在近紅外（NIR）光譜分析領域中，一個將便攜性與高性能實驗室系統的準確性和功能性組合在一起的系統將極大地改進實時分析。由一塊電池供電的小型手持式光譜分析儀的開發可以實現對工業過程、或食品成熟度的評估在現場進行更有效的監控。

大多數色散光譜分析測量在一開始采用的都是同樣的方式。被分析的光通過一個小狹縫；這個狹縫與一個光柵組合在一起，共同控制這個儀器的分辨率。這個衍射光柵專門設計用于以已知的角度反射不同波長的光。這個波長的空間分離使得其它系統可以根據波長來測量光強度。

傳統光譜測量架構的主要不同之處在于散射光的測量方式。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）探測器，以及（2）將散射光在一組探測器上成像。

使用MEMS技術的方法

使用具有一個單點探測器、基于光學微機電系統 （MEMS） 陣列技術的全新方法可以克服傳統光譜分析方法中的很多限制。在基于單點探測器的系統中，一個固態光學MEMS陣列用簡單、空間波長濾波器取代了傳統的電動光柵。這個方法可以在消除精細控制電動系統中問題的同時，利用單點探測器的性能優勢。近些年，此類系統已經投入生產，其中，掃描光柵被取代，并且MEMS器件過濾每一個特定波長進入單點探測器。這個方法在實現更加小巧和穩健耐用光譜分析儀的同時，也表現出很高的性能。

相對于線性陣列探測器架構，光學MEMS陣列的使用具有數個優勢。首先，可以使用更大的單元素探測器，以提高采光量，并極大降低系統成本和復雜度，這對于紅外系統更是如此。此外，由于不使用陣列探測器，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間內獲得更加準確的測量結果。

在一個使用MEMS技術的光譜分析系統中，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。要選擇一個用于分析的波長，一個特定的光譜響應波段被激活，這樣的話，就可以將光引入到單點探測器中進行采集和測量。

如果MEMS器件高度可靠，能夠生成可預計的濾波器響應，并且在不同的時間和溫度下保持恒定，那么這些優勢就可以實現。

將一個DLP? 芯片或數字微鏡器件（DMD）用作一個空間光調制器，并且在一個光譜分析儀系統架構中將其用作MEMS器件的話，可以克服數個難題。首先，使用一組鋁制微鏡來接通和關閉進入單點探測器的光，這在廣泛的波長范圍內是光學有效的。其次，數字微鏡的打開和關閉狀態由機械止動裝置和互補金屬氧化物半導體（CMOS）靜止隨機訪問存儲器（SRAM）單元的鎖存電路控制，從而提供固定的電壓鏡控制。這個固定電壓、靜止控制意味著這個系統不需要機械掃描或模擬控制環路，并且能夠簡化校準。它還使得光譜分析儀設計更能免受溫度、老化或振動等錯誤源的影響。

DMD的可編程屬性具有很多優勢。其中某項優勢會在進行光譜分析儀架構設計時顯現——如果以被用作濾波器的微鏡的尋址列為基礎。由于DMD分辨率通常高于所需的光譜，DMD區域會出現欠填充的情況，并且會對光譜過采樣。這使得波長選擇完全可編程，并且在光引擎出現極端機械位移的情況下，將額外微鏡用作重新校準列。

此外， DMD是一個二維可編程陣列，這為用戶提供高度的靈活性。通過選擇不同的列數量，可以調節分辨率和吞吐量。掃描時間可動態調整，如此一來，用戶可對所需波長進行更長時間、更加詳細的檢查，從而更好地使用儀器時間和功能。此外，相對于固定濾波器器具1，諸如采用的Hadamard圖形等高級孔徑編碼技術，可實現高度的靈活性和更高性能。

總之，與目前的光譜分析系統相比，使用DMD的光譜分析器件可實現更高分辨率、更高靈活性、更加穩健耐用、更小的外形尺寸和更低的成本，從而使得它們對于廣泛的商業和工業應用更有吸引力。

單探測器架構消除噪聲

目前基于線性陣列的光譜分析儀主要受到兩個因素的限制。首先，探測器的波長選擇受到像素孔徑的限制。探測器的尺寸決定了采集到的光量，從而影響SNR。諸如Hamamatsu G9203-256的常見磷化砷鎵銦（InGaAs）256像素線性陣列的尺寸為50微米 x 500微米。相反地，一個數字微鏡陣列是一個完全可編程的矩陣，可以針對應用來配置列的數量和掃描技術。這可以將更大的信號呈現給通常與DMD一同使用的更大的1毫米或2毫米的單點探測器。將窄帶光過濾到一個線性陣列中——通常是50微米寬像素——也許會出現串擾的問題。像素到像素干擾會成為讀取過程中產生噪聲的主要原因。這些干擾可通過單探測器架構消除。此外， 通過利用1kHz至4kHz的數字微鏡掃描速度，單點探測器可以達到與平行多點采樣相類似的駐留時間。對于基于MEMS ——或基于DMD——的緊湊型光譜分析儀引擎，結果顯示SNR的范圍大于10000:1。

對于超級移動光譜分析儀十分關鍵的小型、高分辨率2D MEMS陣列

為了盡可能地提高性能，用戶需要考慮可被用于將光線反射至探測器的MEMS總面積。然后，將這個面積與可用單點探測器孔徑尺寸仔細匹配。

一個采用5.4微米微鏡的DMD具有超過40萬個可用像素，并且可以針對700納米至2500納米的波長進行優化。該款DMD是DLP2010NIR，它采用一個被稱為TRP的全新像素架構。如圖1中所見，這個像素提供17度的傾斜角。DLP2010NIR在一個評估模塊中運行；這個評估模塊提供針對光譜分析應用場景的獨特光學架構。一個利用17度接通和關閉角度的光學路徑可以用一個盡可能減少散射光的小巧引擎實現高性能感測分辨率。