通過在iPhone的攝像頭光學器件中集成超薄電可調微光機電(MOEMS)結構,芬蘭VTT技術研究中心的研究人員開發出了他們相信是業界首款全集成型超光譜智能手機。

這裡的MOEMS是一種可調MEMS法珀干涉儀(FPI),由原子層沉積的TiO2-Al2O3 λ/4薄膜布拉格反射鏡和一個由犧牲聚合物蝕刻形成的空氣隙組成,見圖1。金屬電極被集成到鏡膜中,到這個鏡膜的氣隙高度則可以通過電容驅動進行調整,進而影響通帶波長。

使用Ti02-A1203 λ/4薄膜布拉格反射鏡製造的電容可調MEMS法珀干涉儀

圖1:使用Ti02-A1203 λ/4薄膜布拉格反射鏡製造的電容可調MEMS法珀干涉儀

研究人員製造了一個iPhone 5s超光譜成像(HSI)演示器(見圖2),它用一個MEMS FPI可調濾波器就能實現500nm左右的可視範圍(工作範圍是450nm到550nm),但在SPIE方案“基於MEMS FPI的智能手機超光譜成像器”中,他們還展示了用串聯FPI設置掃描更大的波長范圍。

使用改裝的iPhone 5s中的“超光譜滑條應用”檢查20歐元紙幣上的特徵信息

圖2:使用改裝的iPhone 5s中的“超光譜滑條應用”檢查20歐元紙幣上的特徵信息

據他們報告,將兩個中心波長分別是500nm和650nm的FPI級聯在一起(並結合一個RGB彩色攝像頭)可以將波長調整範圍從400nm擴展到700nm。雖然他們沒有將這個級聯設置集成進iPhone中,但這種MOEMS濾鏡的機械厚度能夠很輕鬆地集成進智能手機中的光學組件,只要OEM廠商願意許可VTT

上述演示是在可視範圍內完成的,但VTT的研究人員想要在700nm和100nm之間的可見光和近紅外區域中開發基於MEMS的類似超光譜成像技術,因為在那個範圍內可以識別更多的能譜指紋,用於產品認證、贗品檢測和潛在的健康/衛生和食物檢測應用。

由於MOEM可以在150℃以下製造,因此能以單片的形式集成進其它IC,比如光檢測器,從而實現非常緊湊和高性價比、能夠滿足消費類應用要求的超光譜成像解決方案。

單個可調FPI波長濾鏡,雖然薄但很結實

圖3:單個可調FPI波長濾鏡,雖然薄但很結實

與通常用的昂貴的分立器件精密組裝的壓電驅動型FPI相比,單片集成的MEMS FPI可以以低成本大批量生產,並能集成到攝像頭的光學器件中。此外, 這種輕質表面微加工MOEMS可以承受高達18000G的衝擊,同時對振動效應又不敏感,因此非常堅固耐用,特別適合汽車或無人機中使用。

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