(57)【要約】  新規の調整可能な微小電気機械（ＭＥＭＳ）エタロンシステムであって、このエタロンのアパーチャミラーである第１のミラーを懸架するための懸架構造を画定するようにパターニングされた機能層と、懸架構造に結合されたアパーチャミラーと、エタロンのバックミラーである第２のミラーを含んでいる裏面層とを含む、ＭＥＭＳエタロンシステムが、本明細書において開示される。機能層は、裏面層の上に設置されてよく、裏面層は、アパーチャミラーとバックミラーとの間の最小の間隙を画定し、アパーチャミラーとバックミラーとの間の衝突を防止するために、裏面層からアパーチャミラーの方へ突出するスペーサ構造を備える。エタロン／ミラーの幅の間のアスペクト比は大きくてよく（たとえば、少なくとも５００）、両ミラー間の最小の間隙／距離は。数十ナノメートル（ｎｍ）程度と小さくてよい。それゆえに、いくつかの実装形態では、アパーチャミラーとバックミラーとの間の平行度が、エタロンにわたる分光透過率プロファイルにおける空間的変動に関連した色アーチファクトを回避するように調節可能である。【選択図】図２Ａ
2018523846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調整可能な微小電気機械（ＭＥＭＳ）エタロンシステムであって、
−  前記エタロンのアパーチャミラーである第１のミラーを懸架するための懸架構造を画定するようにパターニングされた機能層と、
−  前記懸架構造に結合されたアパーチャミラーと、
−  前記エタロンのバックミラーである第２のミラーを備える裏面層と
を備える、調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２】
前記アパーチャミラーが結合されている前記機能層が、前記裏面層の上に設置されており、前記裏面層が、前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の衝突を防止するために前記裏面層から前記アパーチャミラーの方へ突出するスペーサ構造を備える、請求項１に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項３】
前記裏面層が、ガラス層（ウェーハ）を備え、前記バックミラーが、前記ガラス層の領域上に堆積された酸化チタンを含む、請求項１または２に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項４】
前記懸架構造が、前記アパーチャミラーを担持するための屈曲部を備え、前記屈曲部が、前記アパーチャミラーを担持するように適合されたバネまたは薄いドーナツ形の膜の形態にパターニングされた前記機能層の領域を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項５】
前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の変位が、静電力を用いて調節可能であり、前記アパーチャミラーが結合されている前記機能層が、前記裏面層の上に設置されており、前記エタロンシステムが、作動層の１つまたは複数の領域が前記機能層から電気的に絶縁されるように、前記機能層の上に設置された前記作動層をさらに備え、前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の前記変位が、前記作動層の前記１つまたは複数の領域と前記機能層との間に電位差を与え、それによって、それらの間に前記静電力を引き起こすことにより調節可能である、請求項１から４のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項６】
前記作動層の前記１つまたは複数の領域が、互いから実質的に電気的に絶縁された２つ以上の領域を含み、それにより、前記作動層の前記２つ以上の領域と前記機能層との間に異なる電位を印加すると、前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の平行度を調節することができる、請求項５に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項７】
前記２つ以上の領域が、前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の２つの軸を中心とする平行度の調節を可能にする少なくとも３つの領域を含む、請求項６に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項８】
前記裏面層の表面上に設置および配置されたケルビン電極を備え、それにより、前記ケルビン電極に電圧を印加すると、前記アパーチャミラーと前記裏面層との間、または前記アパーチャミラーと前記裏面層の反対の前記アパーチャの側に設置された前記作動層との間にケルビン分極力を引き起こし、それによって前記エタロンの前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の距離および平行度を調節することを可能にする、請求項１から４のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項９】
前記アパーチャミラーが、高ｋ誘電材料を備え、および／または高ｋ誘電材料に結合されており、それによって前記ケルビン分極力を増加させる、請求項８に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１０】
前記懸架構造に結合された圧電作動構造を備え、それにより、前記圧電作動構造を介して電圧を印加すると、前記懸架構造が変形し、それによって、前記エタロンの前記懸架構造によって懸架された前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の距離を調節する、請求項１から４のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１１】
前記機能層が、
−  シリコン（Ｓｉ）材料を含んでいるハンドル層と、
−  絶縁材料を含んでいるボックス層と、
−  シリコン（Ｓｉ）材料を含んでいるデバイス層と
を含むシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハ構造から製造される、請求項５から１０のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１２】
前記機能層の上に設置された作動層を備え、前記機能層と前記作動層との両方が、前記ＳＯＩの前記デバイス層および前記ハンドル層をそれぞれパターニングし、前記機能層の前記懸架構造と前記作動層との間の前記ボックス層の前記絶縁材料を除去することによって、前記ＳＯＩウェーハ構造から製造される、請求項１１に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１３】
前記機能層が前記作動層、前記ボックス層から絶縁されており、前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の前記変位が、前記ＳＯＩウェーハ構造の前記ハンドル層にパターニングされたトレンチによって互いから実質的に電気的に絶縁された、前記作動層の２つ以上の領域と、前記機能層との間に電位差を与えて、それによって、それらの間に前記静電力を引き起こすことよって調節可能である、請求項１２に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１４】
前記作動層が、前記アパーチャミラーの上に設置されるアパーチャ窓を画定するようにパターニングされて、前記アパーチャ窓を通った前記アパーチャミラーへの光の通過を可能にする、請求項１２または１３に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１５】
前記機能層が、前記ＳＯＩの前記層をパターニングすることによって前記ＳＯＩウェーハ構造から製造され、前記作動層が、前記アパーチャミラーの上の位置に形成された空洞を有するガラス基板を備え、前記作動層の前記１つまたは複数の領域が、前記空洞に配置され、電位の供給源に接続するための電気的接続を伴って構成された１つまたは複数の電極を備える、請求項１１に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１６】
前記ＳＯＩウェーハの前記ハンドル層および前記ボックス層がパターニングされて、前記機能層と前記裏面層との間に間隔をあけるためのスペーサとして機能するサイドスペーサを画定する、請求項１５に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１７】
前記ＳＯＩウェーハの前記ハンドル層および前記ボックス層が除去され（エッチングされ／研磨され）、前記機能層と前記裏面層とが、前記裏面層に接合されたガラススペーサによって互いから間隔をあけられる、請求項１５に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１８】
前記アパーチャミラーが、
−  ガラス層および担持層を備えるガラスオンサブストレートウェーハをパターニングして、前記ガラス層において前記アパーチャミラーを画定し、
−  前記ガラス層において画定された前記アパーチャミラーが前記機能層の前記懸架構造に取り付けられるように、前記パターニングされたガラスオンサブストレート／担持ウェーハを前記機能層に取り付け、
−  前記ガラスオンサブストレートウェーハの前記担持層を除去する（たとえばエッチングする／研磨する）こと
によって製造される、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項１９】
前記アパーチャミラーが、ピックアンドプレース技術によって前記懸架構造に結合されたミラー要素を備える、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２０】
前記機能層が、前記懸架構造を収容するようにパターニングされたガラス基板を備え、前記裏面層が、前記機能層の前記ガラス基板に取り付けられた第２のガラス基板を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２１】
前記機能層が、気密シールによって前記第２のガラス基板に結合される周辺フレーム領域を画定するようにパターニングされる、請求項２０に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２２】
前記機能層が、前記周辺フレーム領域の中に囲まれた薄膜領域を有するようにパターニングされた連続層の形態であり、前記薄膜領域によって懸架される前記アパーチャミラーを画定するアパーチャ領域を囲み、前記薄膜が、前記アパーチャミラーを懸架するための前記懸架構造の屈曲部として構成され、気密性であって、前記機能層と前記裏面層との間の前記アパーチャミラーを囲む空間を密封する、請求項２１に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２３】
前記機能層が、前記アパーチャ領域が前記膜領域から前記バックミラーの方へ突出するように、前記裏面層に結合されており、圧電作動構造が、前記突起の反対側において前記膜領域の表面に結合されており、それにより、前記圧電作動構造を介して電圧を印加すると、前記膜領域を変形させ、それによって前記エタロンの前記膜領域によって懸架された前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の距離を調節する、請求項２２に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２４】
前記機能層が、前記アパーチャ領域が前記膜領域から前記裏面層の反対の方向へ突出するように、前記裏面層に結合されており、ケルビン電極が、前記裏面層の表面上に設置および配置され、それにより、前記ケルビン電極に対して電圧を印加すると、前記アパーチャミラーと前記裏面層との間にケルビン分極力を引き起こし、それによって前記エタロンの前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の距離を調節する、請求項２３に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２５】
前記機能層が、前記周辺フレーム領域と前記アパーチャミラーとを結合する曲げビームバネ屈曲部を備え、前記曲げビームバネ屈曲部が、
（ａ）前記バネ屈曲部を形成するように成形された前記機能層の前記ガラス基板のパターニングされた領域と、
（ｂ）前記周辺フレーム領域に結合されたプレストレストポリイミドと
のうち少なくとも１つを含む、請求項２０または２１に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２６】
圧電作動構造が、前記圧電作動構造を介して電圧を印加すると前記バネ屈曲部が変形するように、前記バネ屈曲部に結合され、それによって、前記エタロンの前記バネ屈曲部によって懸架された前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の距離を調節する、請求項２５に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２７】
ケルビン電極が、前記裏面層の表面上に設置および配置され、それにより、前記ケルビン電極に対して電圧を印加すると、前記アパーチャミラーと前記裏面層との間にケルビン分極力を引き起こし、それによって前記エタロンの前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の距離を調節する、請求項２５または２６に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２８】
キャッププレートとして働き、気密シールによって前記周辺フレーム領域に対して上から結合され、それによって、前記キャッププレートと前記裏面層との間の前記アパーチャミラーを囲む空間を密封する第３のガラス基板を備える、請求項２５から２７のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項２９】
前記アパーチャミラーと前記バックミラーと間の変位が、静電力を用いて調節可能であり、前記キャッププレートが、設置された作動層として働き、前記キャッププレートの１つまたは複数の領域に設置され、前記機能層から電気的に絶縁された１つまたは複数の電極を含み、前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の前記変位が、前記作動層の前記１つまたは複数の領域と前記バネ屈曲部に関連する導電性電極との間に電位差を印加することによって調節可能である、請求項２８に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム。
【請求項３０】
複数の感光画素を備える画像センサと、
前記画像センサに向かう光伝搬の光路に沿って配置された、請求項１から２９のいずれか一項に記載の調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムと
を備える、撮像システム。
【請求項３１】
前記調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムの前記アパーチャミラーおよび前記バックミラーの幅が、十分に大きく、その結果、それらは、前記光路において前記センサのすべての画素との間に介入し、前記アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の調整可能な間隙距離の最小の距離が、可視スペクトル様式における３つ以上の色の順次カラー撮像を実行するのに適切な、前記調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムのＦＷＨＭおよびＦＳＭの透過プロファイル特性をもたらすことができるほど十分に小さいものである、請求項３０に記載の撮像システム。
【請求項３２】
前記幅と前記最小の距離との間のアスペクト比が、少なくとも５００である、請求項３１に記載の撮像システム。
【請求項３３】
前記調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムが、従来のＲＧＢ空間の色に対応するスペクトル成分を伴う光を前記画像センサへ通過させるように構成され、前記光を通過させるために調整されるように動作することができる、請求項３１または３２に記載の撮像システム。
【請求項３４】
前記画像センサおよび前記調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスに対して電気的に接続された制御システムであって、
−  前記調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを、前記デバイス上に入射する光を３つ以上の異なるスペクトルフィルタリング曲線／プロファイルを用いて順次フィルタリングするように動作させ、
−  前記画像センサを、前記３つ以上のスペクトル曲線によってそれぞれフィルタリングされた前記光の３つ以上の画像を取得するように動作させ、
−  前記画像センサから、前記３つ以上の画像を表す読取りデータを受け取り、
−  前記３つ以上の画像の前記読取りデータを処理して、カラー画像を表すデータを生み出すこと
を実行するように構成され、動作することができる制御システムを備える、請求項３０または３１に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）分野のものであり、より具体的には、調整可能なＭＥＭＳベースのスペクトルフィルタに関する新規の構成および製造技術を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において開示される主題に対する背景として関係があると考えられる参考文献を以下に列記する。
[1] A. Ya'akobovitz, S. Krylov, "Influence of Perforation on Electrostatic and 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 an electrostatic micromirror beyond pull-in with experimental validation," J.MEMS 18, 914-923, 2009.
