动状态下间隙具有大于预应力未致动间隙尺寸的致动间隙尺寸间隙；锚结构，框架结构，框架结构在面对入射光的第一表面处固定连接到前镜，以及附接到锚结构和框架结构但未附接到前镜的挠曲结构，以及将锚结构从后镜分离的间隔结构，其中前镜和间隔结构形成在同一单层玻璃层中。

Description

可调谐标准具设备和成像设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年11月20日提交的标题相同的美国临时专利申请序列号62/424,472的优先权。上述申请的全部公开的内容通过引用结合在此。
技术领域
当前公开的主题一般涉及微机电系统(MEMS)，更具体地涉及基于可调谐MEMS的光谱滤波器。
背景技术
被认为与当前公开主题相关的参考文献如下：
[1]A.Ya'akobovitz,S.Krylov,"Influence of Perforation on Electrostaticand Damping Forces in Thick SOI MEMS Structures,"J.Micromech.Microeng.22,pap.115006,2012.
[2]C.G.Agudelo,M.Packirisamy,G.Zhu,L.Saydy,"Nonlinear control of anelectrostatic micromirror beyond pull-in with experimental validation,"J.MEMS18,914-923,2009.
[3]J.Wei"Wafer Bonding Techniques for Microsystem Packaging,"Journalof Physics:Conference Series 34(2006)943-948
这里对上述参考文献的确认不应被推断为这些与当前公开的主题的可专利性有任何关联。
背景
彩色成像通常以应用于数码相机熟知，此类数码相机具有滤色器阵列(CFA)的像素图像传感器，例如拜耳型CFA。最近，已经提出使用顺序成像进行彩色成像的系统和方法，参见例如，共同转让的国际专利申请公开文本WO2014/207742。这样的系统和方法允许捕获具有改进的色彩保真度和/或具有超光谱颜色信息的彩色图像。
通常，顺序成像利用沿着相机图像传感器的视线放置的可调谐光谱滤波器。在改变可调谐光谱滤波器的光谱透射的同时，操作图像传感器在短时间序列中获取一系列图像。因此，根据拍摄相应图像时滤波器组的光谱透射的状态/分布，该系列的每个图像对应捕获的场景的不同颜色内容。
可用于如上所述的顺序成像的可调谐光谱滤波器的示例是标准具。标准具包括两个平行的镜子。光谱透射分布由反射镜之间的间隙决定。施加调谐电压给标准具来调谐镜子之间的间隙(提供所谓的“光学腔”)，并且反过来调谐光谱透射分布，例如，两个镜子可以是半透明前镜和半透明后镜。在一些示例中，例如，后镜可以是静止的，而前镜可以朝向/远离后镜移动，从而改变前后镜之间的距离(光学腔)，以此调谐光谱透射分布。
标准具广泛应用在光通信中来过滤、调制和/或控制诸如激光光束，沿着光通信信道传递的信号的光信号的特性。然而，当考虑光通信时，通常要求滤波器仅在有限的光谱带(例如几纳米)内准确有效地操作，并且不需要提供特定/宽的透射分布，而在大多数情况下，顺序光谱成像应用(参考详见WO2014/207742)需要特定/宽的透射分布。
发明内容
在一些成像应用中，例如，在常规(例如RGB)彩色图像数据采集，IR图像数据采集和/或高光谱成像中，通常标准具不仅需要具有宽光谱透射分布和宽自由光谱范围(可以在标准具镜子之间实行短距离)，而且标准具也需要横向足够宽以覆盖在图像传感器前面定位的整个视场。
因此，通常用于顺序光谱彩色成像的可调谐标准具在标准具的宽度和镜子之间的距离之间要具有很高的比例。
虽然标准具操作的一般原理众所周知，但是限制传统标准具设备的若干因素阻碍了它们在顺序光谱成像中的应用。例如其中一个因素，涉及标准具镜子之间距离的调谐范围和分辨率，这在传统的可调谐标准具配置中受到限制。如下面详细描述的，通过提供新颖的标准具设备，在本文公开的某些示例中解决了该问题。限制传统标准具配置的另一个因素是在这种标准具中使用的高端致动器(致动机构和/或反馈机构)，价格昂贵而且不适于大规模生产。相反，本文公开的基于MEMS的标准具可以以相对低的成本批量生产。
一个挑战是将以失真的透射光谱表示的制造差异。因此，本文公开的可调谐标准具MEMS设备的设计是基于光机械模型开发的，该光机械模型估计合理的制造公差，量化光谱失真并相应地校准所采集的信号。
在本文公开的一些示例中，使用静电致动，可以通过在致动层上形成的两个或更多个电极区域之间施加电势差来调节前镜和后镜之间的位移/间隙和平行度(包括，例如，承载致动机构的致动基板，致动基板是功能性机械层的一部分)，它们基本上彼此电绝缘，而且，在功能性机械层上形成的近似平行的一组电极，在它们之间产生静电力。这里将功能层视为在施加致动力时经历位移的层。
在示例中，电极形成在绝缘体上硅(SOI)晶片的处理层中，它们可以通过层中的沟槽彼此电绝缘。
本文公开的实施例演示了几种可调谐的MEMS标准具架构和致动范例。所有实施例中的共同特征是(两个镜子中的一个面向入射光的)前镜附接到MEMS功能机械层。MEMS致动器的使用允许所提出的低成本标准具的大规模制备，并使它们适合在消费电子设备中实现。根据一些示例，前镜与功能性机械层的附接通过本领域已知的拾取和放置技术来完成。
除了上述特征之外，根据本公开主题的方面的方法可任选地包括以下列出的特征(i)至(xix)中的一个或多个，以任何技术上可能的组合或置换：
根据当前公开的主题的一个示例，提供了一种可调谐标准具设备，包括前镜和后镜，在初始未致动标准具状态下，前镜和后镜以一个间隙分开，该间隙具有预应力未致动间隙尺寸。标准具被配置为至少呈现一个致动状态，致动状态下间隙具有大于预应力未致动间隙尺寸的致动间隙尺寸。
除了上述特征之外，在一些示例中，当前公开的主题还可以包括以下列出的特征(i)至(xxxiv)中的一个或多个，以及任何技术上可能的组合或置换：
i).其中，预应力未致动间隙尺寸由与前后镜的物理接触的后挡块结构确定。
ii).其中，后挡块结构可以在任一镜子上形成。
iii).本文公开的可调谐标准具设备使用MEMS技术制备，因此也称为可调谐MEMS标准具设备。
iv).本文公开的可调谐标准具设备还包括锚结构，固定连接到前镜的框架结构，以及附接到锚结构和框架结构但不附接到前镜的挠曲结构。
