近来，德州仪器 (TI) DLP® 产品部的事务拓宽司理 Mike Walker 和 Optecks 的首席技能官 Hakki Refai 博士 发表文章：二维微机电(MEMS)阵列为移动光谱剖析仪打下根底，如下是文章全文。
在近红外 (NIR) 光谱剖析领域中，一个将便携性与高功用实验室体系的精确性和功用性组合在一起的体系将极大地改善实时剖析。由一块电池供电的小型手持式光谱剖析仪的开发可以完结对工业进程、或食物成熟度的评价在现场进行更有用的监控。
大多数色散光谱剖析丈量在一开始选用的都是相同的办法。被剖析的光经过一个小狭缝;这个狭缝与一个光栅组合在一起，一起操控这个仪器的分辨率。这个衍射光栅专门规划用于以已知的视点反射不同波长的光。这个波长的空间别离使得其它体系可以依据波长来丈量光强度。
传统光谱丈量架构的首要不同之处在于散射光的丈量办法。两种常见的办法有(1)与散射光物理扫描组合在一起的单元素(或单点)探测器，以及(2)将散射光在一组探测器上成像。
运用 MEMS 技能的办法
运用具有一个单点探测器、根据光学微机电体系 (MEMS) 阵列技能的全新办法可以战胜传统光谱剖析办法中的许多约束。在根据单点探测器的体系中，一个固态光学 MEMS 阵列用简略、空间波长滤波器替代了传统的电动光栅。这个办法可以在消除精密操控电动体系中问题的一起，运用单点探测器的功用优势。近些年，此类体系现已投入生产，其间，扫描光栅被替代，而且 MEMS 器材过滤每一个特定波长进入单点探测器。这个办法在完结愈加细巧和稳健经用光谱剖析仪的一起，也表现出很高的功用。
相关于线性阵列探测器架构，光学 MEMS 阵列的运用具有数个优势。首要，可以运用更大的单元素探测器，以进步采光量，并极大下降体系本钱和复杂度，这关于红外体系更是如此。此外，因为不运用阵列探测器，像素到像素噪声被消除了，而这可以极大地进步信噪比 (SNR) 功用。SNR 功用的进步可以在更短时刻内取得愈加精确的丈量成果。
在一个运用 MEMS 技能的光谱剖析体系中，衍射光栅和聚集元件的功用与之前相同，但来自聚集元件的光在 MEMS 阵列上成像。要挑选一个用于剖析的波长，一个特定的光谱呼应波段被激活，这样的话，就可以将光引进到单点探测器中进行收集和丈量。
假如 MEMS 器材高度牢靠，可以生成可估计的滤波器呼应，而且在不同的时刻和温度下坚持稳定，那么这些优势就可以完结。
将一个 DLP ® 芯片或数字微镜器材 (DMD) 用作一个空间光调制器，而且在一个光谱剖析仪体系架构中将其用作 MEMS 器材的话，可以战胜数个难题。首要，运用一组铝制微镜来接通和封闭进入单点探测器的光，这在广泛的波长规模内是光学有用的。其次，数字微镜的翻开和封闭状况由机械止动设备和互补金属氧化物半导体 (CMOS) 停止随机拜访存储器 (SRAM) 单元的锁存电路操控，然后供给固定的电压镜操控。这个固定电压、停止操控意味着这个体系不需求机械扫描或模仿操控环路，而且可以简化校准。它还使得光谱剖析仪规划更能免受温度、老化或振荡等过错源的影响。
DMD 的可编程特点具有许多优势。其间某项优势会在进行光谱剖析仪架构规划时闪现 — 假如以被用作滤波器的微镜的寻址列为根底。因为 DMD 分辨率一般高于所需的光谱，DMD 区域会呈现欠填充的状况，而且会对光谱过采样。这使得波长挑选彻底可编程，而且在光引擎呈现极点机械位移的状况下，将额定微镜用作从头校准列。
此外，DMD 是一个二维可编程阵列，这为用户供给高度的灵敏性。经过挑选不同的列数量，可以调理分辨率和吞吐量。扫描时刻可动态调整，如此一来，用户可对所需波长进行更长时刻、愈加具体的查看，然后更好地运用仪器时刻和功用。此外，相关于固定滤波器用具 1 ，比方选用的 Hadamard 图形等高档孔径编码技能，可完结高度的灵敏性和更高功用。
总归，与现在的光谱剖析体系比较，运用 DMD 的光谱剖析器材可完结更高分辨率、更高灵敏性、愈加稳健经用、更小的外形尺度和更低的本钱，然后使得它们关于广泛的商业和工业运用更有吸引力。
