本申請基于2015年5月15日提交的日本專利申請No.2015-099748且要求其的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容以引用的方式引入本申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及脈搏計，例如，涉及一種對血管發(fā)光的脈搏計。

背景技術(shù)：

已經(jīng)知道了使用諸如發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光器和諸如光電晶體管或光電二極管的光電檢測器的脈搏計。一般來說，脈搏計被配置成通過電池來驅(qū)動，這意味著需要抑制功耗。

已經(jīng)知道了一種抑制LED中的功耗來抑制脈搏計中的功耗的技術(shù)。例如，日本未審專利申請公開No.3-126437公開了一種使發(fā)光元件間歇發(fā)光以減少功耗的技術(shù)。日本未審專利申請公開No.3-126437還公開了：參考發(fā)光元件點亮?xí)r的時序來延遲采樣和保持電路的采樣時序，由此防止由于光接收元件(光電二極管)的特性而造成的脈搏信號的S/N比率的惡化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了進(jìn)一步減少脈搏計的功耗，如何設(shè)置發(fā)光元件的發(fā)光時間是重要的。然而，日本未審專利申請公布No.3-126437僅僅公開了防止由于發(fā)光元件的間歇發(fā)光而出現(xiàn)的S/N比率的惡化。在該文件中，采用固定值(0.48ms)作為發(fā)光時間。即，在日本未審專利申請公布No.3-126437中，沒有公開如何確定發(fā)光元件的發(fā)光時間。需要 抑制發(fā)光時間以便節(jié)省脈搏計的電能。

通過本申請的說明書和附圖，現(xiàn)有技術(shù)的其它問題和本發(fā)明的新穎特性將變得明顯。

根據(jù)一個實施例，一種脈搏計包括測量采樣和保持電路的輸出為恒定的時間的時間測量單元，并且發(fā)光器的發(fā)光時間通過時間測量單元測量的時間來設(shè)置。

根據(jù)一個實施例，可以減少脈搏計的功耗。

附圖說明

結(jié)合附圖通過以下具體實施例的描述，上述和其它方面、優(yōu)點和特征將更加明顯，在附圖中：

圖1是示出根據(jù)第一實施例的脈搏計的配置的框圖；

圖2是示出通過發(fā)光器和光電檢測器獲得的脈搏信號的狀態(tài)的示意性視圖；

圖3A是示出頻率分析單元的頻率分析結(jié)果的示例的圖，且示出了脈搏信號的頻譜的量值小于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的情況的示例；

圖3B是示出頻率分析單元的頻率分析結(jié)果的示例的圖，且示出了脈搏信號的頻譜的量值大于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的情況的示例；

圖4A是示出根據(jù)比較示例的脈搏計中的光接收信號的幅值的示例的圖，且示出了當(dāng)光接收信號中沒有噪聲時的幅值的示例；

圖4B是示出根據(jù)比較示例的脈搏計中的光接收信號的幅值的示例的圖，且示出了當(dāng)光接收信號中包括由于身體移動導(dǎo)致的噪聲時的幅值的示例；

圖5是示出了根據(jù)比較示例調(diào)節(jié)光量的狀態(tài)的示例的圖，其中上圖示出了發(fā)射的光量隨時間的變化，中間的圖示出了檢測的光接收信號隨時間的變化，且下圖示出了光接收信號的幅值隨時間的變化；

圖6是用于描述調(diào)節(jié)寬度的計算的圖，且示出了示出發(fā)光器發(fā)光量與脈沖信號S/N比率之間關(guān)系的圖；

圖7是示出了根據(jù)第二實施例的在脈搏計中調(diào)節(jié)光量的狀態(tài)的 示例的圖，其中上圖示出了發(fā)射的光量隨時間的變化，中間的圖示出了檢測的光接收信號隨時間的變化，且下圖示出了已獲得的脈沖信號S/N比率隨時間的變化；

圖8是示出了根據(jù)第三實施例的在脈搏計中調(diào)節(jié)光量的狀態(tài)的示例的圖，其中上圖示出了發(fā)射的光量隨時間的變化，中間的圖示出了檢測的光接收信號隨時間的變化，且下圖示出了已獲得的脈沖信號S/N比率隨時間的變化；

圖9是示出根據(jù)第四實施例的脈搏計中的調(diào)節(jié)操作的一個示例的流程圖；

圖10是示出根據(jù)第四實施例的脈搏計的脈搏信號S/N比率與發(fā)光器的光量隨時間變化的一個示例的圖；

圖11是示出根據(jù)第五實施例的脈搏計的配置的框圖；

圖12是用于描述根據(jù)第五實施例的發(fā)光器的發(fā)光時間的設(shè)置的圖，上圖示出了發(fā)光器的發(fā)光狀態(tài)隨時間變化，下圖示出了發(fā)光器發(fā)光時AD轉(zhuǎn)換器的輸出值隨時間變化；

圖13是示出根據(jù)第五實施例的脈搏計的電路配置的一個示例的電路圖；

圖14是示出根據(jù)第五實施例的在脈搏計中切換發(fā)光控制狀態(tài)和偏置電壓生成狀態(tài)時的時序的一個示例的時間圖；以及

圖15是示出根據(jù)第五實施例的脈搏計的另一配置的框圖。

具體實施方式

為了清楚描述，適當(dāng)?shù)厥÷曰蚝喕艘韵碌拿枋龊透綀D。此外，執(zhí)行各種處理的在附圖中示出為功能塊的每個元件可以由CPU、存儲器或其它硬件電路來形成，且可以通過以軟件形式加載在存儲器中的程序來實現(xiàn)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，這些功能塊可以僅通過硬件、僅通過軟件或者它們的組合以各種方式來實現(xiàn)而沒有任何限制。在附圖中，相同的部件通過相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)注，且適當(dāng)?shù)厥÷粤酥貜?fù)的描述。

此外，使用任意類型的非短時性計算機(jī)可讀介質(zhì)可以將上述的程序儲存和提供給計算機(jī)。非短時性計算機(jī)可讀介質(zhì)包括任意類型的實體儲存介質(zhì)。非短時性計算機(jī)可讀介質(zhì)的示例包括磁儲存介質(zhì)(諸如軟盤、磁帶、硬盤驅(qū)動器等)、光磁儲存介質(zhì)(例如磁光盤)、光盤只讀存儲器(CD-ROM)、CD-R、CD–R/W以及半導(dǎo)體存儲器(諸如掩蔽ROM、可編程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、閃存ROM、隨機(jī)存取存儲器(RAM)等)?？梢允褂萌我忸愋偷亩虝r性計算機(jī)可讀介質(zhì)將程序提供給計算機(jī)。短時性計算機(jī)可讀介質(zhì)的示例包括電信號、光信號和電磁波。短時性計算機(jī)可讀介質(zhì)可以經(jīng)由有線通信線路(例如電線、光纖)或無線通信線路來提供程序至計算機(jī)。

<第一實施例>

圖1是示出根據(jù)這個實施例的脈搏計1的配置的框圖。脈搏計1包括發(fā)光器10、驅(qū)動電路11、光電檢測器12、放大器電路13、AD轉(zhuǎn)換器14(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)、頻率分析單元15、脈沖速率計算單元16和調(diào)節(jié)單元17。

發(fā)光器10例如是LED。發(fā)光器10通過驅(qū)動電路11來驅(qū)動并發(fā)光。當(dāng)測量脈沖時，發(fā)光器10向目標(biāo)的血管發(fā)光。發(fā)光器10可以包括一個或多個LED。發(fā)光器10發(fā)出的光可以具有期望的顏色(例如綠色、紅色、紅外顏色)。在這個實施例中，發(fā)光器10由發(fā)綠光的兩個LED形成。