[3] J. Wei "Wafer Bonding Techniques for Microsystem Packaging," Journal of Physics: Conference Series 34 (2006) 943-948
[4] A. Engel and R. Friedrichs, "On the electromagnetic force on a polarizable body," Am. J Phys. 70, 428-432, 2002.
[5] S. Schmid, C. Hierold, and A. Boisen, "Modeling the Kelvin polarization force actuation of micro- and nanomechanical systems," Journal of Applied Physics 107, 054510, 2010.
[6] H. Raeder, F. Tyholdt, W. Booij, F. Calame, N. P. Ostbo, R. Bredesen, K.
Prume, G. Rijnders, P. Muralt, Taking piezoelectric microsystems from the laboratory to production, J. Electroceram., 19, 2007, 357-362.
【０００３】
本明細書における上記の参考文献の認識は、これらが本明細書において開示される主題の特許性に関係があることを意味するものとして推測されるべきではない。
【０００４】
順次撮像は、改善されたカラー忠実度および／またはハイパースペクトルカラー情報を伴う色彩に富む画像をキャプチャすることを可能にするカラー撮像の有望な新興分野である。
【０００５】
順次撮像技術の一例は、本出願の譲受人に共に譲渡されたＷＯ２０１４／２０７７４２の例に説明されている。
【０００６】
一般に、順次撮像は、多画素の画像センサの視線に沿って設置された調整可能なスペクトルフィルタを利用する。この画像センサは、調整可能なスペクトルフィルタの分光透過率を変化させながら、短時間シーケンスで一連の画像を取得するように動作する。それゆえに、一連の画像のそれぞれが、それぞれの画像が得られたときのフィルタの分光透過率の状態／プロファイルの設定に対応する、キャプチャされた光景の異なるカラーコンテンツに対応する。
【０００７】
調整可能なスペクトルフィルタ用にエタロンが使用され得る。エタロンは調整可能なスペクトルフィルタであり、２つの平行なミラーから成る。分光透過率プロファイルはミラー間の間隙によって決定され、したがって、印加電圧を調整することによってミラー間の間隙が調整され、結果として分光透過率プロファイルが調整される。一般的には、エタロンフィルタには、たとえばアパーチャミラー、バックミラーといった２つの半透明の要素が組み込まれている。バックミラーは、たとえば静止していてよく、一方、アパーチャミラーは、距離（両ミラーの間の光空洞）を変化させることによってエタロンの分光透過率を調整するために、バックミラーに対して近づいたり遠ざかったりするように移動可能であってよい。
【発明の概要】
【０００８】
エタロンは、光通信チャネルに沿って伝送されるレーザー光線などの光信号の特性をフィルタリングするため、変調するため、および／または制御するために、光通信において広く使用されている。さらに、光通信を考えるとき、フィルタは、（たとえば数ナノメートルの）限定されたスペクトルバンドのみにおける正確かつ効率的な動作のためにしばしば必要とされ、特定の／広い透過プロファイルをもたらすことは、順次スペクトル撮像用途に必要とされる多くの場合と同様に必要とされない（ＷＯ２０１４／２０７７４２を参照されたい）。
【０００９】
他方では、（たとえばＲＧＢといった）通常のカラー画像収集および／または高度なスペクトル撮像など、順次スペクトル撮像用途では、エタロンは、大抵の場合、（エタロンミラー間の短い距離を強いる可能性がある）広い分光透過率プロファイルおよび広い自由スペクトル範囲を有する必要があるばかりでなく、エタロンの前に位置する画像センサの全体の視野をカバーするために、水平方向に十分に広くなければならないこともある。
【００１０】
結果として、順次スペクトルカラー撮像で用いる調整可能なエタロンでは、大抵の場合、それらの幅とそれらのミラー間の距離との間のアスペクト比が非常に大きく、また、それらのミラー間の距離は、それらの間で非常に近接する（たとえば数十ナノメートル）まで可変であるように調節可能であるべきである。
【００１１】
上記の考察により、光通信に使用されるものなどの従来のエタロンは、順次スペクトル画像収集にそれほど適切ではないことになる。これは、従来のエタロンが、一般的には分光透過率プロファイルが狭く、しかも自由スペクトル幅が小さいためである。他方では、従来のエタロン構成は、撮像用途に必要とされる比較的広い分光透過率プロファイルおよび大きい自由スペクトル幅を有する調整可能なエタロンを作製するのにそれほど適切ではない。これは、従来の構成が、エタロンミラー間のそのような（たとえば数十ナノメートル程度の）短い間隔およびミラーのそのような（たとえば数ミリメートル程度の）比較的大きい横幅を有するエタロンに、それほど適していないためである。実際には、調整可能なエタロンのための従来の構成は、ミラーを近接近に設置するための能力が不十分なために、スペクトルバンド同調性が限定されたエタロンおよび／またはミラー幅とミラー間隔との間のアスペクト比が比較的小さいエタロンを製造するのに、より適しており、そうでなければ、エタロンミラーの設定が平行でないために、際立った色収差（エタロンの水平方向に沿ったクロマ伝送の変化）がもたらされる。
【００１２】
実際は、エタロン動作の一般的原理は周知である。しかしながら、従来のエタロン構成にはいくつかの制限要素があり、順次スペクトル撮像用途向けに従来のエタロン構成を使用することが阻害される。そのような制限要素の１つは、従来の調整可能なエタロン構成では制限されているエタロンミラー間の間隙の同調範囲および分解能に関するものである。以下でさらに説明されるように、この問題は、本発明の特定の実施形態において新規の作動構成を提供することにより解決される。従来のエタロン構成の別の制限要素には、そのようなエタロン（作動機構、フィードバック機構）において使用される最高級アクチュエータが、高くつき、量産に適していないことがある。しかしながら、本発明のエタロンは、ＭＥＭＳベースであって比較的低コストで量産され得る。
【００１３】
重要な課題は、歪んだ透過スペクトルで表現される製作バラツキである。したがって、適切な製作公差を見積もる光学機械式モデルに基づいて開発された本発明の調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスの実施形態は、スペクトル歪を定量化し、取得された信号をそれに応じて較正するものである。
【００１４】
本発明の広範な態様によれば、
−  （たとえばエタロンのアパーチャミラーである第１のミラーを懸架するためのバネまたは薄膜の形態の）懸架構造を画定するようにパターニングされた機能層と、
−  懸架構造に結合されたアパーチャミラーと、
−  エタロンのバックミラーである第２のミラーを含んでいる裏面層と
を含む、調整可能な微小電気機械（ＭＥＭＳ）エタロンシステムが提供される。
【００１５】
アパーチャミラーが結合されている機能層は、裏面層の上に設置されており、裏面層は、アパーチャミラーとバックミラーとの間の最小の間隙を画定し、アパーチャミラーとバックミラーとの間の衝突を防止するために、裏面層からアパーチャミラーの方へ突出するスペーサ構造を備えてもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、エタロン／ミラーの幅と、両ミラーの間の最小の間隙／距離との間のアスペクト比は、少なくとも５００である。両ミラー間の間隙／距離は、静電駆動、圧電作動および／またはケルビン力作動を使用することによって調整され得る。両ミラー間の最小の間隙距離は、数十ナノメートル（ｎｍ）程度と小さくてよい。その結果、アスペクト比が大きく最小の間隙が小さいことの結果として、本発明のいくつかの実施形態では、前記アパーチャミラーとバックミラーの間の平行度は、エタロンにわたる分光透過率プロファイルにおける空間的変動に関連した色アーチファクトを回避するために調節可能であるべきである。
【００１７】
したがって、いくつかの実施形態では、アパーチャミラーとバックミラーの間の変位は、静電力を用いて調節可能である。エタロンシステムは、機能層の上に設置された作動層をさらに含み、それにより、作動層の１つまたは複数の領域が、機能層から電気的に絶縁されている。前記アパーチャミラーとバックミラーの間の変位は、作動層の１つまたは複数の領域と機能層との間に電位差を与えて、それらの間に前記静電力を引き起こすことにより、調節可能である。いくつかの実施形態では、作動層の１つまたは複数の領域は、互いから実質的に電気的に絶縁された２つ以上の領域を実際に含む。それゆえに、作動層の２つ以上の領域（たとえば一般的には３つ以上の領域）と機能層との間に異なる電位を印加すると、アパーチャミラーと前記バックミラーとの間の平行度を調節することができる。
【００１８】
その代わりに、またはそれに加えて、いくつかの実施形態では、エタロンシステムは、裏面層の表面上に設置および配置されたケルビン電極を含む。それゆえに、これらの電極に電圧を印加すると、アパーチャミラーと裏面層との間、またはアパーチャミラーと裏面層の反対のアパーチャの側に設置されている作動層との間にケルビン分極力を引き起こす。ケルビン電極の配置は、エタロンのアパーチャミラーとバックミラーとの間の距離／間隙および平行度を調節することができるように構成されてよい。ケルビン分極力を強めるために、アパーチャミラーは、高ｋ誘電材料を含んでよく、または高ｋ誘電材料に結合され得る。
【００１９】
さらにその代わりに、またはそれに加えて、いくつかの実施形態では、エタロンシステムは、懸架構造に結合された圧電作動構造を含み、それにより、圧電作動構造を介して電圧を印加すると、懸架構造が変形し、それによって、エタロンの懸架構造によって懸架されたアパーチャミラーとバックミラーとの間の距離を調節する。懸架構造の異なる部品／屈曲部／バネ上にいくつかの圧電作動構造を設置することにより、エタロンのアパーチャミラーとバックミラーとの間の平行度が制御され得る。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態では、調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムの機能層は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）のウェーハ構造から製造される。たとえば、機能層は、ＳＯＩウェーハのボックス層によってエタロンの作動層から絶縁されてよい。
【００２１】
静電駆動が使用される実施形態では、アパーチャミラーとバックミラーとの間の変位／間隙および平行度は、ＳＯＩウェーハ構造のハンドル層にパターニングされたトレンチによって互いから実質的に電気的に絶縁された、作動層の２つ以上の領域と機能層との間に電位差を与えて、それによって、それらの間に前記静電力を引き起こすことにより、調節され得る。
