200931166 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 此發明一般係關於快門器件且更特定言之係關於用於選 擇性地阻隔在一或多列光感測像素上之光的可個別致動光 快門之一微機電陣列。 【先前技術】 在數位相機及其他成像應用中，通常有用的係能夠選擇 ❹ 地阻隔光落在-電子感測it之-些部分上並允許光落在 該感測器之其他部分上。傳統機械快門技術已係用於—曝 光序列，其橫掃過該感測器從而每次僅曝光一部分；然 而，由於大小、機械複雜性、可靠性及成本的限制所致， 此類型之解決方式對於小型化的感測器陣列而言較不合需 要。 在若干顯示應用中，已採用微機電系統（MEMS)技術以 用於使快門陣列具有可選擇性致動的快門。例如，在發佈 © 給Vuilleumier的標題為「具有矩陣定址之光調變器件 (Llght Modulation Device with Matrix Addressing)」的美 國專利第5,078,479號與發佈給W〇rIey的標題為「透明基板 上之微機電快門（Electro_Micr〇_Mechanical处⑽奶 Transparent Substrates)」的美國專利第5 784 i9〇號中說明 用於顯示器件之MEMS快門陣列。對於此類型之顯示器 件，MEMS快門對應於影像像素，使得各顯示像素係使用 一或多個快門元件來形成。 亦已採用MEMS快門陣列用於光感測器應用。在一高度 129660.doc 200931166 公開的NASA計劃中，一 MEMS微快門陣列已在開發中以 支援針對詹姆士韋伯太空望遠鏡（JWST)上之近紅外線光譜 儀的場選擇。此陣列使用可個別致動的100微米x200微米 快門葉片之一 128x64元件矩陣以用於可變場選擇。各快門 阻隔至一分離單元的光’該單元沿該單元壁之一者具有一 電極。各快門通常係關閉直至係致動。該等快門葉片本身 '係藉由在該陣列上掃過一磁體來電磁地開啟，接著係靜電 φ 地閂鎖於所需目標位置上。此器件係在Li等人的標題為 「針對詹姆士韋伯太空望遠鏡之微快門陣列開發 (Microshutter Array Development for the James Webb Space Telescope)」之一論文（Proceedings of SPIE，Micro- and Nanotechnology: Materials, Processes, Packaging, and Systems II’第5650卷’第9-16頁）中予以說明。 認識到用於該JWST器件的解決方式之固有限制，與日 本宇宙航空研究開發機構一起工作的天文研究者已建議一 〇 靜電致動的替代性微快門陣列。其工作係在Motohara等人 的標題為「用於路基儀器之微快門陣列的開發 (Development of Microshutter Arrays for Ground-Based Instruments)」之一論文（Workshop for Instrumentation on ， Extremely Large Telescopes，德國 Ringberg，2005年7月） 中予以說明。Motohara等人的器件同樣使用針對每一單元 具有一單一快門之一單元陣列，其通常係關閉直至係致動 並且沿一單元壁具有其致動電極。 雖然已針對各種顯示器件並針對天文儀器開發MEMS微 129660.doc 200931166 快門，然而已針對該JWST或Motohara等人之器件建議的 解決方式會難以按比例調整至通常針對數位相機應用或針 對手持式影像捕獲器件所需要的尺寸。