CN113454469A - 包括微机电可调滤波器的设备及操作所述设备的方法 - Google Patents

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CN113454469A CN202080015074.6A CN202080015074A CN113454469A CN 113454469 A CN113454469 A CN 113454469A CN 202080015074 A CN202080015074 A CN 202080015074A CN 113454469 A CN113454469 A CN 113454469A
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伊莱胡·查姆·阿什肯纳齐
阿里尔·拉兹
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Unispectral Ltd
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Abstract

本公开在其它方面中提供了一种在一***及一方法中使用的技术，用于监测一可调光学滤波器的一状态，通常是一微机电(MEMS)可调滤波器，例如法布里‑珀罗(Fabry‑Perot)滤波器。所述技术利用施加一致动电压信号，其特征在于一第一分量，其配置成引起所述可调滤波器的一可移动光学构件的一移动以及一第二分量，其配置成响应于所述可调滤波器的每一个给定状态，即每一个光学间隙导致所述第二分量的一不同的响应。所述第二分量对所述可调滤波器的所述状态的所述响应，即其从所述电压信号的所述原始施加的第二分量的变化轮廓指示所述可调滤波器的所述状态。

Description

包括微机电可调滤波器的设备及操作所述设备的方法
背景技术
一种微机电(MEMS)可调滤波器可以在不同状态之间移动，从而改变其光谱响应。每一个状态的特征在于在所述微机电可调滤波器的多个光学元件之间形成的一间隙的一宽度。从一个状态移动到另一个状态和/或将所述微机电可调滤波器设置到涉及一个或多个光学元件的一移动的一特定状态。这种移动是通过将一个或多个致动信号供应给与所述多个光学元件相关的一个或多个电极所引起的。
所述运动可能导致所述间隙的振动或振荡，这可能暂时地阻止图像的采集——至少直到所述间隙稳定为止。
这些运动可能受到维持在所述微机电可调滤波器中的一内部压力的影响。
所述微机电可调滤波器的各种参数可以随时间改变。这些参数可以包含所述内部压力、所述间隙稳定时间以及在所述一个或多个致动信号与所述间隙之间的关系。
以一可靠且有成本效益的方式来确定所述微机电可调滤波器的一个或多个参数的需求不断增长。例如，无需在所述微机电可调滤波器中放置专用传感器。
发明内容
可以提供一种用于操作可以包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法可以包括：在一稳定确定期间，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述微机电可调滤波器的多个光学元件(在整份申请中可与术语“光学构件”互换)之间的一间隙，其中所述间隙确定所述微机电可调滤波器的一频谱响应；通过所述图像传感器在所述稳定确定期间的不同时间点获取多个图像，其中获取所述多个图像在所述间隙稳定之前开始；以及基于所述多个图像中的至少一个像素子集来确定所述间隙的一稳定期间。
确定所述稳定期间可以包括搜索与空间中的一相同区域相对应的连续图像的基本上彼此相同的区域。
所述方法可以包括基于所述间隙的一估计稳定期间来确定何时开始获取所述多个图像。
所述方法可以包括确定所述至少一个致动信号中的每一个的一值。
所述方法可以包括确定所述至少一个致动信号中的每一个的一值；其中所述确定响应于一环境温度。
所述方法可以包括在一电容确定期间，测量与所述多个光学元件相关的多个电极之间的一电容。
所述方法可以包括在一电容确定期间，将至少一个致动信号提供给耦合到所述多个光学元件的多个电极；等待至少所述稳定期间；以及在所述等待之后及在所述电容确定期间，测量与所述多个光学元件相关的所述多个电极之间的所述电容。
所述方法可以包括通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中，所述多个光学元件中的一个或多个位于所述内部空间中。
所述方法可以包括在一压力水平确定期间，测量与所述多个光学元件相关的多个电极之间的一电容；以及基于与所述多个光学元件相关的所述电极之间的所述电容来确定存在于所述内部空间中的所述压力水平。
所述方法可以包括在一间隙监测期间的不同时间点，对与所述多个光学元件相关的多个电极之间的一电容进行不同的测量；及搜索指示所述多个光学元件的振动的多个电容测量结果。
所述搜索可以包括搜索所述多个电容测量结果中的一重复改变。
所述方法可以包括抑制所述多个光学元件的振动。
所述方法可以包括通过将多个致动信号供应给与所述多个光学元件相关的多个电极来抑制所述间隙的振动；其中每一个致动信号由包括一电阻器的一路径所供应。
所述方法可以包括通过将一第一致动信号供应给与所述多个光学元件的一第一光学元件相关的一第一电极来抑制所述间隙的振动；其中所述第一致动信号由一路径所供应，所述路径可以包括串联耦合到所述第一电极的一第一电阻器。
所述方法可以包括通过将一第一致动信号供应给与所述多个光学元件的一第一光学元件相关的一第一电极来抑制所述间隙的振动；其中所述第一致动信号由一路径所供应，所述路径可以包括并联耦合到所述第一电极的一第一电阻器。
所述方法可以包括通过将一第一致动信号供应给与所述多个光学元件的一第一光学元件相关的一第一电极来抑制所述间隙的振动；其中所述第一致动信号由一路径所供应，所述路径可以包括耦合到所述第一电极的一第一可变电阻器。
所述方法可以包括通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中，所述多个光学元件中的一个或多个位于所述内部空间中；在一压力水平确定期间，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述间隙；通过所述图像传感器在所述压力水平确定期间的不同时间点获取在供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及
基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
所述确定可以包括搜索指示所述间隙的振动的像素值。
所述搜索之后是确定一振动期间并且基于所述振动期间来确定所述压力水平。
所述方法可以包括通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中，所述多个光学元件中的一个或多个位于所述内部空间中；对于一压力水平确定期间的每一个子期间，重复以下步骤：在所述每一个子期间的一起点，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述间隙；通过所述图像传感器在所述每一个子期间的不同时间点获取在每一个子期间的所述起点供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及其中所述方法还可以包括基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
在所述每一个子期间的不同时间点，获取所述多个图像以不超过每秒16,000帧的速率发生。
在所述每一个子期间的不同时间点，获取所述多个图像以不超过每秒8,000帧的速率发生。
所述确定可以包括搜索指示所述间隙的振动的像素值。
所述搜索之后是确定一振动期间并且基于所述振动期间来确定所述压力水平。
所述方法可以包括在一间隙评估期间，将多个混合信号单独地供应给每一个电极，所述每一个电极出自于(a)与所述多个光学元件的一第一光学元件相关的一第一组电极，以及(b)与所述多个光学元件的一第二光学元件相关的一第二组电极；其中，每一个混合信号包括一直流(DC)分量及一交流(AC)分量。
所述方法可以包括在所述间隙评估期间的不同时间点，对所述多个电极中的每一个的一电容进行不同的测量；以及基于所述多个电极中的每一个的所述电容的测量来评估所述间隙的一个或多个维度参数。
对所述多个电极中的每一个的所述电容进行不同的测量可以包括(a)测量从所述多个电极中的每一个所接收到的多个信号；以及(b)基于从所述多个电极中的每一个接收到的所述多个信号来估计所述多个电极中的每一个的所述电容。
所述方法可以包括对每一个电极，测量(a)供应给所述电极的一混合信号的一峰到峰幅度与(b)从所述电极接收到的一信号的一峰到峰幅度之间的一差值；以及基于与所述第一及第二组电极中的至少一些相关的差值来确定所述间隙的所述一个或多个维度参数。
所述方法可以包括通过从供应给所述电极的所述混合信号中减去从所述电极接收到的所述信号来计算用于每一个电极的一差异信号；以及基于与所述第一组电极及所述第二组电极中的至少一些相关的差异信号来确定所述间隙的所述一个或多个维度参数。
可以提供一种配置成用以执行上述方法的设备。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于执行上述方法的指令。
可以提供一种用于操作可以包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法可以包括在一评估期间，将多个混合信号供应给多个电极，所述多个电极耦合到所述微机电可调滤波器的多个光学元件，所述多个光学元件彼此间隔一个或多个间隙；其中所述一个或多个间隙确定所述微机电可调滤波器的一频谱响应；其中每一个混合信号包括一直流(DC)分量及一交流(AC)分量；及在所述评估周期的不同时间点，响应于所述多个混合信号的供应，对从所述多个电极接收到的多个信号进行不同的测量；及基于从所述多个电极接收到的所述多个信号的所述不同的测量，评估所述一个或多个间隙的一个或多个维度参数。
所述方法可以包括将所述混合信号单独地供应给所述多个电极中的每一个。
所述直流分量超过所述交流分量。
每一个电极同时地接收所述直流分量及所述交流分量。
供应给至少两个电极的至少两个混合信号具有一相同的交流分量但具有多个不同的直流分量。
所述方法可以包括生成具有一交流分量而没有直流分量的一参考信号，其中所述参考信号与每一个电极中的测量到的电容响应之间的一关系指示所述维度参数。
可以提供一种配置成用以执行上述方法的设备。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于执行上述方法的指令。
