Kompakter Osram-Sensor verbessert Fitnesskontrolle

Der SFH 7050 ist der erste integrierte optische Sensor von Osram Opto Semiconductors für selbstständiges Fitness-Tracking. Zur Anwendung kommt der Sensor in mobilen Geräten, wie Smartwatches oder Fitnessarmbändern, und vereinfacht beispielsweise während des Joggens individuelle Herzfrequenz- oder Pulsmessungen.

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Der integrierte Sensor SFH 7050 vereint drei Emitter und eine Photodiode in einem kompakten Bauteil [Bild: Osram GmbH]

Individuelle Pulsmessung mit nur einem Bauteil: der integrierte optische Sensor SFH 7050 [Bild: Osram GmbH]

Der Sensor beinhaltet drei Leuchtdioden mit unterschiedlichen Wellenlängen, basierend auf hocheffizienter Chiptechnologie. Diese hilft, Strom zu sparen und bietet zudem eine hohe Signalqualität für besonders zuverlässige Messungen. Ein eingebauter Photodetektor empfängt die reflektierten optischen Signale und ist durch eine undurchsichtige Barriere von den Emittern getrennt.

Die im Sensor eingebauten drei Emitter weisen Wellenlängen von 530 nm (grün), 660 nm (rot) und 940 nm (infrarot) auf. Mit diesen können der Puls am Handgelenk oder Finger sowie der Blutsauerstoffgehalt am Finger gemessen werden. Durch die individuelle Ansteuerungsmöglichkeit aller Emitter lässt sich der Sensor für verschiedene Anwendungsfälle einsetzen. Bei der Herzfrequenzmessung am Handgelenk hat sich die Verwendung von grünem Licht etabliert. Bei Messungen am Finger setzt man meist rote und infrarote Emitter ein, da sich damit gleichzeitig der Blutsauerstoffgehalt (Pulsoxymetrie) bestimmen lässt.

Konsistente Messungen aufgrund minimaler Toleranzen
Jeder der drei Emitter basiert auf der hocheffizienten Dünnfilm-Chiptechnologie mit engen spektralen Bandbreiten von etwa 30 nm. Die rote LED ist mit einer Wellenlängentoleranz von nur ±3 nm spezifiziert. „Bei der Bestimmung des Blutsauerstoffgehalts hängt die Lichtabsorption des Bluts stark von der Wellenlänge des Lichts ab. Die geringen Toleranzen der roten LED erlauben daher mit dem neuen Sensor präzise Messungen“, erklärt Dr. Jörg Heerlein, Senior Manager Produktmarketing bei Osram Opto Semiconductors.

Kompakte Photodiode für kleine Bauteile
Die in den Sensor (4,7 mm x 2,5 mm x 0,9 mm) integrierte Photodiode weist eine aktive Fläche von 1,3 mm x 1,3 mm auf. Damit ist die Diode einerseits sehr lichtempfindlich, auf der anderen Seite ist so ein sehr kompaktes Bauteil möglich. Besonders hervorzuheben sind ihre hohe Linearität und das sehr gute Signal-Rausch-Verhältnis.

Zusätzlich kann die infrarote LED in Kombination mit der Photodiode als Näherungssensor dienen, um die Messung automatisch zu starten oder zu stoppen, sobald der Sensor die Haut berührt bzw. entfernt wird. Die integrierte optische Barriere verhindert zudem ein Übersprechen von den drei LED auf die Photodiode und damit eine Verfälschung des optischen Signals bzw. der gesamten Messung.

Osram Opto Semiconductors auf der electronica 2014, Halle A3, Stand 110.