芬兰VTT国家技术研究中心(VTT Technical Research Centre of Finland)的研究人员在iPhone的相机光学堆栈中整合了电性可调的微光学机电系统(MOEMS)结构,打造出据称是首款全整合型的超光谱智能手机。 20161130 VTT NT02P1 电容可调的MEMS Fabry-Perot干涉仪,采用钻出TiO2-Al2O3 λ/4薄膜Bragg反射镜制成

这种MOEMS结构是一种可调谐的MEMS法布立-培若干涉仪(Fabry-Perot Interferometer;FPI),由原子层沉积的TiO2-Al2O3 λ/4薄膜布拉格反射镜(Bragg reflector)组成。将金属电极整合至反射镜薄膜,使其达到可由电容致动器调谐气隙的高度,从而改变带通(passband)波长。

研究人员采用单层MEMS FPI可调谐滤波器制造出iPhone 5s超光谱成像系统(HSI)展示器(如图2),实现大约500nm的可见光范围(操作范围约450nm-550nm),但在SPIE论文集中,“基于MEMS SPI的智能手机超光谱成像系统”(MEMS FPI-based smartphone hyperspectral imager)一文中,研究人员还展示采用串联的FPI建置可用于扫描更大的波长范围。

他们发表了集中于500-650nm范围的两个迭层FPI配置,以扩展调谐400-700nm范围的波长。虽然他们并未在iPhone中整合迭层配置,但这种MOEMS滤波器的机械厚度将易于让智能手机进行整合,提供OEM可授权的VTT技术。

这项展示是在可见光的范围内进行,但VTT研究人员的目标是在大约700-1,000nm的可见光近红外线(NIR)区域内开发类似的MEMS超光谱成像系统。在此波长范围下有助于辨识更多的光谱指纹,从而实现认证、防伪侦测以及潜在的健康/健身以及食物侦测应用。

由于MOEM可以在150°C以下制造,并以单芯片方式整合于光探测器等其他IC中,从而为消费应用实现极其精巧以及具成本效益的超光谱成像系统解决方案。 20161130 VTT NT02P2 利用改良型iPhone 5s搭配其“超光谱滑杆应用程序(App)”,可检测20欧元钞票的真伪 20161130 VTT NT02P3 可调谐FPI波长的滤波器,极其精巧而坚固

相较于一般由分离式组件精密组装的昂贵压电致动器FPI,这款单芯片整合的MEMS FPI能以低成本实现十量生产,以利于与相机光学组件进行整合。此外,轻量的表面微加工MOEMS极其坚固,可承受高达18,000G的冲击力度,而且不受振动效应影响,使其足以用于汽车或无人机应用。

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