Blut, Schweiß und Tränen: Die Innovation hinter den Multiwellenlängen-LED-Paketen von Ushio
12 Okt 2020
Ushios Epitex-Abteilung hat die größte Auswahl an Leuchtdioden auf dem Markt entwickelt. Der umfangreiche Katalog deckt alle violetten, sichtbaren und infraroten (IR) Wellenlängen von 365 Nanometern (nm) bis 1.750 nm ab und bietet Ihnen einen One-Stop-Shop für LEDs mit einer und mehreren Wellenlängen. Ushio ist bekannt für seine kundenspezifischen Anpassungsmöglichkeiten und erstklassige Produktqualität und bietet eine beispiellose Produktauswahl sowie die Fähigkeit, für jede Anwendung eine individuelle Lösung zu finden. Ob Sie einen einzelnen Hochleistungschip oder bis zu drei Chips mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen benötigen – Ushio findet die passende Lösung für Ihre individuellen Anforderungen.
Die standardmäßigen Multichip-LED-Produkte von Epitex fallen in die Gehäusefamilien SMT und Mould Type. Diese LEDs können zwei oder drei Wellenlängen gleichzeitig emittieren und eignen sich daher perfekt für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. Vitalparametersensoren und andere medizinische Geräte. Form-LEDs gelten als typischer Standard für engwinklige Lichtabstrahlung; diese LED-Bauform weist jedoch eine recht große Gehäusehöhe auf. Bei beengten Platzverhältnissen sind SMT-LEDs aufgrund ihres kürzeren und platzsparenden Gehäuses der bevorzugte Standard.
Für Anwendungen, die eine höhere Mehrfarben-Ausgangsleistung erfordern, wie z. B. die automatische Nummernschilderkennung (ANPR), entwickelt und fertigt Ushio kundenspezifische SMBB-Mehrchip-Gehäuse und EDC-LEDs, bei denen ein geringerer Platzbedarf erforderlich ist. Zusätzlich können Fotodioden in die kundenspezifischen Gehäuse integriert werden, um neben der Lichtemission auch sensorische Messungen und Analysen zu ermöglichen. Weitere kundenspezifische Optionen umfassen Gehäuseform, -typ und Anzahl der lichtemittierenden Chips.
Warum sollten Sie sich für ein Multi-Chip-LED-Produkt von Ushio Epitex für Ihre Anwendung entscheiden?
- Bis zu drei verschiedene Wellenlängen werden von einem einzigen Gehäuse emittiert
- Kleinerer Platzbedarf als bei mehreren Single-Chip-LEDs in separaten Gehäusen
- Flexible Beleuchtungsmuster sind durch unabhängig angesteuerte Chips möglich
- Anpassungsoptionen ermöglichen die Erweiterung um zusätzliche Wellenlängen und Fotodioden für Anwendungen, die komplexe Messungen und Analysen erfordern
Einsatz von Multi-Chip-LEDs von Ushio in Blutsauerstoffsensoren und Herzfrequenzmessgeräten
Zur Messung der Blutsauerstoffsättigung wird bei der Oximetrie üblicherweise die Lichtabsorption des arteriellen Blutes bei Einwirkung bestimmter Wellenlängen, typischerweise 660 nm sichtbarem Rotlicht und 940 nm Infrarotlicht, überwacht. Das eisenreiche Protein Hämoglobin, das in Form der roten Blutkörperchen für die Sauerstoffverteilung im menschlichen Körper verantwortlich ist, weist im vollständig oxidierten Zustand (Oxyhämoglobin – HbO2) oder bei drastisch reduziertem Sauerstoffgehalt (Desoxyhämoglobin – Hb) deutlich unterschiedliche Eigenschaften auf.
Diese Zustandsänderungen wirken sich direkt auf die vom Blut absorbierte Lichtmenge aus und ermöglichen es Fachleuten, festzustellen, ob der Oxidationsgrad Anlass zur Sorge gibt. Genauer gesagt absorbiert Oxyhämoglobin mehr IR-Wellenlängen und reflektiert mehr sichtbares Rotlicht als desoxygeniertes Hämoglobin und umgekehrt.
