电检测器330和可移动反射镜120。光源300 产生入射光束I，该入射光束行进通过干涉仪140直到它到达半平面分束器310。在示例性 实施例中，分束器310形成在第一介质（即，硅（Si))与第二介质（即，空气）之间的界面 处。硅/空气界面分束器310被定位成与入射光束I成角度（例如，45度）。可以例如通 过限定了硅介质的表面的光刻来产生期望的角度。
[0054] 当撞击半平面分束器310时，入射光束I被分成两个干涉光束Ll和L2。Ll来源 于入射光束I的由于硅/空气半平面分束器310的部分反射，并因此具有等于光束入射角 度的反射角度。L2来源于入射光束I的通过硅/空气半平面分束器310的部分透射并且以 折射角度（通过斯涅尔定律来确定）至少部分地在硅中传播。作为结果，Ll朝向可移动反 射镜120传播，而L2朝向固定反射镜320传播。
[0055] 光束Ll被可移动反射镜120反射，因此产生反射光束L3,而光束L2固定反射镜 320反射，因此产生反射光束L4。如图7所示，光束L3和L4两者在分别从反射镜120和320 反射之后分别采用Ll和L2的相同的光学路径（在相反方向上）朝向半平面分束器310反 射回来。因此，在光谱仪/干涉仪被用作傅里叶变换（FT)光谱仪的实施例中，一个干涉仪 臂由光束L1/L3形成并包括分束器310和可移动反射镜120,而另一干涉仪臂由光束L2/L4 形成并包括固定反射镜320。
[0056] 干涉图样L5由在分束器310处干涉的反射光束L3和L4形成。干涉图样L5通过 检测器330来检测。检测器330的输出经由端子166被输入至ASIC 160。在一个实施例 中，检测器330包括通过在衬底中微机械加工而组装的（例如，通过蚀刻衬底的顶表面以实 现光电检测器可以置于其内的开口）或者通过掺杂（例如，以实现P-I-N二极管）或通过 部分金属化（例如，以实现金属-半导体-金属MSM光电检测器）而在衬底内单片实现的 光电检测器。
[0057] 还是如图7所示，可移动反射镜120可利用SOI静电MEMS致动器110而移动。与 图6中一样，静电MEMS致动器110示出为由梳状驱动器115和发条118形成。电压可以经 由端子114被施加至梳状驱动器114,由此诱导了横跨端子112和114的电容并引起可移动 反射镜120的至用于光束Ll的反射的期望位置的位移。这样，可以获得基本上等于反射镜 位移的两倍的光束L3与L4之间的光学路径长度差（OPD)。
[0058] 另外，横跨端子112和114的电容可以经由端口 162和164通过ASIC 160来测量 以确定可移动反光镜120的位置。基于确定出的可移动反射镜位置和检测器330的输出， 可以产生干涉图340 (例如通过图3中示出的DSP 170)以识别光学路径中的任何材料的波 长和光谱印。
[0059] 图7中的可移动反射镜120示出为被定位成在两个光学路径（L1/L3和L2/L4)之 间的零路径差处。然而，在其他实施例中，为了去除作为电容感测技术的结果产生的相位噪 声和误差，可移动反射镜120可以被定位在零路径位置后面的距离δ处，并且可移动反射 镜120可以移动通过零路径位置使得在零路径位置的正侧和负侧两者上进行测量。在该情 况中，源300是宽带源（即，白光源）并且负侧和正侧可以相等或不等。在DSP 170(图3 中示出）处，可以进行干涉图340的复变傅里叶变换以补偿反射镜位置中的任何相位误差。 在另一实施例中，取代记录干涉图的正侧和负侧两者，干涉图的在负（左）侧上的只一小部 分可以被采用并通过DSP用来提取正确的信号并去除由电容感测技术产生的相位噪声和 误差中的一些。
[0060] 在一个实施例中，反射镜120和320是金属反射镜，其中使用选择性金属化（例如 在金属化步骤期间使用投影掩模）以保护分束器。在另一实施例中，使用非金属垂直布拉 格反射镜以得到小占位面积的光谱仪。布拉格反射镜可以使用深反应离子刻蚀（DRIE)来 实现，由此产生连续的垂直硅/空气界面。另外，布拉格反射镜可以设计成具有宽谱反射响 应以充当简单的反射器或者具有波长选择性响应，取决于应用。
[0061] 虽然硅/空气界面在这里被描述用于分束器310,但是提供半波平面分束器的其 他介质可以被用来实现本发明。例如，在另一示例性实施例中，微机械加工的或组装的玻璃 半平面或诸如耐热玻璃（Pyrex)等的其他材料可以用来代替硅以允许操作的较宽的光谱 窗口。另外，诸如液体或不同气体等的其他材料可以用来代替空气以提供修改半平面分束 界面的反射系数的自由度。
[0062] 图8是图示出根据本发明的示例性MEMS管芯封装400的图。通过使用电容感测 来确定可移动反射镜的位置，MEMS干涉仪150可以与ASIC 160芯片一起集成在相同MEMS 管芯封装400上，由此减小了 MEMS系统的尺寸、成本和复杂性。
