可调MEMS滤波器为iPhone提供高光谱能力

文章作者:Julien Happich

芬兰VTT技术研究中心的研究人员通过将薄的、电动可调谐的微光电机械(MOEMS)结构集成到iPhone的相机光学堆栈中，创造出了他们认为是第一款完全集成的高光谱智能手机。

图1:__ *电容可调MEMS法布里-珀罗干涉仪的钻削TiO2-Al2O3 λ/4薄膜Bragg反射器

这里的MOEMS是一个可调MEMS法布里-珀罗干涉仪(FPI)，由原子层沉积的TiO2-Al2O3 λ/4薄膜Bragg反射器组成，并通过牺牲聚合物蚀刻形成气隙-见图1。将金属电极集成到镜面膜中，可通过电容驱动调节气隙高度，影响通带波长。

研究人员制作了一个iPhone 5s高光谱成像仪(HSI)演示器(见图2)，该演示器使用单个MEMS FPI可调滤波器，可见光范围约为500nm(操作范围为450至550nm)，但是在SPIE的论文《MEMS基于fpi的智能手机高光谱成像仪》中，他们也证明了串联fpi装置可以用于扫描更大的波长范围。

他们报告了两个以500和650nm为中心的级联式fis(结合了一个RGB彩色相机)的配置，将波长调整范围从400扩大到700nm。虽然他们没有将级联设置集成到iPhone中，但这些MOEMS滤波器的机械薄度可以很容易地与智能手机集成到光学堆栈中，如果原始设备制造商许可VTT的技术。

该演示是在可见范围内进行的，但VTT的研究人员的目标是开发类似的基于mems的高光谱成像，在700至1000nm的可见-近红外区域，可以识别更多的光谱指纹，用于认证、伪造检测和潜在的健康/保健和食品传感应用。

由于MOEMs可以在150°C以下制造，它们可以被集成到其他集成电路中，如光探测器，从而实现非常紧凑和经济的高光谱成像解决方案，可以满足消费者的应用。

图2:__ *使用修改后的iPhone 5s的“高光谱滑块应用程序”检查20欧元纸币的认证功能

图3:__ *一个单一的可调谐FPI波长滤波器，薄而坚固

与昂贵的压电驱动的fis(通常由分立部件精密组装)相比，整体集成的MEMS fis可以以低成本大批量生产，并与相机光学集成。更重要的是，低质量表面微加工的MOEMS可承受高达18000g的冲击，同时对振动效应不敏感，使它们足够坚固，可用于汽车或无人机应用。