其他申請的交叉引用

本申請要求2014年11月3日提交的題為monolithictunableimagingfabry-perotinterferometer的美國臨時專利申請?zhí)?2/074,455的優(yōu)先權(quán)，其出于一切目的通過引用結(jié)合到本文中。

背景技術(shù)：

物品（包括此類物品的成分和組分）的生產(chǎn)者或轉(zhuǎn)售者（例如制造商，而且包括整個供銷鏈中的其它各方，諸如供應(yīng)商、批發(fā)商、經(jīng)銷商、再包裝商以及零售商）尤其是但不限于高價值物品面臨物品的偽造。偽造包括物品的與其預(yù)期產(chǎn)品規(guī)格相比的成分或組分的替換、稀釋、添加或遺漏以及已包裝物品從其預(yù)期銷售路線的轉(zhuǎn)移或歪曲。這導(dǎo)致潛在收益的損失，因為偽造物品代替真實物品被出售。并且，可能存在由并非使用與偽造品相對照的正宗物品而引起的健康或產(chǎn)品相關(guān)損害，例如，偽造品與正宗物品相比可能表現(xiàn)不同或者根本不起作用。這在可能影響健康和安全的行業(yè)中尤其敏感，諸如涉及到制藥、營養(yǎng)補充劑、醫(yī)療裝置、食品和飲料、建筑、運輸以及防御的行業(yè)。

隨著國際犯罪組織變得更加復(fù)雜，正在證明現(xiàn)有的包裝安全是不夠的。許多行業(yè)供應(yīng)鏈（例如制藥行業(yè)的供應(yīng)鏈）的復(fù)雜性有助于作為摻假或仿造產(chǎn)品的進入點，常常存在于在謹(jǐn)慎偽造且高質(zhì)量包裝中且有時在已被盜竊或者作為再包裝操作的一部分的正宗包裝中。

在復(fù)雜的產(chǎn)品供應(yīng)鏈和具有可變定價的市場中，存在對于使無道德的各方在沒有對基礎(chǔ)產(chǎn)品進行任何改變的情況下歪曲產(chǎn)品定價且因此在金錢上獲利（例如，作為返回、折扣或退款欺詐）的用于套利交易的機會。交易的任一側(cè)的金錢損益也可能是由記錄保持中的錯誤而引起的。

除偽造或產(chǎn)品歪曲之外，在物理上看起來相同或類似的物品（例如某些營養(yǎng)補充劑）可能實際上包含不同的成分或組分，但是由于類似的外觀而可能被非故意地不正確地包裝或標(biāo)記。即使物品原本是相同的，其也可能具有與特定批次或批號條件相關(guān)聯(lián)的不同性質(zhì)；例如原本看起來相同的藥品可能具有不同的到期日并且由于用以確定此類差別的質(zhì)量保證協(xié)議的失效或限制而被不正確地標(biāo)記。

對于產(chǎn)品開發(fā)和研究而言，有時研究并認(rèn)證看起來相同但被不同地制造的物品的性能以獲悉那些差別是否或如何影響最終使用可能是有益的。有時，在此類研究中（例如在導(dǎo)致藥品開發(fā)的臨床掩蔽（或‘盲’）研究中）能夠在不向研究參與者顯露真實身份的情況下充滿信心地識別基礎(chǔ)物品是重要的。在藥品開發(fā)和臨床試驗的情況下，例如在將各種產(chǎn)品配方再包裝成掩蔽單位劑量的合同研究組織處可能引入物品級身份錯誤。許多時間、成本以及努力投入到統(tǒng)計采樣和化學(xué)分析中以驗證最終施予的單位劑量的真實身份。

在以更加有成本效益且及時的方式達(dá)到積極的健康結(jié)果的努力中，保健提供商需要聚焦于對健康生活規(guī)則的遵守，而不僅僅是特定藥物的效力。理解了醫(yī)生何時、在哪里和多長時間開一次藥方、準(zhǔn)確地且即時地從藥店分配、被患者接收到并被患者消耗在理解并驗證總體健康生活規(guī)則的有效性方面是有幫助的。在也能夠在每個階段確認(rèn)藥物的基礎(chǔ)身份的同時記錄并收集該數(shù)據(jù)以用于適當(dāng)?shù)姆治龊脱芯繉λ占畔⒌目煽啃远允侵匾摹?/p>

附圖說明

在以下詳細(xì)描述和附圖中公開了本發(fā)明的各種實施例。

圖1是圖示出標(biāo)簽的實施例的圖像。

圖2是圖示出標(biāo)簽測量幾何結(jié)構(gòu)的實施例的圖。

圖3是圖示出與幾何結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的光譜相關(guān)性的實施例的圖。

圖4是圖示出法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的實施例的圖。

圖5a是圖示出標(biāo)準(zhǔn)具的透射的實施例的曲線圖。

圖5b是圖示出作為標(biāo)準(zhǔn)具的表面的反射率的函數(shù)的精細(xì)度的實施例的曲線圖。

圖6是圖示出用于表面之間的不同間隙的透射通過法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的中心波長的實施例的曲線圖。

圖7是圖示出用于相對光譜測量的系統(tǒng)的實施例的圖。

圖8是圖示出用于相對光譜測量的系統(tǒng)的實施例的圖。

圖9是圖示出具有法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具和鄰近檢測器的集成裝置的實施例的圖。

圖10a是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。

圖10b是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。

圖11a是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。

圖11b是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。

圖12是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。

圖13是圖示出具有法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具和鄰近檢測器的集成裝置的實施例的圖。