當(dāng)發(fā)光器10發(fā)光時，驅(qū)動電路11控制光量和發(fā)光時序。在這個實施例中，驅(qū)動電路11同時點亮或熄滅發(fā)綠光的兩個LED。驅(qū)動電路11控制LED，使得在恒定周期交替重復(fù)點亮和熄滅。從人體反射的光的強(qiáng)度由于皮膚顏色、皮膚厚度等不同而變化。因此，當(dāng)測量脈沖時需要根據(jù)測量目標(biāo)來調(diào)節(jié)光量。驅(qū)動電路11根據(jù)以下描述的調(diào)節(jié)單元17的指令來控制發(fā)光器10的光量。驅(qū)動電路11例如能夠通過DA轉(zhuǎn)換器(數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器)將從調(diào)節(jié)單元17輸出的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量。

光電檢測器12例如由光電晶體管或光電二極管形成。光電檢測器12檢測在測量脈沖時發(fā)光器10發(fā)出的經(jīng)由目標(biāo)的血管的光。在這個實施例中，如圖2所示，發(fā)光器10和光電檢測器12被布置成使得關(guān)于目標(biāo)的人體部分(圖2中所示示例的手指50)處于相同方向上。因此，光電檢測器12檢測由發(fā)光器10發(fā)出的光通過目標(biāo)的人體部分反射而獲得的光。即，當(dāng)測量脈搏時，光電檢測器12檢測發(fā)光器10發(fā)出的光在目標(biāo)的血管中反射而獲得的光。發(fā)光器10發(fā)出的光照明的人體部分不限于手指，且可以例如是手臂。當(dāng)如上所述使用反射傳感器時，不需要將發(fā)光器和光電檢測器提供成相互相對且人體插在中間，由此可以減少器件的大小。此外，由于在這個實施例中采用了向人體發(fā)光來測量脈搏的配置，所以可以減少目標(biāo)的負(fù)擔(dān)。

光電檢測器12檢測到的光的強(qiáng)度根據(jù)血管中的脈搏而波動。如隨后的描述，脈搏計1通過捕捉這種波動來計算脈沖速率。

放大器13放大光電檢測器12的輸出信號。放大器電路13包括可編程儀表放大器，且放大器電路13的增益可以改變。此外，放大器電路13包括差分放大器電路，消除后面要描述的DC偏移信號，以及放大脈搏信號。具體來說，經(jīng)由光電檢測器12獲取的指示生物特征信號的電壓和用以消除DC偏移信號的偏置電壓被輸入到差分放大器電路作為輸入信號。放大器電路13放大的信號被輸入到AD轉(zhuǎn)換器14。

AD轉(zhuǎn)換器14模擬/數(shù)字地轉(zhuǎn)換光電檢測器12的輸出信號。更具體而言，AD轉(zhuǎn)換器14以恒定周期模擬/數(shù)字地轉(zhuǎn)換放大器電路13放大的信號。這樣，從放大器13輸出的模擬信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其是用于計算脈沖速率的采樣數(shù)據(jù)。當(dāng)開始測量時，發(fā)光器10的光發(fā)射被重復(fù)，這使得AD轉(zhuǎn)換器14連續(xù)地輸出采樣數(shù)據(jù)。

頻率分析單元15對AD轉(zhuǎn)換器14轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率分析。每次在預(yù)定量的采樣數(shù)據(jù)從AD轉(zhuǎn)換器14被輸入到頻率分析單元15中時，頻率分析單元15對由預(yù)定量的采樣數(shù)據(jù)形成的數(shù)據(jù)串進(jìn)行頻 率分析。具體而言，頻率分析單元15以預(yù)定周期在采樣數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)串上執(zhí)行快速傅里葉變換(FFT)處理。頻率分析單元15將分析結(jié)果輸出到脈沖速率計算單元16和調(diào)節(jié)單元17。

脈沖速率計算單元16通過頻率分析單元15的分析結(jié)果來計算脈沖速率。具體來說，脈沖速率計算單元16從與頻率分析單元15分析的脈沖相對應(yīng)的頻帶(例如，0.5Hz-2Hz)的頻率分量中提取出譜值最大的頻率分量作為與所述脈沖相對應(yīng)的頻率，并通過提取的頻率計算存儲脈搏速率。通過將提取的頻率轉(zhuǎn)換成每分鐘的振動頻率來計算出脈沖速率。

調(diào)節(jié)單元17基于頻率分析單元15的分析結(jié)果來調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量和放大器電路13的增益。此外，調(diào)節(jié)單元17基于頻率分析單元15的分析結(jié)果根據(jù)DC偏置信號的信號強(qiáng)度來將要輸入到放大器電路13的偏置電壓調(diào)節(jié)為偏置電壓。

現(xiàn)在，將描述發(fā)光器10發(fā)光量的調(diào)節(jié)和放大器電路13的增益調(diào)節(jié)。在脈搏計1中，為了準(zhǔn)確地測量脈沖，發(fā)光器10的發(fā)光量或者放大器電路13的增益需要通過要檢測的脈搏信號的量值來調(diào)節(jié)。然而，通過光電檢測器12獲得的生物特征信號除了指示脈沖信息的生物特征信號(脈搏信號)以外，包括除了脈搏以外的其它位置(例如，皮膚、骨骼)處通過光發(fā)射獲得的生物特征信號。除了脈搏以外的其它位置處通過光反射獲得的生物特征信號的值變得大于脈搏信號的值。具體來說，當(dāng)使用圖2所示的反射傳感器時，明顯出現(xiàn)了除了脈搏以外的其它位置處通過光反射獲得的生物特征信號。在這個示例中，除了脈搏以外的其它位置處通過光反射獲得的生物特征信號被定義為DC偏移信號。

當(dāng)DC偏移信號總是恒定時，可以容易地從生物特征信號中僅提取出脈搏信號。然而，DC偏移信號的量值針對每個目標(biāo)而變化，且根據(jù)測量期間的狀態(tài)(諸如測量期間目標(biāo)的姿勢、光電檢測器12和測量對象之間的距離、周圍環(huán)境的光照等)而波動。DC偏移信號的波動通過低頻信號來表示，且具有接近脈搏信號的帶寬的帶寬。因 此，為了實現(xiàn)從生物特征信號中僅消除DC偏移信號波動的處理且通過濾波處理來提取脈搏信號，需要高維濾波器處理。然而，當(dāng)使用這種濾波器時，需要花費時間來使濾波器的輸出穩(wěn)定，且計算負(fù)載變大。

在這個實施例中，作為通過濾波處理來提取脈搏信號的代替，基于頻率分析單元15的分析結(jié)果來提取脈搏信號，并確定脈搏信號的信號電平。圖3A和圖3B均是示出頻率分析單元15的頻率分析結(jié)果的示例的圖。圖3A示出了脈搏信號的頻譜的量值小于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的情況，圖3B示出了脈搏信號的頻譜的量值大于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的情況。如上所述，脈沖速率計算單元16通過頻率分析單元15的分析結(jié)果找出脈搏信號，并計算脈沖速率。因此，脈沖速率計算單元16例如在頻率分析單元15分析的脈沖所對應(yīng)的頻帶的頻率分量中，提取出具有最大譜值(見圖3A和3B)的頻率分量60。

根據(jù)頻率分析單元15的頻率分析，如圖3A和3B所示，可以獲得每個頻率分量的信號強(qiáng)度(頻譜)。即，可以容易地通過頻率分析單元15的分析結(jié)果來獲得脈搏信號的信號強(qiáng)度。調(diào)節(jié)單元17通過頻率分析單元15的分析結(jié)果來獲取脈搏信號的信號強(qiáng)度，且當(dāng)脈搏信號的信號強(qiáng)度小于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時，增加發(fā)光器10的發(fā)光量以使得其大于當(dāng)前發(fā)光量，或者增加放大器13的增益以使其高于當(dāng)前增益。此外，調(diào)節(jié)單元17通過頻率分析單元15的分析結(jié)果來獲取脈搏信號的信號強(qiáng)度，且當(dāng)脈搏信號的信號強(qiáng)度等于或大于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時，降低發(fā)光器10的發(fā)光量以使其小于當(dāng)前發(fā)光量，或者降低放大器電路13的增益以使其低于當(dāng)前增益。