【００２２】
いくつかの実施形態では、調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムは、ガラスオンシリコン技術によって製造される。機能層は、ＳＯＩの層をパターニングすることによってＳＯＩウェーハ構造から製造され、作動層は、アパーチャミラーの上の位置に形成された空洞を有するガラス基板を含む。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態では、調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムは、全面的なガラス構造として構成される。機能層は、アパーチャミラーを担持する懸架構造を収容する／画定するようにパターニングされたガラス基板を含む。裏面層は、機能層のガラス基板に取り付けられた第２のガラス基板を含む。機能層は、気密シールによって前記第２のガラス基板に結合される周辺フレーム領域を画定するようにパターニングされ得る。
【００２４】
いくつかの実施形態では、ガラス機能層は、周辺フレーム領域の中に囲まれた薄膜領域を有するようにパターニングされた連続層の形態である。薄膜は、アパーチャミラーを画定するアパーチャ領域を囲む。薄膜は、アパーチャミラーを懸架する屈曲部として構成される。また、アパーチャ領域を囲む薄膜は（空気／水分に対して）密封されてよく、したがって機能層と裏面層の間のアパーチャミラーを囲む空間を密封する。
【００２５】
その代わりに、またはそれに加えて、ガラス機能層は、周辺フレーム領域とアパーチャミラーとを結合する、曲げビームバネ屈曲部を含み得、前記曲げビームバネ屈曲部は、
（ａ）前記バネ屈曲部を形成するように成形された前記機能層のガラス基板のパターニングされた領域と、
（ｂ）前記周辺フレーム領域に結合されたプレストレストポリイミドと
のうち少なくとも１つを含み得る。
【００２６】
本発明の別の態様によれば、複数の感光画素を含んでいる画像センサと、本発明によって構成され、画像センサに向かう光伝搬の光路に沿って設置された調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムとを含む撮像システムが提供される。
【００２７】
いくつかの実施形態では、調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムのアパーチャミラーおよびバックミラーの幅は、十分に大きく、その結果、それらは、光路においてセンサのすべての画素との間に介入する。また、両ミラー間の調整可能な間隙距離の最小の距離は、可視スペクトル様式における３つ以上の色の順次カラー撮像を実行するのに適切な、調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムのＦＷＨＭおよびＦＳＭの透過プロファイル特性をもたらすことができるほど十分に小さい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、調整可能なＭＥＭＳエタロンシステムは、従来のＲＧＢ空間の色に対応するスペクトル成分を伴う光を画像センサの方へ通過させるように構成され、この光を通過させるために調整されるように動作することができる。
【００２９】
以下で、撮像システム（たとえば、順次スペクトル撮像システムおよび／またはハイパースペクトル撮像システム）に一体化され得る／同撮像システムとともに使用され得る、微小電気機械（ＭＥＭＳ）エタロンシステム／デバイスの動作原理、アーキテクチャおよび製造プロセスが説明される。
【００３０】
本明細書で開示される主題をよりよく理解するために、また、その主題が実際に実施され得る様子を例示するために、次に、実施形態を、添付図面を参照しながら、非限定的な例としてのみ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】２つの実質的に平行なミラー／反射面を含む調整可能なエタロンデバイス１００を示す図である。
【図２Ａ−２Ｂ】本発明の一実施形態による、静電駆動の調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスを概略的に示す図である。
【図３Ａ】作動層および機能層がシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術によって製造されている、本発明の一実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム／デバイスを示す図である。
【図３Ｂ−３Ｃ】作動層および機能層がシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術によって製造されている、本発明の一実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム／デバイスを示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、図３Ａ〜図３Ｃの調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを製造するためのプロセスを自明の手法で示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、図３Ａ〜図３Ｃの調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを製造するためのプロセスを自明の手法で示す図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による、図３Ａ〜図３Ｃの調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを製造するためのプロセスを自明の手法で示す図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態による、図３Ａ〜図３Ｃの調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを製造するためのプロセスを自明の手法で示す図である。
【図５Ａ−５Ｂ】ＳＯＩ技術を用いて構成され、そのアパーチャミラーの傾斜が静電駆動制御される、本発明の別の実施形態による調整可能なエタロンシステム／デバイス５００を示す図である。
【図５Ｃ】ＳＯＩ技術を用いて構成され、そのアパーチャミラーの傾斜が静電駆動制御される、本発明の別の実施形態による調整可能なエタロンシステム／デバイス５００を示す図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの側面図と、シリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用した、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの製造方法とを自明の手法で示す図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの側面図と、シリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用した、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの製造方法とを自明の手法で示す図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの側面図と、シリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用した、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの製造方法とを自明の手法で示す図である。
【図６Ｄ】本発明の一実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの側面図と、シリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用した、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの製造方法とを自明の手法で示す図である。
【図６Ｅ】本発明の一実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの側面図と、シリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用した、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの製造方法とを自明の手法で示す図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの側面図と、シリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用した、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの製造方法とを自明の手法で示す図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの側面図と、シリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用した、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの製造方法とを自明の手法で示す図である。
【図７Ｃ】本発明の別の実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの側面図と、シリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用した、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの製造方法とを自明の手法で示す図である。
【図７Ｄ】本発明の別の実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの側面図と、シリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用した、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムの製造方法とを自明の手法で示す図である。
【図８Ａ−８Ｃ】アパーチャミラーがケルビン力によって作動される、本発明の一実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システムを概略的に示す図である。
【図９Ａ−９Ｂ】アパーチャミラーが圧電作動によって作動される、本発明の２つの実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを概略的に示す図である。