可以提供一种用于操作可以包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法可以包括通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中，所述多个光学元件中的一个或多个光学元件位于所述内部空间中；其中所述微机电可调滤波器的多个光学元件中的一个或多个光学元件位于所述内部空间中；其中所述多个光学元件彼此间隔一个或多个间隙；其中所述一个或多个间隙确定所述微机电可调滤波器的一频谱响应；对于一压力水平确定期间的每一个子期间，重复以下步骤：在每一个子期间的一起点，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述间隙；通过所述图像传感器在所述每一个子期间的不同时间点获取在每一个子期间的所述起点供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及其中所述方法还可以包括基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
所述确定可以包括搜索指示所述间隙的振动的像素值。
所述搜索之后是确定一振动期间并且基于所述振动期间来确定所述压力水平。
可以提供一种配置成用以执行上述方法的设备。
可以提供一种用于操作可以包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法可以包括通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中所述微机电可调滤波器的多个光学元件中的一个或多个光学元件位于所述内部空间中；其中所述多个光学元件彼此间隔一个或多个间隙；在一压力水平确定期间，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述一个或多个间隙；通过所述图像传感器在所述压力水平确定期间的不同时间点获取在供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
所述确定可以包括搜索指示所述多个光学元件的振动的像素值。
所述一个或多个间隙可以确定所述微机电可调滤波器的一频谱响应。
可以提供一种配置成用以执行上述方法的设备。
可以提供一种用于操作可以包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法可以包括通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中所述微机电可调滤波器的所述多个光学元件中的一个或多个位于所述内部空间中；在一间隙监测期间的不同时间点，对与所述多个光学元件相关的多个电极之间的一电容进行不同的测量；及搜索指示所述一个或多个光学元件的振动的多个电容测量结果。
可以提供一种配置成用以执行上述方法的设备。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于执行上述方法的指令。
可以提供一种用于操作可以包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法可以包括通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中所述微机电可调滤波器的多个光学元件中位于所述内部空间中；在一压力水平确定期间，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述多个光学元件之间的一间隙；通过所述图像传感器在所述压力水平确定期间的不同时间点获取在供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
可以提供一种配置成用以执行上述方法的设备。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于执行上述方法的指令。
可以提供一种用于操作可以包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法可以包括通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；及对于一压力水平确定期间的每一个子期间，重复以下步骤：在每一个子期间的一起点，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置位于所述内部空间中的所述微机电可调滤波器的多个光学元件之间的一间隙；通过所述图像传感器在所述每一个子期间的不同时间点获取在每一个子期间的所述起点供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及其中所述方法还可以包括基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
可以提供一种配置成用以执行上述方法的设备。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于执行上述方法的指令。
可以提供一种用于操作可以包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法可以包括在一间隙评估期间，将多个混合信号单独地供应给所述微机电可调滤波器的每一个电极，所述每一个电极出自于(a)与所述微机电可调滤波器的一第一光学元件相关的一第一组电极，以及(b)与所述微机电可调滤波器的一第二光学元件相关的一第二组电极；其中，所述第一光学元件与所述第二光学元件间隔一光学间隙；并且其中每一个混合信号包括一直流(DC)分量及一交流(AC)分量。
所述方法可以包括对每一个电极，测量(a)供应给所述电极的一混合信号的一峰到峰幅度与(b)从所述电极接收到的一信号的一峰到峰幅度之间的一差值；以及基于与所述第一及第二组电极中的至少一些相关的差值来确定所述间隙的所述一个或多个维度参数。
可以提供一种配置成用以执行上述方法的设备。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于执行上述方法的指令。
可以提供一种用于操作可以包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法可以包括将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述微机电可调滤波器的多个光学元件之间的一间隙，其中所述供应可以包括通过将多个致动信号供应给与所述多个光学元件相关的多个电极来抑制所述间隙的振动；其中每一个致动信号由可以包括一电阻器的一路径所供应。
可以提供本申请的任何部分中提到的任何方法的任何步骤的任何组合。
可以提供一种配置成用以执行上述方法的设备。
可以提供一种包括可调滤波器的设备，所述设备能够执行说明书中所示的方法中的至少一个。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于执行说明书中所示的方法中的至少一个的指令。
本公开的一方面提供了一种用于监测一可调滤波器的一状态的***，所述可调滤波器通常是一微机电可调滤波器，例如法布里-珀罗(Fabry-Perot)滤波器。所述可调滤波器包括一第一光学构件及一第二光学构件(在整个申请中可与术语“光学元件”互换)并且在所述第一光学构件上的多个第一致动区域与所述第二光学构件上的相应的多个第二致动区域之间施加电压差时，至少所述第一光学构件可以相对于所述第二光学构件移动。所述***包括一处理电路，配置成用以(i)操作一个电压源或有时操作多于一个电压源，用以将一电压信号的一选定及期望轮廓施加到所述第一致动区域或所述第二致动区域中的至少一个，通常将一期望电压轮廓单独地提供给多于一个致动区域。所述选定轮廓至少包括用于导致所述可移动构件的一移动的一第一分量，即触发其致动以获得所述两个光学构件的各个区域之间的一期望光学间隙，及响应于所述可调滤波器的一给定状态的一第二分量，即对于所述可调滤波器的每一个状态(例如每一个光学间隙)，所述第二分量会导致不同的响应。换句话说，所述第二分量被设计成响应于所述可调滤波器的一给定状态而变化，即对于所述可调设备的每一个给定状态，所述信号以一独特的方式变化。由于所述第一致动区域与相应的第二致动区域之间的电容变化而发生所述信号的变化。应当注意，所述第一分量也可以响应于所述可调滤波器一资给定状态，尽管通常对其的影响显着低于对所述第二分量的影响。一第一电压源可操作和/或配置成施加所述第一分量，一第二电压源可操作和/或配置成施加一第二分量。所述处理电路还可配置成用以(ii)分析所述电压信号的一合成信号(即，从每一个致动区域检索到的一信号)并且从已提供的所述电压信号确定所述合成信号的一变化轮廓。所述确定的变化轮廓指示所述可调滤波器的所述状态。
在一些实施例中，所述分析包括确定所述第二分量的所述变化轮廓。
在一些实施例中，所述包括一第二分量提取器，即一采样单元，所述第二分量提取器配置成用以从所述合成信号中提取所述第二分量并且将所述第二分量传输到所述处理电路用于确定所述第二分量的所述变化轮廓。
在所述***的一些实施例中，所述电压信号是一复合信号并且所述第一分量及所述第二分量具有不同的频率特征。需要注意的是，所述多个分量中的一个可以是频率为0的一直流(DC)信号。
在一些实施例中，所述第一分量是一直流(DC)分量并且所述第二分量是一交流(AC)分量。
在所述***的一些实施例中，所述交流分量的特征在于高于所述第一可移动构件的谐振频率的一频率。在一些实施例中，所述交流量的所述频率比第一构件的谐振频率(即所述微机电本征频率)大至少2、3、4或5倍。
在所述***的一些实施例中，所述可调滤波器的所述状态是所述第一致动区域与相应的所述第二致动区域之间的一间隙。在一些实施例中，所述第一致动区域与相应的所述第二致动区域之间的所述间隙与所述可调光学滤波器的所述光学间隙相关。
在所述***的一些实施例中，所述可调滤波器的所述状态是与所述可调滤波器的一个或多个部分的光学间隙相关联的一状态。
在所述***的一些实施例中，所述处理电路配置成用以操作所述一个(或多个)电压源以提供具有至少一个分量(例如一交流分量)一参考信号，所述分量与所述电压信号的所述第二分量(例如一相似的交流分量)，相同，并且所述分析包括确定所述合成信号的一变化第二分量(例如致动过程导致所述交流(AC)信号的变化)与所述参考信号之间的一关系并且基于此确定所述变化轮廓。特别是，所述分析包括确定从所述参考信号减去所述第二分量，所述减积指示所述可调滤波器的所述状态。在所述***的一些实施例中，被分析的所述采样的信号是所述合成信号的变化的所述第二分量与所述参考信号的减积。在一些实施例中，所述参考信号具有两个分量，一第一直流分量及一第二交流分量，所述第一直流分量具有提供给所有致动区域的所有直流分量的平均值的一值，所述第二交流分量类似于提供给所述致动区域的所有直流分量。在这个实施例中，所述分析包括从检索自一致动区域的所述合成信号中减去所述参考信号，即其第一及第二分量，并且确定所述减乘的变化轮廓，这指示所述可调光学滤波器的所状态，例如它在一个或多个位置的光学间隙。
