歐司朗光電半導體:LED 元件於可佩戴式應用前景樂觀

「量化生活 (Quantified Self)」趨勢日益顯現,人們開始透過數位化的生物醫學資訊監測、管理和追蹤自身的健康和安適狀態。智慧手錶和智慧手環等可佩戴式設備配備光學感測器,可説明消費者收集和測量有關自身的各種生物指標和統計值。與競爭激烈的白光 LED 市場不同,新開拓的可佩戴式設備市場是一塊未開發的新藍海,為 LED 行業帶來了驚人的機遇。

LEDinside 有幸專訪歐司朗光電半導體德國總部工業和經銷部紅外元件的產品行銷主管 Jörg Heerlein 博士。藉由瞭解 LED 感測器領先製造商的未來動態,及其於可佩戴式應用市場的洞察與前景。

 

(左) Jörg Heerlein 博士目前擔任歐司朗光電半導體有限公司(德國雷根斯堡市)工業和經銷部紅外元件的產品行銷主管。


LED 光學感測器如何在可佩戴式設備上測量生物統計值?

那麼 LED 感測器如何測量脈率和血氧飽和度?Jörg Heerlein 博士解釋,主要測量方法是光電容積描記 (PPG),其原理是測量吸收 LED 的反射光。LED 發射不同波長的光,穿過皮膚或其他身體組織後被反射回來,然後被感測器的檢測器捕捉。從反射光收集的資料可提供生物統計讀數,用於確定生理狀態或健康狀態。

使用 PPG 測量脈率時,充分利用了紅細胞的血紅素吸收光這一事實。另外,血管中的血量會隨著心臟泵血時週期性地收縮與舒張而變化。因此,感測器能夠通過從反射光獲取的讀數確定脈率。但是,為了獲得最佳結果,身體的不同部位需要不同波長的 LED 光。例如,綠光 (530nm) 適合佩戴在手腕部位的感測器,而用於手指部位的感測器通常搭載紅光 (660nm) 和紅外光 (940nm)。

 

反射光脈衝測量的原理。感測器發射的光穿過皮膚和組織並被吸收或反射回到檢測器。

 

相同的原理也適用於測量血氧飽和度,光學感測器使用的仍為標準波長的紅光和紅外光。相較於傳統抽取血液樣本檢測血管中氧含量變化,LED 光學感測器提供的這種非侵入性檢測方法更加便捷。

未來 LED 感測器在可佩戴式設備上的新功能

Jörg Heerlein 博士特別強調歐司朗光電半導體最重要的優勢是:能夠設計和供應適合可佩戴式設備尺寸的小型集成式 LED 元件。傳統設計將 LED 光、檢測器和其他元件分離,這對小尺寸的可佩戴式應用而言是一個挑戰。但是,歐司朗光電半導體已成功設計出一個緊湊型解決方案 SFH 7050。此感測器元件包含一個用於讀取血氧水準的檢測器和三顆 LED——綠光 (530nm)、紅光 (660nm) 和紅外光 (940nm)。SFH 7050 採用微型封裝,能夠安裝到智慧手機或其他掌上型裝置上。

而 SFH 7051 更加先進,其承襲與 SFH 7050 相同的設計,但所採用的綠光 LED 晶片基於最新的 UX3 晶片技術,效率更高。因此,這款集成式元件還具有檢測脈率的功能。另外,歐司朗光電半導體正試圖將 UV LED 納入其集成感測器系列,因此,可佩戴式設備使用者未來在戶外也能夠檢測自身接觸紫外線的狀況。

設計 LED 光學感測器用於可佩戴式設備的挑戰

受訪過程中,Jörg 博士表示 LED 光學感測器在生物監測應用方面的前景非常樂觀,但他同時強調研發人員目前仍面臨幾大挑戰。在 Heerlein 看來,對生物監測感測器而言,如何取得可信賴的資料是最大的研發障礙,因為這涉及到醫療領域的專業知識。其他擔憂還包括讀取軟體的精確度和硬體設計。

在可佩戴式設備開發中,LED 光學感測器硬體設計並非總是最關鍵的挑戰,不同的可佩戴式設備製造商可能最終要在功耗與可信賴的資料讀取之間取捨。另外,設計一個系統驗證感測器所收集的資料也需要研發人員進行長期的研究與測試。


由於 LED 光學感測器市場前景樂觀,歐司朗光電半導體在研發和測試相關產品方面已投入大量的資源和人力。Jörg Heerlein 博士認為可佩戴式應用市場擁有成長空間,並希望歐司朗取得令人矚目的成果。


(作者:LEDinside 研究室主任 Roger Chu / 翻譯人員:TrendForce 編輯 Thomas Hsu / 編輯:LEDinside 主編 Judy Lin)
 

 

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