【図９Ｃ】アパーチャミラーが圧電作動によって作動される、本発明の２つの実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを概略的に示す図である。
【図１０Ａ−１０Ｂ】本発明の２つの実施形態による、ガラス製の密封された調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスと、同デバイスを製造する方法とを自明の手法で概略的に示す図である。
【図１０Ｃ−１０Ｄ】本発明の２つの実施形態による、ガラス製の密封された調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスと、同デバイスを製造する方法とを自明の手法で概略的に示す図である。
【図１０Ｅ−１０Ｆ】本発明の２つの実施形態による、ガラス製の密封された調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスと、同デバイスを製造する方法とを自明の手法で概略的に示す図である。
【図１１Ａ−１１Ｂ】本発明の特定の実施形態によって構成された、２つの調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスの構成を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態により構成され、画像センサの光路に設置された、本発明の一実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを含む、順次カラー撮像システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、本明細書ではアパーチャミラーＡＭおよびバックミラーＢＭとそれぞれ称される、２つの実質的に平行なミラー／反射面を含んでいる調整可能なエタロンデバイス１００を自明の手法で示す。ミラーは互いに対して移動可能であり、それにより、両ミラー間の間隙距離ｇは、特定の最小の間隙距離ｇＭｎと最大の間隙距離ｇＭｘとの間で調整され得る。
【００３３】
本発明の特定の実施形態では、両ミラー間の最小の間隙距離ｇＭｎは、ミラーへの損傷を引き起こし得る、ミラー間の接触を防止するストッパによって画定される。
【００３４】
本発明のＭＥＭＳエタロンシステム／デバイスは、撮像用途に適切な透過特性を伴って構成され得る。この目的のために、本発明のＭＥＭＳエタロンシステム／デバイスは、スペクトルの長波長側において、およびスペクトルの短波長側の青紫色および／または紫外線（ＵＶ）まで、（たとえば近赤外線ＮＩＲ、たとえば赤外線［ＩＲ］から広がる）広いスペクトルバンドにわたって調整可能な広いダイナミックフィルタとして構成され得る。また、本発明のＭＥＭＳエタロンシステム／デバイスは、広い分光透過率プロファイル（たとえば映像取得／撮像用途に適切な６０〜１２０ｎｍ程度の分光透過率プロファイルの全幅半値（ＦＷＨＭ））を有するように構成され得て、しかも、連続したピーク間の、３０ｎｍ程度以上の比較的大きい自由スペクトル幅も有し、それによって優れた色分解をもたらす。
【００３５】
撮像用途に適切な所望の透過特性（分光透過率の帯域、ＦＷＨＭおよびＦＳＲ）を達成するために、本発明のＭＥＭＳエタロンは、アパーチャミラーが、バックミラーから、ｇＭｎとｇＭｘの間の距離範囲まで移動することができるように構成され、最小の間隙距離ｇＭｎは数十ナノメートル（ｎｍ）程度以下であり得て、両ミラー間の最大の間隙距離ｇＭｘは２ミクロンまでであり得（ｇＭｘの標準値はたとえば約３００〜４００ｎｍ程度）、最小の間隙ｇＭｎよりも１桁大きい。以下でさらに説明されるように、本発明の様々な実施形態では、両ミラーの間に必要とされる小さい最小の間隙ｇＭｎおよび／または最大の間隙距離と最小の間隙距離の間の大きい比ｇＭｘ／ｇＭｎを支援する様々な作動構成が使用される。
【００３６】
アパーチャミラーおよびバックミラーの反射率／透明度の度合いはエタロンの所望の分光透過率特性に従って選択され、一般的にはある程度準反射である。本発明のいくつかの実施形態では、バックミラーおよび場合によりアパーチャミラーも、ガラスの層／基板上に堆積された酸化チタン層を含む。本発明の特定の実施形態では、バックミラーは静止しており、アパーチャミラーは、バックミラーとの間の間隙を変化させることによってエタロンの分光透過率帯域のプロファイルを調整するために、バックミラーに対して近づいたり遠ざかったりできるように設計されている。
【００３７】
本発明の特定の実施形態において、特に撮像用途については、ミラーＢＭおよびＡＭの水平方向の寸法／幅Ａは、比較的広い多画素の画像センサに対して光の通過を可能にすることができるほど十分に（たとえば数百マイクロメートルから数ミリメートル程度と）大きくするべきであることに留意されたい。他方では、両ミラー間の最小の間隙ｇＭｎは、エタロンの所望の分光透過率特性を可能にすることができるほど十分に小さく（たとえば数十ｎｍに）するべきである。これは、両ミラー間の光空洞の（たとえば横幅Ａと最小の間隙距離ｇＭｎの間の）大きいアスペクト比をもたらし、結果として、エタロンの幅／水平の空間的方向に沿った色の空間的伝送帯域の空間的歪みを防止する／低減するために、両ミラー間で正確な角度アライメントを維持することが必要になる。この目的のために、たとえば図５ａ〜図５ｃおよび図８Ａ〜図９Ｃを参照しながら以下で説明される本発明の様々な実施形態は、ミラーＡＭとＢＭの間の角度アライメントの正確な設定を可能にする様々な作動技術および製造技術（静電技術および／または他の技術）を使用する。
【００３８】
この目的のために、本発明の特定の広範な態様によれば、
−  エタロンのアパーチャミラーである第１のミラーを懸架するための懸架構造を画定する機能層と、
−  懸架構造に結合されたアパーチャミラーと、
−  エタロンのバックミラーである第２のミラーを備える裏面層と
を含む、ＭＥＭＳエタロンシステム／デバイスが提供される。
【００３９】
ＭＥＭＳエタロンシステム／デバイスは、アパーチャミラーに結合された／取り付けられたＭＥＭＳ作動機構も含む。ＭＥＭＳアクチュエータは、アパーチャミラーを制御可能な手法で変位させてアパーチャミラーとバックミラーの間の間隙距離を（それゆえに光空洞を）変化させる能力をもたらし、そのためエタロンデバイスの調整可能なスペクトルフィルタリング機能をもたらす。
【００４０】
本発明では、デバイスのいくつかのアーキテクチャおよび作動例が開示される。以下のすべての実施形態に共通する特徴は、アパーチャミラーがＭＥＭＳ作動組立体に取り付けられていることである。ＭＥＭＳアクチュエータを使用すると、システムが低コストで大量に製造され得て、家庭用電子デバイスにおける実装形態に適するものになる。
【００４１】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態による、静電駆動の調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイス２００を自明の手法で図解する概略図である。この実施形態の調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイス２００は、接近した間隙電極（平行電極板）によって動作可能である。エタロンＭＥＭＳデバイス２００は、作動層／基板ＡＬと、アパーチャミラーＡＭが取り付けられている取付けリング／フレームＭＦを懸架するための懸架構造ＳＳを画定する機能層ＦＬと、エタロン２００のバックミラーＢＭを備える裏面層ＢＬとを含む。
【００４２】
アパーチャミラーが結合されている機能層ＦＬは、裏面層ＢＬの上に設置されており、裏面層は、裏面層からアパーチャミラーの方へ突出して、アパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭとの間の接触を防止し、また、この例では、両ミラー間の所定の最小の間隙距離ｇＭｎを維持するスペーサ構造（ストッパ）ＳＴを含む。
【００４３】
懸架構造ＳＳは、一般的にはアパーチャミラーＡＭを担持するための屈曲部および／またはアパーチャミラーＡＭの取付けフレーム／リングＭＦを含む。屈曲部は、たとえばアパーチャミラーを担持するように適合された曲げバネもしくはトーションバネまたはこれらのバネの組合せもしくは薄いドーナツ形の膜の形態にパターニングされた前記機能層の領域でもよい。この例では、懸架構造ＳＳは、機能層ＦＬのアンカに取付けリングＭＦを取り付けるいくつかの懸架バネ／屈曲部を含む。作動基板ＡＬには空洞／窓Ｗが設けられており、光の透過を可能にする。
【００４４】
この例では静電駆動が使用される。以下では、（たとえばアパーチャミラーＡＭを担持する取付けリング／フレームＭＦ上の）機能層ＦＬの１つまたは複数の領域（たとえば電極）ＥＬから電気的に絶縁されている、作動層／基板ＡＬの１つまたは複数の領域（たとえば電極）ＥＬの間の平行板静電力によってもたらされる「狭い間隙」の静電駆動を参照するために、静電駆動という慣用句が使用される。作動層は機能層から電気的に絶縁されており、電極ＥＬは、作動層自体、機能層自体の領域でよく、または作動層、機能層に結合された金属板でもよい。
【００４５】
この例では、作動層ＡＬは、機能層の上に、裏面層ＢＬの反対側に設置されている。したがって、本発明の特定の実施形態によれば、アパーチャミラーＡＭの取付けリング／フレームＭＦの１つまたは複数の領域と、アパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭの間の間隙ｇを画定する光空洞ＯＣの反対側に設置されている作動基板の１つまたは複数の領域との間に電圧を印加することによって静電駆動が遂行される。これによって、ミラー間の変位が（ミラーを担持するＭＦとＢＬ層の間に静電力が与えられる場合と比較して）より堅固になる。
【００４６】
図２Ａに示された初期の未作動の構成では、アパーチャミラーはバックミラーＢＭに対して近接近に設置されている。正確な最小の間隙距離ｇＭｎは変位リミッタ（ストッパ）ＳＴによって画定される。ストッパＳＴの追加機能は、外部の衝撃および振動によるアパーチャミラーの望ましくない変位を防止することである。
【００４７】
図２Ｂに示された作動状態では、取付けリングＭＦおよびアパーチャミラーＡＭはバックミラーＢＭから離れて変位される。これは、作動電極として働く作動基板ＡＬの１つまたは複数の領域／電極（ＥＬ）と取付けリングＭＦの１つまたは複数の領域（ＥＬ）との間に電圧Ｖを印加することによって達成される。
【００４８】
図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら以下でさらに説明されるように、いくつかの実施形態では、作動層ＡＬの１つまたは複数の領域／電極ＥＬは、互いから実質的に電気的に絶縁された２つ以上の領域を含む。それゆえに、作動層ＡＬのこれら２つ以上の領域と機能層ＦＬとの間に異なる電位を印加すると、アパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭの間の平行度を調節することができる。たとえば、作動層ＡＬの２つ以上の領域ＥＬが含み得る少なくとも３つの領域は、アパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭの間の平行度を、２つの軸に関して２次元的に調節することができるように配置されている。