在一些实施例中，所***还包括一参考电容，用于接收所述参考信号，所述处理电路配置成用检索从所述合成信号减去所述参考电容的所述参考信号的一输出以确定用于获得所述可调滤波器的所述状态的所述变化。
在所述***的一些实施例中，所述第二致动区域包括多个电极或是多个电极。
在所述***的一些实施例中，所述分析包括确定所述第二分量的幅度的一变化，例如通过确定(a)供应给所述多个电极的所述交流分量的一峰到峰幅度，及(b)从所述致动区域检索到的一信号的一峰到峰幅度。所述分析也可以通过执行相移测量技术来执行。
在所述***的一些实施例中，所述处理电路配置成响应于所述可调滤波器的监测状态来控制所述电压信号的所述选定轮廓。即，所述处理电路配置成识别所述多个光学构件之间的所述间隙及更新所述电压信号的所述选定轮廓以有效地获得一期望光学间隙。这个过程构成了一闭环或半闭环控制***。例如，可以根据一特定方程基于所述可调滤波器的监测状态来更新所述第一分量。作为一非限制性示例，所述方程可以是：
V＝k(gap_des-gap_meas)
其中V是施加的直流(DC)电压，gap_des是期望光学间隙，gap_meas是测量到的光学间隙。
在所述***的一些实施例中，所述处理电路配置成用以操作所述一个(多个)电压源用于将一电压信号的一独特的选定轮廓施加到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域中的每一个。即，每一个致动区域提供有一独立于不同致动区域的其他轮廓的一独特的电压轮廓。
在所述***的一些实施例中，所述独特的选定轮廓中的每一个包括一相同的第二分量，即，所述第二分量在每一个独特的选定轮廓中是通用的。
在所述***的一些实施例中，包括一耗散元件(即，一种能够耗散能量的元件，例如通过发热)，其电连接到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域。应当注意的是，在一些实施例中，所述耗散元件可以在一侧串联连接到所述第一致动区域或第二致动区域，并且在其另一侧串联连接到所述多个电压源中的至少一个。在一些其他实施例中，所述耗散元件可以并联连接，使得大部分电流通过。所述耗散元件配置成使得在所述第一光学构件振荡时，能量通过其耗散以获得低于1000、500、400、300、200、100、90、80、70、60、50、40、30、20或10或1的所述第一光学构件的一品质因数，从而在将所述可调滤波器致动到一期望间隙时，减少所述第一构件的稳定时间。
在所述***的一些实施例中，所述耗散元件一电阻器，所述电阻器从一侧串联电连接到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域并且从另一侧串联电连接到所述电压源。即，所述电阻器设置在具有所述第一致动区域及第二致动区域的一电路中，将它们中的至少一个连接到提供用于致动的所述第一信号的所述电压源，使得来自所述电压源的电荷到达所述致动区，反之亦然，通过电阻。
本公开的另一方面提供了一种用于监测和/或控制一可调滤波器的一状态的方法。所述可调滤波器包括一第一光学构件及一第二光学构件，在所述第一光学构件上的多个第一致动区域与所述第二光学构件上的相应的多个第二致动区域之间施加电压差时，至少所述第一光学构件可以相对于所述第二光学构件移动。所述方法包括：将一电压信号的一选定轮廓施加到所述第一致动区域或所述第二致动区域中的至少一个。所述选定轮廓至少包括用于导致朝向一期望致动间隙的所述可移动构件的一移动的一第一分量及响应于所述可调滤波器的一给定状态的一第二分量，即对于所述可调滤波器的每一个状态，例如每一个光学间隙，所述第二分量会导致一不同的响应。换句话说，所述第二分量被设计成响应于所述可调滤波器的一给定状态而变化，即对于所述可调设备的每一个给定状态，所述信号以一独特的方式变化。所述方法还包括检索及分析所述电压信号的一合成信号(即在施加到每一个致动区域后从每一个致动区域检索的信号)，并且从已提供的所述电压信号确定所述合成信号的一变化轮廓。所述变化轮廓指示所述可调滤波器的所述状态，即所述可调滤波器的所述光学间隙由所述变化轮廓决定。
在所述方法的一些实施例中，所述分析包括确定所述第二分量的所述变化轮廓。
在一些实施例中，所述方法包括提取所述第二分量并且分析所述第二分量用于确定所述第二分量的一变化轮廓，所述第二分量的所述变化轮廓指示所述可调滤波器的所述状态。
在所述方法的一些实施例中，所述电压信号是一复合信号并且所述第一分量及所述第二分量具有不同的频率特征，其中一直流分量被认为频率为0。
在所述方法的一些实施例中，所述第一分量是一直流分量并且所述第二分量是一交流分量。
在所述方法的一些实施例中，所述交流分量的特征在于高于所述第一光学构件的谐振频率的一频率。在一些实施例中，所述交流分量的所述频率比所述第一光学构件的谐振频率(即所述微机电本征频率)大至少2、3、4或5倍。
在一些实施例中，所述方法包括施加一参考信号，所述参考信号与所述电压信号的所述第二分量相同，并且其中所述分析包括确定所述合成信号的一变化第二分量(例如，所述交流分量的变化)与所述参考信号之间的一关系并且确定所述变化轮廓。特别是，所述分析包括确定从所述参考信号减去所述第二分量，所述减积指示所述可调滤波器的所述状态。在一些实施例中，被分析的所述采样的信号是所述合成信号的变化的所述第二分量与所述参考信号的减积。
在一些实施例中，在一些实施例中，所述参考信号具有两个分量，一第一直流分量及一第二交流分量，所述第一直流分量具有提供给所有致动区域的所有直流分量的平均值的一值，所述第二交流分量类似于提供给所述致动区域的所有直流分量。在这个实施例中，所述分析包括从检索自一致动区域的所述合成信号中减去所述参考信号，即其第一及第二分量，并且确定所述减乘的变化轮廓，这指示所述可调光学滤波器的所状态，例如它在一个或多个位置的光学间隙。
在所述方法的一些实施例中，在所述第一光学构件的所述移动期间执行所述检索及分析。
在一些实施例中，所述方法包括响应于所述可调滤波器的监测状态来控制所述电压信号的所述选定轮廓，特别是所述第一分量，以更新所需的电压，使所述可调滤波器有效地达到期望状态。
在一些实施例中，所述方法包括将一电压信号的一独特的选定轮廓施加到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域中的每一个。
在所述方法的一些实施例中，所述独特的选定轮廓中的每一个包括一相同的第二分量。即，一公共的第二分量(例如，一公共的交流信号)提供在每一个独特的轮廓中。
本公开的另一方面提供了一种可调滤波器。所述可调滤波器包括一第一光学构件及一第二光学构件，每一个包括多个第一致动区域及多个第二致动区域，使得在所述第一光学构件上的所述多个第一致动区域与所述第二光学构件上的相应的所述多个第二致动区域之间施加电压差时，至少所述第一光学构件可以相对于所述第二光学构件移动。所述可调滤波器还包括一耗散元件(即，能够耗散能量的一种元件，例如通过发热)，其电连接到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域。在一些实施例中，所述耗散元件可以在一侧串联连接到所述第一致动区域或第二致动区域并且在其另一侧串联连接到一电压源，所述电压源配置成用以提供所述致动电压。在其它实施例中，所述耗散元件可以并联连接，使得大部分电流通过。所述耗散元件配置成使得在所述第一光学构件振荡时，能量通过其耗散以获得低于1000、500、400、300、200、100、90、80、70、60、50、40、30、20或10或1的所述第一光学构件的一品质因数，从而在将所述可调滤波器致动到一期望间隙时，减少稳定时间。
在所述可调滤波器的一些实施例中，所述耗散元件一电阻器，所述电阻器从一侧串联电连接到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域并且从另一侧串联电连接到一电压源。即，所述电阻器设置在具有所述第一致动区域及第二致动区域的一电路中，将它们中的至少一个连接到所述电压源，所述电压源配置成用以提供用于致动的所述电压信号，使得来自所述电压源的电荷到达所述致动区，反之亦然，通过电阻。
在所述可调滤波器或所述***或上述***的一些实施例中，所述耗散元件是可控制的一可变电阻器，所述可变电阻器配置成用以基于所述可调滤波器的至少一个特征参数的值来可控制地改变其电阻。
在所述可调滤波器或所述***的一些实施例中，所述至少一个特征参数是包围所述第一可移动构件的一外壳内的内部压力。
在所述可调滤波器或所述***的一些实施例中，所述可变电阻器的电阻配置成用以响应于所述内部压力的一增加而减少。
在一些实施例中，所述可调滤波器或所述***包括一处理电路，配置成用以响应于指示所述至少一个特征参数的输入数据来控制所述可变电阻器。
在所述可调滤波器或所述***的一些实施例中，所述处理电路配置成用以响应于指示所述可调滤波器的所述内部压力的一增加的一输入数据而减少所述可变电阻器的所述电阻。
实施例
以下是本公开的非限制性实施例。
1.一种用于操作包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法包括：
在一稳定确定期间，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述微机电可调滤波器的多个光学元件之间的一间隙；
通过所述图像传感器在所述稳定确定期间的不同时间点获取多个图像，其中获取所述多个图像在所述间隙稳定之前开始；以及
基于所述多个图像中的至少一个像素子集来确定所述间隙的一稳定期间。
2.如实施例1所述的方法，其中确定所述稳定期间包括搜索与空间中的一相同区域相对应的连续图像的基本上彼此相同的区域。
3.如实施例1所述的方法，包括基于所述间隙的一估计稳定期间来确定何时开始获取所述多个图像。
4.如实施例1所述的方法，包括确定所述至少一个致动信号中的每一个的一值。
5.如实施例4所述的方法，其中所述确定所述至少一个致动信号中的每一个的所述值响应于一环境温度。
6.如实施例1所述的方法，包括在一电容确定期间，测量与所述多个光学元件相关的多个电极之间的一电容。
7.如实施例1所述的方法，包括包括在一电容确定期间，将至少一个致动信号提供给耦合到所述多个光学元件的多个电极；等待至少所述稳定期间；以及在所述等待之后及在所述电容确定期间，测量与所述多个光学元件相关的所述多个电极之间的所述电容。