圖14是圖示出用于進行相對光譜測量的過程的實施例的流程圖。

具體實施方式

可以用許多方式來實現(xiàn)本發(fā)明，包括作為過程；設(shè)備；系統(tǒng)；組合物；體現(xiàn)在計算機可讀存儲介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品；和/或處理器，諸如被配置成執(zhí)行存儲在被耦合到處理器的存儲器上和/或由該存儲器提供的指令的處理器。在本說明書中，這些實施方式或本發(fā)明可以采取的任何其它形式可以稱為技術(shù)。一般地，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以改變公開過程的步驟的順序。除非另外說明，可以將被描述為被配置成執(zhí)行任務(wù)的諸如處理器或存儲器之類的組件實現(xiàn)為被臨時地配置成在給定時間執(zhí)行任務(wù)的通用組件或被制造成執(zhí)行該任務(wù)的特定組件。如本文所使用的術(shù)語‘處理器’指代被配置成處理數(shù)據(jù)的一個或多個裝置、電路和/或處理核，諸如計算機程序指令。

下面連同圖示出本發(fā)明的原理的附圖一起提供本發(fā)明的一個或多個實施例的詳細(xì)描述。結(jié)合此類實施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于任何實施例。本發(fā)明的范圍僅僅受到權(quán)利要求的限制，并且本發(fā)明涵蓋許多替換方式、修改和等同物。在以下描述中闡述了許多特定細(xì)節(jié)以便提供本發(fā)明的透徹理解。這些細(xì)節(jié)是為了示例的目的而提供的，并且根據(jù)權(quán)利要求可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)中的某些或全部的情況下實踐本發(fā)明。出于清楚的目的，尚未詳細(xì)地描述在本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的技術(shù)材料，使得不會使本發(fā)明不必要地含糊難懂。

公開了一種用于寬范圍光譜測量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個或多個寬帶源、可調(diào)整法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具以及檢測器。所述一個或多個寬帶源將照射樣本，其中，所述一個或多個寬帶源具有短寬帶源相干長度?？烧{(diào)整法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具將以光學(xué)方式處理反射光以便提取具有精細(xì)光譜分辨率的光譜信息。檢測器將檢測來自樣本的反射光，其中，該反射光包括具有長相干長度的照明光的多個窄帶子集，并且使用用于可調(diào)整法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的多個設(shè)置以光學(xué)方式處理該反射光。所述多個設(shè)置包括法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具板的間隔，其大于寬帶源相干長度但小于反射峰的相干長度。

在某些實施例中，關(guān)于系統(tǒng)設(shè)置獨有的是使用一個或多個寬帶源（這通常意味著短相干長度），但標(biāo)簽解碼系統(tǒng)要求非常精細(xì)的光譜分辨率（其在傅立葉型fpi中意味著標(biāo)準(zhǔn)具板需要被掃描達(dá)長的距離）。這通常是自相矛盾的（即，如果在大的板間隔上失去相干，則不能獲取干涉圖樣且系統(tǒng)不能操作）。然而，目標(biāo)標(biāo)簽生成窄反射峰，其因此具有長的相干長度并且如此該系統(tǒng)能夠作為總體來操作。

在某些實施例中，用于相對光譜測量的系統(tǒng)具體地被配置成測量標(biāo)簽（例如，褶皺標(biāo)簽）。在各種實施例中，標(biāo)簽包括以下材料中的一個：硅、二氧化硅、氮化硅、摻雜硅或任何其它適當(dāng)材料。在某些實施例中，標(biāo)簽由硅石（被fda認(rèn)為“公認(rèn)安全”—或gras）制成，致使其在生物上是惰性的且可食用。每個幾乎看不見的標(biāo)簽包含被選擇成從而唯一地識別或認(rèn)證特定產(chǎn)品的定制制造的光譜特征。以足以使得能夠有成本效益地識別市售產(chǎn)品量的數(shù)量來制造具有給定光譜特征的標(biāo)簽。可用光譜特征的組合的數(shù)目范圍從識別產(chǎn)品制造商或品牌至產(chǎn)品類型或型號至跨多個行業(yè)和市場的單獨批次或批號。

在某些實施例中，可以使用絕對或相對光譜測量裝置、設(shè)備或系統(tǒng)來讀取每個標(biāo)簽的唯一光學(xué)特征。在某些實施例中，標(biāo)簽包括被蝕刻成具有由該蝕刻編碼的光譜碼的硅晶片的表面。來自被蝕刻晶片的表面的薄層被去除并劃分成小標(biāo)簽，并且結(jié)果得到的標(biāo)簽包含在電化學(xué)合成期間被編程以顯示唯一反射率譜的復(fù)雜多孔納米結(jié)構(gòu)。然后用高溫烘烤步驟將標(biāo)簽氧化以使晶狀的納米多孔硅標(biāo)簽轉(zhuǎn)變成無定形的納米多孔硅石。此烘烤步驟使納米多孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以防止進一步的氧化（因此使光譜特征穩(wěn)定），并且為標(biāo)簽被表征為gras賦形劑（excipient）做準(zhǔn)備。

在某些實施例中，在絕對或相對光譜測量系統(tǒng)中測量一個或多個標(biāo)簽的光譜，然后針對作為數(shù)據(jù)庫的一部分或者位于標(biāo)記或包裝上的其它信息進行驗證。在某些實施例中，單獨地使用標(biāo)簽，其僅僅充當(dāng)用于質(zhì)量保證或其它目的的標(biāo)記。信息容量是基于可能唯一的光譜的數(shù)目，使用不同的峰數(shù)目、峰放置、峰褶皺階段和/或峰振幅作為調(diào)制參數(shù)。標(biāo)簽是無源的、不顯眼的，并且可以附著到藥物或食物產(chǎn)品的外面以便例如通過透明或半透明塑料氣泡包裝被讀取，或者作為法醫(yī)賦形劑（forensicexcipient）而混合到藥物或食物中，以便作為由經(jīng)授權(quán)的安全或質(zhì)量保證人員進行的調(diào)查或檢查過程的一部分被讀取。

