一种确定光学干涉仪中的镜位置的技术制造技术

一种微机电系统(MEMS)干涉仪系统使用电容感测电路确定可移动镜的位置。静电MEMS致动器耦合至可移动镜以引起其位移。电容感测电路感测MEMS致动器的当前电容并且基于MEMS致动器的当前电容确定可移动镜的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及光谱学和干涉量度学，并且更具体地涉及光学干涉仪中的微机电系统(MEMS)技术的使用。
技术介绍
微机电系统(MEMS)指在共同硅衬底上的机械元件、传感器、致动器和电子元件通过微制造技术的集成。例如，微电子元件典型地使用集成电路(IC)工艺制造，而微机械元件使用兼容的微加工工艺制造，所述微加工工艺选择性地刻蚀掉部分硅片或增加新结构层以形成机械的和电机械的元件。MEMS器件由于它们的低成本、批处理能力以及与标准微电子元件的兼容性，对于使用于光谱学、轮廓术、环境感测、折射率测量(或材料识别)以及若干其他的传感器应用而言是富有吸引力的备选。另外，MEMS器件的小尺寸有助于这种MEMS器件集成至移动和手持器件中。而且，具有大量致动技术的MEMS技术支持光子器件(诸如光学调谐和动态感测的应用)的新功能和特征的实现。例如，通过使用MEMS致动(静电的、磁的或热的)控制迈克尔逊干涉仪的可移动镜，可以引入在干涉仪的光学路径长度的小位移，并且由此可以获得干涉光束之间的微分相位。所获得的微分相位可以用于测量干涉仪光束的光谱响应(例如，使用傅里叶变换光谱学)、移动镜的速度(例如，使用多普勒效应)或者仅作为光学相位延迟元件。这种干涉仪精确度中的关键元件是确定可移动镜的位置。传统的，激光和辅助性干涉仪一直被用于测量移动镜的位置。然而，引入笨重的激光源和另外的干涉仪增加了干涉仪系统的尺寸、成本和复杂性。因此，需要一种具有降低尺寸、成本和复杂性的机制来确定可移动镜的位置。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种微机电系统(MEMS)装置，包括可移动镜；以及MEMS致动器，耦合至所述可移动镜以引起其位移。所述MEMS致动器具有可变电容。电容感测电路耦合至所述MEMS致动器以感测所述MEMS致动器的当前电容，并且基于所述MEMS致动器的当前电容确定所述可移动镜的位置。在一个实施例中，所述MEMS致动器是具有两个板的静电致动器，并且所述电容感测电路感测所述两个板之间的当前电容。在一个示例性实施例中，所述MEMS致动器是静电梳状驱动致动器。在进一步实施例中，所述电容感测电路包括用于接收所述当前电容和产生与所述电容成比例的输出电压的电容至电压转换器。在又一进一步实施例中，所述电容感测电路包括用于感测所述MEMS致动器的所述当前电容的专用集成电路，以及用于基于所述当前电容确定所述可移动镜的位置的数字信号处理器。在一个示例性实施例中，所述专用集成电路进一步生成致动信号以引起所述MEMS致动器的运动。在又一示例性实施例中，所述MEMS致动器、所述可移动镜以及所述专用集成电路一起集成在裸片封装上。本专利技术的一些实施例还提供了一种微机电系统(MEMS)干涉仪系统，包括干涉仪，具有光学耦合以接收和反射光的可移动镜。所述MEMS干涉仪系统还包括:MEMS致动器，耦合至所述可移动镜以引起其位移；以及电容感测电路，耦合至所述MEMS致动器，用于感测所述MEMS致动器的当前电容并且基于所述MEMS致动器的所述当前电容确定所述可移动 镜的位置。在一个示例性实施例中，其中所述干涉仪进一步包括分束器，光学耦合以接收入射光束和将所述入射光束分成第一干涉光束和第二干涉光束；以及固定镜，被光学I禹合以接收所述第一干涉光束并且将所述第一干涉光束反射回所述分束器以产生第一反射干涉光束。所述可移动镜被光学耦合以接收所述第二干涉光束并且将所述第二干涉光束反射回所述分束器以产生第二反射干涉光束。检测器被光学耦合以检测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间的干涉结果产生的干涉图案。在一个实施例中，所述可移动镜的位移产生在所述第一干涉光束和第二干涉光束之间的、等于2倍所述位移的光学路径长度差。在另一示例性实施例中，所述干涉仪包括宽带光源，用于产生光束；第一臂，包括所述可移动镜；第二臂，包括固定镜；以及分束器，用于对光束进行分束以穿过所述第一臂和所述第二臂二者。所述可移动镜可移动通过零位置的两侧，所述零位置对应所述干涉仪的所述第一臂和第二臂之间的光束的零光学路径差。所述干涉仪记录所述零位置的两侧上的干涉图以由所述数字信号处理器用于相位校正。本专利技术的实施例还进一步提供一种确定微机电系统(MEMS)装置中的可移动镜位置的方法。所述方法包括提供MEMS致动器耦合至所述可移动镜，其中所述MEMS致动器具有可变电容。所述方法还包括使用所述MEMS致动器移动所述可移动镜；感测所述MEMS致动器的当前电容并且基于所述MEMS致动器的当前电容确定所述可移动镜的所述位置。