Platzsparender Photodetektor für Fitness-Sensoren

Osram führt neue Gehäuse-Plattform für großflächige Photodioden ein

Deutlich weniger Platinenfläche als bisher benötigt die neue Photodiode IR Topled D5140 von Osram Opto Semiconductors. Sie ermöglicht kompaktere Sensoren zur Kontrolle von Gesundheitswerten, beispielsweise in Fitnessarmbändern. Die spektrale Empfindlichkeit der D5140 ist für sichtbares Licht optimiert und erlaubt präzise Messungen der Herzfrequenz mit rotem oder grünem Licht. Das Bauteil eignet sich außerdem sehr gut als Umgebungslichtsensor.

Die IR Topled D5140 ist eine Weiterentwicklung der Photodiode SFH 2440, die Osram Opto Semiconductors vor kurzem für Fitness-Sensoren eingeführt hat. Grundlage des neuen Bauteils ist ein sogenanntes pre-molded package, das an der Gehäuseunterseite gelötet wird. Die bisher angebotenen Gehäuse mussten dagegen an seitlich abstehenden Beinchen gelötet werden. Weil mit dem neuen Design diese Beinchen wegfallen, ist die Topled D5140 mit 5,1 Millimetern (mm) rund 1,4 mm kürzer.

Die elektrischen und optischen Eigenschaften der neuen Photodiode sind identisch mit ihrem Pendant, der SFH 2440. Neben der kurzen Schaltzeit von typisch 90 Nanosekunden ist die für sichtbares Licht optimierte spektrale Empfindlichkeit hervorzuheben. Ihr Maximum liegt bei 620 Nanometer. Im infraroten Spektralbereich ist dagegen die Empfindlichkeit der beiden Photodioden sehr stark unterdrückt.

Präzise Herzfrequenzmessung
Wie die SFH 2440 eignet sich auch die IR Topled D5140 sehr gut für optische Sensoren zur Pulsmessung, beispielsweise am Handgelenk. Dabei strahlt sichtbares Licht an der Hautoberfläche in den Körper ein und wird dort teilweise absorbiert oder auf den Detektor reflektiert. Weil arterielles Blut im Vergleich zum umliegenden Gewebe das Licht stärker absorbiert, verändert sich die Höhe des Detektorsignals mit dem durchstrahlten Blutvolumen. Aus der Periodizität des Signals ergibt sich die Herzfrequenz. Infrarotes Licht, das am Messpunkt aus der Umgebung einstrahlt und im Körper streut, gelangt allerdings ebenfalls auf die Photodiode.

Die Topled D5140 ermöglicht bei dieser Messung ein hervorragendes Signal-Rausch-Verhältnis, denn sie registriert das reflektierte Licht besonders gut und unterdrückt gleichzeitig den infraroten Beitrag. Aufgrund ihrer kurzen Schaltzeit kann das mit der Herzfrequenz modulierte Lichtsignal zeitlich optimal aufgelöst werden. „Mit der IR Topled D5140 können unsere Kunden nun ihre Sensoren kompakter auslegen und dabei die hohe Signalqualität, die ihnen bisher die SFH 2440 bietet, erhalten“, betont Dr. Chris Goeltner, Projektmanager Infrarot bei Osram Opto Semiconductors.

Umgebungslichtsensor
Anwendungen, die bisher großflächige Photodioden wie die SFH 2440 oder SFH 2430 als Umgebungslichtsensor einsetzen, können mit dem neuen Bauteil ebenfalls kleiner ausgelegt werden. Auch für seine Kunden aus dem Automobilbereich möchte Osram demnächst eine Photodiode mit breitbandiger spektraler Empfindlichkeit in dem neuen Gehäuse anbieten.

Technische Daten

Mit einem neuen Gehäuse reduziert Osram Opto Semiconductors die Bauteillänge seiner großflächigen Photodioden um ca. 20 Prozent. Das erste Produkt dieser Reihe ist die für die Erfassung von sichtbarem Licht optimierte IR Topled D5140.
Bild: Osram