通过在iPhone的摄像头光学器件中集成超薄电可调微光机电(MOEMS)结构,芬兰VTT技术研究中心的研究人员开发出了他们相信是业界首款全集成型超光谱智能手机。

这里的MOEMS是一种可调MEMS法珀干涉仪(FPI),由原子层沉积的TiO2-Al2O3 λ/4薄膜布拉格反射镜和一个由牺牲聚合物蚀刻形成的空气隙组成,见图1。金属电极被集成到镜膜中,到这个镜膜的气隙高度则可以通过电容驱动进行调整,进而影响通带波长。

20170120A02 图1:使用钻通式Ti02-A1203 λ/4薄膜布拉格反射镜制造的电容可调MEMS法珀干涉仪。

研究人员制造了一个iPhone 5s超光谱成像(HSI)演示器(见图2),它用一个MEMS FPI可调滤波器就能实现500nm左右的可视范围(工作范围是450nm到550nm),但在SPIE方案“基于MEMS FPI的智能手机超光谱成像器”中,他们还展示了用串联FPI设置扫描更大的波长范围。

20170120A03 图2:使用改装的iPhone 5s中的“超光谱滑条应用”检查20欧元纸币上的特征信息。

据他们报告,将两个中心波长分别是500nm和650nm的FPI级联在一起(并结合一个RGB彩色摄像头)可以将波长调整范围从400nm扩展到700nm。虽然他们没有将这个级联设置集成进iPhone中,但这种MOEMS滤镜的机械厚度能够很轻松地集成进智能手机中的光学组件,只要OEM厂商愿意许可VTT的技术。

上述演示是在可视范围内完成的,但VTT的研究人员想要在700nm和100nm之间的可见光和近红外区域中开发基于MEMS的类似超光谱成像技术,因为在那个范围内可以识别更多的能谱指纹,用于产品认证、赝品检测和潜在的健康/卫生和食物检测应用。

由于MOEM可以在150℃以下制造,因此能以单片的形式集成进其它IC,比如光检测器,从而实现非常紧凑和高性价比、能够满足消费类应用要求的超光谱成像解决方案。

20170120A04 图3:单个可调FPI波长滤镜,虽然薄但很结实。

与通常用的昂贵的分立器件精密组装的压电驱动型FPI相比,单片集成的MEMS FPI可以以低成本大批量生产,并能集成到摄像头的光学器件中。此外, 这种轻质表面微加工MOEMS可以承受高达18000G的冲击,同时对振动效应又不敏感,因此非常坚固耐用,特别适合汽车或无人机中使用。

《电子技术设计》2017年1月刊版权所有,谢绝转载。 20160630000123