專利名稱：一種確定光學干涉儀中的鏡位置的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及光譜學和干涉量度學，并且更具體地涉及光學干涉儀中的微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的使用。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)(MEMS)指在共同硅襯底上的機械元件、傳感器、致動器和電子元件通過微制造技術(shù)的集成。例如，微電子元件典型地使用集成電路(IC)工藝制造，而微機械元件使用兼容的微加工工藝制造，所述微加工工藝選擇性地刻蝕掉部分硅片或增加新結(jié)構(gòu)層以形成機械的和電機械的元件。MEMS器件由于它們的低成本、批處理能力以及與標準微電子元件的兼容性，對于使用于光譜學、輪廓術(shù)、環(huán)境感測、折射率測量(或材料識別)以及若干其他的傳感器應(yīng)用而言是富有吸引力的備選。另外，MEMS器件的小尺寸有助于這種MEMS器件集成至移動和手持器件中。而且，具有大量致動技術(shù)的MEMS技術(shù)支持光子器件(諸如光學調(diào)諧和動態(tài)感測的應(yīng)用)的新功能和特征的實現(xiàn)。例如，通過使用MEMS致動(靜電的、磁的或熱的)控制邁克爾遜干涉儀的可移動鏡，可以引入在干涉儀的光學路徑長度的小位移，并且由此可以獲得干涉光束之間的微分相位。所獲得的微分相位可以用于測量干涉儀光束的光譜響應(yīng)(例如，使用傅里葉變換光譜學)、移動鏡的速度(例如，使用多普勒效應(yīng))或者僅作為光學相位延遲元件。這種干涉儀精確度中的關(guān)鍵元件是確定可移動鏡的位置。傳統(tǒng)的，激光和輔助性干涉儀一直被用于測量移動鏡的位置。然而，引入笨重的激光源和另外的干涉儀增加了干涉儀系統(tǒng)的尺寸、成本和復(fù)雜性。因此，需要一種具有降低尺寸、成本和復(fù)雜性的機制來確定可移動鏡的位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供了一種微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置，包括可移動鏡；以及MEMS致動器，耦合至所述可移動鏡以引起其位移。所述MEMS致動器具有可變電容。電容感測電路耦合至所述MEMS致動器以感測所述MEMS致動器的當前電容，并且基于所述MEMS致動器的當前電容確定所述可移動鏡的位置。在一個實施例中，所述MEMS致動器是具有兩個板的靜電致動器，并且所述電容感測電路感測所述兩個板之間的當前電容。在一個示例性實施例中，所述MEMS致動器是靜電梳狀驅(qū)動致動器。
在進一步實施例中，所述電容感測電路包括用于接收所述當前電容和產(chǎn)生與所述電容成比例的輸出電壓的電容至電壓轉(zhuǎn)換器。在又一進一步實施例中，所述電容感測電路包括用于感測所述MEMS致動器的所述當前電容的專用集成電路，以及用于基于所述當前電容確定所述可移動鏡的位置的數(shù)字信號處理器。在一個示例性實施例中，所述專用集成電路進一步生成致動信號以引起所述MEMS致動器的運動。在又一示例性實施例中，所述MEMS致動器、所述可移動鏡以及所述專用集成電路一起集成在裸片封裝上。本發(fā)明的一些實施例還提供了一種微機電系統(tǒng)(MEMS)干涉儀系統(tǒng)，包括干涉儀，具有光學耦合以接收和反射光的可移動鏡。所述MEMS干涉儀系統(tǒng)還包括:MEMS致動器，耦合至所述可移動鏡以引起其位移；以及電容感測電路，耦合至所述MEMS致動器，用于感測所述MEMS致動器的當前電容并且基于所述MEMS致動器的所述當前電容確定所述可移動 鏡的位置。在一個示例性實施例中，其中所述干涉儀進一步包括分束器，光學耦合以接收入射光束和將所述入射光束分成第一干涉光束和第二干涉光束；以及固定鏡，被光學I禹合以接收所述第一干涉光束并且將所述第一干涉光束反射回所述分束器以產(chǎn)生第一反射干涉光束。所述可移動鏡被光學耦合以接收所述第二干涉光束并且將所述第二干涉光束反射回所述分束器以產(chǎn)生第二反射干涉光束。檢測器被光學耦合以檢測由于在所述第一反射干涉光束和所述第二反射干涉光束之間的干涉結(jié)果產(chǎn)生的干涉圖案。