附图说明通过结合附图参考下文的详细描述可以获得本专利技术的更加完整的理解，在附图中图I是根据本专利技术实施例的用于确定可移动镜的位置的示例性微机电系统(MEMS)装置的方框图；图2是示出了根据本专利技术实施例的用于确定可移动镜的位置的MEMS干涉仪系统的示例性元件的方框图；图3是示出了根据本专利技术实施例的MEMS干涉仪系统的进一步示例性元件的方框图4是示出了根据本专利技术实施例的在MEMS干涉仪系统内使用的专用集成电路(ASIC)的示例性元件的方框图；图5是示出了根据本专利技术实施例的在图4的ASIC内使用的示例性电容至电压电路的电路图；图6是示出了根据本专利技术实施例的MEMS装置的示例性架构的图；图7是不出了根据本专利技术实施例的MEMS干涉仪系统的不例性架构的图；图8是示出了根据本专利技术实施例的示例性MEMS裸片封装的图；以及图9示出了根据本专利技术实施例的用于确定可移动镜在MEMS装置内的位置的示例性方法的图。 具体实施例方式根据本专利技术的实施例，提供了一种确定微机电系统(MEMS)应用(诸如干涉仪/光谱仪应用)中的可移动镜的位置的技术。该技术使得能够将干涉仪/光谱仪集成到小芯片上并且减少系统的成本和复杂度。现在参照图I，示出了根据本专利技术实施例的示例性的MEMS装置100。MEMS装置100包括MEMS致动器110和可移动镜120。MEMS致动器110是静电致动器，例如梳状驱动致动器、平行板致动器或者其他类型的静电致动器。可移动镜120耦合到MEMS致动器110，从而该MEMS致动器的运动引起可移动镜120的位置的位移。在许多MEMS应用中，有必要知道可移动镜120的位置。例如，在干涉仪应用中，可移动镜120的位置被用于处理干涉仪的输出。MEMS干涉仪系统105的一个例子在图2中示出。如在图2中能够看出的，MEMS致动器110和可移动镜120以及干涉仪140的诸如(如下面结合图7的更加详细的描述的)分束器、固定镜和光检测器之类的其他组件一起形成MEMS干涉仪150。MEMS干涉仪150可以例如是傅氏变换红外光谱(Fourier TransformInfrared Spectroscopy, FTIR)分析仪，迈克尔逊干涉仪，马赫曾德尔(Mach Zender)干涉仪或者法布里-拍罗(Fabry-Perot)干涉仪。可移动镜120的位移产生干涉仪140的两臂之间的光学路径长度差，以便在光检测器获得期望的干涉图案。为了有效处理从光检测器输出的信号，必须确定可移动镜120在至少一个面上的位置。因此，现参照图I和图2，为了测量可移动镜的位置，MEMS装置100还包括耦合到MEMS致动器110的电容感测电路130。因为MEMS致动器110是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.09 US 61/311,9661.一种微机电系统(MEMS)装置,包括 可移动镜； MEMS致动器，耦合至所述可移动镜以引起其位移，所述MEMS致动器具有可变电容；以及 电容感测电路，耦合至所述MEMS致动器以用于感测所述MEMS致动器的当前电容，从而基于所述MEMS致动器的当前电容确定所述可移动镜的位置。2.根据权利要求I所述的MEMS装置，所述MEMS致动器是具有两个板的静电致动器，所述电容感测电路感测所述两个板之间的当前电容。3.根据权利要求2所述的MEMS装置，其中所述MEMS致动器是静电梳状驱动致动器。4.根据权利要求I所述的MEMS装置，其中所述电容感测电路包括用于接收所述当前电容并且产生与所述电容成比例的输出电压的电容至电压转换器。5.根据权利要求I所述的MEMS装置，其中所述电容感测电路包括用于感测所述MEMS致动器的所述当前电容的专用集成电路，并且进一步包括 数字信号处理器，用于基于所述当前电容确定所述可移动镜的位置。6.根据权利要求I所述的MEMS装置，其中所述数字信号处理器实施于所述专用集成电路之内。7.根据权利要求5所述的MEMS装置，其中所述专用集成电路进一步生成致动信号以引起所述MEMS致动器的运动。8.根据权利要求5所述的MEMS装置，其中所述MEMS致动器、所述可移动镜以及所述专用集成电路一起集成在裸片封装上。9.一种微机电系统(MEMS)干涉仪系统,包括 干涉仪，包括光学耦合以接收和反射光的可移动镜； MEMS致动器，耦合至所述可移动镜以引起其位移，所述MEMS致动器具有可变电容；以及 电容感测电路，耦合至所述MEMS致动器以用于感测所述MEMS致动器的当前电容，从而基于所述MEMS致动器的所述当前电容确定所述可移动镜的位置。10.根据权利要求9所述的MEMS干涉仪系统，其中所述干涉仪进一步包括 分束器，光学耦合以接收入射光束并且将所述入射光束分成第一干涉光束和第二干涉光束； 固定镜，光学耦合以接收所述第一干涉光束并且将所述第一干涉光束反射回所述分束器以产生第一反射干涉光束； 可移动镜，光学耦合以接收所述第二干涉光束并且将所述第二干涉光束反射回所述分束器以产生第二反射干涉光束；以及 检测器，光学耦合以检测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间的干涉结果产生的干涉图案； 其中所述可移动镜的位移产生在所述第一干涉光束和第二干涉光束之间的、等于2倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·哈德达拉，B·A·萨达尼，A·N·哈菲兹，M·梅德哈特，
申请(专利权)人：斯维尔系统，
类型：
国别省市：