【００４９】
図３Ａ〜図３Ｃは、（たとえばＳＯＩウェーハ構造から）シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術によって製造された作動層ＡＬおよび機能層ＦＬを含んでいる本発明の特定の実施形態によるＭＥＭＳエタロンシステム／デバイス３００の概略図である。ＳＯＩウェーハ構造は、
−  シリコン（Ｓｉ）材料／基板を含んでいるハンドル層ＨＡＮＤＬＥと、
−  デバイスとハンドル層の間を電気的に絶縁する絶縁材料（図３Ａ〜図３Ｃには特に示されていない）である埋められた二酸化けい素（ＢＯＸ）層と、
−  シリコン（Ｓｉ）材料／基板を含んでいるデバイス層ＤＥＶＩＣＥとを含む。
【００５０】
ＭＥＭＳエタロンの機能層ＦＬは、ＳＯＩウェーハのデバイス層ＤＥＶＩＣＥをパターニングし、取付けフレームＭＦと機能ＭＥＭＳ層ＦＬの懸架構造ＳＳの屈曲部とを解放するためにボックス層のいくつかの領域を解放することによって製造される。
【００５１】
可能な構成のうちの１つでは、可撓性ベンダーまたはトーションバネとして実現された取付けリングＭＦおよび懸架バネＳＳがＳＯＩウェーハのデバイス層上に製造され、基板はウェーハのハンドル層である。
【００５２】
図３Ａ〜図３Ｃのこの実施形態のＭＥＭＳエタロンシステム／デバイス３００の特定の要素の構成は、図において自明の手法で図解されており（図１、図２Ａおよび図２Ｂでは上記で使用された同一の参照数字を用いて示されている）、ここでさらに詳細に説明する必要はない。
【００５３】
図３Ａで図解されたデバイスの様々な実装形態では、アパーチャミラーを担持する取付けフレームＭＦは、（図２Ａ〜図２Ｂを参照しながら上記で説明されたような）静電駆動、および／または（図９Ａ〜図９Ｃを参照しながら以下で説明されるような）圧電作動、および／または（図８Ａ〜８Ｃを参照しながら以下で説明されるような）ケルビン力作動などの様々な技術によって作動される。
【００５４】
静電駆動は、簡単で、電力消費が小さく、電極の材料の選択に関して柔軟性があり、製造プロセスの広い範囲に対して適合性があるため、依然として、ＭＥＭＳデバイスにおいて最も広く使用されるもののうちの１つである。静電駆動が使用される図３Ａ〜図３Ｃの調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスの例では、ＭＥＭＳエタロンシステム３００の作動層ＡＬは、ＳＯＩウェーハのハンドル層ＨＡＮＤＬＥをパターニングし、作動層ＡＬと機能層ＦＬの間のボックス層のいくつかの領域を除去して、取付けフレームＭＦと機能層ＦＬの懸架構造ＳＳの屈曲部とを作動層ＡＬから解放することによって製造される。作動層ＡＬは（Ｚ軸に関して）機能層ＦＬの上に設置されており、機能層ＦＬとの間に残されたボックス層の領域によって機能層ＦＬから絶縁されている。次いで、作動層ＡＬおよび機能層ＦＬは、取付けフレームＭＦを作動させるために取付けフレームＭＦに対して静電力をかけるように電圧を印加することができる電極を含んでよく、またはそのような電極として働き得る。
【００５５】
静電駆動の主要な課題の１つには、いわゆる引込みの不安定性があり、これによって、静止電極（たとえば作動層ＡＬ）の方へ接近する電極（たとえばこの場合は機能層ＦＬの取付けフレームＭＦ）の安定した撓み長さが、両電極の間の初期間隙の１／３に制限される。順次撮像用途では、安定した運動を必要とされる範囲は約３００〜４００ｎｍ程度のｇＭｘであり、一方、必要とされる最小の間隙距離は約数十ｎｍのｇＭｎである。結果的に、必要とされる安定した撓みが初期間隙の１／３よりもはるかに大きく、狭い間隙の電極による（すなわちミラー間の光空洞ＯＣの内部に設置された電極による）バックミラーの方向への直接的な作動は実現不可能である。図２Ａ〜図２Ｂおよび図３Ａ〜図３Ｃに示される調整可能なＭＥＭＳエタロンシステム／デバイス２００の静電構成は、追加の面／層であるハンドル層／基板層ＨＡＮＤＬＥを使用することによってこの困難を克服するものであり、ＨＡＮＤＬＥは、バックミラーからアパーチャミラーＡＭを引き離し、そのため光空洞の高さを増加させるための作動電極として働くか、またはそのような作動電極を含んでいる、作動層ＡＬとして使用される。この目的のために、作動層ＡＬは電極として使用される（これは、従来のデバイスのうちのいくつかにおいて静電電極として使用されるバックミラー層ＢＬの代わりである）。
【００５６】
したがって、本発明の静電駆動構成では、ハンドル層ＨＡＮＤＬＥと取付けリング／フレームＭＦの間の初期間隙は、アパーチャミラーＡＭの必要な最大の撓み（ｇＭｘ）よりもかなり（少なくとも４〜５倍）大きい。そのため、アパーチャミラーのｇＭｎ〜ｇＭｘの範囲の撓みはアクチュエータの安定域にあり、引込みの不安定性が解消される。
【００５７】
図２Ａ〜図３Ｃに示された２００および３００などの調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスの、ＳＯＩ技術による可能な製造プロセスが、図４Ａ〜図４Ｄに自明の手法で示されている。明瞭さのために、図では、調整可能なＭＥＭＳデバイスのアパーチャミラーの静電駆動が図解されている。これらの図で図解された製造プロセスの簡単な説明が以下で提供される。
【００５８】
図４Ａは、ＳＯＩウェーハのデバイス層から機能層を製造し、ＳＯＩウェーハのハンドル層から作動層を製造するためのＳＯＩ製造プロセスを図解するものである。（ａ）では、ハンドル層を含むＳＯＩウェーハと、ボックス層と、デバイス層とがシリコンからもたらされる。（ｂ）では、デバイス層が（たとえば深い反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によって）パターニングされて、懸架構造ＳＳおよび取付けフレーム／リングＭＦが画定される。（ｃ）では、ハンドル層が（たとえばＤＲＩＥによって）パターニングされて、作動基板ＡＬならびにデバイス層の背面の接触パッドのためのハンドルの開口を通る光の透過を可能にする空洞／窓Ｗが画定される。（ｄ）では、ボックス層の諸領域が除去されて、懸架構造ＳＳおよび取付けフレーム／リングＭＦが作動基板ＡＬから解放される。
【００５９】
図４Ｂは、アパーチャミラーＡＭを製造するためのプロセスを図解するものである。（ｅ）では、担体基板に対して一時的に取り付けられた（たとえば光学的酸化チタン層ＴｉＯ２が堆積されている）半透明のミラーがもたらされる。半透明のミラーは、たとえば担体ガラス基板の上部に、（たとえば２００ｍｍの厚さの）コーティングを伴うガラス層を含む。（ｆ）では、半透明のミラー（たとえばガラス）がパターニングされ／カットされてアパーチャミラーＡＭを画定し、場合により、裏面層ＢＬと機能層ＦＬとの間に間隔をあけるために後に使用されるサイドスペーサＳＲも画定する（図４Ｄのステップ（ｌ）を参照されたい）。その代わりに、またはそれに加えて、場合によっては既製の処理されたガラスもアパーチャミラーに使用され得る。
【００６０】
図４Ｃは、裏面層ＢＬおよびバックミラーＢＭを製造するためのプロセスを図解するものである。（ｇ）では、開始基板（たとえばガラスの基板／ウェーハ）がもたらされる。（ｈ）では、開始基板上に反射層（たとえば酸化チタン層ＴｉＯ２）が置かれる。（ｉ）では、（たとえば反射層の側部または上部に配置された）バックミラーＢＭの領域の外側の裏面層ＢＬの周囲領域上に（たとえば上記でスペーサ／撓みリミッタとも称された）ストッパＳＴが設置される。ストッパＳＴは、厚さを正確に制御してから必要な寸法にパターニングするために、たとえば原子層堆積技術（ＡＬＤ）を使用することによって設置されてよい。（ｊ）では、周辺の空洞を画定するために、開始基板の表面が周囲領域ＰＨＲにおいてエッチングされて、バックミラーＢＭおよびストッパＳＴを取り囲む周囲領域ＰＨＲが低くされる。周辺の空洞は、接合された領域とミラー表面との間に高低差を与えるために必要とされ、接合後にバネにおける小さい初期のプレストレスを生成するために使用される。また、エッチングされた領域上に半田の材料／パッドＳＤＲが堆積される。
【００６１】
図４Ｄは、図４Ｂで製造されたアパーチャミラーＡＭと図４Ｃで製造された裏面層ＢＬが、図４Ａで製造された機能層の両側から結合されて、本発明の一実施形態による３００などの調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを産出する組立てプロセスを図解するものである。（ｋ）では、図４Ｂで製造されたアパーチャミラーＡＭのガラス層が機能層ＦＬの取付けフレームに取り付けられ、アパーチャミラーのガラス層の担体基板が除去される。（ｌ）では、背面の金属接触パッドＢＣＰが（たとえばシャドウマスクによって）機能層ＦＬの背面に取り付けられ、機能層が半田ＳＤＲによってバックミラー層ＢＬに取り付けられる。
【００６２】
バックミラーＢＭおよびストッパＳＴを取り囲む周囲領域ＰＨＲにおける周辺の空洞が、周辺の空洞を画定するために低くされているので、組立て中に、ステップ（ｉ）において、懸架構造ＳＳ（たとえばバネ／膜）は、予荷重をかけられてスペーサ／ストッパＳＴに押しつけられることが注意される。それゆえに、（たとえば図２Ａに示されたような）調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスの未作動の「オフ」構成では、懸架構造ＳＳのバネ／膜がストッパＳＴに接し、アパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭの間の間隙は最小のｇＭｎである。アパーチャミラーＡＭの「Ｚ」方向の静電駆動は、機能層ＦＬおよびハンドル／作動層ＡＬを作動電極として使用し、ＦＬとＡＬとの間に電位Ｖを接続する（たとえば接触パッドＣＰおよびＢＣＰに対して電圧源を接続する）ことによって達成される。
【００６３】
図４Ｄのステップ（ｋ）および（ｌ）で説明されたデバイスの要素の取付け／接合のために様々な技術が使用され得ることにも留意されたい。たとえば陽極接合、直接接合、共晶接合、および／または接着接合が使用され得る。具体的には、図４Ｄの特定の例では、（ｋ）における、取付けフレーム／リングＭＦに対するアパーチャミラーＡＭガラスの取付けは陽極接合によって達成され、バックミラー層ＢＬに対する機能層ＦＬの取付けは共晶接合に基づくものである。
【００６４】
上記で指示されたように、正確な順次色彩撮像用途のために、エタロンの空間／水平方向の色収差を低減する／除去することが望まれる。この目的のために、必要条件の１つには、アパーチャミラーＡＭがバックミラーＢＭに対して高レベルの角度アライメントを伴って（たとえば平行に）位置決めされ得ることがある。これは、アスペクト比（たとえば各ミラーの水平方向の寸法／幅Ａと各ミラーの間の最小の間隙距離ｇＭｎの間の比）が大きい場合（たとえばアスペクト比が５００を上回る場合）には特に重要である。
【００６５】
たとえば、本発明の特定の実施形態では、デバイスには、アパーチャミラーが、上下方向の自由度（ＤＯＦ）でＺ方向に沿って作動され得て、しかも、（たとえば２つの軸ＸおよびＹに対して）傾斜し、したがって追加の角度のＤＯＦを得て、アパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭの間の角度アライメントを調節することを可能にするように、作動層ＡＬ上に製造された複数の電極領域の配置が含まれる。
