Optischer Sensormodul

Dieses optische Sensormodul ist ein Bauteil auf Komponentenebene, das für die Integration in ein physiologisches Sensor-Array entwickelt wurde. Seine Funktion besteht darin, physiologische Daten zu erfassen, indem es Licht mit bestimmten Wellenlängen emittiert und das reflektierte, transmittierte oder gestreute Licht von biologischem Gewebe misst. Das Modul integriert typischerweise Lichtquellen (LEDs oder Laserdioden), Fotodetektoren, optische Filter und Signalaufbereitungsschaltungen und ermöglicht die nicht-invasive Überwachung von Parametern wie Blutsauerstoffsättigung, Herzfrequenz, Gewebeperfusion oder anderen optisch erfassbaren physiologischen Indikatoren. Das Modul arbeitet nach dem Prinzip der Photoplethysmographie (PPG) oder ähnlichen optischen Prinzipien. Es emittiert Licht mit Wellenlängen, die üblicherweise im roten und infraroten Bereich liegen (660–940 nm), in biologisches Gewebe. Das Licht interagiert mit Blutgefäßen und Gewebebestandteilen; ein Teil wird von Hämoglobin und anderen Chromophoren absorbiert, der Rest wird gestreut oder transmittiert. Fotodetektoren messen die Intensität des zurückkehrenden Lichts, die mit physiologischen Prozessen wie der Blutpulsation variiert. Signalverarbeitungsalgorithmen extrahieren dann physiologische Parameter aus diesen optischen Messungen. Das Modul zeichnet sich durch eine Fotodetektor-Empfindlichkeit von 0,45–0,55 A/W bei der Spitzenwellenlänge, eine einstellbare LED-Ausgangsleistung von 5–20 mW pro LED, ein Signal-Rausch-Verhältnis von mindestens 60 dB bei 100 Hz Bandbreite und eine konfigurierbare Abtastrate von 100–1000 Hz aus. Es arbeitet mit einer Versorgungsspannung von 3,3–5,0 V DC (typisch 3,3 V) und einer Leistungsaufnahme im aktiven Modus von ≤50 mW. Das Modul ist für einen Betriebstemperaturbereich von -40 bis 85 °C und einen Lagertemperaturbereich von -40 bis 105 °C ausgelegt, mit einer nicht kondensierenden Luftfeuchtigkeit von 5–95 % relative Feuchte. Es bietet eine Schutzart von IP54–IP65 gemäß IEC 60529, was staubdichte und wasserresistente Eigenschaften anzeigt. Die Abmessungen betragen 10,0 × 8,0 × 3,5 mm (L×B×H), das Gewicht liegt bei 1,5–2,5 g ohne Kabel. Zu den hinterlegten Materialien gehören Halbleiter für Fotodetektoren, optisch hochwertiger Kunststoff oder Glas für Linsen und Fenster, Leiterplatten (PCB) sowie LED- oder Laserdioden. Alle aufgeführten Parameter sind Referenzbereiche für Verzeichniszwecke; die tatsächlichen Werte müssen mit dem rechtlichen Hersteller für spezifische Modelle und Anwendungen bestätigt werden.

Das Modul arbeitet nach dem Prinzip der Photoplethysmographie (PPG) oder ähnlichen optischen Prinzipien. Es emittiert Licht mit bestimmten Wellenlängen (üblicherweise rot und infrarot) in biologisches Gewebe. Das Licht interagiert mit Blutgefäßen und Gewebebestandteilen, wobei ein Teil von Hämoglobin und anderen Chromophoren absorbiert wird, während der Rest gestreut oder transmittiert wird. Fotodetektoren messen die Intensität des zurückkehrenden Lichts, die mit physiologischen Prozessen wie der Blutpulsation variiert. Signalverarbeitungsalgorithmen extrahieren dann physiologische Parameter aus diesen optischen Messungen.