标签: 光学模组

毕竟，对所有人来说，健康才是一串0前面的那个“1”。 每天早晨你醒来时，手腕上的智能手表已经记录了你的睡眠质量、心率变化和血氧饱和度等一系列数据。 在“后疫情时代”，自我健康监测、运动健身都愈发重要，而呼吸、心率、血氧饱和度、血压、体温等指标的变动，是人们健康状况变化的前兆。这些数据就像你的私人医生一样，时刻关注着你的身体状况，为你提供个性化的健康建议。 而这也成为可穿戴设备切入大健康领域的“时代红利”。 1、销量与出货均表现出色的可穿戴市场 根据IDC最新发布的《中国可穿戴设备市场季度跟踪报告》显示， 2024年第一季度中国可穿戴设备市场出货量为3,367万台，同比增长36.2% ，伴随销量增长，市场出货节奏明显加快。 图1. 中国腕带市场出货量预测（2024-2028） 图片来源：IDC中国 IDC预计，2024年成人智能手表市场在较为健康库存的基础上，受到新品多样化形态和个性化外观设计的推动将增长19%。短期而言，腕戴市场在运动健康场景的现有成熟技术基础上，进一步强化其配饰属性，通过愈发精致和贴合搭配场合的设计吸引更多消费者购买。 放眼全球，根据IDC最新发布的《全球可穿戴设备市场季度跟踪报告》， 2024年一季度全球可穿戴出货量1.1亿台，同比增长8.8%。 据IDC中国助理研究总监表示，当前可穿戴市场的发展主要围绕为消费者创造更多选择而进行，包括价格的差异化、形态的多样化、表带表壳等配饰的个性化等。 但市场亟待于新的传感技术和算法出现，推动未来的可持续发展。 2、测什么？和怎么测？ 健康监测，其实就是生命体征监测，Vital Signs，包含体温、心率、血氧饱和度、呼吸率、血压等常见指标。 关于在人体哪些位置能够更容易得到优质的健康指标，艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴用这样一幅图总结道（如下所示）。 除了我们所熟知的额头、耳朵、手腕、手指等部位，王亚琴指出目前国外的一些创新应用使用足背位置，利用类似于袜子的产品较为舒适地裹在脚上，为婴儿做包含心率、血氧和体温在内的生命体征监测。 若从终端产品形态来看，手表、手环早已是可穿戴健康产品系列中的“领军人物”。当下，运动耳机有搭载心率监测功能；戒指由于佩戴舒适度较高，更适于做睡眠监测；尽管可抛弃型皮肤贴在国内还并不常用，但在欧美的出货量已经具备相当规模；还有不少健康监测传感器已经和smart clothing结合起来，这都对器件的尺寸、功耗、性能等提出了要求。 3 稳增长的后盾 正如前文IDC预计中提及，以腕戴市场为例，在运动健康场景的现有成熟技术基础上，进一步强化其配饰属性，通过愈发精致和贴合搭配场合的设计来吸引更多消费者购买。 生命体征监测系统的构成离不开光源、传感器、光电二极管、模拟前端、算法、控制单元等多部件。 而艾迈斯欧司朗是可以提供其中大部分模块的（如下图中绿色打钩部分所示）。 特别是对于算法部分，为了协助客户敏捷开发，快速响应市场需求，艾迈斯欧司朗结合其对于医疗行业的深耕优势，有选择性地开发了一些算法，比如心率血氧算法。 在硬件产品端，不论是分立器件还是半集成式模组，艾迈斯欧司朗都能一站式提供。 “集成发射器件和接收器件的半集成式模组——OFE光学前端，因为贴装便捷，可一片式搞定，同时由于没有集成模拟前端AFE，从而保有一定的设计灵活度，而深受特定客户群体的喜欢。” 据王亚琴介绍，自2014年开始，艾迈斯欧司朗每年都会发布系列新品，不断更新其生命体征监测的产品路线图。“对生命体征监测来说，它对LED及PD（发光二极管）的参数需求跟照明领域完全不同，我们是针对该领域的特定需求去对应研发优化，持续提升性能。” 4 因地制宜的产品设计 若要实现通过愈发精致和贴合搭配场合的设计来吸引更多消费者购买，就需要满足各类场景需求的器件。 以光源部分为例（如下图所示），1608封装的FIREFLY®CT DELSS1.12，由于尺寸较小，仅为0.8mm x 1.6mm x 0.6mm，非常适用于耳机、戒指等对空间要求比较高的场合。 而当你要监测血氧时，可能就需要类似SFH 7015这样集成红光和红外光的二合一且小巧的产品。 三合一的SFH 7016，集成了绿光、红光和红外光，目前已在市场上流行。“这款三合一的产品最早是由艾迈斯欧司朗研发出来，它的产品形式和尺寸现在已经成为市场通用。” 此外，在针对部分运动场合，或者对于深色皮肤的消费者来说，其健康监测对绿光的亮度需求更高，因而艾迈斯欧司朗对应推出了四合一产品SFH 7017，其中就包含两个绿光的版本。 不过，两个绿光集合的产品也有其局限性，何不设计一个超高亮度的绿光芯片？ “所以就有了我们2023年推出的新品SFH 7018。” 若是希望在健康监测系统中直接采用电池电压，而不需要加任何的升压电路，就选用SFH 7018A，它的突出优点便是在大电流情况下保持低电压特性，SFH 7018B则是正常电压版本的产品。 从上图左下角的对比表格中，SFH 7018相比SFH 7016在绿光亮度上几乎实现了翻倍，而在红光和红外光的亮度上则分别提升了24%和46%。 健康监测的应用需求有较多细分，有的客户更关注性能，有的客户则可能说成本关键。因此，满足不同客户的需求成为了像艾迈斯欧司朗这样全球领先的智能传感器和发射器厂商的工作重点。 上述对不同细节的考量，在接收端（PD）也是随处可见。 以智能手表为例，不同的形状设计，不同的排布形式，都会对其中所需的器件提出不同的要求，外观、功耗、价格都是需要考量的要素。 此外，艾迈斯欧司朗还在PD端研发了芯片级滤光技术，通过在芯片镀膜（大约5微米厚度），来实现不同的滤光特性。 “我们在可穿戴健康监测中都使用芯片级滤光技术，因为可穿戴本身就更讲求极致性能。” 在类似SFH 7074这样的一片式半集成光学模组中，6个芯片集成在其中，红光、红外光、绿光，2个红外截止的PD和一个全光谱的PD。 因此，在这个产品设计中考虑的细节会很多，比如芯片间距，以及上图产品图中所示用于降低cross talk的挡墙。 “这种黑白镶嵌的产品设计目前整个市场上我们仍是首家推出，白色的发光部分是为了提升它的发光效率，PD部分做成黑色则是为了降低杂散光被接收后所引起的噪声。” 当然，虽然这是半集成式的产品设计，但对于部分客户想要通过分立器件去搭建这部分模块时，仍可参考借鉴其中的设计理念，从而更好实现方案的可靠性和精度。