8.如实施例1所述的方法，包括通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中，所述多个光学元件中的一个或多个位于所述内部空间中。
9.如实施例8所述的方法，包括：
测量与所述多个光学元件相关的多个电极之间的一电容；以及基于与所述多个光学元件相关的所述电极之间的所述电容来确定存在于所述内部空间中的所述压力水平
10.如实施例8所述的方法，包括：
在一间隙监测期间的不同时间点，对与所述多个光学元件相关的多个电极之间的一电容进行不同的测量；及
搜索指示所述多个光学元件的振动的多个电容测量结果。
11.如实施例8所述的方法，其中所述搜索包括搜索所述多个电容测量结果中的一重复改变。
12.如实施例1所述的方法，包括抑制所述多个光学元件的振动。
13.如实施例1所述的方法，包括通过将多个致动信号供应给与所述多个光学元件相关的多个电极来抑制所述间隙的振动；其中每一个致动信号由包括一电阻器的一路径所供应。
14.如实施例1所述的方法，包括通过将一第一致动信号供应给与所述多个光学元件的一第一光学元件相关的一第一电极来抑制所述间隙的振动；其中所述第一致动信号由一路径所供应，所述路径包括串联耦合到所述第一电极的一第一电阻器。
15.如实施例1所述的方法，包括通过将一第一致动信号供应给与所述多个光学元件的一第一光学元件相关的一第一电极来抑制所述间隙的振动；其中所述第一致动信号由一路径所供应，所述路径包括并联耦合到所述第一电极的一第一电阻器。
16.如实施例1所述的方法，包括通过将一第一致动信号供应给与所述多个光学元件的一第一光学元件相关的一第一电极来抑制所述间隙的振动；其中所述第一致动信号由一路径所供应，所述路径包括耦合到所述第一电极的一第一可变电阻器。
17.如实施例1所述的方法，包括
通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中，所述多个光学元件中的一个或多个位于所述内部空间中；
在一压力水平确定期间，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述间隙；
通过所述图像传感器在所述压力水平确定期间的不同时间点获取在供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及
基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
18.如实施例17所述的方法，其中所述确定包括搜索指示所述间隙的振动的像素值。
19.如实施例17所述的方法，其中所述搜索之后是确定一振动期间并且基于所述振动期间来确定所述压力水平。
20.如实施例1所述的方法，包括：
通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中，所述多个光学元件中的一个或多个位于所述内部空间中；
对于一压力水平确定期间的每一个子期间，重复以下步骤：
在每一个子期间的一起点，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述间隙；
通过所述图像传感器在所述每一个子期间的不同时间点获取在每一个子期间的所述起点供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及
其中所述方法还包括基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
21.如实施例20所述的方法，其中在所述每一个子期间的不同时间点，获取所述多个图像以不超过每秒16,000帧的速率发生。
22.如实施例20所述的方法，其中在所述每一个子期间的不同时间点，获取所述多个图像以不超过每秒8,000帧的速率发生。
23.如实施例20所述的方法，其中所述确定可以包括搜索指示所述间隙的振动的像素值。
24.如实施例23所述的方法，其中所述搜索之后是确定一振动期间并且基于所述振动期间来确定所述压力水平。
25.如实施例1所述的方法，包括在一间隙评估期间，将多个混合信号单独地供应给每一个电极，所述每一个电极出自于(a)与所述多个光学元件的一第一光学元件相关的一第一组电极，以及(b)与所述多个光学元件的一第二光学元件相关的一第二组电极；其中，每一个混合信号包括一直流(DC)分量及一交流(AC)分量。
26.如实施例25所述的方法，包括在所述间隙评估期间的不同时间点，对所述多个电极中的每一个的一电容进行不同的测量；以及基于所述多个电极中的每一个的所述电容的测量来评估所述间隙的一个或多个维度参数。
27.如实施例26所述的方法，其中对所述多个电极中的每一个的所述电容进行不同的测量包括(a)测量从所述多个电极中的每一个所接收到的多个信号；以及(b)基于从所述多个电极中的每一个接收到的所述多个信号来估计所述多个电极中的每一个的所述电容。
28.如实施例27所述的方法，包括对每一个电极，测量(a)供应给所述电极的一混合信号的一峰到峰幅度与(b)从所述电极接收到的一信号的一峰到峰幅度之间的一差值；以及基于与所述第一及第二组电极中的至少一些相关的差值来确定所述间隙的所述一个或多个维度参数。
29.如实施例27所述的方法，包括通过从供应给所述电极的所述混合信号中减去从所述电极接收到的所述信号来计算用于每一个电极的一差异信号；以及基于与所述第一组电极及所述第二组电极中的至少一些相关的差异信号来确定所述间隙的所述一个或多个维度参数。
30.一种用于操作包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法包括：
通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中，所述多个光学元件中的一个或多个光学元件位于所述内部空间中；
其中所述微机电可调滤波器的多个光学元件中的一个或多个光学元件位于所述内部空间中；其中所述多个光学元件彼此间隔一个或多个间隙；其中所述一个或多个间隙确定所述微机电可调滤波器的一频谱响应；
对于一压力水平确定期间的每一个子期间，重复以下步骤：
在每一个子期间的一起点，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述间隙；
通过所述图像传感器在所述每一个子期间的不同时间点获取在每一个子期间的所述起点供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及
所述方法还包括基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
31.如实施例30所述的方法，其中所述确定包括搜索指示所述间隙的振动的像素值。
32.如实施例31所述的方法，其中所述搜索之后是确定一振动期间并且基于所述振动期间来确定所述压力水平。
33.一种用于操作包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法包括：
通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中所述微机电可调滤波器的多个光学元件中的一个或多个光学元件位于所述内部空间中；其中所述多个光学元件彼此间隔一个或多个间隙；
在一压力水平确定期间，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述一个或多个间隙；
通过所述图像传感器在所述压力水平确定期间的不同时间点获取在供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及
基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
34.如实施例33所述的方法，其中所述确定可以包括搜索指示所述多个光学元件的振动的像素值。
35.如实施例33所述的方法，其中所述一个或多个间隙可以确定所述微机电可调滤波器的一频谱响应。
36.一种用于操作包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法包括：
通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中所述微机电可调滤波器的所述多个光学元件中的一个或多个位于所述内部空间中；
在一间隙监测期间的不同时间点，对与所述多个光学元件相关的多个电极之间的一电容进行不同的测量；及
搜索指示所述一个或多个光学元件的振动的多个电容测量结果。
37.一种用于操作包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法包括：
通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；其中所述微机电可调滤波器的多个光学元件中位于所述内部空间中；
在一压力水平确定期间，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述多个光学元件之间的一间隙；
通过所述图像传感器在所述压力水平确定期间的不同时间点获取在供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及
基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
38.一种用于操作包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法包括：
通过所述微机电可调滤波器的一外壳来保持一环境压力水平与存在于由所述外壳限定的一内部空间中的一压力水平之间的一压力差；及
对于一压力水平确定期间的每一个子期间，重复以下步骤：
在每一个子期间的一起点，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置位于所述内部空间中的所述微机电可调滤波器的多个光学元件之间的一间隙；
通过所述图像传感器在所述每一个子期间的不同时间点获取在每一个子期间的所述起点供应所述至少一个致动信号之后的多个图像；以及
其中所述方法还包括基于在所述压力水平确定期间所获得的所述多个图像中的至少一个像素子集来确定存在于所述内部空间中的一压力水平。
附图说明
为了理解本发明并了解如何在实践中实施，现在将参考附图仅通过非限制性示例的方式描述优选实施例。
图1是一种方法的一示例。
图2是一种方法的一示例。
图3是一电路的一模型的一示例。
图4是一电路的一模型的一示例。
图5是一电压与时间关系的一示例。
图6是一设备的一部分的一示例。
图7是一混合信号的一示例。
图8是一设备的一部分的一示例。