此外，即使此類器 件可以係按比例調整至數位相機應用所需的尺寸，諸如較 . 差填充因數、固有製造困難及令人失望的快門響應時間之 問題會顯著折衷其有用性。此等器件需要相當大的表面面 積以用於致動與機械支撐部件，從而嚴重減低可用於光之 〇 透射的陣列之比例。此問題對於小數位影像捕獲裝置而言 尤其麻煩，在該裝置中重要的係提供來自該物方視場的儘 可能多的光。 操作要求進一步使該問題複雜化。例如，在該微快門陣 列上掃過一磁體以便最初將快門閂鎖於關閉位置的用於該 JWST器件中之機電初始化對於一數位相機或其他數位成 像裝置中的實施方案而言係不實際的。藉由Motohara等人 之器件所需要的高閂鎖電壓（超過i 00 Vdc)使此類型之解決 © 方式完全不適合用於數位相機中。該；评811與Motohara等 人之器件使用沿一單元壁放置的電極，其不會係可使用已 知MEMS技術而容易地以一更小的大小製造的配置。 因而’雖然已針對-些類型之顯示與影像感測應用（例 如，較大的分離單元陣列）開發MEMS微快門陣列，但仍需 要適合於與數位相機及其他手持式成像器件一起使用之一 微快門陣列解決方式。 【發明内容】 總之，本揭示内容係關於快門裝置且更特定言之係關於 129660.doc 200931166 光的可個別 用於選擇性地阻隔在一或多列光感測像素上之 致動光快門之一微機電陣列。
本發明之一態樣係一微快門陣列。該微快門陣列包括： -框架，其具有一透光部分；複數個線性微快門元：，其 橫跨該透光部分而延伸且彼此平行，各微快門元件包含橫 跨該透光部分在一長度方向上延伸之一平葉片及在：長 度方向上自該葉片之各側向外延伸之第—扭轉臂與第:扭 轉臂；以及至少-電極’其與各線性微快門元件相關聯並 係平行於該微快門元件在該長度方向上延伸。 本發明之另一態樣係一用於形成一場景之一影像的方 法。該方法包括：提供-料形錢鏡以用於將光導向具 有-配置成列的像素元件陣列之一感測器；在該影像形成 透鏡與該感測器之間配置一微快門陣列；以及致動該微快 門陣列中的-或多個微快門元件以用於使像素元件之關聯 列曝光。 、本發明之另—態樣係—用於產生—多次曝光影像的方 法。該方法包括：提供一影像形成透鏡以用於將光導向具 有-配置成列的像素元件陣列之_感測器；在該影像形成 透鏡與該感測器之間配置—微快門陣列；以及致動該微快 門陣列中#丨多個微快門元件以引起該光圈之多次開啟 與關閉而產生一多次曝光影像。 【實施方式】 本說月特定5之係關於形成依據本發明的裝置之部分或 與之更直接配合的儿件。應瞭解未明確顯示或說明的元件 129660.doc 200931166 可採用為熟習此項技術者所熟知的各種形式。現參考圖 式’其中在所有圖式中類似參考數字表示對應部分： 本文中顯示並說明的圖式係提供以解說依據本發明之操 作與製造的原理而並非旨在以顯示實際大小或按比例調整 繪製。由於針對本發明之微快門陣列的組件部分之相對尺 寸’有必要作一些誇大以便強調基本結構、形狀及操作原 " 理。 0 圖1之示意圖顯示使用依據本發明的一維微快門陣列2〇 之一成像裝置 10。諸如一 CCD(charge coupled device ;電 何耗合器件）或 CMOS(complementary metal oxide semiconductor ;互補金氧半導體）成像感測器之一成像感 測器12具有配置成列與行之一像素陣列。藉由虛線箭頭指 示的來自該物方視場之入射光係藉由一影像形成透鏡£1透 過一微快門陣列20並視需要地透過一微透鏡陣列丨4來導向 感測器12。微快門陣列20具有若干可個別致動的快門元件 〇 22(亦係稱為微快門元件）’如隨後所詳細說明。