更具體來說，在這個實施例中，調(diào)節(jié)單元17如下地工作。調(diào)節(jié)單元17根據(jù)頻率分析單元15的分析結(jié)果計算脈搏信號的噪聲電平，即S/N比率(信噪比)，將S/N比率與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果執(zhí)行調(diào)節(jié)。除了脈搏信號的頻率以外的頻率分量被定義為噪聲。調(diào)節(jié)單元17從頻率分析單元15的分析結(jié)果中計算與脈搏信號有關(guān)的S/N比率。當(dāng)計算的S/N比率大于或等于預(yù)定閾值時，發(fā) 光器10的發(fā)光量或者放大器電路13的增益被減少，以說明噪聲較小。此外，調(diào)節(jié)單元17從頻率分析單元15的分析結(jié)果中計算與脈搏信號有關(guān)的S/N比率，并且當(dāng)計算的S/N比率小于預(yù)定閾值時，發(fā)光器10的發(fā)光量或者放大器電路13的增益被增大，以說明噪聲較大。調(diào)節(jié)單元17確定設(shè)置值來調(diào)節(jié)光量或增益，并且每次頻率分析單元15輸出頻率分析結(jié)果時執(zhí)行調(diào)節(jié)。在這個實施例中，當(dāng)調(diào)節(jié)單元17確定光量或增益需要增加時，例如，調(diào)節(jié)單元17將光量的設(shè)置值或者增益的設(shè)置值增加預(yù)定的固定調(diào)節(jié)寬度。另一方面，當(dāng)調(diào)節(jié)單元17確定光量或增益需要減少時，調(diào)節(jié)單元17將光量的設(shè)置值或者增益的設(shè)置值減少預(yù)定的固定調(diào)節(jié)寬度。

如上所述，通過調(diào)節(jié)單元17執(zhí)行調(diào)節(jié)，可以在保持脈搏測量時減少功耗。

此外，如圖3A和3B所示，從頻率分析單元15的分析結(jié)果中，獲得DC偏移信號作為預(yù)定頻帶的頻率分量，更具體來說，頻率約為0Hz的頻率分量61。因此，從頻率分析單元15的分析結(jié)果，可以獲得包括在通過光電檢測器12獲得的生物特征信號中的DC偏移信號的強(qiáng)度。因此，調(diào)節(jié)單元17基于頻率分析單元15的分析結(jié)果來獲得DC偏移信號的信號強(qiáng)度。然后，調(diào)節(jié)單元17根據(jù)DC偏移信號的信號強(qiáng)度來將要輸入到放大器電路13的偏置電壓調(diào)節(jié)至偏置電壓。因此，可以從放大器電路13中的光電檢測器12的信號輸出中消除DC偏移信號并且放大剩余的信號分量。因此，可以提高測量脈沖的精度。

盡管以上已經(jīng)描述了根據(jù)此實施例的通過調(diào)節(jié)單元17的調(diào)節(jié)，現(xiàn)在將描述根據(jù)比較示例的光量調(diào)節(jié)。假設(shè)，在根據(jù)比較示例的脈搏計中，僅基于光電檢測器12接收的信號(此后該信號將被稱作光接收信號)的幅值來調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量。光接收信號對應(yīng)于上述的生物特征信號。在這種情況下，根據(jù)比較示例的脈搏計具有以下問題。

圖4A和4B每個都是示出根據(jù)比較示例的脈搏計中的光接收信 號的幅值的示例的圖。圖4A示出當(dāng)光接收信號中沒有噪聲時的幅值的示例；圖4B示出當(dāng)光接收信號中包括由于身體移動等導(dǎo)致的噪聲時的幅值的示例。當(dāng)如圖4A所示光接收信號中沒有噪聲時，即使脈搏信號的幅值相對較小也可以測量脈搏。然而在根據(jù)比較示例的脈搏計中，僅通過幅值來調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量。因此，當(dāng)幅值較小時，即使S/N比率足夠高來測量脈搏，也執(zhí)行這種調(diào)節(jié)以增加光量。因此，不必要地增加了功耗。當(dāng)如圖4B所示，在光接收信號中包括了諸如身體移動的噪聲時，由于噪聲的影響可能錯誤地檢測到脈搏信號的幅值。例如，由于身體移動導(dǎo)致的噪聲分量的幅值通常大于脈搏信號的幅值。因此，當(dāng)將身體移動導(dǎo)致的幅值錯誤地確定為脈搏信號的幅值時，即使當(dāng)光量不夠時也可以不增加光量。在這種情況下，光量不夠且不能測量脈搏信號。

另一方面，在根據(jù)此實施例的調(diào)節(jié)中，基于根據(jù)頻率分析單元15的分析結(jié)果的脈搏信號的信號強(qiáng)度來執(zhí)行調(diào)節(jié)，由此可以減少由于噪聲分量導(dǎo)致的錯誤調(diào)節(jié)。因此可以適當(dāng)?shù)販p少脈搏計的功耗，同時抑制測量脈沖的精度的惡化。此外，由于發(fā)光器10發(fā)出的光量或者放大器電路13的增益通過頻率分析單元15的頻率分析結(jié)果來設(shè)置，不需要提供用來從光接收信號中僅提取脈搏信號的濾波器，由此可以降低處理負(fù)載。由于頻率分析單元15的頻率分析需要通過脈沖計算單元16計算脈沖速率，無需施加額外的負(fù)載來調(diào)節(jié)光量和增益。

在這個實施例中，在計算的S/N比率等于或大于預(yù)定閾值的情況下或者在計算的S/N比率小于預(yù)定閾值的情況下，調(diào)節(jié)單元17增加或減少發(fā)光器10的發(fā)光量或者放大器電路13的增益。然而，這個調(diào)節(jié)可以在上述情況中的一個中執(zhí)行。此外，調(diào)節(jié)單元17可以只調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量和放大器電路13的增益中的一個。

頻率分析單元15、脈沖速率計算單元16和調(diào)節(jié)單元17通過例如微控制單元(MCU)來實現(xiàn)。更具體來說，MCU通過中央處理單元(CPU)、非易失性存儲器等來形成，對應(yīng)于頻率分析單元15、 脈沖速率計算單元16和調(diào)節(jié)單元17的程序儲存在非易失性存儲器中，通過由CPU執(zhí)行相應(yīng)的程序來執(zhí)行每個處理。頻率分析單元15、脈沖速率計算單元16和調(diào)節(jié)單元17可以通過主CPU和子CPU來處理。此外，放大器電路13和AD轉(zhuǎn)換器14可以提供在MCU外部或者被包括在MCU內(nèi)部。

<第二實施例>

接著，將描述第二實施例。將省略對以上已經(jīng)描述的部件的描述。第二實施例與第一實施例的不同之處在于計算了調(diào)節(jié)發(fā)光器10發(fā)光量時的調(diào)節(jié)寬度。因而，在這個實施例中，例如在調(diào)節(jié)單元17確定需要增加光量時，調(diào)節(jié)單元17將光量增加與計算出的調(diào)節(jié)寬度對應(yīng)的量，而不是將光量增加與不依賴于測量環(huán)境的固定寬度對應(yīng)的量。

當(dāng)發(fā)光器10發(fā)出光且發(fā)出的光經(jīng)由手指或手臂被光電檢測器12接收到之后，由于被每個人散射吸收的光量不同，所以接收到的光量也會變化。雖然在發(fā)光器10發(fā)出的光量和光電檢測器12接收的光量之間有相關(guān)關(guān)系，但是這種相關(guān)關(guān)系并非一定是線性關(guān)系，而是根據(jù)情況諸如每個人皮膚的特性和厚度而不同。因此理論上難以提前推出相關(guān)表達(dá)式。此外，即使當(dāng)發(fā)光器10發(fā)出恒定量的光，光電探測器12接收的光量也會根據(jù)測量環(huán)境(諸如光電檢測器12和測量目標(biāo)之間的距離)而改變。因此，需要自動且不時地調(diào)節(jié)發(fā)光器10發(fā)出的光量。在第一實施例中，如上所述，通過監(jiān)視光接收狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)單元17來適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)發(fā)光器10發(fā)出的光量。