在各種實施例中，標(biāo)簽性質(zhì)包括以下各項中的一個或多個：

?不顯眼的尺寸范圍（≈50至100微米）允許隱蔽或半隱蔽使用

?食用和生物學(xué)惰性

?抗高溫—在1000℃以上的熔點

?無源—沒有能量輸入或輸出

?在產(chǎn)品、包裝、標(biāo)記或安全纖維中或其上面使用

?經(jīng)由噴霧、涂覆、清漆或作為層壓件的一部分而應(yīng)用

?在許多制造階段處集成

?可能的高安全水平：可以進行縮放以適應(yīng)于特定產(chǎn)品需要

?被制造成從而是自認(rèn)證的，并且由此與具有在線數(shù)據(jù)庫和維護的系統(tǒng)相比具有降低的成本和安全風(fēng)險。

在某些實施例中，用于相對光譜測量的系統(tǒng)包括用于以良好的工作距離和視場（例如，～10mm直徑視場、具有～0.05—0.07的數(shù)值孔徑（na）的2x物鏡，以及～3—7mm的工作距離）從樣本收集光的透鏡。在某些實施例中，將使物鏡在遠(yuǎn)心布置中操作以確保系統(tǒng)捕捉到傾斜的標(biāo)簽。

在某些實施例中，用于光譜測量的系統(tǒng)中的透鏡存在是為了將法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的na與系統(tǒng)的其余部分的na分離。系統(tǒng)在法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具處具有低na以避免因為光已經(jīng)以許多不同的角度行進穿過裝置而使干涉圖模糊。在某些實施例中，所有透鏡都是寬帶的—不需要對光進行濾波，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具是例外情況。在某些實施例中，對到達(dá)檢測器的光進行帶通濾波：通過連續(xù)地用頻帶限制源進行照射或者通過在源與貼標(biāo)簽的對象之間放置一系列帶通濾波器或者通過在對象與檢測器之間的反射路徑中放置一組濾波器或者通過利用檢測器本身上的一組濾波器或使用上述各項的組合。在各種實施例中，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具由鋁涂覆的熔融硅石、玻璃或另一種電介質(zhì)或任何其它適當(dāng)材料制成。在某些實施例中，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的外表面涂覆有防反射涂層。可以將法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的掃描范圍從板被粘貼在一起之前的最小可實現(xiàn)間隙（例如，～500nm或更?。┱{(diào)諧成在該處不再存在相干信號的間隙（例如，～40um）。根據(jù)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具精細(xì)度，用于系統(tǒng)的信號處理不同：

a.低精細(xì)度法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具—在背景補償和可選地標(biāo)簽檢測之后取干涉圖的窗口傅立葉變換以獲得標(biāo)簽光譜。

b.中等精細(xì)度法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具—在背景補償和潛在地標(biāo)簽檢測之后，取傅立葉變換；雖然光譜包含特征，但處理特征的存在而不是嘗試將其解卷積。

c.高精細(xì)度法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具—在背景補償和潛在地定位標(biāo)簽位置之后，記錄透射光的圖像，通過如在本領(lǐng)域中已知的那樣用已知rgb濾色器響應(yīng)來解卷積以確定干涉級的相對貢獻(xiàn)，并且持續(xù)至所有波長帶都被覆蓋。

d.使用反射標(biāo)簽光譜的先驗知識以便檢測超低信噪比狀況下的光譜特征。

在某些實施例中，由于法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的遠(yuǎn)心位置，樣本上的每個光斑被成像為法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具上的單個光斑。不要求法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具各處保持相同間隙，因為只要求相對光譜測量。在某些實施例中，不要求絕對平行性，但是要求某些參考以便使系統(tǒng)—例如激光器—進行校準(zhǔn)。在某些實施例中，我們可能能夠在沒有參考的情況下工作（例如，通過在標(biāo)簽中應(yīng)用已知光譜特征，充當(dāng)錨定器），因此簡化了系統(tǒng)并為系統(tǒng)降低了成本?？梢元毩⒌靥幚韴D像中的每個對象/標(biāo)簽，而不需要針對板間隔中的差異進行歸一化。這不同于大多數(shù)成像干涉儀應(yīng)用，并且允許關(guān)于光學(xué)平坦度和涂覆均勻度以及甚至法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的共面性的放松規(guī)格。

圖1是圖示出標(biāo)簽的實施例的圖像。在所示示例中，標(biāo)簽100是具有50um至100um尺寸的不規(guī)則形狀標(biāo)簽。標(biāo)簽為20um厚。用來自鹵素源的寬帶照射使用oceanopticsusb2000+光譜儀對這些標(biāo)簽進行成像。

圖2是圖示出標(biāo)簽測量幾何結(jié)構(gòu)的實施例的圖。在所示示例中，標(biāo)簽202被部分地嵌入基板200中（例如，以與基板的表面的一定角度）。照射光束（例如，光束205）入射在以207和208為輪廓的有角圓椎體內(nèi)。收集孔徑不同于照射光束且以203和204為輪廓。在這種情況下，與照射光束相比較大的收集孔徑使得能夠從傾斜標(biāo)簽收集反射光。在某些實施例中，光束206是來自入射光束205的反射光束。