单探测器架构消除噪声
现在根据线性阵列的光谱剖析仪首要遭到两个要素的约束。首要，探测器的波长挑选遭到像素孔径的约束。探测器的尺度决议了收集到的光量，然后影响SNR。比方Hamamatsu G9203-256的常见磷化砷镓铟 (InGaAs) 256像素线性阵列的尺度为50微米 x 500微米。相反地，一个数字微镜阵列是一个彻底可编程的矩阵，可以针对运用来装备列的数量和扫描技能。这可以将更大的信号呈现给一般与DMD一起运用的更大的1毫米或2毫米的单点探测器。将窄带光过滤到一个线性阵列中 — 一般是50微米宽像素 — 或许会呈现串扰的问题。像素到像素搅扰会成为读取进程中发生噪声的首要原因。这些搅扰可经过单探测器架构消除。此外， 经过运用1kHz至4kHz的数字微镜扫描速度，单点探测器可以到达与平行多点采样相类似的驻留时刻。关于根据MEMS — 或根据DMD — 的紧凑型光谱剖析仪引擎，成果显现SNR的规模大于10000:1。
关于超级移动光谱剖析仪非常要害的小型、高分辨率 2D MEMS 阵列
为了尽可能地进步功用，用户需求考虑可被用于将光线反射至探测器的MEMS总面积。然后，将这个面积与可用单点探测器孔径尺度细心匹配。
一个选用5.4微米微镜的DMD具有超越40万个可用像素，而且可以针对700纳米至2500纳米的波长进行优化。该款DMD是DLP2010NIR，它选用一个被称为TRP的全新像素架构。如图1中所见，这个像素供给17度的倾斜角。DLP2010NIR在一个评价模块中运转;这个评价模块供给针对光谱剖析运用场景的共同光学架构。一个运用17度接通和封闭视点的光学途径可以用一个尽可能削减散射光的细巧引擎完结高功用感测分辨率。
图2中显现了这个针对光谱剖析运用状况的共同光学引擎。这个体系优化了整个光途径中光学信号。来自样本的呼应在DMD上成像，然后完结对每个波长的空间操控。这个评价模块的意图在于，经过将高效MEMS用作光谱剖析中的高速2D滤波器，来取得规划优势。它是一款细巧、健壮经用且高度自适应体系，可以使光谱剖析走出实验室，直接运用于现场丈量或含光源丈量。与传统光谱剖析仪比较，同一个器材中的透射和反射丈量头交换功用可以完结功用基准测验。
一个运用DLP2010NIR芯片的光谱剖析光引擎有数个照明模块，而且每个模块的工作办法稍有不同。在一个传输模块中，光源、比色皿支架、高精度比色皿和和其它装置硬件被用于完结透射样本的吸收量和散射特点的丈量。NIR透射丈量值可用于液体样本，诸假如汁的水含量或呈现的气体特征。这些数据可以供给与果汁原产地有关的许多信息。在固体样本中，NIR透射可以丈量塑料管的不透光度，而这是调查气体和液体在传送线路中活动的重要参数。线路内的透射丈量也被用于剖析黄油在生产进程中的水含量，这样可以及时调整黄油制造工艺，然后节省了时刻、尽可能下降本钱，而且添加终究产品的质量。
或许，在样本无需与光谱剖析仪窗口触摸的丈量中，反射模块是一个挑选。它可以在几厘米的间隔之外灵敏地履行扫描操作，比方肉品被包装在塑料薄膜后监测肉品质量。比方血糖猜测等健康运用方面，也可以运用皮肤的漫反射来成为NIR区域内特征运用。
最终，在光纤耦合模块中，不管是透射丈量，仍是反射丈量，它们都是经过光纤完结。这样可以在光谱剖析仪与样本无法直触摸摸时完结丈量。此类采样示例包含监督工业进程、丈量导管中活动的液体、剖析鸡肉、牛肉和猪肉中的湿度、脂肪和蛋白质含量。这些模块极大地扩展了运用规模，而且供给更高的丈量功用。Optecks具有可以完结所有这些采样办法的照明模块解决方案。
正如之前讨论过的那样，运用DMD的光谱剖析器材将功用拓宽至对多个物质的剖析、测验和丈量。它们为完结愈加精确的功用、更高分辨率、更大灵敏性、更好的稳健经用性和更小外形尺度光感侧解决方案供给一个途径。此外，运用DMD的光谱剖析仪还带来了更高的丈量牢靠性，而这在之前运用的传统光谱剖析体系中，这或许是无法完结的。不管用户是计划用它丈量农田中的庄稼需求的灌溉量，或是想要猜测食物中的糜烂程度，光谱剖析都在不断成为精确、实时剖析的强壮办法。