在一個實施例中，所述可移動鏡的位移產(chǎn)生在所述第一干涉光束和第二干涉光束之間的、等于2倍所述位移的光學路徑長度差。在另一示例性實施例中，所述干涉儀包括寬帶光源，用于產(chǎn)生光束；第一臂，包括所述可移動鏡；第二臂，包括固定鏡；以及分束器，用于對光束進行分束以穿過所述第一臂和所述第二臂二者。所述可移動鏡可移動通過零位置的兩側(cè)，所述零位置對應(yīng)所述干涉儀的所述第一臂和第二臂之間的光束的零光學路徑差。所述干涉儀記錄所述零位置的兩側(cè)上的干涉圖以由所述數(shù)字信號處理器用于相位校正。本發(fā)明的實施例還進一步提供一種確定微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置中的可移動鏡位置的方法。所述方法包括提供MEMS致動器耦合至所述可移動鏡，其中所述MEMS致動器具有可變電容。所述方法還包括使用所述MEMS致動器移動所述可移動鏡；感測所述MEMS致動器的當前電容并且基于所述MEMS致動器的當前電容確定所述可移動鏡的所述位置。


通過結(jié)合附圖參考下文的詳細描述可以獲得本發(fā)明的更加完整的理解，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于確定可移動鏡的位置的示例性微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置的方框圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于確定可移動鏡的位置的MEMS干涉儀系統(tǒng)的示例性元件的方框圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的MEMS干涉儀系統(tǒng)的進一步示例性元件的方框圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在MEMS干涉儀系統(tǒng)內(nèi)使用的專用集成電路(ASIC)的示例性元件的方框圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在圖4的ASIC內(nèi)使用的示例性電容至電壓電路的電路圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的MEMS裝置的示例性架構(gòu)的圖；圖7是不出了根據(jù)本發(fā)明實施例的MEMS干涉儀系統(tǒng)的不例性架構(gòu)的圖；圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性MEMS裸片封裝的圖；以及圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于確定可移動鏡在MEMS裝置內(nèi)的位置的示例性方法的圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種確定微機電系統(tǒng)(MEMS)應(yīng)用(諸如干涉儀/光譜儀應(yīng)用)中的可移動鏡的位置的技術(shù)。該技術(shù)使得能夠?qū)⒏缮鎯x/光譜儀集成到小芯片上并且減少系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度?，F(xiàn)在參照圖I，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性的MEMS裝置100。MEMS裝置100包括MEMS致動器110和可移動鏡120。MEMS致動器110是靜電致動器，例如梳狀驅(qū)動致動器、平行板致動器或者其他類型的靜電致動器。可移動鏡120耦合到MEMS致動器110，從而該MEMS致動器的運動引起可移動鏡120的位置的位移。在許多MEMS應(yīng)用中，有必要知道可移動鏡120的位置。例如，在干涉儀應(yīng)用中，可移動鏡120的位置被用于處理干涉儀的輸出。MEMS干涉儀系統(tǒng)105的一個例子在圖2中示出。如在圖2中能夠看出的，MEMS致動器110和可移動鏡120以及干涉儀140的諸如(如下面結(jié)合圖7的更加詳細的描述的)分束器、固定鏡和光檢測器之類的其他組件一起形成MEMS干涉儀150。