v).本文公开的可调谐标准具设备还包括将锚结构与后镜分开的间隔结构，并且其中，前镜和间隔结构形成在同一单层中。
vi).其中，后镜包括在由透明或半透明材料制成的层中。在一些示例中，透明或半透明材料可以是以下材料中的任何一种：玻璃；塑料；硅；和锗。
vii).其中，透明或半透明层还包括凹槽，用于辅助预应力挠曲结构，以增强预应力未致动状态。
viii).其中，锚结构，框架结构和挠曲结构由硅(Si)制成。
ix).可调谐标准具设备，其中锚结构，框架结构和挠曲结构形成在同一单层中。
x).可调谐标准具设备，其中单层由以下材料中的任何一种制成：玻璃；塑料；硅；和锗。
xi).可调谐标准具设备，其中后镜集成在由透明或半透明材料制成的层中(包括例如：以下材料中的任何一种：玻璃；塑料；硅；和锗。)
xii).可调谐标准具设备，其中后镜包括在混合结构中，该混合结构包括至少两种材料的组合，其中所述至少两种材料的第一材料是透明或半透明的，以及所述至少两种材料的第二材料比第一种材料更硬。
xiii).可调谐标准具设备，其中不同材料包括，例如，玻璃和硅。
xiv).可调谐标准具设备还包括位于相对于前镜的物侧的盖板。
xv).可调谐标准具设备还包括前挡块结构，该前挡块结构确定前镜和盖板之间的最小间隙。
xvi).可调谐标准具设备，其中盖板至少容纳致动机构的一部分，该致动机构用于控制前镜和后镜之间的间隙尺寸。
xvii).可调谐标准具设备，其中盖板至少包括一个形成在面向框架结构的盖表面上的第一电极，其中框架结构配置为用作第二电极，并且其中框架结构可通过由第一和第二电极的静电驱动移动。
xviii).可调谐标准具设备，其中所述至少一个第一电极包括彼此电绝缘的多个电极。
xix).可调谐标准具设备还包括前挡块结构，该前挡块结构确定框架结构和至少一个第一电极之间的最小静电间隙。
xx).可调谐标准具设备，其中盖板包括透明或半透明材料，从而提供封闭在两个透明或半透明板之间的可调谐标准具。
xxi).可调谐标准具设备至少还包括一个用作第一电极的Si层，其中框架结构配置为用作第二电极，并且其中框架结构可通过使用第一和第二电极的静电致动移动。
xxii).可调谐标准具设备，其中Si层是绝缘体上硅(SOI)晶片的处理层，该设备是“SOI设备”。
xxiii).可调谐标准具设备，其中所述至少一个第一电极包括形成在SOI晶片的处理层中的多个第一电极，所述多个第一电极机械连接并且彼此电绝缘。
xxiv).可调谐标准具设备还包括将Si层与框架结构分开的埋氧(BOX)层，在预应力未致动设备状态下，BOX层具有确定前镜和第一电极之间间隙的厚度。
xxv).可调谐标准具设备还包括SOI晶片的处理层中的开口，以允许光通过前后镜。
xxvi).可调谐标准具设备还包括与后镜集成的第一透镜和与盖板集成的第二透镜。
xxvii).根据本公开主题的方面的可调谐标准具设备，还包括与前后镜中的每一个集成的各个透镜。
xxviii).根据本公开主题的方面的可调谐标准具设备，还包括与所述后镜和所述盖板集成的各个透镜。
xxix).根据本公开主题的方面的可调谐标准具设备，其中，所述第一和第二状态中的每一个间隙允许特定波长范围内的光穿过所述标准具。
xxx).根据本公开主题的方面的可调谐标准具设备，其中所述前镜和所述后镜之间的所述致动间隙尺寸由前挡块限定，所述前挡块分开框架结构和盖板。
xxxi).其中，致动机制包括压电致动器。
xxxii).其中，致动机构包括开尔文力驱动电极。
xxxiii).根据本公开主题的方面,将可调谐标准具设备设计成第一状态和第二状态之一，其中第一状态和第二状态中的每一个的间隙允许特定波长范围内的光通过标准具；其中，第一状态是初始预应力未致动状态，其在前镜和后镜之间具有由后挡块限定未致动的间隙尺寸；第二状态是致动状态，其中前镜和后镜之间的间隙尺寸大于预应力未致动间隙尺寸。
xxxiv).其中前镜和后镜之间的致动间隙尺寸由前挡块限定。
根据当前公开的主题的另一方面，提供了一种成像设备，包括：
a)包括前镜和后镜的可调谐标准具设备，在初始预应力未致动状态下前镜和后镜通过具有预应力未致动间隙尺寸的间隙分开，标准具设备被配置成至少呈现一个致动状态，在致动状态中间隙具有大于预应力未致动间隙尺寸的致动间隙尺寸间隙；
b)图像传感器；和
c)控制器，其被配置并可操作为以调谐可调谐标准具设备并通过图像传感器捕获图像数据。
根据本发明公开的主题的成像设备可任选地包括以上列出的特征(i)至(xxxiv)中的一个或多个，加以必要的变更，以任何期望的组合或置换。
附图说明
本文公开的实施方案的非限制性实施例在下文中参考本段随后列出的附图进行描述。附图和描述旨在阐明本文公开的实施例，并且不应被视为以任何方式进行限制。不同附图中的相同元件可以用相同的数字表示。
图1A示意性地示出根据本发明公开主题的示例的可调谐MEMS标准具设备的等距视图；
图1B示意性地示出根据本发明公开的主题的示例的图1A的设备的横截面；
图2A示出根据本发明公开的主题的示例的处于初始制备态的非应力的未致动状态的图1B的设备；
图2B示出根据本发明公开的主题的示例的初始预应力未致动状态的图2A的设备；
图2C示出根据本发明公开的主题的示例的处于致动状态的图2B的设备；
图3示意性地示出根据本发明公开的主题的示例的图1A或图1B的设备的功能性机械层俯视图；
图4示意性地示出根据本发明公开的主题的示例的在图1A或图1B的设备上具有形成的多个电极的盖板的俯视图；
图5A示意性地示出根据本发明公开的主题的另一个示例的在初始制备态的非应力未致动状态的可调谐MEMS标准具设备的剖视图；
图5B示出根据本发明公开的主题的示例的在初始预应力未致动状态的图5A的设备；
图5C示出根据本发明公开的主题的示例的处于致动状态的图5B的设备；
图6示出根据本发明公开的主题的示例的图5A或5B的设备中的SOI晶片的处理层的仰视图；
图7示出根据本发明公开的主题的示例的包括具有集成光学器件的本文公开的设备的组件；
图8示意性地示出根据本发明公开的主题的示例配置的顺序成像系统的框图；
图9示意性地示出根据本公开主题的示例的本文公开的GSG可调谐MEMS标准具设备的制备过程中的阶段；
图10A示意性地示出根据本公开主题的另一个示例的初始制备态的非应力未致动状态的可调谐MEMS标准具设备的剖视图；
图10B示出根据当前公开的主题的示例的处于初始预应力未致动状态的图10的设备；和