現(xiàn)在，將描述光量設(shè)置值的調(diào)節(jié)寬度被固定的情況。圖5是示出了根據(jù)比較示例的光量被調(diào)節(jié)的狀態(tài)的示例的圖。圖5的上圖示出了發(fā)射的光量隨時間的變化，圖5的中圖示出了檢測的光接收信號隨時間的變化，且圖5的下圖示出了光接收信號的幅值隨時間的變化。在圖5所示的比較示例中，基于光接收信號的幅值與閾值的比較結(jié)果，將發(fā)射的光量調(diào)節(jié)了固定的調(diào)節(jié)寬度。即，在根據(jù)比較示例的脈搏計中，在預(yù)定周期執(zhí)行的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)寬度是固定寬度。換句話說，在預(yù)定周期執(zhí)行的每次調(diào)節(jié)中，一次調(diào)節(jié)中的調(diào)節(jié)寬度是 固定寬度。這時，如圖5所示，在根據(jù)比較示例的脈搏計中，對于每次調(diào)節(jié)，發(fā)射的光量的設(shè)置值被改變了固定寬度W。因此，在根據(jù)比較示例的脈搏計中，當(dāng)光接收信號的幅值等于或小于閾值時，光量增加了固定寬度W，直到光接收信號的幅值達(dá)到閾值時為止。此外，在根據(jù)比較示例的脈搏計中，當(dāng)光接收信號的幅值超過閾值時，光量以固定寬度W來減少。隨著固定寬度W變小，當(dāng)光量變化時響應(yīng)度降級。因此，當(dāng)在測量的啟動階段光量不足時，需要時間來啟動正常測量。另一方面，當(dāng)固定值W太大時，當(dāng)光量增加時光量也變的太大，這會造成光接收信號的AD轉(zhuǎn)換值處于飽和狀態(tài)。在這種情況下，不能獲得脈沖信息。

在這個實施例中，當(dāng)開始測量時，發(fā)射的光量和接收的光量之間的關(guān)系通過測量推出，且發(fā)光器10發(fā)射的光量的調(diào)節(jié)寬度通過推導(dǎo)結(jié)果來確定。即，調(diào)節(jié)單元17計算光量來從第一評估值、第二評估值和預(yù)定目標(biāo)評估值獲得目標(biāo)評估值，第一評估值與當(dāng)發(fā)光器10發(fā)出第一光量的光時脈搏信號的強(qiáng)度有關(guān)，第二評估值與當(dāng)發(fā)光器10發(fā)出第二光量的光時脈搏信號的強(qiáng)度有關(guān)，預(yù)定目標(biāo)評估值與脈搏信號的強(qiáng)度有關(guān)。然后，調(diào)節(jié)單元17基于計算結(jié)果來調(diào)節(jié)發(fā)光器10發(fā)出的光量。目標(biāo)評估值例如是與穩(wěn)定測量所需的脈搏信號有關(guān)的S/N比率，且可以通過實驗提前獲得。

在這個實施例中，調(diào)節(jié)單元17如下地具體地計算發(fā)光器10的發(fā)光量的調(diào)節(jié)寬度。圖6是用于描述根據(jù)這個實施例的調(diào)節(jié)寬度的計算的圖，且示出了示出發(fā)光器10的發(fā)光量與脈沖信號S/N比率之間關(guān)系的圖。在圖6中，LED_A對應(yīng)于第一光量，LED_B對應(yīng)于第二光量，SN_A對應(yīng)于第一評估值，SN_B對應(yīng)于第二評估值，SN_X對應(yīng)于目標(biāo)評估值。

首先，調(diào)節(jié)單元17使發(fā)光器10在理想光量的情況下發(fā)光，并記錄此時的光量(圖6中的LED_A)和與脈搏信號有關(guān)的S/N比率(圖6中的SN_A)。接著，調(diào)節(jié)單元17以預(yù)定的固定寬度來改變光量并使發(fā)光器10發(fā)光，并且記錄此時的光量(圖6中的LED_B)和與脈 搏信號有關(guān)的S/N比率(圖6中的SN_B)。接著，調(diào)節(jié)單元17通過記錄結(jié)果來近似發(fā)光器10的發(fā)光量和與脈搏信號有關(guān)的S/N比率之間的關(guān)系。即，上述關(guān)系被近似為直線，具有為(SN_B-SN_A)/(LED_B-LED_A)的斜率k和為SN_A-LED_A×(SN_B-SN_A)/(LED_B-LED_A)的截距i。然后，調(diào)節(jié)單元17計算用以獲得目標(biāo)S/N比率(圖6中的SN_X)的發(fā)光器10(圖6中的LED_X)的發(fā)光量。具體來說，通過LED_X＝(SN_X-截距i)/斜率k來計算發(fā)光器10的發(fā)光量。調(diào)節(jié)單元17調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量來使發(fā)光器10發(fā)出計算的光量。

如上所述，在這個實施例中，針對每個測量環(huán)境計算了調(diào)節(jié)寬度，由此可以獲得適合于測量環(huán)境的調(diào)節(jié)寬度。圖7是示出了根據(jù)這個實施例的在脈搏計中光量被調(diào)節(jié)的狀態(tài)的示例的圖。圖7的上圖示出了發(fā)射的光量隨時間的變化，圖7的中圖示出了檢測的光接收信號隨時間的變化，且圖7的下圖示出了已獲得的脈沖信號S/N比率隨時間的變化。在這個實施例中，如圖7所示，調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量以獲得計算的光量LED_X，由此可以提高反應(yīng)性同時防止光接收信號的AD轉(zhuǎn)換值進(jìn)行保護(hù)狀態(tài)。因此，與不包括這種配置的情況相比，可以減少開始正常測量的時間。

<第三實施例>

接著，將描述第三實施例。將省略對以上已經(jīng)描述的部件的描述。在這個實施例中，根據(jù)光量被調(diào)節(jié)為增加或者光量被調(diào)節(jié)為減少，當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)光器10發(fā)出的光量時的調(diào)節(jié)寬度被設(shè)置為不同的值。更具體來說，在根據(jù)這個實施例的脈搏計1中，當(dāng)為了增大而調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量時、以預(yù)定周期執(zhí)行的調(diào)節(jié)單元17的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)寬度大于當(dāng)為了減少而調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量時、以預(yù)定周期執(zhí)行的調(diào)節(jié)單元17的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)寬度。換句話說，在預(yù)定周期執(zhí)行的每次調(diào)節(jié)中，在增加光量時一次調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)寬度被設(shè)置成大于在減少光量時一次調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)寬度。

改變發(fā)光器10發(fā)光量有兩個目的。第一個目的在于：當(dāng)由于發(fā)光器10的發(fā)光量不夠所以在光電檢測器12中獲得的生物特征信號 不包括脈搏信息或者將不包括脈搏信息時，增加光量并正確地獲取脈搏信息。第二目的在于抑制發(fā)光器10的發(fā)光量并減少能夠正常測量脈搏時的功耗。