MEMS干涉儀150可以例如是傅氏變換紅外光譜(Fourier TransformInfrared Spectroscopy, FTIR)分析儀，邁克爾遜干涉儀，馬赫曾德爾(Mach Zender)干涉儀或者法布里-拍羅(Fabry-Perot)干涉儀。可移動鏡120的位移產(chǎn)生干涉儀140的兩臂之間的光學路徑長度差，以便在光檢測器獲得期望的干涉圖案。為了有效處理從光檢測器輸出的信號，必須確定可移動鏡120在至少一個面上的位置。因此，現(xiàn)參照圖I和圖2，為了測量可移動鏡的位置，MEMS裝置100還包括耦合到MEMS致動器110的電容感測電路130。因為MEMS致動器110是靜電致動器，MEMS致動器110具有能夠被電容感測電路130測量的可變電容。例如,在一個實施例中，電容感測電路130可以耦合到MEMS致動器110的兩個板以檢測兩個板之間的電容(即，測量MEMS致動器的電容的當前值，下文稱為“當前電容”)。基于測得的當前電容，可以確定可移動鏡120的位置。如能夠被理解的，MEMS致動器Iio的兩個板之間的間距(距離)隨著鏡120的移動而變化。由于MEMS致動器110是靜電致動器，因此兩個板之間的電容直接與兩個板之間的間距成比例(或者在某些情況下成反比)。因此，板間的電容能夠被用于確定該間距，其繼而能夠被用于確定該鏡位置。圖3是不出了根據(jù)本發(fā)明實施例的MEMS干涉儀系統(tǒng)105的不例性組件的方框圖。在圖3中，電容感測電路(CSC) 130在專用集成電路(ASIC) 160內(nèi)實施。ASIC 160進一步被耦合到MEMS干涉儀150和數(shù)字信號處理器(DSP) 170。在一個實施例中，DSP 170在ASIC160上實施。將DSP 170集成到ASIC 160上產(chǎn)生了富有吸引力的、自給式的解決方案，該解決方案可以容易地集成在更大的系統(tǒng)中。然而，這對ASIC技術(shù)的選擇施加了限制，并且可能導(dǎo)致數(shù)字部分和傳感模擬前端之間的干擾。因此，在其他一些實施例中，DSP170可以在其他ASIC上或以通用個人計算機上的可執(zhí)行軟件實現(xiàn)。在ASIC 160中的CSC 130被耦合以接收來自MEMS干涉儀150的MEMS致動器的電容感測信號190。CSC 130測量電容感測信號190以確定MEMS致動器的當前電容，并將該當前電容的值傳送給DSP 170。DSP 170處理該當前電容值以確定MEMS干涉儀150中的移動鏡的位置。ASIC 160還包括如下電路，該電路用于產(chǎn)生致動信號180并將致動信號180傳送給MEMS干涉儀150的MEMS的致動器以控制MEMS致動器的運動。例如，在示例性的實施例中，ASIC 160包括支持任意致動方式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。該DAC還可以具有很高的分辨率以便降低致動噪聲，并且具有很高的無雜散(spurious-free)動態(tài)范圍以確保不會激發(fā) 不需要的共振模式。另外，ASIC 160進一步被耦合以接收從MEMS干涉儀150輸出的光學干涉圖案195，并且提供光學干涉圖案195給DSP 170進行處理。例如，在示例性的實施例中，MEMS干涉儀系統(tǒng)150是利用通用的MEMS-接口 CMOS ASIC 160的MEMS FTIR光譜儀系統(tǒng)。在該實施例中，MEMS干涉儀150包括光檢測器、固定鏡和可移動鏡。隨著可移動鏡的運動，光檢測器捕捉光干涉圖案195。ASIC 160可以包括低噪信號調(diào)節(jié)路徑，該路徑放大該信號、消除任何直流偏移并且提供必要的反混疊濾波。信號調(diào)節(jié)可以以高線性方式實現(xiàn)，從而減少最終輸出頻譜的任意雜散音(spurious tone)。在DSP 170處，利用可移動鏡位置的知識，調(diào)節(jié)圖案的頻譜分析能夠識別光波長和任意材料在光路上的光譜印記。 現(xiàn)參照圖4，示出了示例性的CRC 130o CRC 130包括電容至電壓轉(zhuǎn)換器(C/V) 200、放大器210和低通濾波器220。C/V 200被耦合以接收指示了 MEMS致動器的當前電容的電容感測信號190，并且操作以將該當前電容轉(zhuǎn)換為電壓。特別地，該C/V產(chǎn)生與MEMS致動器的兩端之間的電容成比例的電壓輸出。