圖3是圖示出與幾何結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的光譜相關(guān)性的實施例的圖。在所示的示例中，標(biāo)簽352表面法線是相對于入射光355的角?。反射光譜峰位置是標(biāo)簽內(nèi)的光束的光學(xué)路徑長度的函數(shù)。該路徑是光射線與標(biāo)簽的表面之間的角的函數(shù)，并且與d/cos(?)成比例。因此，來自傾斜標(biāo)簽的光譜移位。另外，峰變寬并變得更低（可能是由于在標(biāo)簽內(nèi)的散射）。在某些實施例中，光束356是來自入射光束355的反射光束。

在某些實施例中，處于不同角度的多個標(biāo)簽的反射將加寬反射峰。在某些實施例中，標(biāo)簽的變化也將加寬反射峰。

在某些實施例中，標(biāo)簽是鏡面反射體而非漫反射體。因此，可以以正交于對象表面的大角度照射標(biāo)簽，或者可以使用漫射器和透鏡將各標(biāo)簽組合以形成正交于表面的組合多光譜高na光束。

圖4是圖示出法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的實施例的圖。相關(guān)裝置是法布里-珀羅干涉儀或標(biāo)準(zhǔn)具。法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具（例如，標(biāo)準(zhǔn)具452）的核心是間隔開幾百納米至幾厘米（例如，d）的一對部分反射表面（例如，表面464和表面466）。光與表面464的法線成角度θ入射。第一反射456是r0。在標(biāo)準(zhǔn)具452內(nèi)，光與表面466的法線的成角度α而行進（還參見特寫）。標(biāo)準(zhǔn)具的變化透射函數(shù)是由光在兩個反射表面之間的多個反射的干涉引起的。產(chǎn)生透射460（t1。t2。t3等）和反射462（r1、r2、r3等）的光束。如果透射光束同相，則發(fā)生相長干涉，并且這對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)具的高透射峰。如果透射光束異相，則發(fā)生相消干涉，并且這對應(yīng)于透射最小值。多個反射光束是否同相取決于光的波長（λ），光穿過標(biāo)準(zhǔn)具的角度（α）以及標(biāo)準(zhǔn)具的局部厚度（d）。在下面的等式中，板被具有折射率n（例如，針對空氣n＝1）的空間分離，并且光到板中的傳播是可忽略的或者與波長無關(guān)。每個連續(xù)透射對（例如，t2－t1）之間的相位差由δ給定：

δ=(2π/λ)2ndcosα

如果兩個表面都具有反射率r，則標(biāo)準(zhǔn)具的透射比函數(shù)由下式給定：

其中，精細(xì)度（f）的系數(shù)是

。

圖5a是圖示出標(biāo)準(zhǔn)具的透射的實施例的曲線圖。在所示示例中，當(dāng)每個透射光束之間的光學(xué)路徑長度差2ndcosα是波長（λ）的整數(shù)倍時，發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)具的最大透射（te＝1）。在不存在吸收的情況下，標(biāo)準(zhǔn)具的反射率re是透射比的補數(shù)，使得te+re＝1。最大反射率由下式給定：

并且這在路徑長度差等于波長的半奇倍數(shù)時發(fā)生。高精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)具（f＝10）示出了比低精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)具（f＝2）更陡峭的峰和更低的透射最小值。鄰近透射峰之間的波長間隔稱為標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜范圍（fsr），即δλ，并且由下式給定：

δλ=λ²0/(2ndcosα+λ0)

其中，λ0是最近透射峰的中心波長。fsr通過稱為精細(xì)度的量與任何一個透射帶的半峰全寬δλ相關(guān)：

。

法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具能夠調(diào)整反射表面之間的距離d以便改變在標(biāo)準(zhǔn)具中出現(xiàn)透射峰時的波長。由于透射的角相關(guān)性，通過相對于光束旋轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)具或者如果光束以一定角度進入標(biāo)準(zhǔn)具，也可以使峰移位。在這種情況下，透射波長將移動其與板的角的余弦。此結(jié)果是重要的，因為其意味著如果光并未在其進入標(biāo)準(zhǔn)具時完美地準(zhǔn)直，則透射峰將變寬，并且光譜分辨率將降低。此角相關(guān)性根據(jù)在其中使用標(biāo)準(zhǔn)具的光學(xué)配置而具有不同的效果。在遠(yuǎn)心情況下，在標(biāo)準(zhǔn)具的入射平面上的每個位置處，射線以不同的角度進入。因此，每個位置處的光譜響應(yīng)將是不同的，雖然板平坦度或非共面性的效果將減少。針對給定板間隔，多個波長將透射通過裝置。針對給定精細(xì)度，隨著波長分辨率增加，fsr減小。

圖5b是圖示出作為標(biāo)準(zhǔn)具的表面的反射率的函數(shù)的精細(xì)度的實施例的曲線圖。在所示示例中，高精細(xì)度因數(shù)對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)具表面的高反射率。

圖6是圖示出用于表面之間的不同間隙的透射通過法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的中心波長的實施例的曲線圖。針對給定板間隔，多個波長將透射通過裝置。在某些實施例中，插入帶通濾波器確保來自僅一個干涉圖樣的波長進入法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。通過使用不同的帶通濾波器，可以識別通過法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的不同階。例如，在法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的出口處使用多光譜圖像傳感器，使得通過查看不同像素上的光的相對振幅可以推斷哪些諧波透射通過法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。在某些實施例中，串聯(lián)地使用兩個法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具以將一個階隔離—第一階具有低精細(xì)度并充當(dāng)帶通濾波器以選擇光的有限波段，比具有高精細(xì)度（具有低fsr的低fwhm）的第二法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的fsr窄。請注意，其中使用該裝置作為帶通濾波器的實施方式就其能量利用而言是非常有損耗的，因為只有很小一部分的入射光透射通過裝置并被用于生成光譜。