【００６６】
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、それぞれ、たとえば図３Ａ〜図４Ｄを参照しながら説明されたようなＳＯＩ技術を用いて構成された本発明の一実施形態による調整可能なエタロンシステム／デバイス５００の側面図および分解図を自明の手法で示すものである。
【００６７】
この例では、ＳＯＩウェーハのハンドル層から製造された作動層ＡＬは、ボックス層によって機能層から絶縁されている。作動層ＡＬでは、ＳＯＩウェーハのハンドル層から、複数の（２つ以上の）電極領域ＥＬが、ハンドル層にトレンチＴＲをパターニングすることによって製造されて画定される。１つまたは複数の（一般的には４つの）電極領域は、ハンドル層のトレンチによって互いから絶縁されている。それゆえに、アパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭの間の変位間隙ならびにアパーチャミラーＡＭの傾斜は、作動層ＡＬの２つ以上の電気的な領域ＥＬと機能層ＦＬとの間に電位差を印加することによって調節可能である。
【００６８】
この例のデバイスは、図４Ａ〜図４Ｄで図解されたＳＯＩベースの製造プロセスによって製造されたものである。調整可能なエタロンシステム／デバイス５００は、ＳＯＩウェーハのハンドル層から製造された複数の（４つの）電極領域ＥＬを含む。絶縁トレンチが、（たとえば深い反応性イオンエッチングによって）ＳＯＩウェーハのハンドル層にエッチングされ、したがって各電極ＥＬの間に電気的絶縁をもたらす。エッチングは、ＳＯＩウェーハの絶縁ＢＯＸ層上で止められる。それゆえに、ハンドル層の電極領域ＥＬは、ＳＯＩのデバイス層に対して電気的に絶縁されているが、ＳＯＩウェーハのＢＯＸ層によってデバイス層に取り付けられているので機械的には接続している。
【００６９】
この例では、ＳＯＩのハンドル層上に「保護リング」構造ＧＲも製造される／設けられる。「保護リング」構造は、電極領域ＥＬを取り囲んで、機械的損傷と、ダイシングプロセス中に使用される流体からの損傷とに対して保護する。電極は、図４Ｄのステップ（ｌ）で図解された背面の接触パッド（ＢＣＰ）に類似の、ＳＯＩのハンドル層の背面上の電極領域に堆積された接触パッドを使用して配線される。
【００７０】
図６Ａは、本発明の別の実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システム６００を図解するものである。調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス５００と同様に、調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス／システム６００でも、アパーチャミラーＡＭの、間隙変位（上下動）の制御と、バックミラーＢＭに対するアパーチャミラーＡＭの平行度の制御を可能にする傾斜の制御との両方のために、静電駆動が使用される。
【００７１】
この例では、調整可能なエタロンデバイスはシリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用して製造されたものである。ＳＯＧ技術は、たとえば［２］および［３］に説明されている。
【００７２】
この目的のために、この例では、作動層ＡＬは、図３Ａ〜図５Ｃの実施形態を参照しながら上記で説明されたようにＳＯＩ構造のハンドル層から製造されるのではなく、ガラス基板から製造された。より具体的には、作動層ＡＬのガラス基板が、アパーチャミラーＡＭの上の位置においてパターニングされて、空洞が形成される。１つまたは複数の電極が、作動層ＡＬの空洞における１つまたは複数の領域に設置され、電位の供給源に接続するための電気的接続を伴って構成される。ＳＯＩウェーハのＳｉデバイス層上に、Ｓｉデバイス層、ＢＯＸ層およびＳｉハンドル層を含む機能層ＦＬが製造される。機能層ＦＬがパターニングされて可撓性支持構造ＳＳおよび取付けフレームＭＦが画定され、取付けフレームＭＦ上にアパーチャミラーＡＭが担持される。ＳＯＩのハンドル層にアパーチャ窓を画定するためにＳＯＩのハンドル層もパターニングされ、アパーチャミラーＡＭとＢＭの間を光が通過し得る。ＳＯＩのハンドル層（および場合によりＢＯＸ層）の側面は、機能層ＦＬと裏面層ＢＬの間隔をあける側面のランプＳＲとして働く。
【００７３】
ここで、ガラス作動層ＡＬ上に、（たとえば金属リフトオフによって）一般的には４つの金属パッドである２つ以上の電極ＥＬが堆積される。（たとえば、作動層ＡＬのガラス層に作られたバイアを通って）機能層ＦＬのＳｉ基板上に接触パッドＣＰも堆積される。図５Ａ〜図５Ｃの実施形態と同様に、ここでも、２つ以上の電極ＥＬと接触パッドＣＰとの間に電圧を印加すると、アパーチャミラーＡＭの間隙変位（上下動）と傾斜の両方を制御するために使用され得る静電駆動がもたらされる。
【００７４】
図６Ｂ〜図６Ｅは、図６Ａで図解された、ガラスウェーハ上に作動電極ＥＬが堆積されている調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスを製造するために使用され得るプロセスの流れの一例を自明の手法で示すものである。ガラス作動層ＡＬおよびガラス裏面層ＢＬは、陽極接合によって機能ＭＥＭＳ層ＦＬに結合されている。
【００７５】
本発明の一実施形態による調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイス７００のさらに別の実装形態が図７Ａに図解されている。この例でも、調整可能なエタロンデバイス７００はシリコンオンガラス（ＳＯＧ）技術を使用して製造されており、機能ＭＥＭＳ層ＦＬに対して上から作動層ＡＬを結合して下から裏面層ＢＬを結合するのにダブル陽極接合が使用される。作動層ＡＬは図６Ａと同様にガラス基板から構成され、電位の供給源に接続するための電気的接続を伴って構成された金属電極ＥＬが、作動層ＡＬのガラス基板に作製された空洞の内部の１つまたは複数の領域に設置されている。
【００７６】
ＳＯＩウェーハのＳｉデバイス層上に機能層ＦＬが製造される。機能層ＦＬがパターニングされて、可撓性支持構造ＳＳと、上に（たとえばピックアンドプレース技術によって）アパーチャミラーＡＭが設置される取付けフレームＭＦとを画定する。取付けフレームＭＦ（Ｓｉ材料）は機能層ＦＬの電極として働く。それゆえに、アパーチャミラーＡＭの傾斜およびアパーチャミラーＡＭとバックミラーの間の間隙は、機能層ＦＬと１つまたは複数の領域／電極ＥＬとの間に電圧差を印加することによって調節され得る。
【００７７】
（たとえば研削、エッチングおよび／または化学機械研磨によって）ＳＯＩのハンドル層が（場合によりＢＯＸ層も）除去される。機能層ＦＬと裏面層ＢＬは、機能層ＦＬに対する陽極接合によってガラス裏面層ＢＬと機能層ＦＬとの間に結合されたガラススペーサ（サイドスペーサ）ＳＲによって互いから間隔をあける。ガラス作動層ＡＬと機能層ＦＬは、陽極接合によって互いに結合されている。図７Ｂ〜図７Ｄは、図７Ａで図解された調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイス７００を製造するために使用され得るプロセスの流れの一例を自明の手法で示すものである。
【００７８】
図６Ａおよび図７Ａで図解された調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスの構成が水位密閉およびパッケージングに適合することに留意されたい。言い換えれば、デバイス層（たとえば作動層ＡＬ、機能層ＦＬおよび裏面層ＢＬ）は、接合することによって、デバイスの（たとえば機能層ＦＬの）可動部品を閉じ込める密封されたボリュームを画定するように、ウェーハレベルで接合され得る。これらの調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスが密封される場合は、密封されたボリュームの内部に設置されている電極と外部接触パッドとの間に電気接触をもたらすために、ガラスを通してバイアを製造するべきである。
【００７９】
図４Ａ〜図７Ｅを参照しながら上記で説明された調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスの実施形態は、デバイスの作動層ＡＬの領域に設置された平行板電極と取付けフレームＭＦの間の静電駆動を使用することに頼るものである。上記で指示されたように、これらの実施形態に共通する特徴は、（上にアパーチャミラーＡＭがある）機能ＭＥＭＳ層ＦＬの取付けフレームＭＦと（上にバックミラーＢＭがある）裏面層ＢＬの間に平行板静電駆動が作用するようには構成されておらず、平行板電極ＥＬが、取付けフレームＭＦに対して裏面層ＢＬから反対側に設置されている作動層ＡＬといった別の層上に配置されていることである。こうすると、ミラーＡＭとＢＭの間の最小の間隙距離ｇＭｎを、エタロンの２つのミラーの面上に平行板電極が設置されている他の場合よりもはるかに小さくすることができる。また、すべての実施形態において、ストッパＳＴは裏面層ＢＬ上に設置されており、アパーチャミラーＡＭを伴う取付けフレームＭＦを担持する懸架構造ＳＳは、未作動の状態では、取付けフレームＭＦおよび／またはアパーチャミラーＡＭがストッパＳＴに接触することにより、バックミラーＢＭから最小の間隙距離ｇＭｎで設置されるように構成されている。
【００８０】
アパーチャミラーＡＭに対して平行板静電力を印加することに基づくデバイスの設計における主要な問題の１つは、アパーチャミラーＡＭが誘電体層から作製されるという事実に関するものである。静電駆動のためには、アパーチャミラーＡＭに対して導電構造／導電要素（たとえば導電性取付けフレームＭＦおよび／またはアパーチャミラーＡＭに堆積する導電層（たとえば金属層）など）を結合するべきである。加えて、この層を電圧源に接続しなければならないのは、移動可能なアパーチャミラーにとって難易度の高いことである。これは、前述の実施形態では、ＳＯＩウェーハのＳｉ層（デバイス層）の内部にパターニングされた取付けフレーム上にアパーチャミラーを配置することによって解決された。
【００８１】
本発明で使用され得るアパーチャミラーＡＭを作動させるための別の手法には、ケルビン分極力を使用することによるものがある（たとえば［４］、［５］およびそれらの参考文献を参照されたい）。ガラスで作製されたアパーチャミラーＡＭなどの誘電体に対して作用するケルビン分極力は、アパーチャミラーＡＭの直接作動のために使用され得る一方で、アパーチャミラーに対して追加の導電構造を結合することを必要としない。
【００８２】
ケルビン分極力は、不均一な電界の中に設置された誘電体に対して作用する静電力である。誘電体に対して、電界の勾配に沿った方向（電界がより大きくなる方向）に力が印加される。
【００８３】
