“量化生活 (Quantified Self)”趋势日益显现，人们开始透过数位化的生物医学资讯监测、管理和追踪自身的健康和安适状态。智慧手表和智慧手环等可佩戴式设备配备光学感测器，可说明消费者收集和测量有关自身的各种生物指标和统计值。与竞争激烈的白光LED市场不同，新开拓的可佩戴式设备市场是一块未开发的新蓝海，为 LED行业带来了惊人的机遇。
LEDinside 有幸专访欧司朗光电半导体德国总部工业和经销部红外元件的产品行销主管 Jörg Heerlein 博士。借由了解 LED感测器领先制造商的未来动态，及其于可佩戴式应用市场的洞察与前景。
(左) Jörg Heerlein博士担任欧司朗光电半导体有限公司（德国雷根斯堡市）工业和经销部红外元件的产品行销主管。
LED光学感测器如何在可佩戴式设备上测量生物统计值？
那么LED感测器如何测量脉率和血氧饱和度？Jörg Heerlein博士解释，主要测量方法是光电容积描记 (PPG)，其原理是测量吸收LED的反射光。LED发射不同波长的光，穿过皮肤或其他身体组织后被反射回来，然后被感测器的检测器捕捉。从反射光收集的资料可提供生物统计读数，用于确定生理状态或健康状态。
使用PPG测量脉率时，充分利用了红细胞的血红素吸收光这一事实。另外，血管中的血量会随着心脏泵血时周期性地收缩与舒张而变化。因此，感测器能够通过从反射光获取的读数确定脉率。但是，为了获得最佳结果，身体的不同部位需要不同波长的LED光。例如，绿光 (530nm) 适合佩戴在手腕部位的感测器，而用于手指部位的感测器通常搭载红光 (660nm) 和红外光 (940nm)。
反射光脉冲测量的原理。感测器发射的光穿过皮肤和组织并被吸收或反射回到检测器。
相同的原理也适用于测量血氧饱和度，光学感测器使用的仍为标准波长的红光和红外光。相较于传统抽取血液样本检测血管中氧含量变化，LED光学感测器提供的这种非侵入性检测方法更加便捷。
未来LED感测器在可佩戴式设备上的新功能
Jörg Heerlein博士特别强调欧司朗光电半导体最重要的优势是：能够设计和供应适合可佩戴式设备尺寸的小型集成式LED元件。传统设计将LED光、检测器和其他元件分离，这对小尺寸的可佩戴式应用而言是一个挑战。但是，欧司朗光电半导体已成功设计出一个紧凑型解决方案SFH 7050。此感测器元件包含一个用于读取血氧水准的检测器和三颗LED——绿光 (530nm)、红光 (660nm) 和红外光 (940nm)。SFH 7050采用微型封装，能够安装到智慧手机或其他掌上型装置上。
而SFH 7051更加先进，其承袭与SFH 7050相同的设计，但所采用的绿光LED晶片基于最新的UX3晶片技术，效率更高。因此，这款集成式元件还具有检测脉率的功能。另外，欧司朗光电半导体正试图将UV LED纳入其集成感测器系列，因此，可佩戴式设备使用者未来在户外也能够检测自身接触紫外线的状况。
设计 LED 光学感测器用于可佩戴式设备的挑战
受访过程中，Jörg博士表示LED光学感测器在生物监测应用方面的前景非常乐观，但他同时强调研发人员目前仍面临几大挑战。在Heerlein看来，对生物监测感测器而言，如何取得可信赖的资料是最大的研发障碍，因为这涉及到医疗领域的专业知识。其他担忧还包括读取软体的精确度和硬体设计。
在可佩戴式设备开发中，LED光学感测器硬体设计并非总是最关键的挑战，不同的可佩戴式设备制造商可能最终要在功耗与可信赖的资料读取之间取舍。另外，设计一个系统验证感测器所收集的资料也需要研发人员进行长期的研究与测试。
由于LED光学感测器市场前景乐观，欧司朗光电半导体在研发和测试相关产品方面已投入大量的资源和人力。Jörg Heerlein 博士认为可佩戴式应用市场拥有成长空间，并希望欧司朗取得令人瞩目的成果。（作者：LEDinside 研究室主任 Roger Chu / 翻译人员：TrendForce 编辑 Thomas Hsu / 编辑：LEDinside 主编 Judy Lin）
如需获取更多资讯，请关注LEDinside官网（www.ledinside.cn）或搜索微信公众账号（LED在线）。