图9是一电压与电容关系的一示例。
图10是一物理模型的一示例。
图11是一频谱的一示例。
图12是一种可调滤波器的一示例。
图13是一种方法的一示例。
图14是一强度与时间关系的一示例。
图15是不同内部压力水平的一强度与时间关系的一示例。
图16是一种可调滤波器的一示例。
图17A及图17B是本公开的控制***的多个部分的实施方式的非限制性示例的示意图。图17A示出了信号信道的一示例，并且图17B示出了参考信道的一示例。
具体实施方式
术语“和/或”是附加地或可替代地。
每一各附图都可以按比例绘制或不按比例绘制。
任何对设备或可调滤波器的引用都应适用于由设备或可调滤波器执行的方法。
对方法的任何引用都应适用于设备或配置成用以执行所述方法的可调滤波器。
可以提供一种包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器的设备。所述微机电可调滤波器可以包括多个光学元件。在所述多个光学元件之间可能存在多个间隙，其中所述多个间隙可以确定所述微机电可调滤波器的一频谱响应。例如—改变一间隙可能会改变所述可调滤波器的带通频率范围。
为了解释的简单起见，参考了确定所述微机电可调滤波器的频谱响应的一单个间隙。应当注意，限定所述间隙的至少一个光学元件可以是一可移动光学元件。限定所述间隙的另一个光学元件可以是静态的或可移动的。
所述多个光学元件可以与多个致动区域或多个电极相关—在某种意义上，其可以连接到所述多个电极或包括所述多个电极。供应给所述多个电极的一个或多个致动信号可以设置所述间隙。
需要注意的是，在整个申请中，术语“致动区域”是指设置在一光学构件上或与一光学构件相关联并且配置成用以与不同光学构件的一相应致动区域一起执行致动以将所述可调滤波器带到一期望光学间隙的一区域。例如，术语“致动区域”可以指配置成静电致动的一电极，其具有一不同光学构件的相应电极。通过在两个电极之间施加一电压差，一可移动光学构件移动并且设置一期望光学间隙中。因此，在整个申请中，术语“致动区域”通过参考设置在所述多个光学构件中的其中一个上或与所述多个光学构件中的其中一个相关联的电极来举例说明。
所述设备包括一图像传感器。所述微机电可调滤波器在所述图像传感器之前，在某种意义上辐射在到达所述图像传感器之前通过所述微机电可调传感器。
所述图像传感器可以配置成用以获取多个图像。所述图像传感器可以包括对应于多个像素的多个传感元件。
下面列出的一些方法可以处理图像和/或图像子集。一图像子集仅通过一些传感元件获取。一图像子集可以被所述传感元件的子集所感测—其中所述传感元件的子集可以形成一列或多列、一行或多行、行的一部分、列的一部分或多个传感元件的任何其他组合。因此—图像子集可以包括任何像素排列。所述图像子集可以是任何形状和/或任何大小。
为了解释的简单起见，对图像的任何引用都可以比照适用于任何图像子集，并且对图像子集的任何引用可以应用于图像。
处理一图像子集而不是整个图像可以减少读出时间，并且可以节省处理和/或存储资源。
当不同图像的多个像素相互比较时，假定不同图像捕获来自相同景物的辐射。
可以提供一种用于测量所述间隙的一稳定时间的方法。
所述方法可以包括(a)设置一致动信号，(b)在一预定时间间隔内捕捉一系列图像(至少两个图像)，(c)比较所述图像以识别所述图像的至少一个公共区域(也捕获空间中的相同区域)是否基本相同，以及(d)通过捕获所述第二图像的时间确定所述***是否达到稳定。
可以提供一种用于减少所述间隙的所述稳定时间的方法。所述方法可以包括添加一电阻器到一供应路径，所述电阻器将一致动信号供应给与限定(至少部分地)所述间隙的一光学元件相关的一电极。所述电阻器可以是一可变电阻器或一非可变电阻器。所述电阻器可以串联或并联连接到可以供应一致动信号的一个或多个电极。
所述设备可以包括(或可以耦合到)一控制器(也称为控制单元)，所述控制器可以配置成用以根据所述微机电设备的所述内部压力来变化所述电阻器的所述电阻。所述电阻可以根据一预测泄漏率而变化，所述预测泄漏率指示随时间变化的所述内部压力。
可以提供一种测量所述微机电设备的所述内部压力的方法，所述可以包括：(a)在所述可移动光学元件上施加一致动信号以设置一光学间隙，(b)通过包括所述微机电设备的一成像设备来捕捉多个连续图像，(c)分析所述多个图像的至少一个区域以识别一周期性轮廓，所述周期性轮廓指示所述可移动光学元件的振动期间时间，以及(d)将所述振动期间时间转换成所述内部压力。
所述控制单元可以配置成用以在所述多个电极上施加一致动信号并且测量所述多个电极之间的所述电容，所述电容指示所述光学间隙。
可以提供一种方法，所述方法可以包括(i)施加一致动信号，所述致动信号是一直流(direct current,DC)信号，从而在所述多个电极的每一个与所述可移动光学元件之间提供一静电场/电压，用于触发后者的移动；(ii)在每一个电极与添加到每个电极的所述直流信号的所述可移动光学元件之间施加一交流(alternating current,AC)信号，用于每一个电极的所述交流信号是相同的，以及(iii)检测从所述电极接收的一交流信号的所述变化轮廓，以及(iv)与一参考信号相比，所述变化轮廓指示每一个电极的所述电容。
所述电容指示每一个电极与所述可移动光学元件的至少一部分之间的所述间隙。
所述方法可以包括在一可移动光学元件与所述多个电极中每一个之间施加所述直流信号及所述交流信号。
所述微机电设备被制造成与周围环境密封。为了减少所述致动时间，即所述设备达到一期望状态(例如间隙)所需的时间，将其密封在真空条件下。所述设备内的低压导致抑制力减小，并且所述设备的所述可移动光学元件以比环境压力条件下更小的抑制力移动。然而，由于一特定泄漏率，所述设备内的真空条件不会保持静态。因此，所述设备内的压力会随着时间的推移而上升，并且在致动期间施加在所述可移动光学元件上的抑制力也会上升。这导致对于每一个期望致动间隙的预期稳定时间发生变化。因此，需要通过所述微机电设备的“生命周期”来确定所述稳定时间，并且定期测量所述稳定时间，即在一预定时间段内(例如一天、一周、一个月甚至一年)一次并相应地更新。
图1图示了用于基于多个图像确定间隙稳定性的方法10。
方法10包括：(a)确定一期望光学间隙(11)，(b)施加一静电电压(至少一个致动信号)，所述静电电压应导致所述微机电可调滤波器限定多个电极(12)之间的期望光学间隙，(c)获取一系列图像(14)，(d)搜索两个或更多个(在步骤14期间获得的所述多个图像)的连续图像基本上彼此相等(16)，以及(e)基于两个或更多个连续图像的图像(不同于第一图像)的获取时间来确定(18)稳定期间基本上彼此相等。例如，当获取所述第二图像时，可以认为所述间隙是稳定的。
如果一特定数量的像素具有彼此相差高达百分之一或百分之几的强度，则可以认为两个或更多个连续图像基本上彼此相等。很少的百分比可能在百分之2到30之间。例如-如果在1000个像素中，900个或更多个像素的强度在一个图像与另一个图像之间的百分之一的范围内，则两个连续图像可以被视为彼此基本相等。可以以任何方式定义具有相似强度的像素的百分比，并且可以基于稳定期间确定的准确度水平来定义。
所述间隙可以设置为不同的宽度并且可以确定与不同宽度(对于不同间隙宽度改变的)有关的稳定期。所述期望间隙尺寸可以在所有不同宽度之间改变，可以仅在所有这些宽度的子集之间改变，或者可以根据不同间隙宽度改变的所有(或仅子集)而改变。
导致所述微机电可调滤波器限定所述期望间隙的至少一个致动信号可以以一种或多种方式来计算。例如-所述计算可能会考虑一种或多种环境条件，微机电可调滤波器内的实际或估计压力水平、微机电可调滤波器的寿命、微机电可调滤波器的使用年限、过去使用微机电可调滤波器的方式等。
导致所述微机电可调滤波器限定所述期望间隙的至少一个致动信号可以基于基于所述光学部件(例如，可移动光学元件相对于固定光学元件中形成的电极表面的对准)的实际几何特征及连接到所述可移动元件的弹簧的偏置力来计算。
步骤16可与步骤14以部分重叠的方式执行-以便在检测到基本上彼此相等的两个或更多个连续图像之后停止步骤14。
可替换地-步骤14可以限定(例如基于一预期的稳定期间)足够长以跨越甚至在实际稳定之后-并且可以在足够长的期间结束后停止。
所述方法可以包括在两个连续图像不相同的任何时间，更新每个间隙宽度的一最小稳定时间直至一预定阈值。
步骤18之后可以是响应所述确定(19)。
步骤19可以包括发送所述稳定时间的一指示，当测量到的稳定时间与预期的稳定时间相差至少一特定数量时发送一警报。
步骤19可以包括测量所述多个电极之间的所述电容以验证所述电容如预期的那样，这表明设置了所述期望光学间隙。
如果所述电容偏离一预期值，则在至少一个电极中，可以执行所述设备中的一警报。应当注意，所述警报可以被解释为所述设备的任何输出，其可以向用户或设备的其他组件呈现或通知一潜在故障。
步骤19可以包括基于所述稳定时间来确定所述微机电可调滤波器的所述内部压力。所述稳定时间与所述内部压力之间的关系可以以任何方式来预定义和/或确定。
步骤19可以包括或可以跟随获取一个或多个图像。所述微机电可调滤波器可以与所述图像传感器结合使用以获取多个图像-例如在高光谱成像期间。
图2示出了用于操作包括一图像传感器及一微机电可调滤波器及的一设备的方法20。
方法20可以包括：(a)确定所述期望光学间隙及这种间隙所需的一个或多个致动信号的步骤21，(b)施加一个或多个致动电压并且提供所述期望光学间隙的步骤23，(c)从施加电压开始或仅在先前测量的一预定稳定时间之后测量所述电容的步骤25，(d)响应所述电容的步骤27-如果所述电容指示描述的所述期望间隙(或与所述期望间隙的一可容忍偏差)-那么步骤27可以包括获取一个或多个图像-否则步骤27可以包括生成一警报。
可以多次重复步骤25以检测所述可移动光学元件围绕所述期望光学间隙的振荡，并且在电容变化超过一预定阈值的情况下，可以生成一警报。
所述预定阈值可能取决于应用-使用所述设备的方式。例如-如果所述微机电设备用于高光谱成像，那么所述预定阈值可以小于(例如大约0.5nm)当所述微机电设备用作一微机电可调滤波器时所需的预定阈值(例如大约5nm)。
当所述间隙稳定时，所述预定阈值可以被设置为与所述稳定状态电容的一特定百分比。所述百分比可以是百分之一、低于百分之一或高于百分之一。所述百分比可能取决于应用。
可以提供一种用于减少稳定时间的方法。所述稳定时间的减少可以包括在上面提到的或下面提到的任何一个中。
在致动期间，由于低抑制力(例如，当所述设备的所述内部压力相对较低时)，所述可移动光学元件可以围绕所述期望光学间隙振荡。由于这些振荡，所述多个电极之间的电压存在相应的振荡。通过控制所述电压振荡，可以减少稳定时间。为此，可将诸如一电阻器的一可控制电子元件连接到包括所述多个电极的所述电路，这些电极构成所述设备中的电容器，用于通过其耗散所述电路的能量，从而减少所述电压的振荡，从而减少稳定时间。
