芬蘭VTT國家技術研究中心(VTT Technical Research Centre of Finland)的研究人員在iPhone的相機光學堆疊中整合了電性可調的微光學機電系統(MOEMS)結構,打造出據稱是首款全整合型的超光譜智慧型手機。

20161130 VTT NT02P1 電容可調的MEMS Fabry-Perot干涉儀,採用鑽出TiO2-Al2O3 λ/4薄膜Bragg反射鏡製成

這種MOEMS結構是一種可調諧的MEMS法布立-培若干涉儀(Fabry-Perot Interferometer;FPI),由原子層沉積的TiO2-Al2O3 λ/4薄膜布拉格反射鏡(Bragg reflector)組成。將金屬電極整合至反射鏡薄膜,使其達到可由電容致動器調諧氣隙的高度,從而改變帶通(passband)波長。

研究人員採用單層MEMS FPI可調諧濾波器製造出iPhone 5s超光譜成像系統(HSI)展示器(如圖2),實現大約500nm的可見光範圍(操作範圍約450nm-550nm),但在SPIE論文集中,「基於MEMS SPI的智慧型手機超光譜成像系統」(MEMS FPI-based smartphone hyperspectral imager)一文中,研究人員還展示採用串聯的FPI建置可用於掃描更大的波長範圍。

他們發表了集中於500-650nm範圍的兩個疊層FPI配置,以擴展調諧400-700nm範圍的波長。雖然他們並未在iPhone中整合疊層配置,但這種MOEMS濾波器的機械厚度將易於讓智慧型手機進行整合,提供OEM可授權的VTT技術。

這項展示是在可見光的範圍內進行,但VTT研究人員的目標是在大約700-1,000nm的可見光近紅外線(NIR)區域內開發類似的MEMS超光譜成像系統。在此波長範圍下有助於辨識更多的光譜指紋,從而實現認證、防偽偵測以及潛在的健康/健身以及食物偵測應用。

由於MOEM可以在150°C以下製造,並以單晶片方式整合於光探測器等其他IC中,從而為消費應用實現極其精巧以及具成本效益的超光譜成像系統解決方案。

20161130 VTT NT02P2 利用改良型iPhone 5s搭配其「超光譜滑桿應用程式(App)」,可檢測20歐元鈔票的真偽

20161130 VTT NT02P3 可調諧FPI波長的濾波器,極其精巧而堅固

相較於一般由分離式元件精密組裝的昂貴壓電致動器FPI,這款單晶片整合的MEMS FPI能以低成本實現十量生產,以利於與相機光學元件進行整合。此外,輕量的表面微加工MOEMS極其堅固,可承受高達18,000G的衝擊力度,而且不受振動效應影響,使其足以用於汽車或無人機應用。

編譯:Susan Hong

(參考原文:MEMS optical filters give Iphone's camera hyperspectral powers,by Julien Happich)