在圖1之圖 式中僅顯示少量的快門元件22，其係針對此圖式及隨後圖 式中之MEMS具體實施例以有意誇大的比例顯示。快門元 件22之致動係藉由一控制邏輯處理器丨6來控制，其亦控制 - 感測器12中的影像感測功能。一影像處理組件18與控制邏 輯處理器16配合以獲得、處理並儲存自感測器12獲得的影 像資料》 與傳統快門組態不同，微快門陣列2〇使用快門元件22 , 其橫跨感測器12上的像素之一或多個線或列。在圖丨所示 129660.doc -10· 200931166 之具體實施例中，各快門元件22皆橫跨感測器12之作用區 域的寬度充分延伸，從而針對像素之一或多個完整列提供 一快門。具有可個別致動的快門元件22，此設計優妗傳統 MEMS微快門陣聽態，因為其允許〜:欠曝光或屏蔽像素 ，之一或多個完整列。此配置亦增加有效填充因數而超過使 用傳統MEMS快門解決方式可獲得之填充因數，因為在處 '於該感測器陣列内的像素之周邊上不存在阻礙壁或其他光 φ 阻隔結構。 圖2A之透視圖更詳細地顯示微快門陣列2〇之一部分，其 中組件再次在大小上係誇大且其中僅顯示幾個快門元件 22。各快門元件22皆具有一平葉片％與兩個扭轉臂24，其 長度L自葉片26之各側向外延伸快門元件22之延伸長 度。各快門το件22皆可固定於一可選轴頸軸承28，幾個軸 頸軸承28係自圖2移除以用於快門元件22之更佳可見性。 軸頸軸承28的目的係幫助微快門對準並防止相鄰快門元件 〇 22之間的碰撞或其他不合需要的交互作用。 圖2B之部分分解圖與圖2C之對應的重新組裝圖係圖2A 所示之部分的仰視圖，從而顯示微快門陣列2〇之一些關鍵 '兀•件。入射光方向係藉由標記為Ϊ之箭頭顯示。各快門元 . #22皆具有至少一對應電極3〇’其提供靜電致動，如隨後 更詳細之說明。與傳統微快門組態不同，電極3〇處於與入 射光I之方向正交之一平面中。一框架32與其他支撐元件 支撐該組快門元件22及其對應軸頸軸承28與電極％，並提 供-開口 34,或更廣泛而言，提供對入射光工透明之一透 129660.doc 200931166 光部分。 圖2B與2C之分解圖表示係旨在幫助解說零件及其功能 之整體關係之-視覺化表現。然而，若不更完整地瞭解微 快門陣列20係如何製造，則無法正確地解譯此等圖式。在 一具體實施例中，係使用MEMS技術進行製造，其將各種 材料選擇性地沈積並圖案化至一基板上。框架32係由該基 板材料（例如石夕或石英）形成。形成、互連及致動微快門陣 ❹ 列20的電氣與機械元件亦藉由連續的MEMS沈積與圖案化 階段而形成於該基板材料上β稍後在此揭示内容中將概述 一範例性製程。 在扭轉臂24之各端上提供固定板42。柱38或某一其他器 件防止快門元件22之不必要的扭曲，如隨後更詳細之說 明。 。 圖3Α、3Β及3C係取自感測器12(圖丨）之側的微快門陣列 20之平面圖。圖3八顯示處於未致動狀態的所有快門元件 © 22，使得來自該物方視場的光穿透過開口“。如為一數位 相機應用，例如，該物方視場中之一對象64對該感測器係 可見的。圖3Β顯示處於致動狀態的所有快門元件22。施加 於快門元件22與電極30之間的電壓電位引起快門元件22之 葉片26旋轉至與框架32之表面平行之一位置，從而阻隔透 過在此圖式中以一虛線輪廓顯示的開口 34而至感測器12之 光。 圖3C顯示具有可個別致動的微快門元件22的微快門陣列 20之一優點。此處，一單一微快門元件22f係致動，從而 129660.doc •12· 200931166 允許該感測器之一或多列像素之阻隔β 圖4Α顯示僅具有一單一快門元件22及其對應電極3〇的框 架32。