图10C示出根据当前公开的主题的示例的处于致动状态的图10B的设备。
具体实施方式
图1A示意性示出本文公开编号为100的可调谐MEMS标准具设备的第一示例的等距视图。图1B示出设备100沿着标记为A-A的平面的等距截面。设备100结合XYZ坐标系示出，XYZ坐标系也适用于所有下面的附图。图2A、2B和2C示出在三种配置(状态)中的平面AA中的设备100的横截面：制备态(as-fabricated)(非应力)未致动状态(图2A)，预应力未致动状态(图2B)和致动状态(图2C)。设备100包括两个基本平坦且平行的镜子/反射表面，底部(或“后”)镜102和由“后”间隙分开的顶部(或“孔”)镜104。如本文所用，术语“前”和“后”反映设备朝向光线的取向。
如图所示，前(顶部)镜是在进入标准具的光线的路径中的第一个镜子。在一个示例中，反射镜形成为平的板或晶片，该平的板或晶片由对于可调谐标准具滤波器透射的所需波长范围内的光是透明或半透明的材料制成(例如玻璃)。在下面的讨论中，术语“玻璃”用作一般的非限制性实例。应当注意，术语玻璃不应被解释为限制性的，而且也可以考虑包括对于为了标准具和图像传感器以所需的方式运作的一定波长范围内的光具有合适透明度的任何材料或材料组合的其他材料，例如，塑料，二氧化硅，锗或硅(硅在大约1-8μm的波长是透明的)。如本文所用，术语“板”，“晶片”或“层”是指基本上二维的结构，其厚度由两个平行的平面限定，并且宽度和长度基本上大于该厚度。“层”还可以指更薄的结构(低至纳米厚度，而不是作为其他层的典型厚度的微米)。
在一个实施例中，后镜102形成在玻璃层中，该玻璃层也用作设备的基板。在其他实施例中，后镜102可以形成为“混合”板或混合材料，使得光线穿过的中心部分(“孔”)对于光的波长是透明的(例如由玻璃制成)，而围绕孔的板部分由不同的材料制成，例如硅。混合方面可以增加镜子的刚度和强度。
如图2A所示，在制备态状态下，前后镜之间的后间隙具有标记为g0的尺寸。如图2B所示，在未致动状态下，后间隙具有由g1标记的尺寸。如图2C所示，在致动状态下，后间隙具有由g2标记的尺寸。镜子可彼此相对移动，使得后间隙可在一定的最小(gMn)和最大(gMx)间隙尺寸之间调谐。在所示的特定坐标系中，运动在Z方向上。具体地，根据本文公开的某些示例，后镜102(相对于前镜面向传感器侧)是固定的，并且前镜104(相对于后镜面向物侧)是可移动的。在预应力未致动状态下间隙尺寸最小，因此g1＝gMn。最大后间隙尺寸gMx对应于“最大”致动状态。当然存在很多致动状态(甚至是连续的状态范围)，在这些致动状态中后间隙具有gMn和gMx之间的值g2。
设备100还包括以一种例如不会阻挡设计为要到达图像传感器的光线的方式位于镜子102和104之间的第一挡块结构(也称为“后挡块”)106。后挡块106可以形成在任一镜子上。如图2A所示，在初始制备态的未致动状态中，两个镜子彼此紧密靠近，最小间隙距离gMn由后挡块106限定，后挡块106用作位移限制器。后挡块106的附加功能是防止由于外部冲击和振动引起的前镜的不期望的位移。后挡块106设计为防止镜子之间的接触并确保gMn绝不为零。如果后挡块的尺寸小并且不会显著掩盖光学信号，它们可能位于光学孔径区域内。后挡块在光学孔径区域内的位置可以按照可移动前镜104的位移最小的方式进行优化。在一些示例中，后挡块106由金属制成，例如图案化的Cr-Au层，Ti-Au层或Ti-Pt层。根据标准具的所需光谱透射特性选择顶镜和后镜的反射/透明的程度。根据一些示例，每个镜子在某种程度上至少是半反射的。
设备100还包括具有开口(“孔”)110的安装框架结构(或简称“框架”)108。框架108由透明或半透明材料(例如单晶硅)制成并固定连接(例如，通过粘接)到前镜104。即，镜子104“安装”在框架108上并与框架108一起移动。开口110允许光线通过前镜进入标准具。因此，前镜有时也称为“孔镜”。
在一些示例中，后镜102和可选的前镜104包括沉积在玻璃层/基板上的二氧化钛(TiO2)层。在某些示例中，本文所公开的设备可包括形成在后镜102面向框架108的表面上的一个或多个电极(未示出)，以使得框架结构的致动(从而引起前镜的移动)朝向后镜。可以应用替代的致动机构，例如，压电驱动，开尔文力等。前镜朝向或远离后镜的移动调谐标准具的光谱透射带分布。
设备100还包括由透明或半透明材料(例如单晶硅)制成的锚结构(或简称“锚”)112。锚112和框架108通过挠曲/悬挂结构彼此连接。悬挂结构可以是例如以挠曲或扭转弹簧的形式，这种弹簧的组合的形式，或者适于承载前镜的薄环形膜的形式的图案化的锚结构112的区域。在设备100中，悬架结构包括多个悬架弹簧/挠曲件。根据一些示例，在设备100中，多个悬架弹簧/挠曲件包括由透明或半透明材料(例如单晶硅)制成的四个弹簧114a，114b，114C和114d。框架108，锚112，弹簧114形成“功能性机械层”300，如图3中的俯视图所示。在下面的讨论中，术语“硅”用作一般的非限制性示例。应当注意，术语硅不应该认为是限制性的，并且还可以预期包括具有为了挠曲结构以期望方式起作用所需的柔韧性和耐久性的任何材料或材料组合的其他材料，例如塑料或玻璃。
图2A-2C示出前镜104面向入射光的表面附接到框架108。下面参考图10描述前镜104和框架108的不同配置，图10还示出包括四个弹簧114a，114b，114C和114d(参见图3)的挠曲结构附接到锚112和框架结构108但不附接到前镜。
在一些示例中，框架108通过间隔结构(或简称“间隔”)116与后镜102间隔开。根据一些示例，间隔116可由玻璃材料形成。间隔116用于将框架和弹簧从形成镜子102的基板分开。虽然原则上硅锚112可以直接附接到底板而没有间隔116，但这需要弹簧的非常大的形变。对于所采用的几何形状，该形变超出弹簧材料的强度极限，这需要存在间隔层116。由于技术原因，在一些示例中，可移动前镜104和间隔116均由相同的玻璃板(晶片)制成。这简化了制备，因为玻璃和硅晶片在晶片级粘合。出于这个原因，设备100在本文中称为玻璃-硅-玻璃(GSG)设备。