[0063] 图9图示出根据本发明的实施例的用于确定MEMS设备内的可移动反射镜的位置 的示例性方法500。方法开始于510,其中提供耦合至可移动反射镜的具有可变电容的静电 MEMS致动器。在520处，使用MEMS致动器使可移动反射镜位移。此后，在530处，感测MEMS 致动器的当前电容，并且在540处，基于MEMS致动器的当前电容来确定可移动反射镜的位 置。
[0064] 现在参见图10,在一些实施例中，电容感测电路可能会归因于应力、温度、湿度、电 子组成部件的正常漂移以及其他原因而遭受性能漂移。电容感测电路中的这样的漂移影响 到可移动反射镜的位置的精确度，这直接影响到光谱仪/干涉仪操作。因此，如图10所示， 校准模块600可以被包括在MEMS干涉仪105中以校准用于光学路径差调制的确定的电容 感测电路（CSC) 130。在一个实施例中，校准模块600是可由DSP 170执行的算法并且可以 存储在例如存储器620中。在另一实施例中，校准模块600被包括在CSC 130的ASIC内， 或在附加的ASIC内。
[0065] 如上面所讨论的，可移动反射镜120在干涉仪140的一个路径中引入光学路径差， 导致输出干涉图，可以通过如下面公式1和2中所指示的傅里叶变换从该输出干涉图中提 取光谱。
[0066]
[0067]
[0068] 为了得到准确的光谱，需要归因于可移动反射镜位移的光学路径差（OPD)的精确 测量。Oro的精确度初始用如上面所讨论的CSC 130来校准以随着移动反射镜120移动通过 运动的全范围而电容性地感测MEMS致动器150的运动。最终测得的电容（电容数据640) 被映射到对应的OPD (位置数据650)，并接着可以存储在存储器620中的表630内。
[0069] 例如，可以将特定已知波长λ。的光束102注入MEMS干涉仪105内以在生产线上 针对每个光谱试样对CSC 130校准一次。如可以在图IlA和图IlB中看出的，电容-OPD关 系是使用所得到的干涉图的两个连续的峰位代表λ。的OPD的事实并将其映射到测得的电
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[0070]
[0071] 其中两个连续的过零点710之间的距离（ΔΧ)等于λ。/2。
[0072] 再次参见图10，图IIB的电容感测曲线720可以用来填充C (电容数据640) -X (位 置数据650)关系的查找表620,该查找表接着可以用来在MEMS干涉仪105的随后的操作期 间确定可移动反射镜120的位置。例如，在MEMS干涉仪105的随后的操作期间，可以通过 CSC 130测量横跨MEMS致动器150的电容，并且可以将测得的电容提供至DSP 170以通过 访问存储器620中的表630来确定可移动反射镜120的位置。
[0073] 另外，如图10所示，为了补偿CSC 130中的任何漂移，校准模块600可以进一步确 定校正量610并将该校正量610提供至DSP 170。DSP 170可以使用校正量610和之前确 定的反射镜位置（基于由CSC130提供的测得的电容和表630查找）来确定经过校正的反 射镜位置。基于经过校正的可移动反射镜位置和干涉仪140的输出，DSP 170可以接着产生 干涉图以识别光学路径中的任何材料的波长和光谱印。此外，DSP 170和/或含有CSC 130 的ASIC可以生成致动信号以控制MEMS致动器150的移动以使反射镜120使用校正量610 移动至期望位置。
[0074] 在示例性实施例中，校准模块600通过在可移动反射镜120的两个或更多个已知 位置处确定MEMS致动器150的实际电容来确定校正量610。例如，校准模块600可以将两 个或更多个已知位置处的MEMS致动器150的实际测得电容与表630内的对应的各个电容 进行比较，以计算出测得的实际电容与表630内的对应电容之间的相应误差。校准模块600 可以接着使用初始电容感测曲线和计算出的误差来推断出经过校正的电容感测曲线，并基 于经过校正的电容感测曲线与初始电容感测曲线之间的差来确定出待施加至反射镜位置 的校正量610。
[0075] 例如，如图12A和图12B所示，初始电容值（存储在图10的表630中）的漂移可 以以偏移误差（B d)和/或增益误差（Ad)的形式发生。如可以在图12A和图12B中看出的， 存储在表中的初始值提供了具有A。增益的在零OPD处的B。的电容值。在MEMS干涉仪的随 后的操作中，发生了 CSC中的漂移，使得零(PD对应于Bd的电容值并且此时增益为Ad。如 进一步如图13所示，当这样的漂移存在时，使用初始值映射电容感测-(PD关系导致错误的