在此具體實施例中’框架32内之透明開口 34係顯示 在開口 34之各側上具有電極3〇 ^此配置增加將靜電地吸引 葉片26的電極30之表面面積量，並且為此原因一般而言優 於僅具有沿框架32之一側之一單一電極3〇的組態。如所 示，對於快門元件22處於其開啟位置，光係透過微快門陣 列20透射。 如圖4Β所示，開口34可替代地係框架32之基板中之一透 明窗。此處，該基板可以係石英或某一其他透明材料。在 使用一透明基板之處，一單一透明電極3〇可橫跨開口 34之 某一部分延伸而不阻隔光。例如，透明電極3〇可以係一導 電材料’例如氧化銦錫（ΙΤΟ)。
一可選小透鏡44。對於— 施例中，針對各像素元件4〇提供 些類型之感測器12，每一像素元 I29660.doc -13- 200931166 件皆具有一對應小透鏡44，其可形成於感測器12之表面 中。視需要地，可使用一分離膜來提供小透鏡44，例如圖 1所示之微透鏡陣列14。 圖5B顯示使用小透鏡的另一具體實施例。如此圖所示， 小透鏡41可以係定位於快門元件2 2之每一者上以在快門元 件22處於該開啟狀態時透過快門元件22之間的空間導引該 光以減低由於光阻隔所致之損失。小透鏡41可位於框架32 e 之頂部上或位於任何其他位置處，其中光可在係藉由該裝 置之其他部分的快門元件阻隔之前係、導引。除小透鏡44以 外還可提供用於導引快門元件22之間的光之小透鏡41或可 使用小透鏡41而不使用小透鏡44。小透鏡“可以係橫跨該 開口 34延伸的線性透鏡或其可僅延伸橫跨該開口的路之一 部分。 圖6A、6B及6C之示意圖分別顯示處於其正常未致動狀 .態、其在轉變期間的部分致動狀態及其致動狀態之一單一 © #門元件22。快門元件22係設計以在未係致動時透射光， 如圖6A所不。當施加電磨時，如藉由一開關之位置所 示意性表示，提供於電極3〇與快門元件22之葉片％之部分 之間的靜電吸引引起快門元件22之葉片26如所示朝向電極 ^0旋轉’從而提供快門動作並因此阻隔光透射。葉片％之 疑轉產生扭轉臂24之—扭曲動作從而引起一轉矩能係儲存 ;扭轉臂24中’因為該等扭轉臂24之端係固定（於固定板 如囷2B與2C所不）。因此，當自電極3〇移除該電壓電 儲存於扭轉條24中的轉矩引起葉片26係旋轉回至圖 129660.doc 200931166 6A之未致動狀態。圖6A、阳及6(：顯示其中開口μ係令空 .的組態，其中電極30沿框架32之表面在開口 34之各側上2 伸，如參考圖2與3A所說明.對於諸如圖4B所示之具體實 施例的透明具體實施例而言，藉由靜電吸引所引起的相同 類型之旋轉會發生。 因為快門元件22係沿框架32緊密地封裝在一起，故可能 有必要提供某-機械阻隔以防止葉片26在錯誤方向上或超 Ο 過所需開啟位置的不合需要轉動。如圖2B與6八至60:所 不，可提供柱38或某一其他機械停止器件以防止葉片％除 在預期方向上之外的移動。 快門元件22及其對應電極3〇的設計使得可能以一比較而 口較低的電壓來影響致動。與先前的微快門設計不同，施 加至電極30的致動電壓通常在自大約2〇至大約3〇 vdc之範 圍内。此係顯著改良而超過會需要1〇〇 vdc或更多以用於 致動的傳統靜電微快門陣列。同樣，與亦係先前引用的 ❹JWST器件不同，本發明之微快門陣列不需要使用一電磁 體之初始化。本發明之微快門陣列2〇的設計亦有利於速 度其中致動時間少於1 0或2〇微秒，其隨致動電壓位準改 變。 般而3 ’各快門元件22皆處於接地或處於與施加至該 等電極30之電壓不同的某一其他參考電壓，因而產生一靜 電力以引起快門凡件22之葉片旋轉至一關閉位置，如圖6A 至6 C所示。 製造 129660.doc 200931166 有利的係，可使用針對MEMS器件製造之若干方法 一者來製造微快門陣列2〇。圖Μ，及7C自—感測器侧 平面圖顯示兩個主要圖案化的薄膜層，其形成係製造以便 形成此器件的基本功能子系統。魏顯示形成於與框架Μ :表面平行之-平面中的電極3〇之網路。存在用於形成電 之圖案的若干技術。一技術涉及將一金屬或其他導 電材料沈積至-表面上，接著實行某—類型之_操作以 移除所需導電跡線之間的金屬。例如，針對電極之適合金 屬包括銅或鋁。可使用其他導電材料，例如摻雜矽或多晶 石夕。
電f 30可個別定址或可以係分組’使得一致動信號可致 動一單一快門元件22或可一次致動多個快門元件22。經由 說月在圖7 A之誇大比例具體實施例中，四個電極3 〇之群 組係連接在-起。可容易地明白，可實施任何數目之其他 互連方案，使得（例如）一單一致動信號會致動僅一單一快 門元件22、一對快門元件22、或三個、四個或更多快門元 件22。在該電極選路設計中亦可實施用於一次致動多個快 門元件22的交錯圖案。 圖7B顯示使用MEMS製造技術形成的快門元件22之配 置。為進行比較，顯示四個快門元件22之一區塊處於關閉 位置’顯示快門元件23之另一區塊處於開啟位置。如圖7B 與7C之範例具體實施例所說明，所有該等快門元件22都係 電連接在一起。定址係藉由電極30來完成。快門元件22可 處於接地或處於某一其他參考電廢電位。 129660.doc -16 · 200931166 一般而言，此類型之機械組件的MEMS製造涉及材料以 若干階段的沈積與蝕刻，該等階段將該組件形成為最初固 疋於適當位置。一旦形成該組件，製造中的最後階段（常 係稱為釋放步驟）將該組件自該序列中先前沈積的材料之 犧牲層釋放。隨後更詳細地說明用於形成並釋放快門元件 22之一部分序列。 圖7C顯示其中兩個電極30與快門元件22陣列係組合以形 φ 成微快門陣列2〇的感測器側平面圖。亦可將驅動電路66整 合至微快門陣列20中，如圖7C所解說。 圖8以俯視圖與斷面圖顯示電極30與快門元件22之相對 位置。電極30係形成於一絕緣層68上’該絕緣層係沈積於 針對框架32之一矽基底70上。在一具體實施例中，絕緣層 68係氧化矽（Si〇2)。快門元件22係顯示處於開啟與關閉位 置兩者以用於參考。自圖7C之視圖C-C採取的圖9之俯視 圖與斷面圖顯示全部在關閉（致動）位置中的快門元件22， Ο 其橫跨框架32中的開口 34。 在一具體實施例中’用於在一共用基板（例如，一石夕基 板）上形成微快門陣列2〇的基本步驟如下： (1)形成電極30。如前所述，存在用於製造金屬或摻雜 -多晶矽電極之一圖案的若干傳統方法。在一具體實施例 中，以一絕緣熱氧化層來塗布一矽基板通常大約丨微米 厚。接著，沈積一金屬或多晶矽層通常大約〇.5微米厚。 對於多晶矽而言，將摻雜物添加於該電極區域上，接著使 用一餘刻程序來從該摻雜材料形成驅動電極3〇之圖案。 129660.doc 200931166 (2) 絕緣電極30並形成針對柱38之通道。此下一組步驟 沈積與圖案化針對在先前步驟中形成之電極3〇的絕緣。此 外’亦可組態針對柱38或其他機械特徵的支撐結構。 ❹ Ο (3) 形成快門元件22。形成快門元件22之程序會需要數 個階段。在一具體實施例中，首先設置針對扭轉臂24的結 構，隨後圖案化葉片26部分。可沈積與圖案化一多晶矽層 作為針對快門元件22之基底材料。視需要地，可添加摻雜 物以增強葉片26之導電率。可自諸如鋁、鎳、銅、金或其 他金屬之金屬來形成快門元件22。亦可使用非晶矽。亦可 形成一金屬塗布的快門元件22，可依序沈積、圖案化及蝕 刻一系列臨時中間層以形成該快門元件22結 期間亦可形成柱38。 