Typischerweise sind die 660-nm- und 940-nm-Emitter mit einer einzigen Fotodiode ausgestattet und werden abwechselnd aktiviert. Um die Absorptionsunterschiede deutlich zu machen, können Entwickler ein flexibles Beleuchtungsmuster entwerfen, bei dem jeder Emitter unterschiedlich lange aktiv ist.
So erhält der Endnutzer ein LED-Paket, das perfekt auf seine Bedürfnisse abgestimmt ist. Bei Herzfrequenzmessgeräten werden grüne Wellenlängen von etwa 525 nm bevorzugt, da Hämoglobin bei dieser Wellenlänge die höchste Lichtabsorptionsrate aufweist. Darüber hinaus ermöglichen Multi-Chip-LED-Pakete eine deutliche Größenreduzierung tragbarer Sensorgeräte dank weniger LED-Paketen, geringerem Platzbedarf und dem oben beschriebenen flexiblen Beleuchtungsmuster.
Unterstützung von Medizinexperten und OEMs für präzise Probentestgeräte
Probentests, wie beispielsweise die routinemäßige Untersuchung der Eigenschaften von Blut und Urin, spielen eine wichtige Rolle bei der Analyse von Probeninhaltsstoffen. Ein zentraler Bestandteil davon ist die Fluoreszenzspektroskopie. Diese Analysemethode ermöglicht es Medizinern, die Konzentration verschiedener Verbindungen in der Probe zu bestimmen.Grundlegende Voraussetzung der Fluoreszenzspektroskopie ist die Anwendung elektromagnetischer Strahlung auf eine Lösung, um die Elektronen in bestimmten Verbindungen anzuregen. Durch diesen Energietransfer emittieren die Elektronen Licht. Obwohl diese neuartige Technik nicht-invasiv ist, hat sie sich einen guten Ruf für die schnelle Diagnose bestimmter Krebsarten erworben.
Traditionell wurde die Fluoreszenzmessung von Metallhalogenid- oder Quecksilberlampen, Xenonlampen und Lasern beherrscht. Die Dominanz dieser Lichtquellen, insbesondere in der Fluoreszenzmikroskopie, muss sich heute jedoch auch mit dem geringen Platzbedarf von Hochleistungs-Multichip-LEDs auseinandersetzen. LED-Lichtquellen haben eine sehr lange Lebensdauer und einen minimalen Platzbedarf, insbesondere im Vergleich zu Quecksilber- oder Xenonlampen. Ihre Hauptvorteile liegen jedoch in der minimalen Wärmeentwicklung, der nahezu monochromatischen Wellenlängenemission und der Ozonfreiheit. Diese Faktoren werden insbesondere von Erstausrüstern (OEMs) medizinischer Geräte geschätzt.
Durch den Einsatz mehrerer Reagenzien, d. h. der in der Testanalyse verwendeten Verbindungen, werden umfangreiche Informationen aus der Probe extrahiert. Jedes Reagenz interagiert mit einer anderen Lichtwellenlänge; daher wird eine LED mit mehreren Fluoreszenzanregungswellenlängen benötigt. Die am häufigsten nachgefragten Anregungswellenlängen sind 405 nm, 525 nm und 640 nm.
In den Jahren 2020–2022 wurde in der Medizinwissenschaft dieser LED-Typ besonders häufig für seine Anwendung im Polymerase-Kettenreaktionstest (PCR) eingesetzt. Obwohl es mehrere Methoden zum Nachweis des neuen Coronavirus SARS-CoV-2 gibt, ist der PCR-Test die am weitesten verbreitete und gilt als die zuverlässigste. Bei dieser Methode wird ein kleiner Teil des Coronavirus entnommen und wiederholt repliziert, in der Hoffnung, in einer bestimmten Probe dasselbe genetische Material nachweisen zu können. PCR-Tests sind äußerst empfindlich, sodass das Virus in der Probe nachgewiesen werden kann, auch wenn die Person noch keine große Menge davon in sich trägt. Dies bedeutet nicht, dass ein Virus sofort nachgewiesen werden kann, da zum Zeitpunkt des Tests genügend Viren in Nase und Rachen vorhanden sein müssen. Der PCR-Test soll etwa ein bis zwei Tage vor dem Auftreten der ersten Symptome von COVID-19 wirksam sein.