關(guān)于第一目的，測量不能執(zhí)行或?qū)⒉粓?zhí)行。因此，要求在增加光量時的高響應(yīng)性能。另一方面，關(guān)于第二目的，測量已經(jīng)正確地執(zhí)行。因此，保持能夠正確地執(zhí)行測量的狀態(tài)比高響應(yīng)性能更重要。當(dāng)通過調(diào)節(jié)單元17執(zhí)行調(diào)節(jié)時，由于調(diào)節(jié)在脈搏信號波形中可能出現(xiàn)失真。這種失真在調(diào)節(jié)寬度變大時也變大。因此，關(guān)于第二目的，優(yōu)選地調(diào)節(jié)寬度盡可能地小?？紤]到上述討論，在這個實施例中，調(diào)節(jié)單元17根據(jù)調(diào)節(jié)光量以增大光量還是調(diào)節(jié)光量以減少光量來改變調(diào)節(jié)寬度。即，如圖8所示，在增加光量時，調(diào)節(jié)單元17通過調(diào)節(jié)寬度W_up來調(diào)節(jié)光量；在減少光量時，調(diào)節(jié)單元17通過調(diào)節(jié)寬度W_down來調(diào)節(jié)光量。調(diào)節(jié)寬度W_up大于調(diào)節(jié)寬度W_down。調(diào)節(jié)寬度W_up例如可以是預(yù)定調(diào)節(jié)寬度或者可以是用于將光量調(diào)節(jié)至上文在第二實施例中計算出的光量的調(diào)節(jié)寬度。此外，盡管調(diào)節(jié)寬度W_down是比調(diào)節(jié)寬度W_up小的調(diào)節(jié)寬度就足夠了，但是調(diào)節(jié)寬度W_down例如優(yōu)選地是用于減少信號波形失真的可配置的最小調(diào)節(jié)寬度。即使當(dāng)在不能正常執(zhí)行測量時增加光量而在信號波形中出現(xiàn)失真，由于開始就沒有正常執(zhí)行測量所以這種失真不會造成任何問題。即，由于包括失真的信號波形的數(shù)據(jù)不能用來計算脈搏速率，所以所有的數(shù)據(jù)應(yīng)被丟棄。

根據(jù)這個實施例的脈搏計1，可以實現(xiàn)測量所需的高響應(yīng)性能以及正確執(zhí)行測量的狀態(tài)的保持。

<第四實施例>

接著，將描述第四實施例。將省略對以上已經(jīng)描述的部件的描述。在發(fā)光器10的發(fā)光量的調(diào)節(jié)中或者在用于消除DC偏移信號的調(diào)節(jié)中，在一起執(zhí)行調(diào)節(jié)而不考慮調(diào)節(jié)寬度時，在脈搏信號中可能出現(xiàn)失真。如果調(diào)節(jié)時序被設(shè)置成與脈搏信號無關(guān)的周期，在執(zhí)行頻率分析時可以消除由調(diào)節(jié)產(chǎn)生的頻率。然而，考慮到折疊頻率等的影 響，難以確定調(diào)節(jié)時序。在這個實施例中，將提出用于抑制由調(diào)節(jié)造成的脈沖信號的失真的調(diào)節(jié)時序。

在這個實施例中，在執(zhí)行調(diào)節(jié)時調(diào)節(jié)單元17通過分散的多次來執(zhí)行調(diào)節(jié)。具體來說，根據(jù)這個實施例的調(diào)節(jié)單元17確定在預(yù)定周期的用于調(diào)節(jié)的設(shè)置值，并在預(yù)定周期內(nèi)通過多個分散處理來執(zhí)行確定的設(shè)置值的調(diào)節(jié)。即，調(diào)節(jié)單元17通過分散時序來設(shè)定設(shè)置值，以便調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量和偏置電壓來取消DC偏移信號。

圖9是示出根據(jù)這個實施例的脈搏計1中的調(diào)節(jié)操作的一個示例的流程圖。在這個實施例中，調(diào)節(jié)單元17通過AD轉(zhuǎn)換器14的轉(zhuǎn)換時段執(zhí)行調(diào)節(jié)或者在頻率分析單元15執(zhí)行頻率分析時的時段執(zhí)行調(diào)節(jié)。當(dāng)調(diào)節(jié)量大于或等于預(yù)定閾值時，即當(dāng)計算的設(shè)置值和當(dāng)前設(shè)置值之間的差大于或等于預(yù)定閾值時，調(diào)節(jié)單元17以分散處理在AD轉(zhuǎn)換器14的轉(zhuǎn)換期中執(zhí)行調(diào)節(jié)。此外，當(dāng)調(diào)節(jié)量小于預(yù)定閾值時，即當(dāng)計算的設(shè)置值和當(dāng)前設(shè)置值之間的差小于預(yù)定閾值時，調(diào)節(jié)單元17在執(zhí)行調(diào)節(jié)時在頻率分析單元15的分析周期執(zhí)行調(diào)節(jié)而沒有分散時序。在圖9所示的示例中，每次AD轉(zhuǎn)換器14輸出N個轉(zhuǎn)換值時，頻率分析單元15執(zhí)行FFT。

此后，將描述圖9所示的流程圖。在后面描述中，被設(shè)置用來調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量的設(shè)置值和用來調(diào)節(jié)用于消除DC偏移信號的偏置電壓的設(shè)置值被稱作參數(shù)值。

在步驟100(S100)，AD轉(zhuǎn)換器14輸出一個轉(zhuǎn)換值。

在步驟101(S101)，判斷現(xiàn)在是否正在執(zhí)行最優(yōu)調(diào)節(jié)。即，判斷是否需要調(diào)節(jié)單元17的調(diào)節(jié)。當(dāng)需要調(diào)節(jié)時(S101中的否)，處理進(jìn)行到步驟102。當(dāng)不需要調(diào)節(jié)時(S101中的是)，處理進(jìn)行到步驟S103。

在步驟102(S102)中，調(diào)節(jié)單元17設(shè)置已經(jīng)分散的參數(shù)值。因而，調(diào)節(jié)單元17在分散處理中在AD轉(zhuǎn)換器14的轉(zhuǎn)換時段中執(zhí)行調(diào)節(jié)。當(dāng)沒有分散的參數(shù)值時，即當(dāng)不在分散的處理中執(zhí)行調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)單元17在步驟102中不執(zhí)行調(diào)節(jié)。后面將描述參數(shù)值的分 散。

在步驟103(S103)，判斷通過頻率分析單元15分析的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)目是否達(dá)到N。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換器14的轉(zhuǎn)換值的輸出次數(shù)是N或更大時，處理進(jìn)行到步驟104。另一方面，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換器14的轉(zhuǎn)換值的輸出次數(shù)小于N時，意味著用于頻率分析單元15的頻率分析的數(shù)據(jù)片的數(shù)目不夠。在這種情況下，處理返回到步驟100。

在步驟104(S104)中，頻率分析單元15在AD轉(zhuǎn)換器14的轉(zhuǎn)換結(jié)果上執(zhí)行FFT操作。

在步驟105(S105)中，調(diào)節(jié)單元17基于頻率分析單元15的分析結(jié)果來計算參數(shù)值。即，調(diào)節(jié)單元17基于頻率分析單元15的分析結(jié)果來確定發(fā)光器10的發(fā)光量的設(shè)置值。此外，調(diào)節(jié)單元17基于頻率分析單元15的分析結(jié)果來確定偏置電壓的設(shè)置值以消除DC偏移信號。

接著，在步驟106(S106)中，調(diào)節(jié)單元17判斷是否按照分散的處理來設(shè)置在步驟S105中計算的參數(shù)值。更具體而言，調(diào)節(jié)單元17判斷在步驟105中計算的參數(shù)值和當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)值之間的差是否大于或等于預(yù)定閾值。當(dāng)確定在步驟105中計算的參數(shù)值應(yīng)該按照分散的處理來設(shè)置時(步驟106中是)，處理進(jìn)行到步驟107。另一方面，當(dāng)確定在步驟105中計算的參數(shù)值不應(yīng)該按照分散的處理來設(shè)置時(步驟106中否)，處理進(jìn)行到步驟108。

在步驟107(S107)中，調(diào)節(jié)單元17分散在步驟105中計算的參數(shù)值并且依次確定要設(shè)置的值。例如，調(diào)節(jié)單元17確定每次的調(diào)節(jié)量，以便在多個分散的次數(shù)中調(diào)節(jié)按照在步驟105中計算的參數(shù)值的調(diào)節(jié)量。在步驟107后，處理返回到步驟100。因而，在步驟102中，在分散的處理中執(zhí)行了調(diào)節(jié)。