アパーチャミラーを作動させるのにケルビン分極力を使用することの利点には、平行板静電駆動とは異なって、誘電体と電極が接触しても電気的短絡に至らないという事実に関するものがある。ケルビン力は、電極を適切に設置することによって広い範囲で合わせることができる。加えて、ケルビン力は、引込みの不安定性の傾向がなく、電極の構成を適切に設計することによって、より大きい安定した変位範囲をもたらすことができる。それゆえに、アパーチャミラーに対してケルビン分極力を印加するのに使用される電極は、裏面層ＢＬ上に（たとえばバックミラーＢＭ上に、もしくはバックミラーＢＭを取り囲んで）、または後部の作動層上に配置されてよい。
【００８４】
ケルビン分極力によってアパーチャミラーを作動させる調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイス８００の本発明の一実施形態が、図８Ａ〜図８Ｃに自明の手法で図解されている。
【００８５】
一般に、図８Ａ〜図８Ｃは、誘導体であり得るアパーチャミラーＡＭに対して平行な面（裏面層ＢＬの面など）上のケルビン力電極ＫＦＬの配置を使用することによるアパーチャミラーＡＭの作動原理を示すものである。これらの原理を以下でより詳細に説明する。この接続において、当業者なら、ケルビン力によるアパーチャミラーＡＭの作動を可能にするために、前述の図３Ａ〜図７Ｅのいずれかの調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスのうち任意のもののアパーチャミラーＡＭに対して平行な面におけるケルビン力電極ＫＦＬのそのような配置を実施する方法を容易に評価するはずであることを理解されたい。
【００８６】
次に図８Ａに移って、面（この例では裏面層ＢＬ）上のケルビン力電極ＫＦＬの配置が示されている。
【００８７】
ケルビン力作動手法の枠組みでは、アパーチャミラーＡＭに対して電極／導電要素を結合する（たとえば堆積する）必要はない。代わりに、複数の電極対を含む電極配置ＫＦＬが、アパーチャミラーＡＭに対して実質的に平行な面に配設されている。それぞれの対の２つの電極は、２つの異なる電圧に接続されている。この概要が図８Ｂに図解されている。アパーチャミラーの下に複数のセグメント化された電極が堆積されている。それぞれの２つの隣接した電極間に電圧差が与えられる。この電圧の２乗と、アパーチャミラーＡＭの材料の比誘電率とに比例するケルビン力が、基板の方向へ働く。
【００８８】
いくつかの実施形態では、ケルビン力を増加するために、作動される（可動）部分（たとえばアパーチャミラーＡＭおよび／またはアパーチャミラーＡＭに結合された懸架構造ＳＳなどの要素）は、高誘電率の（いわゆる高ｋ）誘電体の材料の層によって覆われてよい。たとえば、アパーチャミラーは、ハフニウムオキシド（ｋ＝２５）、二酸化チタン（ｋ＝５０）またはＰｂＭｇＮｂＯ３＋ＰｂＴｉＯ３（ｋ＝２２，０００）などの、材料のうち任意のものに結合されてよい／その材料で覆われてよい。高ｋ誘電体を使用すると、比誘電率の値に比例してケルビン力が増加する。高ｋ誘電体を堆積するには追加の処理ステップが必要であるが、可動部を電圧源に接続する必要性を解消するという利点があることを強調しておく。
【００８９】
ケルビン力を使用する手法にはいくつかの利点がある。１つは、アパーチャミラーＡＭと電極（この場合アパーチャミラーが誘導体であるため）の間の接触による電気的短絡の可能性の解消に関するものである。また、これらの実施形態では、ケルビン力がアパーチャミラーの誘電体に作用するので、（追加の電極面積が不要なため）大きい取付けフレームＭＦを使用する必要がない。
【００９０】
この手法は、アパーチャミラーをバックミラーの方へ、または上方へ作動させるのに使用され得ることに留意されたい。ミラーの傾斜のＤＯＦを制御するために、電極のグループは、それぞれのセグメントが電圧源に対して独立して接触する３つ以上にセクタ化されたセグメントに細分され得る（図８Ｃを参照されたい）。
【００９１】
静電平行板電極およびケルビン力電極による作動は別として、アパーチャミラーＡＭの別の可能な作動構成には、圧電作動に基づくものがあり得る。この点に関して、図３Ａ〜図７Ｅを参照しながら上記で説明された実施形態の調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスの作動は、圧電層を利用して実施され得ることが注目されることを理解されたい。これらの実施形態が圧電作動を用いて実施される場合には、これらの実施形態の図４Ａ〜図７Ｅに示された作動層ＡＬが不要になって除くことができる。
【００９２】
たとえば、図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の実施形態による、圧電作動が実施されている調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイス９００Ａおよび９００Ｂを示す概略側面図である。これらの例において、デバイス９００Ａおよび９００Ｂに含まれる機能層ＦＬおよび裏面層ＢＬは、上記の図４Ａ〜図７Ｅを参照しながら説明されたデバイス４００、５００、６００および７００の機能層ＦＬおよび裏面層ＢＬと同様に構成されている。しかしながら、この場合、電極ＥＬを伴う作動層ＡＬは必要でなく、そのため、これらの図には図解されていない。代わりに、（本明細書では圧電作動構造とも称される）圧電アクチュエータＰＺＡが、支持構造ＳＳの屈曲部ＦＬＸに結合されている。この例では、圧電アクチュエータＰＺＡは、ＰＺＡの圧電材料に電圧を印加して圧電材料を収縮させるかまたは引き出すことにより、屈曲部を曲げて（懸架構造を変形させて）、アパーチャミラーＡＭをバックミラーＢＭに対して近づけるかまたは遠ざけるように、作動させ、それぞれ屈曲部ＦＬＸに対してバイモルフ構成で結合されている。これによって、アパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭの間の距離が調節される。
【００９３】
例示のデバイス９００Ａと９００Ｂは、屈曲部ＦＬＸが、デバイス９００Ａではバネ／曲げビームの形態であり（図９Ｃのデバイス９００Ａの機能ＭＥＭＳ層ＦＬの自明の実例を参照されたい）、デバイス９００Ｂでは取付けフレームＭＦを取り囲む膜の形態であること以外は類似している。バネ／曲げビームタイプの屈曲部は、明らかに剛性が比較的低く、比較的低い電圧で作動し得るので有利である。加えて、ビーム型構造を使用すると、デバイスのフットプリントがより小さくなる。他方では、膜のベースの構成は、許容できるフットプリントに対して、剛性がより高く、より大きい電圧を必要とするが、同一の構造が、サスペンションとして、また封止層として、同時に使用されるという利点がある。
【００９４】
この例では、圧電作動に使用される材料が、ＰＺＴとも称されるチタン酸ジルコン酸鉛であることが注目される。材料は、（たとえばゾルゲル堆積または高周波スパッタリングを用いるのはもちろん、パルスレーザスパッタリングにもより［６］）Ｓｉまたはガラス材の基板／ウェーハの上部に堆積され得る。２つの電極ＥＰの間にＰＺＴが設置されて、電圧の印加を可能にする。本発明のＭＥＭＳデバイスの様々な実施形態において圧電アクチュエータとして使用され得る他の圧電材料には、たとえばＺｎ酸化物および／または窒化アルミニウムが含まれ得る。
【００９５】
前述の圧電作動技術には、圧電作動層／材料の電気接点が調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスの上部に（機能層の上に）設置されているという利点がある。これによって、バイアを必要とすることなく、デバイスを電圧源に容易に接続することができるので、デバイスのパッケージングが簡単になる。
【００９６】
図８Ａ〜図９Ｃを参照しながら上記で説明された作動ケルビン力および圧電作動技術は、調整可能なＭＥＭＳエタロンの機能ＭＥＭＳ層ＦＬがガラスなどの絶縁材料で作製されている場合にも実施され得ることに留意されたい。
【００９７】
図１０Ａおよび図１０Ｂにそれぞれ示される本発明の２つの実施形態による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス１０００Ａおよび１０００Ｂの２つの例では、各層は全面的にガラスから作製されている。図１０Ａおよび図１０Ｂに示されたような全面的にガラスの調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスの利点の１つは、層間の熱的不整合が小さいかまたはないことである。これによって、デバイスの動作が、様々な温度条件において正確かつ頑健になる。実際は、ガラス層を直接的に静電駆動させることはできない。しかしながら、図８Ａ〜図８Ｃおよび図９Ａ〜図９Ｃを参照しながら上記で示されたように、これらの例におけるガラス機能層ＦＬなどの誘電材料で作製された機能ＭＥＭＳ層ＦＬの作動のためにケルビン力作動または圧電作動が使用され得る。
【００９８】
デバイス１０００Ａおよび１０００Ｂでは、機能層に含まれるガラス基板は、フレームＭＦ、懸架構造ＳＳ（すなわち屈曲部ＦＬＸ）およびアパーチャミラーＡＭを収容する／画定するようにパターニングされている。裏面層ＢＬも、ガラス基板を含んでいるかまたはガラス基板によって形成されている。
【００９９】
この例では、裏面層ＢＬのガラス基板は、デバイスの内部を密閉する真空（気密）密封および／または湿気密封および／または汚染密封をもたらす封着材料によって機能層ＦＬのガラス基板に取り付けられている。この目的のために、場合によっては、デバイスは真空密封されるように構成される。他の場合には、デバイスは、真空で動作するわけではないが湿気に対して密封され、および／または、機能層に対する他の汚染は、ｓｔｉｃｋｔｉｏｎを防止するために湿気に対して保護され、小空洞の内部に閉じ込められて機械的運動を妨げる恐れのあるダストおよび他の汚染物質に対して保護される。
【０１００】
あるいは、機能層ＦＬに裏面層ＢＬを取り付けるために、封着材料の代わりに他の接合技術が使用され得ることが理解される。
【０１０１】
図１０Ａおよび図１０Ｂにおける全面的にガラスの調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス１０００Ａおよび１０００Ｂの特定の例では、屈曲部ＦＬＸは、厚さｔが小さい膜タイプバネであって、アパーチャミラーＡＭを完全に取り囲んで取付けフレームＭＦに接続することが注目される。
【０１０２】
膜タイプバネを伴う全面的にガラスのデバイスの主要な利点のうちの１つには、ウェーハレベルで（真空）密封され得る（したがって、さらなるパッケージングが不要になる）ことがある。図１０Ｃは、そのような密閉をもたらすデバイス１０００Ａおよび１０００Ｂの機能層ＦＬの上面図を示すものである。機能層ＦＬは、フレームＭＦの周囲領域の内部に囲まれた薄膜領域ＳＳを有するようにパターニングされた連続シート／層の形態であって、アパーチャミラーＡＭが懸架されているアパーチャ領域を囲む。薄膜は気密性でよく、機能層と裏面層の間のアパーチャミラーを囲む空間を密封してよい。
【０１０３】
こうした観点から、機能ＭＥＭＳ層ＦＬがシリコン（Ｓｉ）で作製されている本発明の調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスの実施形態３００、５００、６００、７００および８００では、ウェーハレベルの密封が実現され得ることを理解されたい。それを達成するために、それらのデバイスの支持構造ＳＳの屈曲部（バネ）は、膜タイプバネとして構成されるべきである（たとえば、取付けフレームＭＦとアパーチャミラーＡＭの間ですべての側から接続された連続層／シートの形態である）。