Sortieren: Ushios LEDs erreichen den kurzwelligen Infrarotbereich
Eine weitere Anwendung, die sich besonders für Ushios Epitex-LEDs eignet, ist die Messung des Wasser- und Zuckergehalts in verarbeiteten Lebensmitteln, Obst und Gemüse. Der Einsatz von kurzwelligen Infrarot-LEDs (SWIR) in Kombination mit einem SWIR-Kamerasystem hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Wie bei der Messung der Blutsauerstoffsättigung werden Wellenlängen mit und ohne Absorption der Zielverbindung in einem einzigen LED-Paket vereint. Wasser hat eine hohe Absorptionsrate im Wellenlängenbereich um 1.450 nm, während Zucker im Bereich von 1.500 nm bis 1.650 nm mehr Licht absorbiert. Multi-Chip-LEDs bieten die genaueste Beleuchtung für präzise Messungen in diesem Bereich.
Jedes Material, ob organisch oder künstlich, hat eine andere molekulare und chemische Zusammensetzung. Verschiedene Strukturen reflektieren oder absorbieren SWIR-Strahlen in unterschiedlichem Maße. Dies ermöglicht es uns, Maschinen zu lehren, Objekte in einem Sortierprozess zu identifizieren. Viele organische Materialien absorbieren den größten Teil der Strahlung im Wellenlängenbereich von 1.000 nm bis 1.750 nm. Werden mehr Strahlen absorbiert, wie bei Materialien mit hohem Feuchtigkeitsgehalt wie Obst und Gemüse, erscheint bei der Aufnahme durch ein SWIR-Bildgebungsgerät ein dunkleres Bild; Materialien oder Substanzen, die mehr Strahlen reflektieren, erscheinen dagegen heller. Diese Art der Spektroskopie kann zur Erkennung und Messung des Wassergehalts eingesetzt werden, um Obst in einer Produktionslinie von Fremdkörpern zu trennen oder zwischen den verschiedenen Polymeren in einer Kunststoffrecyclinganlage zu unterscheiden.
Sobald die erwartete Absorption bei 1.050 nm gemessen und in die Software der Maschinensortierung eingegeben wurde, kann die Maschine angewiesen werden, alles, was ihr Sichtfeld mit der entsprechenden Lichtabsorption passiert, entweder anzunehmen oder abzulehnen. Dies kann auch in der Produktqualitätskontrolle eingesetzt werden, um Artikel zu identifizieren, die aus dem richtigen Material bestehen, aber vor dem Sortierprozess beschädigt wurden. Ein gängiges Beispiel für dieses Verfahren ist die Inline-Obstsortierung. Ein Apfel kann unter der Schale eine Druckstelle aufweisen, die für das menschliche Auge unsichtbar ist. SWIR-Vision kann diesen Defekt jedoch dem Sensorgerät aufzeigen und die Entfernung des Apfels aus der Produktionslinie auslösen, ohne dass ein Mensch ihn manuell suchen muss. Dank dieser Feuchtigkeitserkennung kann sogar der Reifegrad verschiedener Produkte gemessen und beim Transport auf einem Förderband berücksichtigt werden. Ushios rekordverdächtige SMBB1050GD 700 mW LED eignet sich hervorragend für diese spezielle Anwendung.