设备100还包括盖板(或简称“盖”)118，其至少容纳致动机构的一部分，该致动机构配置为用于控制前镜和后镜之间的间隙尺寸。如图所示，盖118在入射光的方向上相对于前镜104位于物侧。在静电致动的示例中，盖118容纳形成在其上或附接到其上的电极120(参见图2A至2C)。电极120可以位于例如在盖118的底侧(面向镜子)。电极120通过一个或多个玻璃通孔124永久电接触，其中一个或多个接合垫126位于盖118的相对(顶部)侧。电极120用于致动框架108(从而引起前镜104的移动)。盖子包括第一凹槽(腔体)119，以在框架108和电极120之间提供“前”(也称为“静电”)间隙d。如图2A所示，在制备态配置中(在将设备接合到后镜之前)，间隙d具有尺寸d0。在粘合之后，处于图2B所示的预应力未致动状态中，如，间隙d具有最大尺寸dMx。在任何致动状态下(如图2C中所示)，间隙d具有尺寸d2。设备100还包括在框架108和盖118之间分开的前挡块122。在一些示例中，前挡块122将框架108与盖电极120电隔离(防止框架108与盖电极120之间的短路)。在一些示例中，前挡块122限定前镜104和后视镜102之间的最大间隙。
在一个示例中，盖由玻璃材料制成。在其他示例中，盖118可以由“混合”板或混合材料制成，使得光线穿过的中心部分(“孔”)对于光的波长是透明的(例如由玻璃制成)，而围绕孔的板部分由不同的材料制成，例如硅。混合方面可以增加盖的刚度和强度。
在某些示例中，特别是在考虑到成像应用的情况下，镜102和104的长度L和宽度W(图1A)应该一方面足够大(例如，在几百微米(μm)到几毫米(mm)的量级上)以允许光通过相对宽的多像素图像传感器。另一方面，最小间隙gMn应足够小(例如几十纳米(nm))，以允许标准具的所需光谱透射特性。这导致镜子之间的光学腔的大的纵横比(例如，在横向尺寸W和L和最小间隙距离gMn之间)，这反过来要求在镜子之间保持精确的角度对准以减少或防止标准具的彩色空间透射带沿其宽/横空间方向的空间扭曲。在一些示例中，gMn可具有低至20纳米(nm)的值，而gMx可具有高达2μm的值。根据一个示例，gMx的值可以在300至400nm之间。具体值取决于所需的光学波长，并由具体应用决定。因此，gMx可以比gMn大一到两个数量级。在某些示例中，L和W可分别大约为2毫米(mm)，和每个弹簧114可分别大约为厚度50μm，宽度30μm和长度1.4mm。在某些示例中，盖118，后镜102和前镜104的玻璃层的厚度可大约为200μm。在一些示例中，L＝W.
应该理解的是，所有尺寸仅作为示例给出，不应以任何方式视为限制。
图2A-2C提供了关于设备100的结构以及其一些元件的功能的附加信息。如上所述，图2A示出处于初始制备态和未致动的非应力状态的设备100。制备态时，前镜104不接触后挡块106。图2B示出图2A的在初始预应力未致动状态下的设备，前镜104物理接触后挡块106。为了将间隔116共晶键合到后镜102的玻璃板上，参见下面的图9(c)，当间隔层116被迫与玻璃晶片基板接触(其中包括后镜102)时，通过弹簧施加在框架上的应力引起物理接触。因此，图2B(以及图5B中)中所示的配置被称为“预应力”。图2C示出处于致动状态的设备，其中前镜104处于后挡块106和后挡块122之间的中间位置，远离后镜102移动。
在一些示例中，后镜102包括具有深度t的第二凹部128，深度t设计成在组装/结合之后提供弹簧的预应力。根据一些示例，选择凹陷深度t，一方面使得由于弹簧的形变和可移动前镜104到后挡块106的附接而产生足够高的接触力，以在正常操作设备期间在冲击和振动的情况下保持接触。另一方面，在一些示例中，凹陷深度t加上最大所需行进距离(最大后间隙尺寸)gMx的组合值小于在电极120和框架108之间(图2A)的间隙的制备态(“静电”)间隙尺寸d0的三分之一，，通过位于盖上的电极提供框架的稳定可控的静电操作。在某些示例中，制备态的静电间隙可具有约3-4μm的值，并且t可具有约0.5-1μm的值。稳定操作的要求是t+gMx<d0/3，因为电容致动器的稳定行进距离是制备态的静电间隙的1/3，即d0/3。
应当注意，在某些示例中，未致动状态可以包括这样一个结构，可移动镜子104被悬挂，但不与后挡块106或前挡块122二者有接触。
在致动状态下，如图2C所示，安装环和前镜移位远离后镜。这通过在用作致动电极的致动基板的一个或多个区域/电极120与一个或多个区域框架108之间施加电压V来实现。
根据一些示例，设备100是完全透明的。它包括透明后镜(102)，透明前镜(104)和透明盖(118)以及透明功能机械层300。完全透明的一个优点是可以从两侧光学观察设备。另一个优点是该结构对于包含例如镜子，衍射光栅或透镜的可移动机械/光学元件的很多其他光学设备可能是有用的。在一些示例中，设备100被配置为全玻璃结构，其中功能性机械层包括玻璃基板，该玻璃基板被图案化以容纳/限定承载顶部镜子的悬架结构，该悬架结构包括多个玻璃弹簧/挠曲部。
图3示意性地示出了功能性机械层300的俯视图。该图还示出前镜104的外部轮廓302，孔110，锚结构112，弹簧114a-d(挠曲结构)和包围共晶键合框架121和盖间隔122的轮廓304，如下参考图4更详细地描述。
图4示意性地示出了盖118的俯视图，盖118具有多个电极120，在此标记为120a，120b，120c和120d。所示电极120的数量和形状仅作为示例示出，不应被解释为限制。根据一些示例，需要三个电极120来控制框架在Z方向上的位移和框架围绕X和Y轴的倾斜。如图4所示，多个电极区域，可以在盖118上制备，使得前镜104可以沿着Z方向以上下自由度(DOF)致动，并且也可以倾斜(例如，相对于两个轴X和Y)以提供额外的角DOF。这允许调节前镜104和后镜102之间的角度对准。根据一些示例，盖118可以包括沉积的共晶键合材料121。此外，间隔122可用于精确地控制盖电极120和用作第二电极的致动器框架108之间的静电间隙。根据当前公开的主题，可以使共晶键合材料121呈现框架的形状。在这种情况下，间隔122可以放置在框架两侧(内部和外部)，从而最小化由于在结合过程中的共晶键合收缩而作用在盖上的挠曲力矩。
以下是设备100的使用方法的示例。致动设备100以使标准具从初始预应力未致动状态(图2B)到致动状态(例如，如图2C中所示)。致动使框架108和前镜104远离后镜102移动，增加镜子间的后间隙。通过具有初始制备态(未应力)状态的创新设计实现对后间隙的有利稳定控制。更具体地，该设计包括初始最大制备态(和非应力)前间隙尺寸d0(图2A)，其大约是组合凹陷深度t和最大所需行程(后间隙)尺寸gMx的三倍。.这是因为并联电容器静电致动器的稳定范围是电极之间的初始距离的三分之一。
