“DLP DMD技术助力　光谱检测应用更趋多元”

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现有的光谱检测装置不仅大型，而且价格昂贵，因此光谱检测成为仅限于实验室的技术，但随着数字光源解决( dlp )技术和数字微镜器件( dmd )的出现，现在光谱检测装置

光谱检测是透过光线不同波长的吸收和反射/放射的变化，迅速识别某物体中含有的物质成分的强有力的非接触技术。 现有的光谱检测装置不仅大型，而且价格昂贵，因此光谱检测技术成为仅限于实验室的技术，但随着数字光源解决( dlp )技术和数字微镜器件( dmd )的出现，现在光谱检测装置

光谱检测应用多元衣食住行均发挥空间

光谱检测的工作原理是将光分配到空之间分散的波段，将其照射到被测定物上，注意对不同波长的光波如何反应，通过数据库进行对照，确认被测定物中含有的物质成分的技术。 除了可见光以外，近红外线( nir )和短波红外线( swir )范围的分子振动模式信息特别丰富。 这种分子光谱的应用是因为利用这个波长范围进行检测事业。

图1是光谱检测的概念示意图，根据上述事业原理，测量者很快就会检测出被测量物内的物质成分。 此图还显示了dlp dmd镜像阵列如何部署光谱的可视化方法。 该阵列本质上是可编程的波长选择滤波器，实现光谱检测所需的光谱功能。

图1光谱检测利用光暴露材料的特征。

光谱检测技术可应用于许多工业、医疗及科学行业。 这个名单还在继续扩大。 随时推出价格低廉、性能高、经济实惠的分光计，产生新的应用程序。 目前，经常采用光谱检测技术的个别产业有制药行业、食品和农业、石化业、制造业(化学和塑料)、医疗业、保全业等。

除了检查某特定物质是否存在于被测定物之外，光谱检查还可以用于检查材料的质量，例如检查物体中某特定物质的浓度，评价其含量是否超过基准。 主成分分解( pca )和化学计量相结合，也可以分解测量对象物的完美化学成分。

现有的光谱处理方案各有缺陷。

光谱技术分为包括放射(亮线)光谱检查在内的多个种类，主要用于元素分解的直接吸收或反射光谱的检测主要用于分子分解。 分子分解的拉曼光谱检查。

除了各种光谱检测技术外，检测设备的光学和检测方法的设计也大不相同。 分光器设计中的光学元件包括反射镜和透镜，也使用透射反射光栅将光分散到其构成波长。 但是，选择记录强度和波长数据的传感器是个大课题。

图2是使用了旋转光栅和单一元素检测器的分光计。

图3使用阵列检测器的分光计。

ir范围(特别是波长超过1μm的光波)需要采用越来越多的外部半导体，但阵列检测器价格高、分辨率低，难以获得。 根据情况，为了降低价值成本，传感器可能有像素的缺点，或者像素与像素不一致，但是分光计能发挥的性能受到限制。

大多数nir和ir光谱处理方案(特别是超过1.7μm的光波)必须积极将传感器的温度降低到环境温度以下，以降低暗电流的影响，改善动态范围。 这通常可以在一个阶段或多个阶段的恒温器( tec )中实现。

阵列检测器在某个波长范围内可以得到优异的结果，但nir和ir范围需要昂贵且低分辨率的外部半导体检测器阵列，使用阵列检测器的nir和ir型分光计的处理方式的价格上升，对性能有限制。

dlp突破现有技术的瓶颈

从分光计设计的历史来看，dlp dmd是一种理想的处理方案，可以应对上述许多问题。 此外，该公司最近推出了dlp4500nir。 该产品是第一个近红外线微镜元件( mems )数字镜像元件( dmd )，推出了dlp nirscan平台，让开发者设计了新一代高效、符合成本效益的光谱处理方式。

dmd是由数十万到数百万个微镜组成的阵列。 dlp dmd独特的体系结构允许光谱仪使用单个大探测器代替昂贵的阵列探测器，支持坚固耐用、无移动部件的光学平台。

. dlp dmd处理方式提供了比现有分光计处理方式更多的优点。 这包括dmd的列数比阵列中的可用数量多。 这是因为这个波长分辨率比阵列探测器高。

. dmd型分光计处理方案的检测器面积和光线捕捉效率大于阵列检测器。 dmd提供的受光面积比窄阵列检测器大(垂直于色散光谱)。 这是因为可以从样品中捕捉到越来越多的光。 dmd可以采用更大尺寸的单像素检测器( 13mm )，但阵列检测器的像素尺寸通常为3050μm。

在指定的测量时间内，dlp处理方案可以达到更好的信噪比( snr )，设计者可以在更短的时间内进行更准确的测量，测量新的物质或难以检测的物质。 有些阵列检测器通常需要0.5秒到1秒(最多10秒)的集成时间，但这些检测器的营销广告声称获取时间为10毫秒。 采用dlp时，完全扫描不到0.5秒即可，可以提供预期的snr。

. dmd型分光计可以校正杂散光排除的效果，藉将其优化，比非dmd型系统便宜。

. dlp技术提供的单因素检测器方法消除了像素缺陷和不匹配引起的检测错误。 这些问题经常出现在低价格的基于阵列的处理方案中。 dlp分光计可以在组装时用软件校准，在各种温度、年限、机械振动的环境下维持稳定。 另外，dmd分光计的简单机械结构和耐久性特征可以简化制造和校准过程，软件式校准在量产时确保各装置具有一贯的性能。

可编程的功能越来越具有灵活性

可编程dlp dmd使光谱仪设计师能够享受更多的灵活性，设计简单复杂的扫描模式，在单点设备上测量更多的物质。 dlp架构实现了自适应扫描技术，该技术在阵列检测器和旋转光栅的设计中无法实现。 另外，软件根据以前的测量结果调整扫描方法，不仅延长了扫描时间，还实现了更“实时优化”的分析方法，带来了更大的灵活性。 常见的实现方法包括:

自动调整snr，继续snr扫描:动态调整扫描速率和停留时间，在光谱的各种子范围内调整，就可以实现这个目标。

.自动光学通量控制:通过改变直栏的反射镜数(直栏高度)，可以调整反射通量的大小。

.控制“工作中”分辨率和波长范围:如果要扫描变更扫描线列的宽度、根据申诉变更分辨率的光谱的子范围，则可以以比周围不相关的范围高的分辨率进行扫描。

.具有多重模式的化学计量法:将计算出的模式组合依次应用于dmd，调查化学物质特有的光谱特性。

另外，dmd可以使用大的单一检测器代替昂贵的阵列检测器，大幅降低分光计的价格，也提高了功能。 另外，dmd型分光计的简单机械结构和耐久性特征可以简化制造和校准过程，软件式校准确保批量生产时各装置获得一致的性能。

高效/弹性谱处理方式加快dlp应用

dlp技术为光谱应用提供了很多优点，但使用dlp技术后克服了多个现有分光计在设计上的不足。 藕通过dlp技术，现在设计者可以设计出兼具高性能、耐久性、弹性、价格效果的光谱检测系统。

(本文作者在德克萨斯仪器工作)