Während die Wellenlänge von 1.050 nm ideal für die feuchtigkeitsbasierte Lebensmittelsortierung ist, bietet Ushio eine breite Palette an LEDs für SWIR-Anwendungen an, die alle Wellenlängen von 1.000 nm bis 1.750 nm abdecken. Für Anwendungen außerhalb des Infrarotbereichs deckt die Epitex LED-Kollektion auch sichtbares und violettes Licht bis hinunter zu einer Wellenlänge von 365 nm ab. Die vollständigen Spezifikationen jeder Diode finden Sie in unserer Online-LED-Bibliothek.
8 Chips in einem Gehäuse: Das Ergebnis eines ständigen Strebens nach SSL-Innovation
Die Solid State Lighting (SSL)-Ingenieure von Ushio in Kyoto, Japan, geben sich nicht damit zufrieden, sich zurückzulehnen und ihre Erfolge zu bewundern. Hinter den Errungenschaften der SSL-Abteilung von Ushio steht ein Team engagierter Fachleute, die stets bestrebt sind, vergangene Erfolge zu verbessern. Ein Beispiel hierfür ist ein neuartiges, anpassbares LED-Gehäuse, das sich derzeit in der Entwicklung befindet und bis zu acht verschiedene Chips in einem einzigen Gehäuse vereinen kann.
Diese erstaunliche Leistung könnte die Entwicklung von Sensor- und Analysegeräten revolutionieren, da sie die Möglichkeit bietet, bis zu acht verschiedene Wellenlängen von Photoemitter- und Photodetektionschips auf kleinstem Raum unterzubringen. Das 2,9 x 2,2 mm große Gehäuse wird unabhängig voneinander angesteuerte Chips enthalten und voraussichtlich in wichtige Sensoren und Spektralsensoren integriert werden sowie in Anwendungen zur Farbsortierung und Qualitätsprüfung zum Einsatz kommen.
Die Besten der Besten vereint: Die wachsende Geschichte der SSL-Abteilung von Ushio
Mit seiner wachsenden Stärke im SSL-Sektor etabliert sich Ushios LED- und Laserdioden-Kollektion schnell als eine der größten und vielseitigsten auf dem Markt. Das Jahr 2020 markierte einen besonders wichtigen Meilenstein: Über 40 Jahre Innovation im Bereich optischer Halbleiter vereinen sich nun endlich unter einem Dach. Ushios unermüdliche Innovationskraft und sein Auge für Talente führten zur Übernahme verschiedener Unternehmen der Festkörpertechnologie und deren anschließender Integration in die bestehenden Entwicklungsabteilungen.
Ushio hat nun die letzte Phase seines Erfolgs erreicht und schließt das ehemalige Geschäft mit optoelektronischen Geräten von bekannten Namen wie Hitachi ein. Im letzten Schritt fusioniert Ushio Opto Semiconductors, Inc. mit Ushio, Inc. und schließt sich der zuvor vereinigten Ushio Epitex, Inc. und der bestehenden LED-Entwicklungsabteilung von Ushio an. Dadurch entstand einer der technologisch fortschrittlichsten Unternehmensbereiche der Branche, in dem die umfassende Erfahrung der vereinten Abteilungen frei genutzt werden kann. Da sich die optische Halbleiterindustrie weiterentwickelt, ermöglicht diese neue Struktur Ushio, schnell und präzise auf die unterschiedlichen Bedürfnisse seiner Kunden zu reagieren und gleichzeitig den Ausbau seines Geschäfts mit Festkörperbeleuchtungen zu beschleunigen.
Kontaktieren Sie Ushio für Ihre Fragen zu LEDs und Laserdioden.
Für Ihre EMEA-Verkaufsanfragen zu Epitex SWIR-LEDs erreichen Sie Ardan Fuessmann, SSL Sales Director von Ushio Europe, über unsere Kontaktseite. Herr Fuessmann und sein Team stehen Ihnen für alle Ihre Anforderungen an Festkörperbeleuchtung zur Verfügung und führen Sie gerne durch unser gesamtes LED- und Laserdioden-Portfolio.Wenn Sie außerhalb der EMEA-Region ansässig sind, können Sie weiterhin bei den anderen regionalen Abteilungen für Festkörperbeleuchtung von Ushio bestellen:
