TWI447515B

TWI447515B - 微機電微快門陣列、成像模組及用於形成影像之方法

Info

Publication number: TWI447515B
Application number: TW097139086A
Authority: TW
Inventors: John N Border; Herbert J Erhardt; Kelly Lee; Marek Kowarz; Robert M Boysel
Original assignee: Omnivision Tech Inc
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2014-08-01
Also published as: TW200931166A; US20090097095A1; WO2009048526A1; US7684101B2; US20100118176A1; US8077372B2

Description

微機電微快門陣列、成像模組及用於形成影像之方法

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。

在數位相機及其他成像應用中，通常有用的係能夠選擇性地阻隔光落在一電子感測器之一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一曝光序列，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(Light Modulation Device with Matrix Addressing)」的美國專利第5,078,479號與發佈給Worley的標題為「透明基板上之微機電快門(Electro-Micro-Mechanical Shutters on Transparent Substrates)」的美國專利第5,784,190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100Vdc)使此類型之解決方式完全不適合用於數位相機中。該JWST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，雖然已針對一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。

總之，本揭示內容係關於快門裝置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。

本發明之一態樣係一微快門陣列。該微快門陣列包括：一框架，其具有一透光部分；複數個線性微快門元件，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，及在該長度方向上自該葉片之各側向外延伸之第一扭轉臂與第二扭轉臂；以及至少一電極，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：提供一影像形成透鏡以用於將光導向具有一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一或多個微快門元件以用於使像素元件之關聯列曝光。

本發明之另一態樣係一用於產生一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一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一或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。

本說明特定言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元件。應瞭解未明確顯示或說明的元件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。

圖1之示意圖顯示使用依據本發明的一維微快門陣列20之一成像裝置10。諸如一CCD(charge coupled device；電荷耦合器件)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L1透過一微快門陣列20並視需要地透過一微透鏡陣列14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16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20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1所示之具體實施例中，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，此設計優於傳統MEMS微快門陣列組態，因為其允許一次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內的像素之周邊上不存在阻礙壁或其他光阻隔結構。

圖2A之透視圖更詳細地顯示微快門陣列20之一部分，其中組件再次在太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26與兩個扭轉臂24，其沿長度L自葉片26之各側向外延伸快門元件22之延伸長度。各快門元件22皆可固定於一可選軸頸軸承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20之一些關鍵元件。入射光方向係藉由標記為I之箭頭顯示。各快門元件22皆具有至少一對應電極30，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30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30，並提供一開口34，或更廣泛而言，提供對入射光I透明之一透光部分。

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一視覺化表現。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(例如矽或石英)形成。形成、互連及致動微快門陣列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。稍後在此揭示內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3A、3B及3C係取自感測器12(圖1)之側的微快門陣列20之平面圖。圖3A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34。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3B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，從而允許該感測器之一或多列像素之阻隔。

圖4A顯示僅具有一單一快門元件22及其對應電極30的框架32。在此具體實施例中，框架32內之透明開口34係顯示在開口34之各側上具有電極30。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30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4B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30可橫跨開口34之某一部分延伸而不阻隔光。例如，透明電極30可以係一導電材料，例如氧化銦錫(ITO)。

快門元件22通常處於開啟位置，從而允許光透射至感測器像素並且在係致動時關閉以阻隔光。然而，本發明並不限於通常處於開啟位置之快門元件22，並且針對該快門之任何適當位置都可以係一正常狀態，例如通常係關閉。圖5A之側視圖顯示兩個快門元件22，一元件處於開啟狀態而另一元件在係致動時移至一關閉位置中，從而阻隔至感測器12上之對應列的像素元件40之光。在此具體實施例中，各快門元件22傳遞或阻隔光至兩列像素元件40。例如，可具有其他配置，例如阻隔兩列以上的像素元件40或僅阻隔一單一列。在所示具體實施例中，針對各像素元件40提供一可選小透鏡44。對於一些類型之感測器12，每一像素元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22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41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快門元件22。快門元件22係設計以在未係致動時透射光，如圖6A所示。當施加電壓時，如藉由一開關SW1之位置所示意性表示，提供於電極30與快門元件22之葉片26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30旋轉，從而提供快門動作並因此阻隔光透射。葉片26之旋轉產生扭轉臂24之一扭曲動作從而引起一轉矩能係儲存於扭轉臂24中，因為該等扭轉臂24之端係固定(於固定板42，如圖2B與2C所示)。因此，當自電極30移除該電壓電位時，儲存於扭轉條24中的轉矩引起葉片26係旋轉回至圖6A之未致動狀態。圖6A、6B及6C顯示其中開口34係中空的組態，其中電極30沿框架32之表面在開口34之各側上延伸，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一機械阻隔以防止葉片26在錯誤方向上或超過所需開啟位置的不合需要轉動。如圖2B與6A至6C所示，可提供柱38或某一其他機械停止器件以防止葉片26除在預期方向上之外的移動。

快門元件22及其對應電極30的設計使得可能以一比較而言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20至大約30Vdc之範圍內。此係顯著改良而超過會需要100Vdc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JWST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20的設計亦有利於速度，其中致動時間少於10或20微秒，其隨致動電壓位準改變。

一般而言，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元件22之葉片旋轉至一關閉位置，如圖6A至6C所示。