驟 (4)形成電接點。此步驟沈積與圖案化線接合墊以用於 連接至該器件上的電極30。如先前所說明，可具有若干不 同配置，使得一單一信號一次致動一 件22。 個或一個以上快門元 (5) 形成開口 34。使用微影蝕刻來移除材料，從而在框 木32之基板中形成開口 34。在一具體實施例中使用 DRIE(深反應性離子㈣）方法。替代地，㈣基板係石夕則 可使用一各向異性尺〇11濕式蝕刻。 (6) 釋放快門元件22。釋放快門元件22以允許其獨立開 啟/關閉致動，需要針對經沈積以用作為快門元件 之一臨時表面的材料進行選擇㈣刻。使用熟⑽刪製 造者所熟知的技術來蝕刻去除此材料(現在位於快門元件 129660.doc •18· 200931166 22下方），從而釋放該組裝的快門元件22。圖1〇顯示其中 一多晶矽層60以此方式用作為一臨時結構之一範例具體實 施例的俯視圖與側視圖。使用蝕刻技術移除多晶矽層6〇接 著釋放快門元件22，從而提供先前參考圖8說明的組態。 剛剛說明的步驟概述在一具體實施例中微快門陣列2〇製 造之基本階段並可由熟習MEMS製造技術者使用任何適當 工具與材料予以實施。例如’可以若干方式來完成材料沈
積，例如使用一低壓化學汽相沈積（CVD)程序、濺鍍、蒸 發沈積、或提供沈積深度之充分控制並適合於所使用材料 與基板的其他程序。㈣料可視情況使賴式或乾式姓 刻技術。深層反應性離子蝕刻（DRIE)可能需要特定值尤 其在必須移除一相當大量之材料之情形時，例如在形成開 口 3 4 時。 本文中給定的尺寸在於提供相關比例之—構想而並非意 圖加以設限。在-具體實施例中，快門元件係Μ咖長 (圖2A中之L)’其中葉片26具有大約35微米之一寬度尺 寸。扭轉臂斷面厚度係在！微米的等、級上。對於具有一 1.5x1.5 mm作用區域與-大約罐米之像素間距的影像感 測器而言’該器件具有約38〇個快門元件22 1明白，使 用MEMS技術形成的微快門陣列2Q在肉眼下具有—連續表 面的外觀。當所有快門元件22都處於關閉位置時，在開口 =域上的微快門陣列2〇看似幾乎透明。因為按比⑽ ^架構及快門元件22之功能會過於複雜，故此揭示内容 中的圖式誇大此等器件的相對比例並僅在一陣列中顯示少 129660.doc 200931166 量的該等器件。 亦可明白’可存在對所κ㈣若干修改㈣於幫助改 良器件製造與效能。圖u13顯示使用一段差電極3〇之一 替代性具體實施例，其中電極30之一部分係更接近快門元 件22配置以便提供改良的靜電吸引，從而在預期方向上偏 斜其對應快門元件22。段差電極3〇之相鄰部分進而更遠離 . ㈣的快門元件22,其幫助最小化錯誤致動。圖u顯示在 ❹ 釋放之前的最終製造階段中的兩個快門元件22〇此處，在 快門與段差電極製造期間一光阻層62暫時將，决門元件如 持於適當位置。光阻層62之移除（例如，藉由氫氟酸（hf) >飞相氧化物移除）接著釋放快門元件22 ’如圖12之側視圖 與俯視圖所示。圖13顯示處於其致動（關閉）狀態的快門元 件22之一者。 操作舆時序 在微快門陣列20内，個別快門元件22係可個別定址與致 Ο 動的。此允許若干操作序列選項’包括一滾動快門之模 擬，例如傳統上在數位相機操作中用於CM〇s影像感測器 的快門。傳統上藉由針對由多列像素組成之一移動帶調整 冑光與重設時序來實行，滾動快門操作允許該影像感測器 之曝光與讀出橫跨該影像感測器之列逐列地發生。此滚動 快門序列避免差別曝光問題，即_ CCD之交錯場藉由使針 對各列之曝光達相同時間長度來展現。 圖14顯示在一具體實施例中用於針對微快門陣列中之 一組相鄰快門元件22來實現滾動快門操作的一時序之一部 129660.doc -20- 200931166 分。