根据一个示例，设备100可以作用于特定应用的预配置滤波器。例如，该设备可以预先配置成呈现两种不同的状态，其中两种状态中的每一种状态(由挡块设定)的镜子之间的间隙是根据所需波长决定的。例如，一种状态提供允许第一波长范围通过标准具的滤波器，而另一种状态提供允许第二波长范围通过标准具的滤波器。这种“双重模式”滤波器的设计涉及两种状态之间的镜子的简单和精确位移，而且可以简便制造。
根据一个示例，一个状态是初始未致动的标准具状态g1(其中镜子之间的间隙尺寸由挡块106限定)，该状态被选择以允许第一波长范围通过标准具，而另一个状态是一个致动状态，其中间隙具有致动的间隙尺寸g2，g2大于预应力的未致动的间隙尺寸并导致等于前挡块122的高度的电间隙d2，该致动状态被选择以允许第二波长范围通过标准具。在第二状态框架108与前挡块112接触。
图5A-5C示意性地示出本公开编号为500的可调谐MEMS标准具设备的第二示例的截面图。图5A示出在将间隔116结合到后镜102之前处于制备态(非应力)配置的设备500。图5B示出处于初始预应力未致动状态的设备500，而图5C示出处于致动状态的设备500。设备500使用SOI晶片和SOI制备技术，因此在本文中称为“SOI设备”，与GSG设备100相反。设备500具有与设备100类似的结构并且包括其许多元件(因此这些元件编号相同)。由于SOI晶片和SOI技术都是已知的，因此以下使用本领域已知的SOI术语。
在图5A中，前镜104不与后镜102上的后挡块106物理接触，而在图5B中，预应力使前镜104和后挡块106进行物理接触。在图5C中，前镜104远离后镜102移动，并且前镜104位于后挡块106和电极520之间的中间位置，其中
在SOI设备中，电极520由SOI晶片的处理层502制成。用SOI晶片使得处理层用作衬底以及用于电极520的制备。框架108包括用作相对电极的区域。SOI晶片的设备Si层中的锚结构(层)112通过弹簧114a-d连接到框架108。锚结构112通过BOX层510附接到处理层502。Si设备和处理层之间的间隙由530表示。通过在框架下方和弹簧下方刻蚀BOX层510来产生间隙530。开口540形成在处理层502中，使前镜104和后镜102暴露于-Z方向上的光线。
在图5A的制备态状态下，在将间隔116接合到包括后镜102的玻璃板之前，框架和处理层之间的间隙530具有尺寸d0，d0等于BOX层的厚度。在结合之后，间隙530具有尺寸dMx，dMx等于BOX层510的厚度减去凹陷128的深度t再减去后挡块106的高度。因此，由于预应力，dMx小于d0，因为当前镜104接触后挡块106时，弹簧形变并且相关间隙530的尺寸减小。在致动时，如图5C所示，框架108将前镜104拉离后镜102，进一步减小间隙530的尺寸到d2而增加后间隙的尺寸(最多达到最大尺寸gMx)。
图6示出SOI晶片的处理层的仰视图的示意图。该图示出电极520之间的绝缘沟槽602。在某些示例中，处理层520的一个或多个区域/电极可以包括两个或更多个彼此基本上电绝缘的区域。因此，在处理层520和框架108的这两个或更多个区域之间施加不同的电势允许调节前镜和后镜之间的平行度。例如，处理层的两个或更多个区域可以包括至少三个区域，这些区域布置使得前镜和后镜之间的平行度可以相对两个轴进行二维调节。
图7示出包括设备700的组件的示意图，设备700具有形成在盖中、盖上或附接到盖的透镜702，以及形成在后镜中、后镜上或附接到后镜的透镜704。这允许光学器件与标准具的集成，以提供“集成光学”可调谐标准具设备。而且，如果在两个玻璃之间的腔内存在负压，则添加这种透镜会改善刚度并减小后镜和盖的变形，其他元件如设备100中所标记。
本文在设备100和500中公开的可调谐标准具可用于成像应用。例如，这些设备可以被设计和用作在宽光谱带上可调谐的宽动态滤波器(例如，从光谱的长波长侧的红外[IR]或近红外(NIR)波长延伸，通过可见光(VIS)范围低至光谱的短波长侧的紫色和/或紫外(UV)波长)。另外或可选地，这种设备可设计成具有宽光谱透射分布(例如，光谱透射分布的最大值约为60-120nm的半峰全宽(FWHM)，其适用于图像抓取/成像应用)并且这种设备可设计成在大约或大于30nm的连续峰值之间也具有相对大的自由光谱范围(FSR)，从而提供良好的颜色分离。
本文公开的设备使用例如静电致动来调节标准具的光谱透射和其他性质。术语“静电”致动指的是，由设备的两个层中的每一个层上的一个或多个电极之间的平行板静电力提供的紧密间隙致动。例如，在设备100中，通过在框架108的一个或多个区域与形成/沉积在盖118的底表面上的一个或多个电极120之间施加电压来执行静电致动。在设备500中，通过在框架108的一个或多个区域与处理层502的一个或多个区域之间施加电压执行静电致动。这提供了镜子之间的位移的可调性，并因此提供了标准具的位移的可调性。
静电致动的主要挑战之一是存在所谓的吸合不稳定性(pull-in instability)，其限制电极(例如，设备100和设备500中的安装框架108)朝向静电极(例如电极120或520)接近至它们之间初始间隙的三分之一的稳定位移。因此，在本文公开的静电致动设备中，处理层与安装框架之间或电极120与安装框架之间的初始间隙明显大于(至少4-5倍)所需的最大光学间隙gMx。因此，在gMn到gMx范围内的前后镜之间的间隙处于致动器的稳定范围内，并且消除了吸合不稳定性。
如上所述，静电致动仅仅是用于调节前镜和后镜之间的间隙的致动机构的一个示例，其适用于如本文所公开的MEMS标准具设备，并且不应被解释为限制。当前公开的主题还考虑了其他类型的致动机构，例如压电致动和开尔文力致动。
具体地，在一些示例中，标准具系统包括压电致动结构，该压电致动结构附接到框架或挠曲结构，使得施加电压能够致动框架结构(从而引起前镜的移动)远离后镜。在一些示例中，在致动时，框架108将前镜104拉离后镜102，从而增加它们之间的间隙尺寸，并因此增加后间隙的尺寸。通过将几个压电致动结构放置在框架的不同部分/挠曲/弹簧上，可以控制标准具的孔镜和后镜之间的平行度。申请人的第WO 2017/009850号申请，其全部内容通过引用并入本文，申请描述了压电和开尔文力驱动的植入的示例，例如，参见图8a至8c和图9a、9b。
参考图8，图8示意性地示出根据本文公开的实施例配置的顺序成像系统800的框图。系统800包括图像传感器802(例如，多像素传感器)和根据如上所述的本发明配置的可调谐MEMS标准具设备804。可调谐MEMS标准具设备804用作可调谐光谱滤波器，并且放置在光传播到传感器802的大体光路中(例如，与图中的Z轴相交)。可选地，光学器件806(例如成像透镜)也布置在传感器802的光路中。
彩色图像获取可以由设备800以与例如在专利申请公开文本WO2014/207742中描述的类似方式执行，该专利申请转让给本申请的受让人并且通过引用结合在此。当在成像系统800中使用可调谐MEMS标准具设备804时，可调谐MEMS标准具设备804配置为提供适合于高色彩保真度的连续彩色成像的光谱滤波分布。
更具体地，根据本文公开的各种示例，标准具的后镜102和前镜108的材料以及可调后间隙尺寸被配置成使得标准具的光谱过滤分布在适合于彩色图像的成像(例如，具有对应于RGB空间或超高光谱颜色空间的颜色)的可见光和可能红外、近红外的光谱范围内是可调的。而且，前后镜和可调后间隙尺寸可以配置成使得标准具的透射分布特性(包括例如FWHM和FSM)也适合于顺序彩色成像。例如，可以选择前后镜的材料和可调后间隙尺寸，使得标准具的光谱透射分布的FWHM足够宽以匹配传统RGB空间中的颜色的FWHM，并且还在光谱透射分布中连续透射峰值之间的FSR足够大以避免颜色混合(以避免传感器敏感的不同颜色/光谱状态同时透射到传感器)。此外，标准具可以相对横向宽(相对于后间隙尺寸)，使得它足够宽以插入光学设备806和传感器802的所有像素之间的光学路径中。另一方面，介于镜子之间的间隙足够小到提供所需光谱透射特性和标准具的可调性。
系统800还可以包括控制电路(控制器)808，其连接到图像传感器802和可调谐MEMS标准具设备804，并且被配置和操作为调谐滤波器和捕获图像数据。例如，彩色图像数据的捕获可以包括从传感器顺序获取对应于不同颜色(不同光谱分布)的单色帧。例如，控制器808可以适于通过顺序操作可调谐MEMS标准具设备804来创建/捕获彩色图像数据，该可调谐MEMS标准具设备804用三个或更多个不同的光谱滤波曲线/分布顺序地过滤入射在其上的光，并且控制器808可以适于操作传感器802用于获取分别由三个或更多个光谱曲线过滤的光的三个或更多个图像(单色图像/帧)。操作可调谐光谱滤波器(标准具设备)804以维持对应于时隙持续的每个光谱滤波曲线，在此期间操作传感器802捕获具有适合这些时隙的相应积分时间的单色图像。因此，每个捕获的单色图像对应于由不同的相应光谱滤波曲线滤波并由传感器802在预定积分时间内捕获的光。控制电路(例如，控制器)可以进一步被配置为接收和处理指示来自传感器的三个或更多个单色图像的读出数据，并生成指示彩色图像的数据(即包括在图像的每个像素中至少三种颜色的强度的信息的图像)。
这里使用的术语“控制器”可以广泛解释为包括具有数据处理电路的任何类型的电子设备，其中包括计算机处理器(包括以下中的一个或多个：例如，中央处理单元(CPU)，微处理器，电子电路，集成电路(IC)，写入或移植到特定处理器的固件，例如数字信号处理器(DSP)，微控制器，现场可编程门阵列(FPGA)，专用集成电路(ASIC)等)，计算机处理器如下文所公开，适于执行指令，指令例如存储在连接控制器的计算机存储器上。
图9(a)至9(s)示意性地示出根据本公开主题的一个示例的例如设备100的GSG可调谐MEMS标准具设备的制备过程中的阶段。该过程从玻璃上硅(SOG)晶片开始，图9(a)包括玻璃板(也称为“玻璃晶片”或“玻璃层”)902和硅设备层904。在图9(b)中，将用于制作上移动镜104和间隔116的玻璃板首先用光学涂层906(例如二氧化钛)涂覆。然后，在图9(c)中，金属层被沉积并被光刻图案化来用于间隔116与底镜102的共晶键合的焊接材料。然后在图9(d)中，翻转SOG晶片并使用深反应离子刻蚀(DRIE)刻蚀Si设备层904，其中玻璃晶片用作刻蚀停止层。然后在Si设备层904中形成具有孔110，锚结构112和弹簧114的框架结构108。在图9(e)中，抗反射涂层(AR)908沉积在孔区110内的前(可移动)镜上。接下来，在图9(f)中，在后挡块116的区域外部去除金属层并刻蚀玻璃，形成前移动镜104和挡块116。
图9(g)中盖晶片的处理开始于在面向框架108的盖玻璃晶片118的表面上沉积AR涂层。接下来在图9(h)中，图案化与盖晶片的相同表面上的前挡块126。在图9(i)中，AR涂层和盖晶片的玻璃作为玻璃通孔124形成的一部分被部分刻蚀。接下来，图9(j)中，金属(例如Cr-Au或Cu)在两个阶段沉积来提供通孔124的金属化和形成用于盖晶片与Si锚112的共晶键合的焊接结构。
图9(k)中用作底镜的底部玻璃晶片首先被光学涂层覆盖，并且底部挡块106被光刻形成在涂层916的表面上。如上所述和替代地(未示出)，在另一个工艺实施例中，底部挡块106可以被光刻形成在镜子104的表面上。然后，玻璃晶片中的凹槽128由两个阶段形成，图9(i)浅刻蚀，然后在图9(m)中进行深刻蚀。浅刻蚀旨在形成精确的凹槽，限定弹簧的预应力，而深刻蚀需要为焊接金属提供用于共晶键合的空间。图9(n)在深刻蚀的玻璃区域内沉积并图案化用于共晶键合的金属。
图9(o)中使用两种共晶键合工艺，在SOG晶片的玻璃层上形成的间隔116接合到底部玻璃晶片，然后将盖晶片接合到SOG晶片的Si层。然后图9(p)将盖晶片化学机械减薄以暴露部分刻蚀的通孔124。图9(r)金属接合盘126被光刻地形成在盖晶片的顶表面上。最后，在盖晶片顶部的孔区域内沉积并图案化另外的AR涂层。在图9(s)中示意性地示出完成的预应力未致动设备的横截面。
图10A-10C示意性地示出本公开的编号为200的可调谐MEMS标准具设备的第三示例的截面图。
图10A示出在将锚结构112结合到后镜102之前的处于制备态(非应力)配置的设备200。图10B示出处于初始预应力未致动状态的设备200。图10C示出处于致动状态的设备200。设备200具有与设备100类似的结构，并且包括许多元件(因此编号相同)。
在一些示例中，前镜104形成在混合层中，混合层中前镜由透明或半透明(对于由可调谐器标准具滤波器透射的期望范围内的光波长来说)的材料制成，以及锚112，挠曲114，框架108结构由相对较硬的材料制成。如图10A-10C所示，前镜被制备为与框架108对准(例如，从单个晶片)，而不是从一侧附接到框架108。在一些示例中，当锚112，挠曲114和框架108结构由硅制成时，前镜由以下材料中的任何一种制成：玻璃；塑料；或者锗。应当注意，该材料清单并非详尽无遗，不应视为限制。
在图10A中，前镜104不与后镜102上的后挡块106物理接触，然而在图10B中，预应力使得前镜104与后镜102上的后挡块106发生物理接触。在图10C中，由于致动，前镜104已经远离后镜102，并处于后挡块106和电极120之间的中间位置，在制备态状态下，前镜104不接触后挡块106。图10B示出图10A的设备在初始预应力未致动状态下，前镜104物理接触后挡块106。为了共晶键合到后镜102的玻璃基板，当锚结构112被施力与玻璃晶片基板(包括后镜102)接触时，弹簧施加在框架上的应力引起物理接触，参见下面的图9(c)。值得注意的是，后挡块106和锚之间的高度差有助于获得所需的应力。因此，图10B是“预应力”状态下。
图10C示出处于致动状态的设备，其中前镜104处于后挡块106和前挡块122之间的中间位置，前镜104移动远离后镜102。在一些示例中，通过在一个或多个用作致动电极的致动基板的区域电极120和一个或多个区域框架108之间施加电压V来实现致动。
如上所述，在一些示例中，最大所需行进距离(最大后间隙尺寸)gMx的组合值小于电极120与框架之108(图10A)间的间隙的制备态(“静电”)间隙尺寸d0的三分之一，来通过位于盖上的电极提供框架的稳定可控静电操作。在某些示例中，制备态的静电间隙d0可具有约2-4μm的值。稳定操作的要求是gMx<d0/3，因为电容致动器的稳定行进距离是制备态静电间隙的1/3，即为d0/3。
注意，在某些示例中，未致动状态可以包括可移动镜104悬挂并且不接触后挡块106或前挡块122的配置。
根据一些示例，设备200是完全透明的。它包括透明后镜(102)，透明前镜(104)和透明盖(118)以及透明锚112，挠曲114和框架108结构。完全透明的一个优点是可以从两侧光学观察该设备。另一个优点是该结构对于包含例如镜子，衍射光栅或透镜的可移动机械/光学元件的许多其他光学设备可能是有用的。
出于本文所述的所有目的，本申请中提及的所有专利和专利申请均通过引用整体并入本文。需要强调的是，本申请中任何参考文献的引用或标识不应被解释为承认这样的参考文献可用或作为现有技术被承认。
虽然已经根据某些实施例和通常相关联的方法描述了本公开，但是实施例和方法的改变和置换对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本公开应理解为不受本文描述的具体实施方案的限制，而仅受所附权利要求的范围的限制。

Claims (35)

1.一种可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备包括：
前镜和后镜，
挠曲结构，
通过所述挠曲结构彼此附接的锚结构和框架结构，
后挡块结构，
其中，所述前镜能够相对于所述后镜沿一方向移动，
其中，所述可调谐标准具设备被封闭在两个透明或半透明板之间，所述两个透明或半透明板包括：
盖板，和
集成有所述后镜的板，
其中，在所述可调谐标准具设备的初始预应力未致动状态下：
所述前镜与所述后挡块结构物理接触，所述物理接触是由通过所述挠曲结构施加在所述框架结构上的应力引起的，
所述锚结构被施力与集成有所述后镜的所述板接触，其中，所述后挡块结构相对于集成有所述后镜的所述板沿所述方向突出，并且
所述前镜和所述后镜通过具有预应力未致动间隙尺寸的间隙分开，所述可调谐标准具设备被配置为呈现至少一个致动状态，在所述致动状态中，所述间隙具有大于所述预应力未致动间隙尺寸的致动间隙尺寸间隙。
2.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述预应力未致动间隙尺寸由与所述前镜和所述后镜物理接触的所述后挡块结构确定。
3.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述挠曲结构附接到所述锚结构和所述框架结构但不附接到所述前镜。
4.根据权利要求3所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备还包括间隔结构，所述间隔结构将所述锚结构从所述后镜分开。
5.根据权利要求4所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述前镜和所述间隔结构形成在同一单层中。
6.根据权利要求5所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述单层由以下材料中的任何一种制成：玻璃；塑料；硅；和锗。
7.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述锚结构，所述框架结构和所述挠曲结构形成在同一单层中。
8.根据权利要求7所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述单层由以下材料中的任何一种制成：玻璃；塑料；硅；和锗。
9.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，集成有所述后镜的所述板由是以下材料中的任何一种的透明或半透明材料制成：玻璃；塑料；硅；和锗。
10.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，集成有所述后镜的所述板还包括凹槽，所述凹槽用于辅助对所述挠曲结构预应力以增强所述预应力未致动状态。
11.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，集成有所述后镜的所述板包括混合结构，所述混合结构包括至少两种材料的组合，其中所述至少两种材料中的第一材料是透明或半透明的，并且所述至少两种材料中的第二材料比所述第一材料硬。
12.根据权利要求11所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述至少两种材料包括玻璃和硅。
13.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述盖板相对于所述前镜位于物侧。
14.根据权利要求13所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备还包括前挡块结构，所述前挡块结构确定所述前镜和所述盖板之间的最小间隙。