針對典型的傅立葉變換法布里-珀羅干涉儀（ftfpi），以不同的方式利用法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的兩個平行的部分反射的反射鏡。ft-fpi獲得針對每個板間間隔的離開法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的單色光（在理想情況下）的2d圖像，以產(chǎn)生超譜立方體。換言之，設(shè)定板間間隔（d），并且獲得被照射對象的二維圖像，其給出從對象反射的光的頻率信息。為了獲得整個光譜的的準(zhǔn)確表示，在干涉圖中必須包括零間隔（例如，d＝0）圖像。然而，考慮到到玻璃涂層材料中的光子穿透深度和2個平板在被緊密接近地放置的情況下將粘附的趨勢兩方面，這是不切實際的。已經(jīng)開發(fā)了多個方法以便避開這個問題，包括從干涉圖的可訪問部分的傅立葉變換以及要測量的光譜的先驗知識來推斷干涉圖的小間隙部分。為了生產(chǎn)具有諸如測量標(biāo)簽的窄定義函數(shù)的裝置，更多的先驗知識可用，并且這不那么成問題。

并且，對于ft-fpi而言理想地，入射光針對期望測量的所有波長具有長相干長度。ft-fpi的操作是基于反射光的相干。換言之，隨著波前通過多個反射，其必須保持同相以便使其一致地干涉。這對于高度相干的激光而言不那么成問題，但是當(dāng)（例如，來自led的）寬帶或白光源多次通過遠(yuǎn)遠(yuǎn)分開地放置的板時，這可以對系統(tǒng)施加臨界約束。例如，采用板之間的1mm的最大間隔和使得反射光的振幅在10次反射之后仍然顯著的反射率，這轉(zhuǎn)換成10mm的總相干長度要求。但是寬帶或白光源的典型相干長度是幾百納米至幾微米。這可以限制在變換中使用的干涉級的數(shù)目和因此的由ft-fpi測量的結(jié)果得到的光譜的質(zhì)量。

測量標(biāo)簽的特性使得能夠?qū)崿F(xiàn)傅立葉變換法布里-珀羅干涉儀的專用變體。用于相對光譜測量的系統(tǒng)與ft-fpi不同如下：

?在入口處不需要帶通濾波器（例如，在樣本與法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具之間沒有帶通濾波器）。標(biāo)簽的光譜位置（例如，褶皺峰）保證較長波長中的充分低的光譜含量。因此，在入口處不要求帶通或低通濾波器以防止結(jié)果得到的光譜中的模糊。

?可以用不相干寬帶源（例如400—900nm）來掃描大距離d范圍。標(biāo)簽生成的峰是相當(dāng)窄的（5nm—20nm）。由于相干長度隨著線寬的倒數(shù)而增加，所以標(biāo)簽反射率特性實際上擴展ft-fpi的可用范圍。例如，在850nm處，褶皺峰的相干長度的保守估計是36μm，具有20nm（可能的最寬）峰fwhm。因此，可以用長間隔范圍來操作該裝置以產(chǎn)生良好的傅立葉變換結(jié)果。相反地，如果峰不存在且我們正在嘗試用200nm光譜含量對對象進行成像，則相干長度會已經(jīng)是僅3.6μm，并且我們將不能生成可靠的傅立葉變換。典型的ft-fpi將不能跨所需光譜范圍適當(dāng)?shù)仄鹱饔?，除非諸如標(biāo)簽之類的對象顯著地減小觀察對象的線寬。

?可以大大地放松制造公差（例如，數(shù)十納米）。具體地，由于光譜響應(yīng)是表面之間的間隔的函數(shù)，所以任一表面的不平坦或粗糙導(dǎo)致光譜變寬（例如，相位的局部化求平均）以及作為裝置上的位置的函數(shù)的光譜響應(yīng)—不能將圖像中的每個點解釋為對應(yīng)于同一波長（或者在ft-fpi的曲面的情況下，平滑變化的波長）。然而，由于僅測量相對光譜測量，所以可以單獨地不絕對地解釋每個圖像點，并且因此單獨地校準(zhǔn)。作為示例，針對該相對測量系統(tǒng)，每個元件對對象的唯一面積元素進行采樣，約為或小于單個標(biāo)簽（例如，使用10m像素傳感器對100mm²區(qū)域成像，則100μm直徑標(biāo)簽將跨越0.1²/10²×10⁷＝1,000像素）。每個此類面積元素將具有略有不同的光譜響應(yīng)，但是fwhm仍將是窄的，尤其是在保持低的板反射率的情況下，使得每個光束在其被顯著地衰減之前實現(xiàn)僅一次往返。

?沒有對板的零間隔的要求。可以在不知道絕對波長的情況下將標(biāo)簽信號解碼：如上文所討論的，關(guān)于ft-fpi的在先工作要求從零間隔至足夠大的間隔掃描opd（使得許多干涉級被記錄）以便執(zhí)行傅立葉變換。這對板的設(shè)計施加困難的約束，以防止其粘在一起。我們從有限間隔開始執(zhí)行有限傅立葉變換并遺漏某些較低干涉級。因此，嚴(yán)格地說，系統(tǒng)不包括傅立葉變換法布里-珀羅干涉儀，而是包括有限傅立葉變換法布里-珀羅干涉儀，并且不遞送絕對光譜而是遞送跨檢測器陣列按位置改變的相對光譜。雖然對于大多數(shù)超譜成像應(yīng)用而言不可接受，但這對于將標(biāo)簽解碼而言絕對是可接受的，并且使得能夠?qū)崿F(xiàn)較低復(fù)雜性和較低成本的裝置。