放大器210將來自C/V200的電壓輸出放大，并且低通濾波器220濾波該電壓從而去除任意雜散信號。在示例性的實施例中，C/V 200是很低噪音的C/V，該C/V具有寬范圍增益且去除了直流偏移，從而支持在各種固定電容上疊加的寬電容范圍。CRC 130需要低噪聲水平，因為該鏡位置的不精確直接影響該系統(tǒng)的信噪比(SNR)。ASIC 160還可以呈現(xiàn)很低的電壓和噪聲水平以允許超過18比特的分辨率。在進一步的實施例中，ASIC 160還可以包括電容校準電路系統(tǒng)以校準C/V 200。圖5示出了 C/V 200的一個例子。C/V 200包括用于接收被測量的電容C的輸入端、用于接收參考電容Cref的輸入端、運算放大器202、反饋電容Co和包絡(luò)檢測器電路204。在示例性的操作中，已知頻率(例如IOkHz)的交流信號被施加到電容C的一端，而該相同激勵信號的負版本被施加到參考電容Cref。運算放大器202的輸出是幅值與該值(C-Cref)成比例的、具有相同頻率的交流信號。包絡(luò)檢測器電路204檢測運算放大器202的輸出的包絡(luò)。特別地，包絡(luò)檢測器電路204操作以產(chǎn)生與從運算放大器202輸出的交流信號的幅值(包絡(luò))成比例的輸出電壓。如圖5所示，包絡(luò)檢測器電路204檢測從運算放大器202輸出的信號Vol的包絡(luò)并且產(chǎn)生與被測量的電容的值成比例的電壓Vout。應(yīng)理解，用于C/V 200的其他電路設(shè)計是可能的，并且本發(fā)明不限于任何特定的C/V電路設(shè)計。例如，在另一個實施例中，C/V 200可以具有多個端子以感測兩個電容器的差別，其中該差值與鏡位置成比例。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的MEMS裝置100的示例性結(jié)構(gòu)的圖。MEMS裝置100包括ASIC 160和MEMS器件155 (例如MEMS干涉儀)。MEMS器件155包括靜電梳狀驅(qū)動MEMS致動器110和可移動鏡120。圖6示出的靜電梳狀驅(qū)動MEMS致動器110由梳狀驅(qū)動115和彈性件118形成，梳狀驅(qū)動115和彈性件118分別具有端子112和端子114。通過在端子112向梳狀驅(qū)動115施加電壓，產(chǎn)生了誘發(fā)了其內(nèi)的電容的跨致動器110的電勢差，導(dǎo)致生成驅(qū)動力以及來自彈性件118的恢復(fù)力，從而導(dǎo)致可移動鏡120到期望位置的位移。通過將端子112和端子114連接到ASIC 160上的端口 162和端口 164，可以測量跨端子112和端子114的誘發(fā)電容C
variable°
在一個實施例中，使用時分復(fù)用或頻分復(fù)用，來自ASIC 160的致動信號作為電容感測信號被傳輸通過相同的端口(端口 162)。通過在單個端口具有兩個功能(致動和電容感測)，可以減小需要的最大致動電壓，而同時還增加感測電容。然而，這可能導(dǎo)致感測和致動電路間不期望的干擾。因此，在其它一些實施例中，該致動信號通過ASIC 160上的不同端口(未示出)發(fā)送。應(yīng)理解，圖6中示出的MEMS致動器110的布局和特征僅是示例性的，并且該發(fā)明能夠采用任何靜電MEMS致動器設(shè)計實現(xiàn)，無論是梳狀驅(qū)動致動器、平行板致動器或者其他類型的靜電MEMS致動器。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的MEMS干涉儀系統(tǒng)105的示例性結(jié)構(gòu)的圖。MEMS干涉儀系統(tǒng)105包括MEMS干涉儀150和ASIC 160。MEMS干涉儀150可以例如是在SOI晶片上實現(xiàn)的以允許MEMS致動移動鏡的傅氏變換紅外(FTIR)分析儀。MEMS干涉儀150包括MEMS致動器110和干涉儀140。如圖7所示，干涉儀140包括光源300、分束器310、固定鏡320、光檢測器330和可移動鏡120。光源20產(chǎn)生行進通過干涉儀140直至到達半平面分束器30的入射光束I。在示例性的實施例中，分束器30在第一介質(zhì)(例如硅Si)和第二介質(zhì)(例如空氣)之間的界面處形成。硅/空氣界面分束器30定位成與入射光束I成一角度(例如45度)。