製造

有利的係，可使用針對MEMS器件製造之若干方法之任一者來製造微快門陣列20。圖7A、7B及7C自一感測器側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。圖7A顯示形成於與框架32之表面平行之一平面中的電極30之網路。存在用於形成電極30之一圖案的若干技術。一技術涉及將一金屬或其他導電材料沈積至一表面上，接著實行某一類型之蝕刻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，例如摻雜矽或多晶矽。

電極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。經由說明，在圖7A之誇大比例具體實施例中，四個電極30之群組係連接在一起。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壓電位。

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定於適當位置。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陣列係組合以形成微快門陣列20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(SiO₂ )。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，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，一矽基板)上形成微快門陣列20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1微米厚。接著，沈積一金屬或多晶矽層通常大約0.5微米厚。對於多晶矽而言，將摻雜物添加於該電極區域上，接著使用一蝕刻程序來從該摻雜材料形成驅動電極30之圖案。

(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30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。

(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結構。在此步驟期間亦可形成柱38。

(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個或一個以上快門元件22。

(5)形成開口34。使用微影蝕刻來移除材料，從而在框架32之基板中形成開口34。在一具體實施例中使用DRIE(深反應性離子蝕刻)方法。替代地，若該基板係矽則可使用一各向異性KOH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22構造之一臨時表面的材料進行選擇性蝕刻。使用熟習MEMS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22下方)，從而釋放該組裝的快門元件22。圖10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60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20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。蝕刻程序可視情況使用濕式或乾式蝕刻技術。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34時。

本文中給定的尺寸在於提供相關比例之一構想而並非意圖加以設限。在一具體實施例中，快門元件係1.5mm長(圖2A中之L)，其中葉片26具有大約3.5微米之一寬度尺寸。扭轉臂斷面厚度係在1微米的等級上。對於具有一1.5x1.5mm作用區域與一大約4微米之像素間距的影像感測器而言，該器件具有約380個快門元件22。應明白，使用MEMS技術形成的微快門陣列20在肉眼下具有一連續表面的外觀。當所有快門元件22都處於關閉位置時，在開口34之區域上的微快門陣列20看似幾乎透明。因為按比例繪示該架構及快門元件22之功能會過於複雜，故此揭示內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量的該等器件。

亦可明白，可存在對所示組態的若干修改以用於幫助改良器件製造與效能。圖11至13顯示使用一段差電極30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30之相鄰部分進而更遠離相鄰的快門元件22，其幫助最小化錯誤致動。圖11顯示在釋放之前的最終製造階段中的兩個快門元件22。此處，在快門與段差電極製造期間一光阻層62暫時將快門元件22固持於適當位置。光阻層62之移除(例如，藉由氫氟酸(HF)汽相氧化物移除)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。

操作與時序

在微快門陣列20內，個別快門元件22係可個別定址與致動的。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CMOS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曝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。此滾動快門序列避免差別曝光問題，即一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20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t1，快門n+1開啟並允許曝光裝置其於時間t3關閉。此圖案重複透過該等快門之有效排序，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內曝光。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CMOS影像感測器之影像捕獲系統中常發現的類似於影像剪切的滾動快門假影。亦可提供交錯操作，從而分組一或多個非相鄰快門元件22以使得其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一較晚的時間週期。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，從而致能該影像內之調整以回應進行成像的場景之態樣，例如該場景內之更暗與更亮部分。總之，快門元件22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)允許光之可變透射的其他應用，可使用可個別致動的快門在窄縱長部分中進行控制。

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32之一透光部分34的光快門關閉一或多列像素。因此，該等快門元件22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30Vdc或更少的等級上。電極在平行於該微快門陣列20之面的平面中延伸並且各電極之主要部分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4B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，故與通常僅接近虹膜定位的傳統快門機構相比較，微快門陣列20致能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像器件之感測器效能的成像問題(例如，影像剪切)。微快門陣列20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係用於一數位相機系統以使用該光圈之多個開啟與關閉來捕獲影像以產生一多次曝光影像。可作為一技術來使用多次曝光影像以致能增強的解模糊。

一數位相機可包括一鐵電快門，其中該鐵電快門係一傳統快門，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。藉由在一單一影像捕獲期間快速開啟與關閉該鐵電快門，一影像係捕獲，其係彼此覆蓋之多次曝光的結果。已開發演算法，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內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20之響應時間比具有100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內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。

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

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

L1．．．影像形成透鏡

SW1．．．開關

t0、t1、t2、t3．．．時間

雖然本說明書以特別指出並清楚主張本發明之標的之申請專利範圍結束，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係本發明之一具體實施例中之一微快門陣列的透視圖；

圖2B係顯示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3B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；

圖3C係具有一快門元件係開啟(未致動)的本發明之微快門陣列的感測器側視圖；

圖4A係顯示在使用一中空框架之一具體實施例中的一單一快門元件及其支援電極的透視圖；

圖4B係顯示在使用具有一透明窗之一框架之一具體實施例中的一單一快門元件及其支援電極的透視圖；

圖5A係顯示處於開啟與部分關閉位置的兩個快門元件的側視圖；

圖5B係顯示使用小透鏡在該等微快門元件之間導引光的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；

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之相對位置；

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位置；

圖10顯示就在該等快門元件之蝕刻與釋放之前的一製造步驟的側視圖；

圖11顯示就在該等快門元件之蝕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顯示用於連續曝光與屏蔽該陣列中之一組快門元件之一致動序列的時序圖。