圖7是圖示出用于相對光譜測量的系統(tǒng)的實施例的圖。在所示示例中，源700向坐在基板714上或在其中的樣本提供寬帶照射。例如，源700包括白色發(fā)光二極管、鎢源、白熾光源或任何其它適當(dāng)源。來自源700的光沿著路徑702傳播并使用透鏡704準(zhǔn)直。光沿著路徑706傳播且至少一部分通過物鏡710被分束器708反射，在路徑712上行進，并且聚焦在基板714上的樣本上。來自樣本基板714上的樣本的反射光沿著路徑716傳播。入射光束的數(shù)值孔徑不同于反射光束的數(shù)值孔徑（例如，入射光束的na小于反射光束的na）。

在所示示例中，來自樣本的反射光被準(zhǔn)直并沿著718傳播，光束的至少一部分透射通過分束器708。使用透鏡720對反射光聚焦以聚焦到路徑722上的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具724上。例如，樣本的反射光被成像到法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具（例如，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具724）上。通過法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具724的透射光沿著路徑726傳播至透鏡728和透鏡732，使得透射光沿著路徑730和路徑734傳播。透射光聚焦在檢測器736上。例如，來自樣本的已濾波反射光被成像到檢測器（例如，檢測器736）上。檢測器736、法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具724以及樣本基板714上的樣本每個在光學(xué)上處于同一點處（例如，遠(yuǎn)心）。在某些實施例中，檢測器736和法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具724被成像光學(xué)件（一個或多個透鏡）分離。

圖8是圖示出用于相對光譜測量的系統(tǒng)的實施例的圖。在所示示例中，源800向坐在基板814上或在其中的樣本提供寬帶照射。例如，源800包括白色發(fā)光二極管、鎢源、白熾光源或任何其它適當(dāng)源。來自源800的光沿著路徑802傳播并被使用透鏡804準(zhǔn)直。光沿著路徑806傳播且至少一部分通過物鏡810被分束器808反射，在路徑812上行進，并且聚焦在基板814上的樣本上。來自樣本基板814上的樣本的反射光沿著路徑816傳播。入射光束的數(shù)值孔徑不同于反射光束的數(shù)值孔徑（例如，入射光束的na小于反射光束的na）。

在所示示例中，來自樣本的反射光被準(zhǔn)直并沿著818傳播，光束的至少一部分透射通過分束器808。使用透鏡820對反射光聚焦以聚焦到路徑822上的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具824上。通過法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具824的透射光直接地傳播到檢測器836。檢測器836、法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具824以及樣本基板814上的樣本每個在光學(xué)上接近于同一點。

在某些實施例中，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具824和檢測器836被組合在集成裝置中。該集成裝置解決了以下問題：

?法布里-珀羅腔與檢測器在焦平面上的共同定位以使空間和光譜性能最大化。

?通過減少光學(xué)元件的數(shù)目降低了系統(tǒng)復(fù)雜性、穩(wěn)健性以及成本。

在某些實施例中，集成器件將圖像傳感器（例如，互補金屬氧化物半導(dǎo)體（cmos）圖像傳感器、電荷耦合器件（ccd）或任何其它陣列傳感器）集成為法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的背反射器。通常，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具表面或板需要具有以下性能：

?已知且優(yōu)選地控制的反射率（例如，通過施加特定涂層）

?平坦的，通常小于要通過fpi的光的最短波長。

在某些實施例中，不使用cmos圖像傳感器（cis）的前表面。具體地，因為cis的前表面包含被電介質(zhì)分離的一堆金屬線，在頂部上具有附加結(jié)構(gòu)，所以頂面通常具有在微米范圍內(nèi)的局部非平面性，并且甚至拋光不能實現(xiàn)數(shù)十納米峰至谷的平坦度。此外，由于此原因且因為頂面的圖案化，反射率跨cis管芯的頂面改變。

在一些實施例中，背面照射（bsi）cis技術(shù)具有被背磨的cis晶片的背表面，并且撞擊在管芯的背表面上的光子在硅中被吸收且如前所述地被收集和處理。在此方案中，暴露于光的側(cè)面是平坦的（例如，未圖案化且通常被拋光的硅）。此側(cè)面可以被涂敷防反射涂層以減少或控制其反射率。在某些實施例中，該表面被拋光以達(dá)到跨管芯的數(shù)十納米峰至谷的“光學(xué)”質(zhì)量?？梢允褂么吮砻孀鳛榉ú祭?珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的背板。

在各種實施例中，相對光譜測量裝置包括固定和/或可調(diào)諧法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，兩者與陣列檢測器集成，使得其形成單片單元。

圖9是圖示出具有法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具和鄰近檢測器的集成裝置的實施例的圖。在某些實施例中，使用圖9的集成裝置來實現(xiàn)圖8的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具824和檢測器836。在所示示例中，玻璃900具有被間隔物903和間隔物904與防反射涂層906分離的薄金屬涂層902。在各種實施例中，間隔物903和間隔物904包括多個靜態(tài)間隔物、活動間隔物、微機電系統(tǒng)（mems）移動器或臺階器、壓電移動器或臺階或者前反射器和cmos檢測器管芯之間的任何其它適當(dāng)間隔物。在某些實施例中，三個臺階被附著，使得通過調(diào)整臺階在法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的兩個表面之間可實現(xiàn)共面性。防反射涂層906被耦合到具有光電二極管907的硅基板908。具有光電二極管907的硅基板908用嵌入的金屬線（例如，金屬線910、金屬線912和金屬線914）與二氧化硅金屬間電介質(zhì)918耦合。頂部包括集成裝置的正面916。照射來自底部。