該期望角度例如可以通過限定硅介質(zhì)的表面的光刻來產(chǎn)生。一旦照射到半平面分束器30上，入射光束I被分成兩個干涉光束LI和L2。LI來自硅/空氣半平面分束器30的入射光束I的部分反射，并且因此具有與光束入射角相等的反射角。L2來自穿過硅/空氣半平面分束器30的入射光束I的部分透射光，并且以折射角(由Snell定律確定)至少部分地在硅中傳播。因此，LI向可移動鏡120傳播，而L2向固定鏡320傳播。光束LI被可移動鏡120反射，因此產(chǎn)生反射光束L3，而光束L2被固定鏡320反射，因此產(chǎn)生反射光束L4。如圖7所示，光束L3和L4在分別從鏡120和320反射后分別取與LI和L2相同的光學路徑(沿相反方向)，返回到半平面分束器30。因此，在光譜儀/干涉儀被用作傅氏變換(FT)光譜儀的實施例中，一個干涉儀臂由光束L1/L3形成并且包括分束器30和可移動鏡120，而另一干涉儀臂由光束L2/L4形成并且包括固定鏡320。干涉圖案L5由在分束器30干涉的反射光束L3和L4產(chǎn)生。干涉圖案15由檢測器330檢測。檢測器330的輸出經(jīng)由端166輸入到ASIC 160。在一個實施例中，檢測器330包括通過在襯底上微加工(例如，通過在該襯底的上表面蝕刻以實現(xiàn)在其中可以放置該光電檢測器的開口)組裝的、或通過在襯底內(nèi)摻雜(例如以實現(xiàn)P-I-N 二極管)或部分金屬化(例如以實現(xiàn)金屬-半導(dǎo)體-金屬MSM光檢測器)而單片化實現(xiàn)的光檢測器。也如圖7所示，利用SOI靜電MEMS致動器110，可移動鏡120是可移動的。如圖6中，示出的靜電MEMS致動器110由梳狀驅(qū)動115和彈性件118形成。能夠經(jīng)由端子114向梳狀驅(qū)動114施加電壓，從而誘發(fā)跨端子112和114的電容并導(dǎo)致可移動鏡120向該期望位置的位移用于反射光束LI。因此，可以實現(xiàn)在光束L3和L4之間的、基本上等于兩倍鏡位移的光學路徑長度差(OPD)。另外，ASIC 160可以經(jīng)由端口 162和164測量跨端子112和端子114的電容，以確定可移動鏡120的位置?；诖_定的可移動鏡位置和檢測器330的輸出，能夠產(chǎn)生干涉圖340,從而識別在該光路中光波長和任意材料的光譜印記(spectral print)。圖7中的可移動鏡120被示出位于該兩個光學路徑(L1/L3和L2/L4)之間的零路徑差處。然而，在其他一些實施例中，為了去除由于電容感測技術(shù)產(chǎn)生的相位噪聲和誤差， 可移動鏡120可以位于該零路徑位置之后的距離δ處，并且可移動鏡120可以移動通過零路徑位置，使得在零路徑位置的正側(cè)和負側(cè)均進行測量。在這一個實施例中，源300是寬帶源(即白光源)以及正側(cè)和負側(cè)可以相等或不相等。在DSP 170(圖3中所示)處，可以執(zhí)行干涉圖340的復(fù)雜傅氏變換以補償鏡位置中的任意相位誤差。在另一個實施例中，取代記錄干涉圖的正側(cè)和負側(cè)，可以僅取負(左)側(cè)上的干涉圖的小部分，并且DSP可以利用該小部分來提取正確的信號和去除由電容感測技術(shù)產(chǎn)生的一些相位噪聲和誤差。在一個實施例中，鏡120和320是金屬鏡，其中選擇性金屬化(例如，在金屬化步驟期間使用蔭罩(shadow mask))被用于保護分束器。在另一個實施例中，非金屬的垂直布拉格鏡用于獲得小占用面積(foot print)的光譜儀。布拉格鏡可以使用深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)來實現(xiàn)，由此產(chǎn)生連續(xù)的垂直硅/空氣界面。另外，取決于應(yīng)用，布拉格鏡可以設(shè)計成具有寬光譜反射響應(yīng)以充當簡單的反射器或具有波長選擇性響應(yīng)。雖然這里描述了用于分束器的硅/空氣界面，但提供半波平面分束器的其他介質(zhì)也可以用于實現(xiàn)本發(fā)明。例如，在另一個示例性實施例中，微加工的或組裝的玻璃半平面或其他材料(例如派萊克斯玻璃(Pyrex))可以用于代替硅，從而允許更寬的光譜操作窗口。另外，諸如液體或不同氣體之類的其他材料可以用于代替空氣，從而提供自由度以修改半平面分束界面的反射系數(shù)。圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性MEMS裸片封裝400的圖。通過使用電容感測以確定可移動鏡的位置，MEMS干涉儀150可以與ASIC 160芯片一起集成在同一 MEMS裸片封裝400上，從而降低MEMS系統(tǒng)的尺寸、成本和復(fù)雜性。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于確定可移動鏡在MEMS裝置內(nèi)的位置的示例性方法500。該方法開始于510處，具有可變電容的靜電MEMS致動器被提供為耦合至可移動鏡。在520處，使用MEMS致動器移動可移動鏡。之后，在530處感測MEMS致動器的當前電容，以及在540處，基于MEMS致動器的當前電容確定可移動鏡的位置。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認識的，本申請描述的創(chuàng)新型構(gòu)思可以在寬范圍的應(yīng)用內(nèi)修改和改變。因此，母案主題的范圍不應(yīng)限于討論的任意具體示例性教導(dǎo)，而應(yīng)由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置,包括 可移動鏡； MEMS致動器，耦合至所述可移動鏡以引起其位移，所述MEMS致動器具有可變電容；以及 電容感測電路，耦合至所述MEMS致動器以用于感測所述MEMS致動器的當前電容，從而基于所述MEMS致動器的當前電容確定所述可移動鏡的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MEMS裝置，所述MEMS致動器是具有兩個板的靜電致動器，所述電容感測電路感測所述兩個板之間的當前電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS裝置，其中所述MEMS致動器是靜電梳狀驅(qū)動致動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MEMS裝置，其中所述電容感測電路包括用于接收所述當前電容并且產(chǎn)生與所述電容成比例的輸出電壓的電容至電壓轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MEMS裝置，其中所述電容感測電路包括用于感測所述MEMS致動器的所述當前電容的專用集成電路，并且進一步包括 數(shù)字信號處理器，用于基于所述當前電容確定所述可移動鏡的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MEMS裝置，其中所述數(shù)字信號處理器實施于所述專用集成電路之內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS裝置，其中所述專用集成電路進一步生成致動信號以引起所述MEMS致動器的運動。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS裝置，其中所述MEMS致動器、所述可移動鏡以及所述專用集成電路一起集成在裸片封裝上。
9.一種微機電系統(tǒng)(MEMS)干涉儀系統(tǒng),包括 干涉儀，包括光學耦合以接收和反射光的可移動鏡； MEMS致動器，耦合至所述可移動鏡以引起其位移，所述MEMS致動器具有可變電容；以及 電容感測電路，耦合至所述MEMS致動器以用于感測所述MEMS致動器的當前電容，從而基于所述MEMS致動器的所述當前電容確定所述可移動鏡的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MEMS干涉儀系統(tǒng)，其中所述干涉儀進一步包括 分束器，光學耦合以接收入射光束并且將所述入射光束分成第一干涉光束和第二干涉光束； 固定鏡，光學耦合以接收所述第一干涉光束并且將所述第一干涉光束反射回所述分束器以產(chǎn)生第一反射干涉光束； 可移動鏡，光學耦合以接收所述第二干涉光束并且將所述第二干涉光束反射回所述分束器以產(chǎn)生第二反射干涉光束；以及 檢測器，光學耦合以檢測由于在所述第一反射干涉光束和所述第二反射干涉光束之間的干涉結(jié)果產(chǎn)生的干涉圖案； 其中所述可移動鏡的位移產(chǎn)生在所述第一干涉光束和第二干涉光束之間的、等于2倍所述位移的光學路徑差。