另一方面，在步驟108(S108)中，調(diào)節(jié)單元17設(shè)置在步驟105中計算的參數(shù)值并執(zhí)行調(diào)節(jié)。因而，在沒有分散處理的情況下執(zhí)行了調(diào)節(jié)。在步驟108之后，處理返回到步驟100。

如上所述，在根據(jù)這個實施例的脈搏計1中，在分散的處理中執(zhí) 行調(diào)節(jié)，由此可以抑制由于調(diào)節(jié)造成的信號波形的失真。因此，由于調(diào)節(jié)造成的偽信號的出現(xiàn)可以被抑制，且可以抑制測量精度的惡化。雖然在上述描述中在調(diào)節(jié)量大于或等于預(yù)定閾值時才在分散的處理中執(zhí)行調(diào)節(jié)，也可以與調(diào)節(jié)量的量值無關(guān)地在分散的處理中執(zhí)行調(diào)節(jié)。

現(xiàn)在，通過脈搏信號的S/N比率和發(fā)光器10的發(fā)光量隨時間變化，來示出根據(jù)這個實施例的脈搏計1的操作的一個示例。圖10是示出根據(jù)這個實施例的脈搏計1的脈搏信號S/N比率與發(fā)光器10的發(fā)光量隨時間變化的一個示例的圖。在圖10所示的示例中，在時間t1至t2，脈搏信號S/N比率大于或等于第一閾值Tr1，并且在執(zhí)行測量時發(fā)光器10的發(fā)光量足夠大。在這種情況下，調(diào)節(jié)單元17調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量以減少發(fā)光量來減少功耗(圖10中的時間t2至t3)。調(diào)節(jié)單元17執(zhí)行調(diào)節(jié)，使得每次減少的光量處于不會在信號波形中造成失真的范圍之內(nèi)。即，當(dāng)基于上述步驟105計算的參數(shù)值的減少量大于預(yù)定閾值時，調(diào)節(jié)單元17通過在AD轉(zhuǎn)換器14的轉(zhuǎn)換時段(即采樣時段)分散處理來執(zhí)行減少量的調(diào)節(jié)。例如，假設(shè)不會在信號中造成失真的范圍是用來控制調(diào)節(jié)的DA轉(zhuǎn)換器的10LSB，當(dāng)前設(shè)置值是20LSB，且設(shè)置值是50LSB。在這種情況下，當(dāng)一次設(shè)置30LSB時，在信號波形中出現(xiàn)失真。因此，調(diào)節(jié)單元17通過三個分散的處理來執(zhí)行設(shè)置。當(dāng)通過多個分散的處理來執(zhí)行設(shè)置時，需要花時間來完成期望的設(shè)置。然而，由于在時間t1正常執(zhí)行測量時沒有產(chǎn)生因為調(diào)節(jié)造成的信號失真是重要的，所以這沒有造成問題。

當(dāng)S/N比率達(dá)到第一閾值Tr1時，調(diào)節(jié)單元17確定發(fā)光器10的發(fā)光量是合適的。在這種情況下，調(diào)節(jié)單元17既不增加也不降低發(fā)光器10的發(fā)光量，且保持發(fā)光器10的發(fā)光量為恒定(圖10中的時間t3至t4以及時間t6至t7)。此外，當(dāng)S/N比率低于第一閾值Tr1時，調(diào)節(jié)單元17執(zhí)行調(diào)節(jié)以形成不影響信號的S/N比率、第一閾值Tr1(圖10中的時間t4至t5以及t5至t6)。根據(jù)需要，也可 以在分散的處理中執(zhí)行此時的調(diào)節(jié)。例如當(dāng)光電檢測器12和測量目標(biāo)之間的距離偏差時，可以出現(xiàn)S/N比率的惡化。此外，當(dāng)S/N比率大幅惡化且達(dá)到第二閾值Tr2時，測量的信號沒有用。在這種情況下，調(diào)節(jié)單元17大幅增加發(fā)光器10的發(fā)光量并再次執(zhí)行測量(圖10中的時間t8)。在這種情況下例如如下地執(zhí)行調(diào)節(jié)。即，光量可以增加與計算的調(diào)節(jié)寬度對應(yīng)的量，如第二實施例所述。由于S/N比率低于第二閾值Tr2的數(shù)據(jù)沒有包括脈搏信息，故所有的數(shù)據(jù)被丟棄。

<第五實施例>

接著，將描述第五實施例。將省略對以上已經(jīng)描述的部件的描述。在這個實施例中，包括了采樣和保持電路，且根據(jù)與光電檢測器12的上升時間以及采樣和保持電路的充電時間對應(yīng)的時間測量值來設(shè)置發(fā)光器10的單次發(fā)光的時序時間。

圖11是示出根據(jù)這個實施例的脈搏計2的配置的框圖。脈搏計2包括發(fā)光器10、驅(qū)動電路11、光電檢測器12、采樣和保持電路20、放大器電路13、AD轉(zhuǎn)換器14、頻率分析單元15、脈沖速率計算單元16、調(diào)節(jié)單元17、計時器21和時間測量單元22。

采樣和保持電路20在預(yù)定周期獲得和保持與發(fā)光器10在所述預(yù)定周期的發(fā)光有關(guān)的光電檢測器12的輸出電壓。因此，AD轉(zhuǎn)換器14模擬/數(shù)字地轉(zhuǎn)換采樣和保持電路20的輸出電壓。更具體而言，AD轉(zhuǎn)換器14將通過放大器電路13放大采樣和輸出電路20的輸出獲得的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。采樣和保持電路20例如可以與實現(xiàn)頻率分析單元15的MCU集成形成，或者可以形成為設(shè)置在MCU外部的電路。定時器21例如是包括在MCU中的定時器且對時間計數(shù)。時間測量單元22測量從發(fā)光器10開始發(fā)光的時刻到采樣和保持電路20的輸出恒定的時刻的時間。在這個實施例中，具體地，時間測量單元22通過計時器21來測量從發(fā)光器10開始發(fā)光的時刻到發(fā)光后AD轉(zhuǎn)換器14的輸出恒定的時刻的時間，由此測量了采樣和保持電路20的輸出恒定的時間。類似于例如頻率分析單元15等，時間 測量單元22通過MCU來實現(xiàn)。

使用采樣和保持電路20的一個優(yōu)勢在于可以減少發(fā)光器10的發(fā)光時間。當(dāng)沒有使用采樣和保持電路20時，發(fā)光器10的發(fā)光時間依賴于光電檢測器12的上升時間和AD轉(zhuǎn)換器14的轉(zhuǎn)換時間。具體來說，當(dāng)執(zhí)行高精度測量時，數(shù)字西格瑪AD轉(zhuǎn)換器可以用作AD轉(zhuǎn)換器14。在這種情況下，轉(zhuǎn)換時間變得長于使用另一AD轉(zhuǎn)換器的情況下的轉(zhuǎn)換時間。因此，需要增加發(fā)光器10的發(fā)光時間，這造成了功耗增加。另一方面，當(dāng)使用采樣和保持電路20時，發(fā)光器10的發(fā)光時間可以被限制至光電檢測器12的上升時間和采樣和保持電路20的充電時間，由此可以減少功耗。

如上所述，考慮到節(jié)省電力，發(fā)光器10的發(fā)光時間優(yōu)選被設(shè)置為光電檢測器12的上升時間與采樣和保持電路20的充電時間之和。光電檢測器12的上升時間與采樣和保持電路20的充電時間之和的時間通?；诓考囊?guī)格等通過推斷而計算出來。然而，事實上，即使使用相同規(guī)格的光電檢測器12，光電檢測器12之間的上升時間也不同。因此，當(dāng)基于部件等的規(guī)格來設(shè)置發(fā)光時間時，發(fā)光時段比光電檢測器12的上升時間與采樣和保持電路20的充電時間之和更長。在這個實施例中，在實際使用的系統(tǒng)中測量了與光電檢測器12的上升時間以及采樣和保持電路20的充電時間對應(yīng)的時間。