在某些實施例中，bsi晶片的背表面被拋光以實現(xiàn)期望的平坦度。

在某些實施例中，在晶片的背表面上沉積蝕刻終止層，使得形成均勻厚度層—例如，使用原子層沉積。

在某些實施例中，在硅管芯的背面上存在防反射涂層。在某些實施例中，在硅管芯的背面上不存在防反射涂層。在某些實施例中，在硅晶片的背面上存在薄金屬涂層而在防反射涂層上不存在薄金屬涂層。在不使用涂層的情況下，當(dāng)計算單片裝置的光譜響應(yīng)時必須將作為波長的函數(shù)的硅表面的反射率考慮在內(nèi)。在某些實施例中，設(shè)計防反射涂層的光譜響應(yīng)—例如，使得其補充硅表面的反射率，導(dǎo)致光譜平坦響應(yīng)。在某些實施例中，在硅表面上施加薄金屬涂層，使得達(dá)到目標(biāo)反射率，同時光的足夠高的部分（例如，20%反射率和80%透射率）被透射到硅管芯中的光電二極管。

在某些實施例中，玻璃-bsicmos-間隔物和具有可調(diào)諧mems插入件配置的玻璃bsicmos的重要特征是其經(jīng)得起晶圓級集成的檢驗，并且因此是非常有成本效益的。

圖10a是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。在所示示例中，制造cis晶片。具有光電二極管1007的硅基板1008用嵌入的金屬線（例如，金屬線1010、金屬線1012和金屬線1014）與二氧化硅金屬間電介質(zhì)1018耦合。頂部包括集成裝置的正面1016。

圖10b是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。在所示示例中，將操作晶片1070附著到前表面1066，并且將硅基板1058蝕刻至期望的厚度且隨后拋光至期望的平坦度。具有光電二極管1057的硅基板1058用嵌入的金屬線（例如，金屬線1060、金屬線1062和金屬線1064）與二氧化硅金屬間電介質(zhì)1068耦合。頂部包括集成裝置的正面1016。

圖11a是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。在所示的示例中，用金屬膜1102（例如，金屬涂層）涂覆玻璃或石英晶片1100（例如，標(biāo)稱厚度或先前背磨并可選地從底部附著到操作晶片）。

圖11b是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。在所示的示例中，用金屬膜1152（例如，金屬涂層）涂覆玻璃或石英晶片1150（例如，標(biāo)稱厚度和先前背磨并可選地從底部附著到操作晶片）。沉積間隔物（例如，間隔物1153和1154）并圖案化（例如，使用聚酰亞胺）或者進行晶片結(jié)合（例如，類似于如在本行業(yè)中已知的插入件晶片的結(jié)合）或者在薄金屬膜涂敷之前從原始玻璃晶片進行蝕刻。在所有情況下，對間隔物進行圖案化，使得晶片的間隔類似于cis晶片上的管芯的尺寸。更具體地，在聚酰亞胺間隔物的情況下，該過程流程是：

○自旋涂覆聚酰亞胺并固化

○可選地對聚酰亞胺拋光

○用光刻法蝕刻非間隔物區(qū)域。

圖12是圖示出生產(chǎn)集成裝置時的步驟的實施例的圖。在所示的示例中，將玻璃晶片和cis晶片對準(zhǔn)并結(jié)合—例如，通過在同時地使各晶片共面的同時將聚酰亞胺層加熱并冷卻。玻璃1200具有被間隔物1203和間隔物1204與硅基板1208分離的薄金屬涂層1202。在各種實施例中，間隔物1203和間隔物1204包括靜態(tài)間隔物、活動間隔物、微機電系統(tǒng)（mems）、壓電移動器或者任何其它適當(dāng)間隔物。硅基板1208包括光電二極管1207。具有光電二極管1207的硅基板1208用嵌入的金屬線（例如，金屬線1210、金屬線1212和金屬線1214）與二氧化硅金屬間電介質(zhì)1218耦合。操作晶片1220被附著到前表面1216。在某些實施例中，將操作晶片剝離。

在某些實施例中，如在cis照相機模塊中所做的那樣將cis電且機械地結(jié)合到電基板。

圖13是圖示出具有法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具和鄰近檢測器的集成裝置的實施例的圖。在某些實施例中，使用圖13的集成裝置來實現(xiàn)圖8的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具824和檢測器836。在所示示例中，玻璃1300具有通過間隔物1303和間隔物1303與防反射涂層1306分離的薄金屬涂層1302及光譜濾波器1305。在各種實施例中，間隔物1303和間隔物1304包括靜態(tài)間隔物、活動間隔物、微機電系統(tǒng)（mems）、壓電移動器或者任何其它適當(dāng)間隔物。防反射涂層1306被耦合到具有光電二極管1307的硅基板1308。具有光電二極管1307的硅基板1308用嵌入的金屬線（例如，金屬線1310、金屬線1312以及金屬線1314）與二氧化硅金屬間電介質(zhì)1318耦合。頂部包括集成裝置的正面1316。