在此範例中，顯示針對標記為快門n至快門n+8的九個 快門元件22的時序。對於此序列而言，一正電壓信號閂鎖 快門元件22關閉；零電壓（信號接地）開啟快門元件22。於 時間t0，快門n係開啟的，從而曝光該影像感測器的一或 多個對應列直至其在此時間週期結束時於時間t2關閉。接 著，可讀取與重設相關聯於快門n之像素。於時間丨丨，快 • Πη+1開啟並允許曝光裝置其於時間t3關閉。此圖案重複 〇 透過該等㈣之有效排序，使得其對應列的像素係在可能 重疊或可能不重疊的不同時間週期内曝光。可明白，可以 若干方式來修改此配置，例如包括多個快門元件22之分組 以用於藉由相同電壓信號在相同時間週期期間致動。 亦可使用微快門陣列20來同時快門關閉感測器12上的所 有該等像素以便減低在使用CM_像感測器之影像捕獲 系：中常發現的類似於影像剪切的滾動快門假影。亦可提 #交錯操作’從而分組—或多㈣Μ目㈣Η元件22以使得 《係在一時間週期期間同時致動，而其他分組的快門元件 保持未致動直至-較晚的時間週期。此外，可使用該微快 門陣列20以將不同的曝光時間週期提供至不同列的像素， 從而致能該影像内之調整以回應進行成像的場景之態樣， 例如該場景内之更暗與更亮部分。總之，快門元件Μ之個 別控制允許若干不同致動與時序配置之任一者，其適合於 逐列像素曝光或其中一窗（即，框架32)允許光之可變透射 二”他應用可使用可個別致動的快門在窄縱長部分中進 i29660.doc •21 - 200931166 與傳統MEMS微快門解決方式不同，本具體實施例之微 快門陣列20使用具有一延伸的長度之快門元件22，可按比 例調整以橫跨一小感測器12(圖1)充分延伸以自通過該框架 3 2之一透光部分3 4的光快門關閉一或多列像素。因此，兮 等快門元件2 2之寬度係使得其將覆蓋一列像素或多列像 素。快門元件22通常係開啟並可靜電致動以用於關閉。致 動所需的電壓位準係在30 Vdc或更少的等級上。電極在平 ❹ 行於該微快門陣列20之面的平面中延伸並且各電極之主要 为平行於與入射光之方向實質上正交之一平面。此實質 上平面的配置簡化用於沈積與圖案化電極的製造任務。當 形成於一透明基板上時，如圖4Β之範例具體實施例所示， 該致動電極可處於入射光之路徑中。 可將微快門陣列20與感測器12整合而作為一緊密成像模 組之部分。因為可將其與感測器12相鄰定位或定位於影像 形成透鏡L1(圖1)之影像空間中的任何適合點處，故與通 0 常僅接近虹膜定位的傳統快門機構相比較，微快門陣列2〇 致忐非常緊密的成像模組設計，以便避免該影像中的陰影 假影。如此形成之一成像模組可相對不透光與無塵。任何 陰影假影都係展現為固態圖案雜訊，其可以一直接方式來 數位地校正。此外，可使用一機械快門陣列來有效地補償 或消除針對影像手持式成I器件之感須|J器效能的成像問題 (例如’影像剪切卜微快門陣列2〇能夠進行非常快的快門 時間。 在本發明之另一具體實施例中，該微快門20係用於一數 129660.doc -22- 200931166 2相機系統以使用該光圈之多個開啟與關閉來捕獲影像以 生-多次曝光影像。可作為—技術來使用多次曝光影像 以致能增強的解模糊。 -數位相機可包括―鐵電快門，其中該鐵電快門係一傳 、统快門’其關閉該透鏡的整個光圈並係定位於該透鏡裝配 件中之虹膜處或該透鏡裝配件之物端處。藉由在一單一影 . I捕獲期間快速開啟與關閉該鐵電快門，一影像係捕獲了 G 其係彼此覆蓋之多次曝光的結果。發演算法，其藉由 分析藉由該多次曝光在該多次曝光影像中建立的圖案來移 除藉由所成像的場景内之運動產生的大部分模糊。