具體來說，驅(qū)動電路11先使發(fā)光器10發(fā)光。在發(fā)光器10發(fā)光后，時間測量單元22監(jiān)視AD轉(zhuǎn)換器14的輸出值。時間測量單元22使用計時器21測量從發(fā)光器10開始發(fā)光的時刻，直到AD轉(zhuǎn)換器14輸出變?yōu)楹愣ǖ臅r刻。AD轉(zhuǎn)換器14的輸出變?yōu)楹愣ǖ臅r刻對應(yīng)于采樣和保持電路20的輸出電壓變?yōu)楹愣ǖ臅r刻。由于時間測量單元22測量的時間是與光電檢測器12的上升時間與采樣和保持電路20的充電時間對應(yīng)的時間測量值，時間測量單元22將測量的時間設(shè)置為發(fā)光器10的單次發(fā)光的持續(xù)時間。因此，控制發(fā)光器10，使得以預(yù)定周期即采樣周期重復(fù)的發(fā)光器的單次發(fā)光持續(xù)時間變?yōu)榈扔跁r間測量單元22測量的時間。

圖12是用于描述發(fā)光器10的發(fā)光時間的設(shè)置的圖，上圖示出了發(fā)光器10的發(fā)光狀態(tài)隨時間變化，下圖示出了發(fā)光器10發(fā)光時AD轉(zhuǎn)換器14的輸出值隨時間變化。在圖12中，發(fā)光器10在基于光電檢測器12與采樣和保持電路等的規(guī)格計算出的、與光電檢測器12的上升時間與采樣和保持電路20的充電時間之和對應(yīng)的時段內(nèi)發(fā)光。如圖12所示，在從開始發(fā)光到AD轉(zhuǎn)換器14的輸出變?yōu)楹愣ǖ臅r刻，發(fā)光器10發(fā)光是足夠的。因此，對于過長的非必要時段，不再發(fā)光。因此，可以抑制功耗。盡管在這個實施例中脈搏計2包括計時器2和時間測量單元，根據(jù)與發(fā)光器10中的采樣和保持電路20的充電時間以及光電檢測器12的上升時間對應(yīng)的時間測量值，來設(shè)置單次發(fā)光的持續(xù)時間也是足夠的。包括計時器21和時間測量單元22也并非必需。此外，盡管在這個實施例中時間測量單元22監(jiān)視用于測量脈搏的AD轉(zhuǎn)換器14的輸出，但是除了AD轉(zhuǎn)換器14以外也可以監(jiān)視接收采樣和保持電路20的輸出電壓(例如，放大器電路13的輸出)的AD轉(zhuǎn)換器的輸出。此外，當(dāng)使用了除了AD轉(zhuǎn)換器14以外的、其中高速操作是可能的AD轉(zhuǎn)換器時，可以更精細(xì)的測量時間。由于使用AD轉(zhuǎn)換器來判斷輸出是否到達(dá)預(yù)定值，所以AD轉(zhuǎn)換器的精度可以低于AD轉(zhuǎn)換器14的精度。

接著，將描述根據(jù)這個實施例的電路配置。當(dāng)控制發(fā)光器10的發(fā)光量時，需要提供DA轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字/模擬地轉(zhuǎn)換控制光量的控制信號。此外，當(dāng)從經(jīng)由光電檢測器12獲取的生物特征信號中消除DC偏移信號時，需要提供DA轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字/模擬地轉(zhuǎn)換產(chǎn)生要輸入到放大器電路13的偏置電壓的控制信號。然而，通常的MCU不是總是包括兩個或更多個DA轉(zhuǎn)換器。因此，將提出使用一個DA轉(zhuǎn)換器和一個運算放大器來控制光量和偏置電壓二者的技術(shù)。

圖13是示出根據(jù)這個實施例的脈搏計2的電路配置的一個示例的電路圖。在圖13所示的示例中，在形成脈搏計2的部件中，示出了發(fā)光器10、驅(qū)動電路11、光接收感測電路120、采樣和保持電路20、放大器電路13和AD轉(zhuǎn)換器14。

發(fā)光器10由LED 100和101形成。LED 100和101并聯(lián)連接在電源電壓VDD的線路與接地電壓VSS的線路之間。更具體而言，LED 100和101每個都具有連接到電源電壓VDD的線路的一個端子以及連接到形成驅(qū)動電路11的N溝道MOS晶體管的漏極的另一個端子。

驅(qū)動電路11包括DA轉(zhuǎn)換器DAC、運算放大器AMP1、開關(guān)SW1、SW2和SW3、電阻元件R1、R2和R3以及N溝道MOS晶體管NMOS。除了起驅(qū)動發(fā)光器10作用的電路以外，驅(qū)動電路11還具有產(chǎn)生要供給到放大器電路13的偏置電壓的作用?？梢酝ㄟ^改變開關(guān)SW1、SW2和SW3來切換這些功能。

DA轉(zhuǎn)換器DAC例如是12位DA轉(zhuǎn)換器。DA轉(zhuǎn)換器DAC接收控制光量的數(shù)字控制信號或者數(shù)字控制偏置電壓的數(shù)字控制信號、將輸入到DA轉(zhuǎn)換器DAC的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成模擬信號、并且將轉(zhuǎn)換的信號輸出到運算放大器AMP1的非反相輸入端子。運算放大器AMP1的反相輸入端子連接到節(jié)點N1。運算放大器AMP1的輸出端子連接到開關(guān)SW1。開關(guān)SW1經(jīng)由電阻元件R1連接到N溝道MOS晶體管NMOS的柵極。此外，提供在電阻元件R1和N溝道MOS晶體管NMOS之間的節(jié)點N2連接到經(jīng)由電阻元件R2連接到節(jié)點電壓VSS的線路。N溝道MOS晶體管NMOS的源極經(jīng)由電阻元件R3連接到接地電壓VSS的線路。

此外，開關(guān)SW2具有連接到節(jié)點N1的一個端子以及連接到提供在運算放大器AMP1和開關(guān)SW1之間的節(jié)點N3的另一端子。即，開關(guān)SW2具有經(jīng)由節(jié)點N1連接到運算放大器AMP1的反相輸入端子的一個端子以及經(jīng)由節(jié)點N3連接到運算放大器AMP1的輸出端子的另一個端子。因此，當(dāng)開關(guān)SW2接通時，形成了運算放大器AMP1的負(fù)反饋回路。節(jié)點N3還連接到放大器電路13。

開關(guān)SW3具有連接到節(jié)點N1的一個端子以及連接到提供在N溝道MOS晶體管NMOS的源極和電阻元件R3之間的節(jié)點N4的另一個端子。

當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量的控制信號被輸入到DA轉(zhuǎn)換器DAC時，開關(guān)SW1接通，開關(guān)SW3接通，開關(guān)SW2關(guān)斷，且運算放大器AMP1、開關(guān)SW1和SW3、電阻元件R1、R2和R3以及N溝道MOS晶體管NMOS形成恒定電流驅(qū)動電路。

此外，當(dāng)控制要供給到放大器電路13的偏置電壓的控制信號被輸入到DA轉(zhuǎn)換器DAC時，開關(guān)SW1關(guān)斷，開關(guān)SW3關(guān)斷，開關(guān)SW2接通，且運算放大器AMP1和開關(guān)SW2形成緩沖器電路以供給根據(jù)控制信號而產(chǎn)生的偏置電壓至放大器電路13。