在某些實施例中，在cis晶片的背面上沉積光譜（例如，色彩）濾波器陣列，使得不同像素的光譜響應(yīng)改變。在某些實施例中，在硅晶片與防反射或金屬膜層之間沉積濾波器陣列。在某些實施例中，色彩濾波器陣列的圖案密度高于要從對象收集的信息的空間密度（即，該對象被空間過采樣）。在某些實施例中，通過在多個像素上對圖像過采樣（每個像素具有不同的濾波器和因此的不同的光譜響應(yīng)）來分辨作為法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的偽像的諧波，并且因此使裝置的可用光譜范圍延伸超過其自由光譜范圍。在某些實施例中，在玻璃板上沉積色彩濾波器陣列且然后鈍化。在某些實施例中，在晶片的平坦的背表面上而不在前表面上沉積色彩濾波器陣列。在某些實施例中，在色彩濾波器陣列的頂部上沉積平面化層—例如以sio2的低溫化學(xué)氣相沉積（cvd）或物理氣相沉積（pvd）的形式且然后通過化學(xué)和/或機械拋光來平面化。

在某些實施例中，法布里-珀羅干涉儀具有有限的光譜范圍，并且因此針對這些干涉儀，系統(tǒng)包括串聯(lián)的兩個標(biāo)準(zhǔn)具—一個處于用以選擇波長帶的低精細(xì)度模式且另一個處于高精細(xì)度模式。在某些實施例中，bsi-cmos標(biāo)準(zhǔn)具是此配置中的第二個（例如，高精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)具）。

在某些實施例中，一個或多個mems晶片具有與bsicmos管芯相同尺寸的管芯，并且包括線性致動器（每個管芯），其可以調(diào)整玻璃晶片與bsicmos晶片之間的間距。作為圖案化間隔物（例如，如上所述）的替代或除此之外，放置mems晶片或一堆mems晶片。使用對mems裝置的直接訪問（在該堆被切塊之后）或者用其它手段（諸如但不限于通過到cmosbsi晶片上的硅通孔（tsv）的電接觸）來實現(xiàn)能夠調(diào)整所述間距的調(diào)整的電接點。

在某些實施例中，在法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的玻璃板的表面上沉積金屬電容元件，并且將這些路由到信號發(fā)生器和測量電路以監(jiān)視電容和因此的板間間隔。在各種實施例中，在前剝離板上沉積電容板并接地，并且在cmos前表面上（剛好在玻璃鈍化下面）沉積第二電容板并例如使用tsv連接到cmos管芯上的電容測量電路，或者使用tsv連接到管芯的頂面上的焊盤，其被電連接到片外電容測量電路，或者以任何其它適當(dāng)方式。

在各種實施例中，將玻璃晶片或bsicmos晶片與一個或多個圖案化層（例如，壓電換能器）結(jié)合或者另外涂敷該圖案化層，其在被用電場致動時可以改變玻璃與bsi晶片之間的間隔。

在某些實施例中，用于制造裝置的過程流程如下：

?制造cmosbsi晶片；

?將cmosbsi晶片臨時地結(jié)合到載體晶片的正面；

?對結(jié)合的cmosbsi晶片進行背磨，使得實現(xiàn)圖像傳感器的期望性能—例如，足夠薄以減少串話，但是并未薄到從而減少串話或降低電氣性能。

?在每個bsicmos管芯的周界上形成硅通孔（tsv）（例如，使用“后穿孔”過程）。

?在cmosbsi晶片上形成或轉(zhuǎn)印壓電換能器（例如，pzt）圖案，使得針對所有管芯重復(fù)該圖案，管芯的中心沒有pzt，并且壓電材料的厚度為約幾微米至數(shù)十微米。壓電材料被電結(jié)合到cmosbsi晶片上的tsv。替換地，可以在第二、玻璃或石英晶片上形成或轉(zhuǎn)印此圖案化壓電換能器圖案；

?將玻璃和bsicmos晶片結(jié)合并切塊以形成法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。

在某些實施例中，使用技術(shù)來實現(xiàn)上述晶片間隔物和兩個晶片的結(jié)合。多個示例如下：

?使用光敏聚合物層的粘合劑晶片結(jié)合。在晶片中的一個上旋涂聚合物層（優(yōu)選地，玻璃晶片、以光刻方式圖案化，軟烘烤，對準(zhǔn)到cmos晶片并結(jié)合）；

?uv可固化粘合劑（經(jīng)由玻璃晶片的uv固化）或激光可固化粘合劑；

?晶圓級相機模塊間隔物附著過程。

圖14是圖示出用于進行相對光譜測量的過程的實施例的流程圖。在所示示例中，在1400中，提供寬帶源以照射樣本。例如，一個或多個寬帶源提供用來照射樣本的光照，并且一個或多個寬帶源具有短的寬帶源相干長度。在1402中，提供用以從樣本收集反射光的透鏡。在1404中，提供可調(diào)整法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具以對反射光進行濾波。例如，可調(diào)整法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具將以光學(xué)方式處理反射光以便提取具有精細(xì)光譜分辨率的光譜信息。在1406中，提供了檢測器以檢測來自樣本的反射光，其中，該反射光包括具有長相干長度的照明光的多個窄帶子集，并且使用用于可調(diào)整法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的多個設(shè)置以光學(xué)方式處理該反射光，并且其中，所述多個設(shè)置包括法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具板的間隔，其大于寬帶源相干長度但小于該長相干長度。在某些實施例中，檢測器檢測與用于可調(diào)整法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的多個設(shè)置相關(guān)聯(lián)的反射光，其中，所述多個設(shè)置沒有法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具板的零間隔的設(shè)置。

雖然已出于理解清楚的目的而相當(dāng)詳細(xì)地描述了前述實施例，但本發(fā)明不限于所提供的細(xì)節(jié)。存在實現(xiàn)本發(fā)明的許多替換方式。公開的實施例是說明性而非限制性的。