所述电阻器可以在一侧连接到所述电压源并且在另一侧连接到一电极。这样，每次电流波动并且流过电阻器时，都会耗散一些能量。
所述电阻器可以是与包括至少一对电极的电路串联或并联连接的一可控制可变电阻器，并且控制以根据所述微机电设备的所述内部压力而变化，使得随着所述压力的增加，所述电阻器的电阻减小直到达到一阈值，在所述阈值中所述电子电路被切换以绕过所述电阻器。
图3是这种电路的一示意图，其中V 31是电源，R 32是可变电阻器，CM(t)33是所述微机电设备的电容器(电极)，并且C 34是一静态电容器(寄生电容器)。寄生电容是设备的电子元件“副产品”的表现。
所述微机电设备可以包括多个电极。每一个电极可以电性耦合到不同的电阻器。可替代地，一个或多个电极耦合到同一电阻器。例如-当每一个电极都有自己的电路(以允许多个电极之间的差分电压应用)时，一电阻器可以单独地连接到每一个电路。
图4是上述电路的一放大图-还包括所述电源V的电路组件Rs 35、Ls 36及Cs 37，并且还包括表示为xK的一缓冲器38。
图5示出各种电压随时间的变化。
曲线41代表Vin-电源/供应源产生的电压，曲线42代表Vout-电压通过所述缓冲器，并且曲线42代表实际-落在所述微机电设备的多个电极上的实际电压。
可以提供一种用于确定所述微机电设备的所述内部压力的方法。
所述微机电设备的内部压力因泄漏率而随时间变化。虽然可以随时间预测此泄漏率，但在一特定时间验证所述实际压力可能是有益的。由于一压力传感器因为空间不足而无法安装在所述微机电设备中，因此需要一种替代的方式来测量其内部压力。
因此，为了确定所述内部压力，在所述可移动光学元件上施加一致动信号，使其移动到一特定光学间隙。在所致动期间所述可移动光学元件的移动的特征在于由于挤压膜现象而产生的谐振振荡，它们的周期指示了所述内部压力。它源自振荡器的微分方程的解。
为了识别这些振动的期间，在所述致动期间捕获一系列图像，从一预定开始时间开始并且在一预定结束时间结束。所述开始时间及结束时间通过所述致动时间的特征来预定。
由于所述微机电设备可以存储关于所述可移动光学元件到达设定的所述光学间隙所花费的时间的信息，所以可以在所述致动期间的前三分之一或一半处执行成像，在这个位置处谐振振荡是最不明显的。因此，所述成像可以从施加所述致动信号开始，并且在所述稳定时间的三分之一或一半时停止。然而，所述成像也可以随着所述致动信号的开始而开始，随后一些第一图像将不得不被丢弃。
为了避免混叠，以高于所述预期振动期间时间的频率来捕获所述多个图像，即高于所述可移动光学元件振动的奈奎斯特频率(Nyquist frequency)。
作为一非限制性示例，所述图像捕获频率可以高于32,000、40,000或甚至高于60,000Hz。可能期望降低所需的图像捕获频率，因此使用一相对标准成像设备来捕获所述多个图像将是可行的。为此，执行连续的致动信号，使得所述测量所需的振动时间持续以允许以相对低的速率成像，例如低于每秒16,000帧甚至低于每秒8,000帧。因此，对于多个子期间中的每一个子期间，可以提供一致动信号并且可以获取多个图像。
分析捕获到的图像以识别捕获到图像的至少一个区域中的周期性轮廓，所述周期性轮廓包括指示所述可移动光学元件的振动期间的数据，其在数学上与所述内部压力相关。换言之，所述周期性轮廓可以识别为在一图像子集中检测到的光强度的重复。
在确定所述振动的周期(第一谐振频率)之后，可以基于已知或计算的关系，从中推导出所述微机电设备的所述内部压力。
通过确定所述可移动光学元件的更高谐振频率(例如第二谐振频率)，可以获得所述设备的其它参数，例如光学间隙。由于所述光学间隙是所述谐振频率与所述内部压力之间的关系所需的参数，如果未知，则所述方程变为二变量方程。因此，知道两个阶的谐振频率可以求解方程并且可以确定所述内部压力及所述光学间隙。
应当注意，所述内部压力也可以从所述稳定时间推导出来。所述稳定时间与所述内部压力有关。一旦确定了所述稳定时间，就可以得出所述微机电设备的所述内部压力，例如通过一预定查找表或任何其他方式。
可以提供一种用于致动所述微机电可调滤波器并且测量其电极之间的所述电容的方法。
微机电可调滤波器可用于高光谱成像，需要能够过滤每一个图像中的期望频谱，即获得一特定传输窗口-并且在一组图像与另一组图像之间非常快速地变化所述滤波器的所述频谱响应。
一可移动光学元件可以连接到一个或多个电极-例如连接到四个电极。可以提供任何其他数量的电极。
不同的电极在所述可移动光学元件的不同部分上施加静电力。以这种方式，所述可移动光学元件的移动可以在三个自由度(degrees of freedom)上进行控制。
应当注意，在所述可移动光学元件的三个或更多个不同位置上施加力允许其完全的三维控制。当使用四个不同的电极时-所述可移动光学元件可以在空间上移动(至少沿Z轴)，可以倾斜、滚动或偏航。
应当注意，所述可移动光学元件可以在三个自由度上用更少的电极进行操纵，例如2或3。由于需要高精度，特别是两个反射表面之间的期望光学间隙及平行度(例如大约百分之十的数量级)，需要连续监测及控制所述多个电极中的每一个与所述可移动光学元件之间的施加电压。此外，以下描述提供了用于确定所述多个电极的所述电容的一示例，其可以用于上述确定所述稳定时间的方法中。
可以提供一种用于确定每一个电极的所述电容并且从中推导出所述光学间隙的方法。
所述方法可以包括(i)在所述多个电极中的每一个与所述可移动光学元件之间施加一直流信号(静电场/电压)，用于触发后者的移动；(ii)在每一个电极与添加到每一个电极的直流信号的所述可移动光学元件之间，施加一交流信号，(ii)检测受每一个电极上所述电容所影响的所述交流信号的变化轮廓，并且将其与一参考信号进行比较。为了每一个电极所检测的所述交流信号的所述变化轮廓指示其电容。
所述交流信号应远高于在13-15KHz之间的所述微机电的谐振频率。目前，我们使用频率为300KHz的交流信号。但是，信号可能会低得多，例如大约30、50或100KHz。
所述交流信号不应在所述微机电中引起任何谐振效应。
通常，所提供的交流信号指示所述多个电极之间的电流电容的一数量衰减。
所述电容指示每一个电极与所述可移动光学元件的至少一部分(进行电容测量的部分)之间的所述间隙。
每一个电极可以接收包括所述交流信号及所述直流信号(也称为交流分量及和直流分量)的专用混合信号。所述方法可以包括基于其他参数-例如温度和/或压力传感器来确定所述间隙。可以提供或不提供这种附加的温度或压力传感器。所述环境压力与所述内部压力之间的所述压力差可能对所述可移动构件的移动的响应具有(通常较小的)影响。一外部压力传感器可用于测量所述环境压力。
所述微机电设备可以包括一控制单元，所述控制单元可以与一温度传感器及一压力传感器中的至少一个进行数据通信。压力和/或温度的变化可能影响所述可移动光学元件的移动行为。例如，温度越高，获得一特定光学间隙所需施加的所述电压就越高。因此，来自所述温度及所述压力传感器的数据用于设置初始致动信号值，并且上述详细的电容测量用于实时验证所述实际状态，即所述光学间隙。
图6示出了所述微机电设备的一控制单元。假设有四个电极-因此有四个单独的供应路径及四个单独的传感路径。
一电源供应器51供应一直流信号给所述控制单元50。
一DC/DC转换器(“DC/DC”)52供应一偏置直流信号给放大器541、542、543及544。
放大器541至544从数模转换器(digital to analog converter,DAC)531、532、533及534(由MCU 51控制)接收四个不同的输入模拟信号，可以将它们放大以提供四个输出直流信号。四个加法器551、552、553及554将四个输出直流信号与一交流信号发生器59提供的一交流信号相加，以提供四个混合信号。
应该注意，虽然图6示出了提供给所有加法器的一单个交流信号-应该注意的是，不同的加法器可以从所述交流信号发生器50接收不同的交流信号。
一第一混合信号通过加法器551供应给所述微机电可调滤波器的第一电极E1 61。
一第二混合信号通过加法器552供应给所述微机电可调滤波器的第二电极E2 62。
一第三混合信号通过加法器553供应给所述微机电可调滤波器的第三电极E2 63。
一第四混合信号通过加法器554供应给所述微机电可调滤波器的第四电极E4 64。
图6示出了包括一单个电容器Cref 599的一参考信号发生器，所述电容器Cref599在一端接收来自交流信号发生器50的交流信号并且在其另一端接地。需要说明的是，可以为不同的电极提供不同的参考电路。
可以为一组两个或更多个电极生成一参考信号，只要它们的交流信号相同即可。
从所述多个电极中的每一个检索到的信号根据它们的电容而变化。
每一个电极的检索到、感测到的信号(在整个申请中也称为“合成信号”)减去(分别通过减法器561、562、563及564)相应的直流信号(来自相关DAC的DAC 531、532、533及534)以获得所述混合信号的交流分量与所述感测到的信号的交流分量之间的一交流差。然后将所述交流差与所述参考信号Vref进行比较。更具体地说，所述交流差分别通过减法器571、572、573及574从所述参考信号Vref中减去。所述合成信号，即所述交流差的变化轮廓(具体来说，幅度改变)，表示所述微机电状态，即不同电极之间的所述间隙。所述交流差可以指示一电极与所述可移动光学元件之间的间隙。图7举例说明了所述信号的所述交流分量的变化轮廓的确定，及图8示出了一种电路。
图7示出了所述Vref参考71与所述感测到的信号72之间的电压幅度差73。
图8是如何采样所述交流分量之间的差异的一示意图：MCU可以在所述交流信号发生器产生的交流信号的正弦波峰值时对来自ADCs的数字信号进行采样。
所述微机电设备在数据通信中和/或包括在一图像传感器内。因此，当所述电极的测量到的电容达到一预定范围时，即已获得的期望光学间隙，操作所述图像传感器以获取具有所述期望传输窗口频谱的多个图像。
使用上述技术，所述控制单元可以从为每一个电极收集的数据中生成所述电容Vs及所述施加的电压的一典型轮廓。换句话说，存在特定致动信号时所述可移动光学元件具有一预期的及典型的行为。所述电容Vs与施加电压的预定轮廓曲线的任何变化都可能表明一个或多个电极中的致动过程及机制的不正确或故障。所述测量还可以指示所述控制单元需要在四个电极上施加不同的电压以获得所述期望间隙。换句话说，所述方法可以用于致动过程的监测过程。
