二維微機(jī)電陣列為移動(dòng)光譜分析儀打下基礎(chǔ)

　數(shù)字微鏡器件（DMD）作為空間光調(diào)制器可克服傳統(tǒng)光譜分析儀架構(gòu)缺點(diǎn)
　　在近紅外（NIR）光譜分析領(lǐng)域中，一個(gè)將便攜性與高性能實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和功能性組合在一起的系統(tǒng)將極大地改進(jìn)實(shí)時(shí)分析。由一塊電池供電的小型手持式光譜分析儀的開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程、或食品成熟度的評(píng)估在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更有效的監(jiān)控。
　　大多數(shù)色散光譜分析測(cè)量在一開始采用的都是同樣的方式。被分析的光通過一個(gè)小狹縫；這個(gè)狹縫與一個(gè)光柵組合在一起，共同控制這個(gè)儀器的分辨率。這個(gè)衍射光柵專門設(shè)計(jì)用于以已知的角度反射不同波長(zhǎng)的光。這個(gè)波長(zhǎng)的空間分離使得其它系統(tǒng)可以根據(jù)波長(zhǎng)來測(cè)量光強(qiáng)度。
　　傳統(tǒng)光譜測(cè)量架構(gòu)的主要不同之處在于散射光的測(cè)量方式。兩種常見的方法有（1）與散射光物理掃描組合在一起的單元素（或單點(diǎn)）探測(cè)器，以及（2）將散射光在一組探測(cè)器上成像。
　　使用MEMS技術(shù)的方法
　　使用具有一個(gè)單點(diǎn)探測(cè)器、基于光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng) （MEMS） 陣列技術(shù)的全新方法可以克服傳統(tǒng)光譜分析方法中的很多限制。在基于單點(diǎn)探測(cè)器的系統(tǒng)中，一個(gè)固態(tài)光學(xué)MEMS陣列用簡(jiǎn)單、空間波長(zhǎng)濾波器取代了傳統(tǒng)的電動(dòng)光柵。這個(gè)方法可以在消除精細(xì)控制電動(dòng)系統(tǒng)中問題的同時(shí)，利用單點(diǎn)探測(cè)器的性能優(yōu)勢(shì)。近些年，此類系統(tǒng)已經(jīng)投入生產(chǎn)，其中，掃描光柵被取代，并且MEMS器件過濾每一個(gè)特定波長(zhǎng)進(jìn)入單點(diǎn)探測(cè)器。這個(gè)方法在實(shí)現(xiàn)更加小巧和穩(wěn)健耐用光譜分析儀的同時(shí)，也表現(xiàn)出很高的性能。
　　相對(duì)于線性陣列探測(cè)器架構(gòu)，光學(xué)MEMS陣列的使用具有數(shù)個(gè)優(yōu)勢(shì)。首先，可以使用更大的單元素探測(cè)器，以提高采光量，并極大降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜度，這對(duì)于紅外系統(tǒng)更是如此。此外，由于不使用陣列探測(cè)器，像素到像素噪聲被消除了，而這可以極大地提升信噪比（SNR）性能。SNR性能的提高可以在更短時(shí)間內(nèi)獲得更加準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。
　　在一個(gè)使用MEMS技術(shù)的光譜分析系統(tǒng)中，衍射光柵和聚焦元件的功能與之前一樣，但來自聚焦元件的光在MEMS陣列上成像。要選擇一個(gè)用于分析的波長(zhǎng)，一個(gè)特定的光譜響應(yīng)波段被激活，這樣的話，就可以將光引入到單點(diǎn)探測(cè)器中進(jìn)行采集和測(cè)量。
　　如果MEMS器件高度可靠，能夠生成可預(yù)計(jì)的濾波器響應(yīng)，并且在不同的時(shí)間和溫度下保持恒定，那么這些優(yōu)勢(shì)就可以實(shí)現(xiàn)。
　　將一個(gè)DLP? 芯片或數(shù)字微鏡器件（DMD）用作一個(gè)空間光調(diào)制器，并且在一個(gè)光譜分析儀系統(tǒng)架構(gòu)中將其用作MEMS器件的話，可以克服數(shù)個(gè)難題。首先，使用一組鋁制微鏡來接通和關(guān)閉進(jìn)入單點(diǎn)探測(cè)器的光，這在廣泛的波長(zhǎng)范圍內(nèi)是光學(xué)有效的。其次，數(shù)字微鏡的打開和關(guān)閉狀態(tài)由機(jī)械止動(dòng)裝置和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）靜止隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（SRAM）單元的鎖存電路控制，從而提供固定的電壓鏡控制。這個(gè)固定電壓、靜止控制意味著這個(gè)系統(tǒng)不需要機(jī)械掃描或模擬控制環(huán)路，并且能夠簡(jiǎn)化校準(zhǔn)。它還使得光譜分析儀設(shè)計(jì)更能免受溫度、老化或振動(dòng)等錯(cuò)誤源的影響。
　　DMD的可編程屬性具有很多優(yōu)勢(shì)。其中某項(xiàng)優(yōu)勢(shì)會(huì)在進(jìn)行光譜分析儀架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)顯現(xiàn)——如果以被用作濾波器的微鏡的尋址列為基礎(chǔ)。由于DMD分辨率通常高于所需的光譜，DMD區(qū)域會(huì)出現(xiàn)欠填充的情況，并且會(huì)對(duì)光譜過采樣。這使得波長(zhǎng)選擇完全可編程，并且在光引擎出現(xiàn)極端機(jī)械位移的情況下，將額外微鏡用作重新校準(zhǔn)列。
　　此外， DMD是一個(gè)二維可編程陣列，這為用戶提供高度的靈活性。通過選擇不同的列數(shù)量，可以調(diào)節(jié)分辨率和吞吐量。掃描時(shí)間可動(dòng)態(tài)調(diào)整，如此一來，用戶可對(duì)所需波長(zhǎng)進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間、更加詳細(xì)的檢查，從而更好地使用儀器時(shí)間和功能。此外，相對(duì)于固定濾波器器具1，諸如采用的Hadamard圖形等高級(jí)孔徑編碼技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高度的靈活性和更高性能。