一問題 係具有該鐵電快門之數位相機系統較龐大，並且如此並不 適合於一較小消費者數位相機中的實施方案。 相比之下，如前所述，可將微快門陣列20與感測器12整 合而作為可包括於小消費者數位相機中之一緊密成像模組 之部分。此外，10至20微秒的微快門陣列2〇之響應時間比 〇 具有1〇0微秒之一切換時間的鐵電快門快得多，使得可藉 由該微快門陣列20以自開啟至關閉之更清楚定義的快門轉 變來提供更短的曝光時間。因此’在一數位相機系統中使 用一微快門20代表用於產生一多次曝光影像的更為緊密的 一改良的數位相機系統。 已特別參考本發明之特定較佳具體實施例來詳細說明本 發明’但應明白熟習此項技術者可如上面所說明並如隨附 申請專利範圍所述在本發明之範疇内實現改變與修改而不 脫離本發明之範疇。例如，可用各種製造替代。 129660.doc -23· 200931166 【圖式簡單說明】 雖然本說明書以特別指出並清楚主張本發明之標的之申 研專利範圍結束’但咸信當結合附圖時自以下說明將更佳 地瞭解本發明，其中： 圖1係顯示使用一微快門陣列之一成像裝置之主要組件 的示意方塊圖；
圖2A係本發明之—具體實施例中之—微快門陣列的透視 圖； 圖2B係顯不為更佳可見性而空間分離的微快門陣列之若 干關鍵組件的分解圖； 圖2C係針對圖2B所示之組件的重新組裝圖； 圖3A係具有所有快門元件都係開啟的本發明之微快門陣 列的感測器側平面圖； 圖3Β係具有所有快門元件都係關閉(致動)的本發明之微 快門陣列的感測器側視圖； =係具有—快門元件係開啟(未致動)的本發明之微快 門陣列的感測器侧視圖； 圖4Α係顯示在使用— ^ Β 朱之一具體實施例中的一單 一快門tl件及其支援電極的透視圖； 圖4Β係顯示在使用具一 例中的-單-快門-4 “之—㈣之-具體實施 、l7L件及其支援電極的透視圖； 圖5A係顯示處於開啟 側視圖； 丨刀關閉位置的兩個快門元件的 圖5B係顯示使用小 透鏡在該等微快門元件 之間導引光的 129660.doc -24- 200931166 處於開啟與部分關閉位置的兩個快門元件的側視圖； 圖6A、6B及6C係顯示致動一單一快門元件之階段的示 意圖； μ 圖7A 7B及7C係顯示形成一具體實施例中之微快門陣 列的分離與組裝的不同功能層的平面圖； 圖8以俯視圖與斷面圖顯示電極30與快門元件22之相 位置； $ © 圖9以斷面與部分俯視圖顯示橫跨該圖框中之光透射開 口的快門元件之仇置； 圖1G顯示就在該等快門元件之似彳與釋放之前的—製、生 步驟的側視圖； 圖11顯示就在該等快門元件之姓刻與釋放之前的針對使 用一段差電極配置之一具體實施例的製造之斷面圖； 圖12顯示處於其正常開啟、未致動位置之釋放的快門元 件； © 圖13顯示該等快門元件之一者的致動；以及 圖14顯不用於連續曝光與屏蔽該陣列中之一組快門元 之一致動序列的時序圖。 凡 【主要元件符號說明】 10 成像裝置 12 感測器 14 透鏡陣列 16 控制邏輯處理器 18 影像處理組件 129660.doc -25- 200931166 Ο ❹ 20 微快門陣列 22 快門元件 22f 微快門元件 23 快門元件 24 扭轉臂 26 葉片 28 軸頸軸承 30 電極 32 框架 34 開口 38 柱 40 像素元件 41 小透鏡 42 固定板 44 小透鏡 60 多晶矽層 62 光阻層 64 對象 66 驅動電路 68 絕緣層 70 基底 I 入射光 L 長度 LI 影像形成透鏡 129660.doc •26- 200931166 SWl to、tl、t2、 t3 開關 時間
129660.doc -27