随着时间的推移，由于硬件、寄生电容等的微小物理变化，预定间隙处的预期电容可能会改变。因此，通过测量已知状态下的电容，可以相应地更新预期电容读数值。例如，一引入状态下的光学间隙总是恒定的，并且通过周期性地测量所述引入状态下的电容，可以观察到预期电容的变化。一旦观察到在所述引入状态下的预期电容的偏差，则相应地更新每一个期望光学间隙的预期电容。可用于校准所述预期电容的所述微机电设备的另一种状态可以是非致动状态。每一个光学间隙的所述预期电容的校准可以基于一种或两种已知的光学状态-所述拉入状态和非致动状态来确定。因此，所述控制单元可以配置成用以在一期望时间执行一校准过程，例如定期地(在任何小时、天、月一次)，及更新数据库，其指示每一个光学间隙的所述预期电容。预期电容值的更新可以相对于预应力点进行更新，预应力点是已知位置处的一初始位移变化。
图9是在所述多个电极中的其一个中所述电容对施加的电压的一预期轮廓81的一示例。轮廓81示出了各种点，包括(a)上拉-所述可移动光学元件被拉向一静态光学元件的一阈值，(b)克服预应力，及操作范围。
图10示出了一可移动光学元件的一模型。
图11示出(请解释两个峰值)的增益与频率之间的一关系。
图12示出了一可移动光学元件、连接到所述可移动光学元件的弹簧、连接到所述弹簧的框架、多个电极、多个通孔、焊盘等。
图13示出了方法100。
方法100可以用于操作包括一微机电(MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备。
方法100可以包括：
a.在一稳定确定期间，将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述微机电可调滤波器的多个光学元件之间的一间隙(S110)。
b.通过所述图像传感器在所述稳定确定期间的不同时间点获取多个图像，其中获取所述多个图像在所述间隙稳定之前开始(S120)。
c.基于所述多个图像中的至少一个像素子集来确定所述间隙的一稳定期间(S130)。
确定所述微机电的所述内部压力。
确定内部压力的一种方式是通过施加一致动信号，然后以相对高的采样率获取多个图像并且分析所述多个图像的至少一部分以识别所述孔(所述可移动构件)的谐振频率。参见图14的图300的方框306。
然而，这似乎是不切实际的，因为它需要非常高的图像传感器采样率，而这在当今市场上是不可用的。
用于基于孔的移动来确定所述微机电的内部压力的另一种替代方法是通过测量多个电容测量值(即孔上的电极与固定组件，例如帽，上的电极之间的电容)。这些类型的测量可以以适合于识别孔的移动运动特征的采样率来进行。参见图14的曲线304。
图15示出了电容函数的特征对所述微机电的内部压力的依赖性。
图16示出了一可调滤波器100的横截面，其包括：
a.帽101。可以提供其他外壳元件。
b.固定构件102可以包括一光学区域，其参与所述可调滤波器的频谱响应，即过滤期望电磁辐射，例如过滤特定波长。
c.可移动构件104可以是至少部分透明的一可移动光学元件。
d.止动元件106保证固定构件102与可动构件104之间的距离最小。
e.一个或多个第一致动元件108。
f.静止框架112。
g.一个或多个柔性元件114，例如一弹簧，其机械地耦合到框架112及一个或多个第一致动元件108。所述第一致动元件108连接到所述可移动构件104。所述一个或多个第一致动元件108跟随所述可移动构件的一移动。所述一个或多个柔性元件114支撑所述可移动构件104而不管所述可移动构件104的位置。
h.一个或多个第二致动元件118。
i.一结合113，其形成在框架112与静态构件102之间。
一光学间隙d0形成在固定构件102与可移动构件104之间，并且可以限定所述可调滤波器100的频谱响应。
图17A和17B举例说明分别为所述微机电调滤波器和参考电容器中的致动区域提供电压信号轮廓的第一分量及第二分量的实施方式。图17A示出了一直流电压源HV，其被配置成用以提供一第一直流电压的一电压轮廓给一致动区域IN，例如可调滤波器的电极，与其电连接。一交流电压源Sin配置成用以提供所述第二交流分量以与所述第一分量一起有效地施加在所述致动区域IN上。虚线矩形显示了所述交流电压源Sin与所述致动区域In的电连接实现的一示例。实心矩形举例说明采样电路，其包括从所述参考信号输入Dref减去的来自所述致动区域In的所述合成信号的一输入。被采样为Och的所述输出信号是从所述参考信号Dref的所述交流分量中减去所述合成信号In的所述交流分量。所述输出信号Och表示提供给所述致动区域的所述电压信号轮廓的所述AC分量相对于所述参考信号的变化，这指示所述电容并且因此所述致动区域IN与其在另一个光学构件上的相应致动区域之间的可调滤波器的所述光学间隙。所述电压源Vsup提供电源给所述采样电路的不同组件(可能还有图中未示出的其他组件)。
图17B示出了所述参考信号的所述电路配置。配置类似于图17A的配置，只有电压轮廓，即电压的直流及交流分量，提供给一参考电容器REF CAP。然后，所述参考信号被输出Dref以在图17A所示的采样电路中被接收，用于进一步分析所述合成信号以确定所述可调滤波器的所述状态。通常，所述参考信号的直流分量被滤除并且所述参考信号Dref仅包括所述交流分量。
文讨论的各种特征和步骤，以及每个这样的特征或步骤的其他已知等效物，可以由本领域普通技术人员混合和匹配以执行根据本文所述原理的方法。
尽管在某些实施例和示例的上下文中提供了本公开，但本领域技术人员将理解，本公开超出具体描述的实施例扩展到其他替代实施例和/或用途以及明显的修改和等同物其中。因此，本公开不旨在受本文实施例的具体公开的限制。
除非另有说明，在用于选择的选项列表的最后两个成员之间使用表述“和/或”表示对一个或多个所列选项的选择是合适的并且可以进行。
应当理解，在权利要求或说明书提及“一个”或“一个”要素的情况下，这种提及不应被解释为仅存在该要素中的一个。应当理解，为了清楚起见，在单独的实施例或示例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合或在本发明的任何其他所描述的实施例中适当地提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的基本特征，除非实施例在没有这些元件的情况下是不可操作的。
术语“包括”、“包含”、“具有”、“由……组成”和“基本上由……组成”以可互换的方式使用。例如，任何方法可以至少包括附图和/或说明书中包括的步骤，仅包括附图和/或说明书中包括的步骤。
应当理解，为了图示的简单和清楚起见，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。此外，在认为合适的情况下，附图标记可以在图中重复以指示对应或类似的元件。
在前述说明书中，已经参考本发明的实施例的具体示例描述了本发明。然而，很明显，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种修改和改变。
此外，说明书和权利要求中的术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等用于描述目的并且不一定用于描述永久的相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，使得这里描述的本发明的实施例例如能够在不同于这里所示出或以其他方式描述的那些取向的其他取向上操作。
本领域技术人员将认识到，逻辑块之间的边界仅是说明性的，并且替代实施例可以合并逻辑块或电路元件或将功能的替代分解强加到各种逻辑块或电路元件上。因此，应当理解，这里描述的架构仅仅是示例性的，并且实际上可以实现实现相同功能的许多其他架构。
实现相同功能的任何组件布置被有效地“关联”，从而实现期望的功能。因此，本文中组合以实现特定功能的任何两个组件都可以被视为彼此“关联”，从而实现所需的功能，而与架构或中间组件无关。同样，任何两个如此关联的组件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现所需的功能。
此外，本领域技术人员将认识到，上述操作之间的界限仅是说明性的。多个操作可以组合成单个操作，单个操作可以分布在附加操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。此外，替代实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在各种其他实施例中可以改变操作的顺序。
然而，其他修改、变化和替代也是可能的。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
在权利要求中，放在括号之间的任何参考标记不应被解释为限制权利要求。
词语“包括”不排除权利要求中所列的其他要素或步骤的存在。此外，如本文所用，术语“一个”或“一个”被定义为一个或多个。
此外，在权利要求中使用诸如“至少一个”和“一个或多个”之类的介绍性短语不应被解释为暗示通过不定冠词“一个”或“一个”引入另一权利要求要素来限制任何特定的包含此类引入的权利要求要素的权利要求适用于仅包含一个此类要素的发明，即使同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及不定冠词，例如“一个”或“一个”。这同样适用于定冠词的使用。除非另有说明，诸如“第一”和“第二”之类的术语用于任意区分此类术语所描述的元素。因此，这些术语不一定旨在指示这些元素的时间或其他优先顺序，仅仅在相互不同的权利要求中叙述某些措施的事实并不表明不能有利地使用这些措施的组合。
本专利申请中提及的任何***、装置或设备包括至少一个硬件组件。
虽然本发明的某些特征已经在本文中说明和描述，但是本领域普通技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，应当理解，所附权利要求旨在涵盖落入本发明的真正精神内的所有此类修改和变化。
可以提供在任何附图和/或说明书和/或权利要求中示出的任何组件和/或单元的任何组件的任何组合。
可以提供任何附图和/或说明书和/或权利要求中所示的任何光学设备的任何组合。
可以提供任何附图和/或说明书和/或权利要求中所示的步骤、操作和/或方法的任何组合。
可以提供任何附图和/或说明书和/或权利要求中所示的操作的任何组合。
可以提供在任何附图和/或说明书和/或权利要求中说明的方法的任何组合。

Claims (45)

1.一种用于监测一可调滤波器的一状态的***，所述可调滤波器包括一第一光学构件及一第二光学构件，在所述第一光学构件上的多个第一致动区域与所述第二光学构件上的相应的多个第二致动区域之间施加电压差时，至少所述第一光学构件可以相对于所述第二光学构件移动，所述***包括：一处理电路，配置成用以(i)操作一个或多个电压源，用以将一电压信号的一选定轮廓施加到所述第一致动区域或所述第二致动区域中的至少一个，所述选定轮廓至少包括用于导致所述可移动构件的一移动的一第一分量及配置成响应于所述可调滤波器的一给定状态而变化的一第二分量，以及(ii)分析所述电压信号的一合成信号并且从已提供的所述电压信号确定所述合成信号的一变化轮廓，所述变化轮廓指示所述可调滤波器的所述状态。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于：所述分析包括确定所述第二分量的所述变化轮廓。