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的MEMS干涉儀系統(tǒng)，其中所述分束器形成在第一介質(zhì)的、在所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間的界面處的第一表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的MEMS干涉儀系統(tǒng)，其中 所述分束器由在所述第一介質(zhì)和所述第二介質(zhì)之間的界面處形成的單個反射和折射表面構(gòu)成； 所述第一干涉光束是從來自所述單個反射和折射表面的所述入射光束的部分折射產(chǎn)生的折射光束； 所述第二干涉光束是從來自所述單個反射和折射表面的所述入射光束的部分反射產(chǎn)生的反射光束。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MEMS干涉儀系統(tǒng)，其中所述干涉儀是傅氏變換紅外光譜(FTIR)分析儀、邁克爾遜干涉儀、馬赫曾德爾干涉儀或者法布里-珀羅干涉儀之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MEMS干涉儀系統(tǒng)，其中所述MEMS致動器是具有兩個板的靜電致動器，所述電容感測電路感測所述兩個板之間的所述當前電容。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MEMS干涉儀系統(tǒng)，其中所述電容感測電路包括用于感測所述MEMS致動器的所述當前電容的專用集成電路，并且進一步包括 數(shù)字信號處理器，用于基于所述當前電容確定所述可移動鏡的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MEMS干涉儀系統(tǒng)，其中所述專用集成電路進一步生成致動信號以引起所述MEMS致動器的運動并且調(diào)節(jié)所述檢測器的輸出信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MEMS干涉儀系統(tǒng)，其中所述MEMS致動器、所述干涉儀以及所述專用集成電路一起集成在裸片封裝上。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MEMS干涉儀系統(tǒng)，其中 所述干涉儀包括寬帶光源，用于產(chǎn)生光束；第一臂，包括所述可移動鏡；第二臂，包括固定鏡；以及分束器，用于對光束進行分束以穿過所述第一臂和所述第二臂這二者； 所述可移動鏡可移動通過零位置的兩側(cè)，所述零位置對應(yīng)于在所述干涉儀的所述第一臂和所述第二臂之間的光束的零光學路徑差；以及 所述干涉儀記錄所述零位置的兩側(cè)上的干涉圖以由所述數(shù)字信號處理器用于相位校正。
19.一種用于確定微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置內(nèi)的可移動鏡位置的方法,包括 提供耦合至所述可移動鏡的MEMS致動器，所述MEMS致動器具有可變電容； 使用所述MEMS致動器移動所述可移動鏡； 感測所述MEMS致動器的當前電容；以及 基于所述MEMS致動器的當前電容確定所述可移動鏡的所述位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述MEMS致動器具有兩個板的靜電致動器，并且其中感測所述當前電容包括 感測所述靜電致動器的所述兩個板之間的所述當前電容。
全文摘要
一種微機電系統(tǒng)(MEMS)干涉儀系統(tǒng)使用電容感測電路確定可移動鏡的位置。靜電MEMS致動器耦合至可移動鏡以引起其位移。電容感測電路感測MEMS致動器的當前電容并且基于MEMS致動器的當前電容確定可移動鏡的位置。
文檔編號G01B7/14GK102834764SQ201180013109
公開日2012年12月19日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者H·哈德達拉, B·A·薩達尼, A·N·哈菲茲, M·梅德哈特 申請人:斯維爾系統(tǒng)