光譜檢測設備微型化（一）

　　紅外線光譜檢測技術可以為使用者帶來許多價值，例如食品/藥品的成分，甚至珠寶的真偽，都逃不過該技術的法眼，而且只要短短幾秒就能得知分析結果。因此，半導體廠非常看好該技術在手機應用上的發展潛力，正積極克服技術與應用上的瓶頸。

　　由于光譜檢測可以在不破壞樣品的前提下檢測出待測物的物質成分，因此光譜儀一直是許多物質分析實驗室必備的基本儀器之一。不過，傳統光譜檢測儀為了盡可能從更大的波長范圍內取得物質的紅外線波長特征，因此其光機系統設計相對復雜，設備尺寸很難縮小。

　　針對上述問題，德州儀器(TI)已利用其所發明的數位光源處理技術(DLP)大幅改良了光譜儀的光機設計，讓光譜儀變成可以放在口袋里的小型儀器，成本也大幅降低。另一家類比晶片大廠亞德諾(ADI)則想得更遠，要將光譜檢測功能變成可以被整合到手機等行動裝置里的超小型硬體模組。

　　圖1 亞德諾亞太區系統應用經理劉憲杰表示，透過演算法輔助及縮減頻寬，紅外線光譜檢測設備可以做得非常小巧。

　　跳脫傳統框架 光譜檢測設備微型化

　　亞德諾亞太區系統應用經理劉憲杰(圖1)表示，提到紅外線光譜檢測，業界總是會聯想到實驗室里的光譜儀。但如果從光譜檢測技術的原理與光的物理特性出發，不要被傳統光譜儀的硬體框架限制住，就能開發出尺寸更小，可以被整合到手機等可攜式裝置的解決方案。

　　每一種物質遇到紅外線時，都會吸收特定波長的紅外線，這是紅外線光譜檢測技術之所以能用來檢測物質成分的基本工作原理。但事實上各種物質除了會吸收一種特定波長的紅外線之外，同時也會吸收該特定波長的倍數波長。換言之，如果用頻域的角度來看，當一個物質被紅外線照射到時，除了對應的主頻會被吸收外，正好位在諧波頻率的紅外線也會被吸收，其概念就像電子訊號的主頻與諧波。

　　因此，如果光譜檢測設備探測到某種諧波存在，一樣可以確定某種對應物質存在。這對設計微型紅外線光譜檢測設備而言是一大福音，因為這意味著設備不一定要具備非常寬廣的頻寬，也足以檢測出各種物質。這種“窄頻”光譜儀的光機跟感測系統設計可以大幅簡化，尺寸也明顯縮小。亞德諾與Consumer Physics合作開發的SCiO紅外線物質感測裝置，就是這種窄頻光譜感測裝置(圖2)。

圖2　SCiO是一種窄頻紅外線光譜儀，這也是SCiO能夠微型化的關鍵所在。

　　擺脫專業判讀限制要靠大數據累積

　　雖然硬體尺寸的問題找到解決方向，但感測器資料的判讀仍是一大應用瓶頸。在現實生活中，很多物體都不是由純物質構成。因此，感測器所讀取到的資料波形往往相當復雜，而且隨著紅外線照射部位不同，即便是同一個待測物，測出的數值也會有所變化。此外，如果是用來量測農產品，個別待測物之間的數值也會有不小的改變。這些變數都會增加數據判讀的難度。