3.如权利要求1或2所述的***，还包括一第二分量提取器，所述第二分量提取器配置成用以从所述合成信号中提取所述第二分量并且将所述第二分量传输到所述处理电路用于确定所述第二分量的所述变化轮廓。
4.如权利要求1至3中任一项所述的***，其特征在于：所述电压信号是一复合信号并且所述第一分量及所述第二分量具有不同的频率特征。
5.如权利要求1至4中任一项所述的***，其特征在于：所述第一分量是一直流(DC)分量并且所述第二分量是一交流(AC)分量。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于：所述交流分量的特征在于高于所述第一光学构件的谐振频率的一频率。
7.如权利要求1至6中任一项所述的***，其特征在于：所述可调滤波器的所述状态是所述第一致动区域与相应的所述第二致动区域之间的一间隙。
8.如权利要求1至7中任一项所述的***，其特征在于：所述处理电路配置成用以操作所述一个或多个电压源以提供与所述电压信号的所述第二分量相同的一参考信号，其中所述分析包括确定所述合成信号的一变化第二分量与所述参考信号之间的一关系并且确定所述变化轮廓。
9.如权利要求8所述的***，还包括一参考电容，用于接收所述参考信号，所述处理电路配置成从所述参考电容及至少所述合成信号的所述第二分量中检索所述参考信号的组合信号的一输出积，用于获得所述可调滤波器的所述状态。
10.如权利要求1至9中任一项所述的***，其特征在于：所述第二致动区域包括多个电极。
11.如权利要求1至10中任一项所述的***，其特征在于：所述分析包括确定所述第二分量的幅度的一变化。
12.如权利要求1至11中任一项所述的***，其特征在于：所述处理电路还被配置成响应于所述可调滤波器的监测状态来控制所述电压信号的所述选定轮廓。
13.如权利要求1至12中任一项所述的***，其特征在于：所述处理电路配置成用以操作所述一个或多个电压源用于将一电压信号的一独特的选定轮廓施加到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域中的每一个。
14.如权利要求13所述的***，其特征在于：所述独特的选定轮廓施中的每一个的所述第二分量与其他所述独特的选定轮廓的所述第二分量相同。
15.如权利要求1至14中任一项所述的***，还包括一耗散元件，电连接到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域，使得在所述第一光学构件振荡时，能量通过其耗散以获得低于1000的所述第一光学构件的一品质因数。
16.如权利要求15所述的***，其特征在于：所述耗散元件一电阻器，所述电阻器从一侧串联电连接到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域并且从另一侧串联电连接到所述一个或多个电压源。
17.一种用于监测和/或控制一可调滤波器的一状态的方法，所述可调滤波器包括一第一光学构件及一第二光学构件，在所述第一光学构件上的多个第一致动区域与所述第二光学构件上的相应的多个第二致动区域之间施加电压差时，至少所述第一光学构件可以相对于所述第二光学构件移动，所述方法包括：
将一电压信号的一选定轮廓施加到所述第一致动区域或所述第二致动区域中的至少一个，所述选定轮廓至少包括用于导致所述可移动构件的一移动的一第一分量及配置成对于所述可调滤波器的一给定状态而变化的一第二分量；
检索及分析所述电压信号的一合成信号并且从已提供的所述电压信号确定所述合成信号的一变化轮廓，所述变化轮廓指示所述可调滤波器的所述状态。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述分析包括确定所述第二分量的所述变化轮廓。
19.如权利要求17或18所述的方法，还包括提取所述第二分量并且分析所述第二分量用于确定所述第二分量的一变化轮廓，所述第二分量的所述变化轮廓指示所述可调滤波器的所述状态。
20.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于：所述电压信号是一复合信号并且所述第一分量及所述第二分量具有不同的频率特征。
21.如权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于：所述第一分量是一直流分量并且所述第二分量是一交流分量。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于：所述交流分量的特征在于高于所述第一光学构件的谐振频率的一频率。
23.如权利要求17至22中任一项所述的方法，还包括施加一参考信号，所述参考信号具有与所述电压信号的所述第二分量相同的一分量，并且其中所述分析包括确定所述合成信号的一变化第二分量与所述参考信号之间的一关系并且确定所述变化轮廓。
24.如权利要求17至23中任一项所述的方法，其特征在于：在所述第一光学构件的所述移动期间执行所述检索及分析。
25.如权利要求17至24中任一项所述的方法，还包括响应于所述可调滤波器的监测状态来控制所述电压信号的所述选定轮廓。
26.如权利要求17至25中任一项所述的方法，还包括将一电压信号的一独特的选定轮廓施加到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域中的每一个。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于：所述独特的选定轮廓中的每一个包括一相同的第二分量。
28.一种可调滤波器，包括：
一第一光学构件及一第二光学构件，所述第一光学构件及所述第二光学构件分别地包括多个第一致动区域及多个第二致动区域，使得在所述第一光学构件上的所述多个第一致动区域与所述第二光学构件上的相应的所述多个第二致动区域之间施加电压差时，至少所述第一光学构件可以相对于所述第二光学构件移动；
一耗散元件，电连接到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域，使得在所述第一光学构件振荡时，能量通过其耗散以获得低于1000的所述第一光学构件的一品质因数。
29.如权利要求28所述的可调滤波器，其特征在于：所述耗散元件一电阻器，所述电阻器从一侧串联电连接到至少一个所述第一致动区域或第二致动区域并且从另一侧串联电连接到一电压源，所述电压源配置成用以提供电压差的所述施加。
30.如权利要求15、16、28或29所述的***或可调滤波器，其特征在于：所述耗散元件是可控制的一可变电阻器，所述可变电阻器配置成用以基于所述可调滤波器的至少一个特征参数的值来可控制地改变其电阻。
31.如权利要求30所述的***或可调滤波器，其特征在于：所述至少一个特征参数是包围所述第一可移动构件的一外壳内的内部压力。
32.如权利要求30所述的***或可调滤波器，其特征在于：所述可变电阻器的电阻配置成用以响应于所述内部压力的一增加而减少。
33.如权利要求30至32中任一项所述的***或可调滤波器，还包括一处理电路，配置成用以响应于指示所述至少一个特征参数的输入数据来控制所述可变电阻器。
34.如权利要求33所述的***或可调滤波器，其特征在于：所述处理电路配置成用以响应于指示所述可调滤波器的所述内部压力的一增加的一输入数据而减少所述可变电阻器的所述电阻。
35.一种用于操作包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法包括：
在一评估期间，将多个混合信号供应给多个电极，所述多个电极耦合到所述微机电可调滤波器的多个光学元件，所述多个光学元件彼此间隔一个或多个间隙；其中所述一个或多个间隙确定所述微机电可调滤波器的一频谱响应；其中每一个混合信号包括一直流(DC)分量及一交流(AC)分量；及
在所述评估周期的不同时间点，响应于所述多个混合信号的供应，对从所述多个电极接收到的多个信号进行不同的测量；及
基于从所述多个电极接收到的所述多个信号的所述不同的测量，评估所述一个或多个间隙的一个或多个维度参数。
36.如权利要求35所述的方法，还包括将所述混合信号单独地供应给所述多个电极中的每一个。
37.如权利要求35所述的方法，其特征在于：所述直流分量超过所述交流分量。
38.如权利要求35所述的方法，其特征在于：每一个电极同时地接收所述直流分量及所述交流分量。
39.如权利要求35所述的方法，其特征在于：供应给至少两个电极的至少两个混合信号具有一相同的交流分量但具有多个不同的直流分量。
40.如权利要求35所述的方法，还包括生成具有一交流分量而没有直流分量的一参考信号，其中所述参考信号与每一个电极中的测量到的电容响应之间的一关系指示所述维度参数。
41.一种用于操作包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法包括：
在一间隙评估期间，将多个混合信号单独地供应给所述微机电可调滤波器的每一个电极，所述每一个电极出自于(a)与所述微机电可调滤波器的一第一光学元件相关的一第一组电极，以及(b)与所述微机电可调滤波器的一第二光学元件相关的一第二组电极；其中，所述第一光学元件与所述第二光学元件间隔一光学间隙；并且其中每一个混合信号包括一直流(DC)分量及一交流(AC)分量。
42.如权利要求41所述的方法，还包括对每一个电极，测量(a)供应给所述电极的一混合信号的一峰到峰幅度与(b)从所述电极接收到的一信号的一峰到峰幅度之间的一差值；以及基于与所述第一及第二组电极中的至少一些相关的差值来确定所述间隙的所述一个或多个维度参数。
43.一种用于操作包括一微机电(microelectromechanical,MEMS)可调滤波器及一图像传感器的一设备的方法，所述方法包括：将至少一个致动信号供应给所述微机电可调滤波器，用于设置所述微机电可调滤波器的多个光学元件之间的一间隙，其中所述供应包括通过将多个致动信号供应给与所述多个光学元件相关的多个电极来抑制所述间隙的振动；其中每一个致动信号由包括一电阻器的一路径所供应。
44.一种包括一可调滤波器的设备，并且所述设备配置成用以执行如权利要求41至43中任一项所述的方法。
45.一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于执行如权利要求17至27、35至43中任一项所述的方法的多个指令。
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