15.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述盖板容纳致动机构的至少一部分，所述致动机构被配置用于控制所述前镜和所述后镜之间的间隙尺寸。
16.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述盖板包括至少一个第一电极，所述第一电极形成在面向所述框架结构的盖表面上，其中所述框架结构被配置为用作第二电极，并且其中所述框架结构能够通过使用所述第一电极和所述第二电极的静电致动来移动。
17.根据权利要求16所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述至少一个第一电极包括彼此电绝缘的多个电极。
18.根据权利要求16所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备还包括前挡块结构，所述前挡块结构确定所述框架结构与所述至少一个第一电极之间的最小静电间隙。
19.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述盖板的透明或半透明材料是以下材料中的任何一种：玻璃；塑料；硅；和锗。
20.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述盖板由混合结构制成，所述混合结构至少包括两种材料的组合，其中所述至少两种材料的第一材料是透明或半透明的，和所述至少两种材料中的第二材料比所述第一材料硬。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备还包括用作所述至少一个第一电极的Si层，其中所述框架结构被配置为用作第二电极，并且其中所述框架结构能够通过使用所述第一电极和所述第二电极的静电致动来移动。
22.根据权利要求21所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述Si层是SOI晶片的处理层。
23.根据权利要求21所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述至少一个第一电极包括形成在SOI晶片的处理层中的多个第一电极，所述多个第一电极机械连接并且彼此电绝缘。
24.根据权利要求21所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备还包括埋氧BOX层，所述BOX层将所述Si层从所述框架结构分开，在预应力未致动设备状态下，所述BOX层具有确定所述前镜与所述第一电极之间的静电间隙的厚度。
25.根据权利要求21所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备还包括开口，所述开口在SOI晶片的处理层中，以允许光通过所述前镜和所述后镜。
26.根据权利要求1所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备还包括与所述后镜集成的第一透镜和与所述盖板集成的第二透镜。
27.根据权利要求18至20或22至26中任一项所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备还包括与所述前镜和所述后镜中的每一个集成的各个透镜。
28.根据权利要求18至20或22至26中任一项所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备还包括与所述后镜和所述盖板集成的各个透镜。
29.根据权利要求2至20或22至25中任一项所述的可调谐标准具设备，其特征在于，第一和第二状态中的每一个的所述间隙允许特定波长范围内的光穿过所述标准具。
30.根据权利要求23所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述前镜和所述后镜之间的所述致动间隙尺寸由前挡块限定，所述前挡块分开框架结构和所述盖板。
31.根据权利要求15所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述致动机构包括压电致动器。
32.根据权利要求15所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述致动机构包括开尔文力致动电极。
33.根据权利要求1至20中任一项所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述可调谐标准具设备被设计成呈现第一状态和第二状态中的一种，其中所述第一状态和所述第二状态中的每一个的所述间隙允许特定波长范围内的光穿过所述标准具；
其中，所述第一状态是初始预应力未致动状态，所述初始预应力未致动状态在所述前镜和所述后镜之间具有由后挡块限定的未致动间隙尺寸；并且所述第二状态是致动状态，所述致动状态中，所述前镜和所述后镜之间的所述间隙尺寸具有大于所述预应力未致动间隙尺寸的致动间隙尺寸。
34.根据权利要求33所述的可调谐标准具设备，其特征在于，所述前镜和所述后镜之间的所述致动间隙尺寸由前挡块限定。
35.一种成像设备，其特征在于，所述成像设备包括：
a)可调谐标准具设备，所述可调谐标准具设备包括：
前镜和后镜，
挠曲结构，
通过所述挠曲结构彼此附接的锚结构和框架结构，
后挡块结构，
其中，所述前镜能够相对于所述后镜沿一方向移动，
其中，所述可调谐标准具设备被封闭在两个透明或半透明板之间，所述两个透明或半透明板包括：
盖板，和
集成有所述后镜的板，
其中，在所述可调谐标准具设备的初始预应力未致动状态下：
所述前镜与所述后挡块结构物理接触，所述物理接触是由通过所述挠曲结构施加在所述框架结构上的应力引起的，
所述锚结构被施力与集成有所述后镜的所述板接触，其中，所述后挡块结构相对于集成有所述后镜的所述板沿所述方向突出，并且
所述前镜和所述后镜通过具有预应力未致动间隙尺寸的间隙分开，所述可调谐标准具设备被配置成呈现至少一个致动状态，在所述致动状态中，所述间隙具有大于所述预应力未致动间隙尺寸的致动间隙尺寸间隙；
b)图像传感器；和
c)控制器，所述控制器被配置和可操作为以调谐所述可调谐标准具设备并通过所述图像传感器捕获图像数据。
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