【０１０４】
図１０Ａで図解されたように、デバイス１０００Ａにおいて、圧電アクチュエータＰＺＡ（たとえば図９Ａ〜図９Ｃを参照しながら上記で説明されたものなど）は膜タイプ屈曲部ＦＬＸを作動させるのに使用される。この場合、屈曲部ＦＬＸが膜タイプであるとき、機能層は、アパーチャミラーＡＭが膜の屈曲部ＦＬＸからバックミラーＢＭの方へ突出するように裏面層に対して結合される。圧電アクチュエータＰＺＡは、アクチュエータの圧電材料（たとえばＰＺＴ）を介して電圧を印加すると、膜を変形させて、エタロンのアパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭの間の間隙距離を調節するように、突起の反対側において膜の屈曲部ＦＬＸの表面に結合される。
【０１０５】
図１０Ｂに図解されたデバイス１０００Ｂでは、膜タイプの屈曲部ＦＬＸを作動させるためにケルビン分極力／電極ＫＦＬ（たとえば図８Ａ〜図８Ｃを参照しながら上記で説明されたものなど）が使用される。この場合、機能層ＦＬは、アパーチャミラーＡＭが膜の屈曲部ＦＬＸから裏面層ＢＬの反対方向へ突出するように裏面層ＢＬに対して結合される。ケルビン分極力／電極ＫＦＬの配置は裏面層ＢＬの表面に設置されており、電極ＫＦＬを適切な電圧に接続すると、機能層ＦＬと裏面層ＢＬの連続面に対してケルビン分極力が印加され、アパーチャミラーＡＭとバックミラーＢＭの間の距離を調節することが可能になる。ケルビン分極力の電極は、アパーチャの反対側にも設置され得て、アパーチャを裏板から離れる方向に作動させ得ることに留意されたい。
【０１０６】
図１０Ｄは、図１０Ａおよび図１０Ｂに図解されたものなどの調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスを製造するためのプロセス１０００Ｄを自明の手法で示すものである。ステップ（４）は、デバイス１０００Ａと同様に、特に圧電作動の製造に関するものである。
【０１０７】
全面的にガラスで作製された調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスは、曲げビームバネとして実施された懸架構造ＳＳ（たとえば図３Ｂに示されたものに類似の形状であるがガラス材で作製されている懸架構造ＳＳ）の屈曲部ＦＬＸを用いても実現され得ることを理解されたい。このように構成された機能ＭＥＭＳ層ＦＬが、図１０Ｅに自明の手法で概略的に図解されている。図１０Ｆは、曲げビームバネとして実施された懸架構造ＳＳの屈曲部ＦＬＸを有する、図１０Ａおよび図１０Ｂで図解されたものなどの調整可能なエタロンＭＥＭＳデバイスの製造プロセスを自明の手法で例示する流れ図である。
【０１０８】
ミラー間の空洞を密封する必要がある場合には、機能層に対して上から結合されたキャップウェーハ層ＣＡＰを使用するべきであることに留意されたい。これは、たとえばステップ（４）に図解されている。
【０１０９】
特定の実装形態では、（図１０Ｆの作業（２）のような）曲げビーム屈曲部の製造は、（図１０Ｄの作業（２）のような）膜タイプバネの製造よりも容易で、難易度も低いものであり得ることに留意されたい。これは、前者の場合、ガラスの処理がガラス全体の厚さを通じてのものであって、機械加工の制御またはエッチング深さの制御（膜厚さの制御）が不要なためである。
【０１１０】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、本発明の別の実施形態によって構成された調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス１１００Ａおよび１１００Ｂの構成を自明の手法で示すものである。デバイス１１００Ａおよび１１００Ｂはガラス層で作製される（裏面層、機能層および場合によりキャップ層もガラスで作製される）。この例では、機能層の懸架構造ＳＳは、機能層ＦＬとアパーチャミラーＡＭとの間に結合されたポリマー材料（たとえばプレストレストポリマー材料）製のバネ屈曲部を含む。この特定の例では、バネ屈曲部は、膜タイプバネとして成形された、プレストレストポリイミドで作製される。デバイス１１００Ａでは、機能層ＦＬはキャップ層ＣＡＰによって上から覆われており、キャップ層ＣＡＰの静電電極ＥＬによって作動される。
【０１１１】
デバイス１１００Ｂでは、作動は、裏面層ＢＬ上のケルビン力電極の配置によって遂行される。
【０１１２】
デバイス１１００Ａおよび１１００Ｂのこの構成の利点は、あらかじめ製造された埋込み導電層を伴う既製のポリイミド屈曲部を利用することができることに起因して、非常に低コストで製作しやすいことである。
【０１１３】
次に図１２を参照すると、本発明の一実施形態によって構成された順次撮像システム１２００が、ブロック図で概略的に図解されている。システム１２００は、画像センサ１３０（多画素の単色センサなど）と、本発明によって上記で説明されたように構成された調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス１２０とを含む。調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス１２０は、調整可能なスペクトルフィルタ１２０として働き、センサ１３０に向かう（たとえば図のＺ軸と交差する）光伝搬の全体的な光路に設置される。任意選択で、光学系１４０（たとえば撮像レンズ）も、センサ１３０の光路に配置される。
【０１１４】
カラー画像収集は、たとえば本出願の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に組み込まれている特許出願公開ＷＯ２０１４／２０７７４２に説明されているのと類似の手法で、デバイス１２００によって実行され得る。撮像システム１２００において使用される本発明の実施形態の調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス１２０は、高カラー忠実度を伴う順次カラー撮像に適切な、スペクトルの濾過プロファイルをもたらすように構成される。
【０１１５】
より具体的には、本発明の様々な実施形態によれば、エタロン１２０のバックミラーＢＭおよびアパーチャミラーＡＭの材料ならびに両ミラー間の調整可能な距離／間隙ｇは、エタロン１２０のスペクトルの濾過プロファイルが、（たとえばＲＧＢ空間またはハイパースペクトルの色空間に対応する色を伴う）カラー画像の撮像に適する、可視光線様式のスペクトル範囲において調整可能であるように、場合により赤外線様式、近赤外線様式のスペクトル範囲においても調整可能であるように構成される。また、エタロン１２０のアパーチャミラーＡＭおよびバックミラーＢＭならびに両ミラー間の調整可能な距離／間隙ｇは、エタロンの透過プロファイル特性（たとえばＦＷＨＭおよびＦＳＭ）が順次カラー撮像にも適するように構成され得る。たとえば、アパーチャミラーＡＭおよびバックミラーＢＭの材料ならびに両ミラー間の調整可能な距離／間隙ｇは、エタロンの分光透過率プロファイルのＦＷＨＭが従来のＲＧＢ空間における色のＦＷＨＭに一致するほど十分広くなるように、また、分光透過率プロファイルにおける連続した透過ピーク間のＦＳＲが色混合を回避する（センサが感応する異なる色／スペクトル様式をセンサに対して同時に透過するのを回避する）ほど十分大きくなるように選択され得る。さらに、エタロン１２０は、光学系１４０とセンサ１３０のすべての画素の間の光路において介入するように十分に広いものであるように、（エタロン１２０の両ミラー間の間隙ｇに対して）水平方向に比較的広いものでよく、他方では、エタロン１２０の所望の分光透過率特性および同調性をもたらすように、両ミラー間の間隙は十分に小さい。これは、たとえば上記の実施形態のうちの１つまたは複数において説明されたような本発明による調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイスを使用することによって達成される。
【０１１６】
システム１２００は、任意選択で、画像センサ１３０および調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス１２０に対して電気的に接続された制御システム（コントローラ）１１０も含んでよく、コントローラ１１０は、センサからの異なる色（異なるスペクトルのプロファイル）に対応する単色フレームを順次に収集することによってカラー画像をキャプチャするように構成されて動作することができる。たとえば、コントローラ１１０は、ＭＥＭＳエタロンデバイス１２０上に入射する光を３つ以上の異なるスペクトルのフィルタリング曲線／プロファイルを用いて順次にフィルタリングするように調整可能なＭＥＭＳエタロンデバイス１２０を順次に動作させ、センサ１３０を、３つ以上のスペクトル曲線によってそれぞれフィルタリングされた光の３つ以上の画像（単色像／フレーム）を取得するように動作させることにより、カラー画像を生成する／キャプチャするように適合され得る。調整可能なスペクトルフィルタ１２０は、スペクトルのフィルタリング曲線の各々を、対応する時間スロット期間に対して維持するように動作し、センサ１３０は、対応する時間スロット期間中に、これらの時間スロットに一致するそれぞれの積分時間でそれぞれのモノクロ画像をキャプチャするように動作する。それゆえに、キャプチャされたモノクロ画像の各々が、異なるそれぞれのスペクトルのフィルタリング曲線によってフィルタリングされてセンサ１３０によって所定の積分時間にわたってキャプチャされた光に対応する。コントローラは、センサからの３つ以上のモノクロ画像を表す読取りデータを受け取って処理し、カラー画像（すなわち画像のそれぞれの画素における少なくとも３つの色の強度に関する情報を含む画像）を表すデータを生み出すように構成される。
【図１】
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【図２Ａ−２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ−３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ−８Ｃ】
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【図９Ａ−９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ−１０Ｂ】
2018523846.tif 000025
【図１０Ｃ−１０Ｄ】
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【図１０Ｅ−１０Ｆ】
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【図１１Ａ−１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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