如上所述，開關(guān)SW1、SW2和SW3切換光發(fā)射控制狀態(tài)(第一狀態(tài))和偏置電壓生成狀態(tài)(第二狀態(tài))，光發(fā)射控制狀態(tài)是其中運算放大器AMP1用作恒定電流驅(qū)動電路以基于用于控制光量的信號來驅(qū)動發(fā)光器10的狀態(tài)，偏置電壓生成狀態(tài)是其中運算放大器AMP1用作緩沖器電路以將基于控制偏置電壓的信號而產(chǎn)生的偏置電壓供給到放大器電路13的狀態(tài)。因此，可以使用一個運算放大器AMP1和一個DA轉(zhuǎn)換器DAC來控制光量和偏置電壓二者。因此，可以減少部件數(shù)目。此外，當(dāng)偏置電壓被供給到放大器電路13時，運算放大器AMP1被用作緩沖器放大器。因此，DA轉(zhuǎn)換器DAC的輸出處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，由此可以抑制DA轉(zhuǎn)換器DAC的電阻值對放大器電路13的增益的影響。

光接收感測電路120包括用作光電檢測器12的光電晶體管PT以及電阻元件R4，且光電晶體管PT和電阻元件R4串聯(lián)連接在電源電壓VDD的線路和接地電壓VSS的線路之間。節(jié)點N5提供在光電晶體管PT和電阻元件R4之間，且節(jié)點N5連接到采樣和保持電路20。光接收感測電路120經(jīng)由節(jié)點N5輸出光接收信號至采樣和保持電路20。

采樣和保持電路20包括開關(guān)SW4、運算放大器AMP2和作為容性元件的電容器C。開關(guān)SW4具有連接到光接收感測電路120的節(jié)點N5的一個端子以及連接到運算放大器AMP2的非反相輸入端子的另一個端子。此外，節(jié)點N6提供在開關(guān)SW4和運算放大器AMP2 的非反相輸入端子之間。電容器C提供在節(jié)點N6和接地電壓VSS的線路之間。因此，在光接收感測電路120輸出光接收信號且開關(guān)SW4接通時，電容器C被充電至光接收感測電路120的輸出電壓。即使在開關(guān)SW4關(guān)斷時，電容器C也將充電期間光接收感測電路120的輸出電壓供給到運算放大器AMP2。在運算放大器AMP2中，形成負(fù)反饋回路。同時，運算放大器AMP2的輸出端子連接到放大器電路13的電阻元件R5。在具有上述配置的采樣和保持電路20中，開關(guān)SW4根據(jù)發(fā)光器10的發(fā)光時段來控制。

放大器電路13包括運算放大器AMP3、可編程儀表放大器PGA和電阻元件R5、R6、R7、R8、R9和R10。運算放大器AMP3的反相輸入端子通過電阻元件R6連接到驅(qū)動電路11的節(jié)點N3。此外，運算放大器AMP3的輸出端子通過電阻元件R7連接到提供在運算放大器AMP3的反相輸入端子和電阻元件R6之間的節(jié)點N7，且形成了負(fù)反饋回路。運算放大器AMP3的非反相輸入端子通過電阻元件R5連接到采樣和保持電路20的輸出端子。節(jié)點N8提供在運算放大器AMP3的非反相輸入端子和電阻元件R5之間，且運算放大器AMP3的非反相輸入端子經(jīng)由節(jié)點N8連接到電阻元件R8。電阻元件R8具有連接到節(jié)點N8的一個端子和連接到提供在電阻元件R9和電阻元件R10之間的節(jié)點N9的另一個端子。電阻元件R9和R10串聯(lián)連接在電源電壓VDD的線路和接地電壓VSS的線路之間，且形成分壓電路。根據(jù)上述配置，運算放大器AMP3形成了差分放大器電路且基于經(jīng)由節(jié)點N3輸入的偏置電壓消除了包括在從采樣和保持電路20輸出的信號中的DC偏移信號。如上所述當(dāng)脈搏計2被切換到偏置電壓發(fā)生狀態(tài)時，形成了緩沖器電路，由此可以減少差分放大器電路的增益誤差。運算放大器AMP3的輸出端子連接到可編程儀表放大器PGA的輸入端子。可編程儀表放大器PGA是可以通過上述調(diào)節(jié)單元17來改變增益的放大器。可編程儀表放大器PGA的輸出被輸入到AD轉(zhuǎn)換器14。AD轉(zhuǎn)換器14例如是數(shù)字西格瑪AD轉(zhuǎn)換器，且模擬/數(shù)字地轉(zhuǎn)換從可編程儀表放大器PGA輸出的信號。

圖14是示出在脈搏計2中切換發(fā)光控制狀態(tài)和偏置電壓生成狀態(tài)時的時序的一個示例的時間圖。圖14示出了脈搏計2中的一個采樣操作的時間圖。在圖14所示的示例中，可以假設(shè)發(fā)光器10從時間T1至T2發(fā)光。

在時間T1，發(fā)光器10發(fā)光。這時，脈搏計2從偏置電壓生成狀態(tài)切換到發(fā)光控制狀態(tài)。即，在時間T1，開關(guān)SW1和開關(guān)SW3從關(guān)斷切換到接通，且開關(guān)SW2從接通切換到關(guān)斷。然后，在時間T2，發(fā)光器10停止。這時，脈搏計2從發(fā)光控制狀態(tài)切換到偏置電壓生成狀態(tài)。即，在時間T2，開關(guān)SW1和開關(guān)SW3從接通切換到關(guān)斷，且開關(guān)SW2從關(guān)斷切換到接通。此外，在時間T2，開關(guān)SW4從接通切換到關(guān)斷。時間T1到時間T2是執(zhí)行采樣和保持電路20的采樣操作和電容器C通過光接收感測電路120的輸出來充電的時段。此后，在時間T3，AD轉(zhuǎn)換器14開始轉(zhuǎn)換。時間T2至?xí)r間T3對應(yīng)于用于等待模擬前端的設(shè)置時間的預(yù)定等待時間。具體地，例如當(dāng)發(fā)光控制狀態(tài)切換到偏置電壓生成狀態(tài)時出現(xiàn)等待時間。在時間T4，開關(guān)SW4接通且AD轉(zhuǎn)換器14完成轉(zhuǎn)換。電容器C保持充電狀態(tài)，直到開關(guān)SW4在時間T4關(guān)斷的時刻。即，時間T2到時間T4是執(zhí)行采樣和保持電路20的保持操作的時段。當(dāng)開關(guān)SW4在時間T4接通時，電容器C開始放電操作。在時間T5，發(fā)光器10再次發(fā)光，且在脈搏計2中重復(fù)上述操作。

盡管已經(jīng)基于實施例具體描述了發(fā)明人完成的本發(fā)明，但是不用說本發(fā)明不限于以上已經(jīng)說明的實施例，且可以在不離開本發(fā)明的精神的情況下對實施例進(jìn)行各種改變。

例如，盡管在圖1中示出了包括放大器電路13的脈搏計1以及在圖1中描述了其中調(diào)節(jié)單元17調(diào)節(jié)發(fā)光器10的發(fā)光量和放大器電路13的增益的示例，但是在調(diào)節(jié)單元17不執(zhí)行增益調(diào)節(jié)時脈搏計1可以不必包括放大器電路13。

此外，盡管在圖11中示出了根據(jù)第五實施例的脈搏計2的配置，但是在脈搏計2中也可以不提供調(diào)節(jié)單元17。即，可以如圖15所示 地形成脈搏計2。當(dāng)來自采樣和保持電路20的輸出足夠時，可以忽略放大器電路13。此外，如上所述，在脈搏計2中，根據(jù)測量值來設(shè)置發(fā)光器10的發(fā)光時間是足夠的。脈搏計2可以不是必須包括計時器21和時間測量單元22。如上所述，在根據(jù)第五實施例的脈搏計2中，可以不提供調(diào)節(jié)單元17或者可以提供第一至第四實施例中描述的調(diào)節(jié)單元17的配置。

此外，盡管在以上實施例中采用了其中從圖2所示的反射傳感器獲取脈搏信號的配置，但是也可以使用透射型傳感器，其向手指發(fā)光、在與發(fā)光側(cè)相對的一側(cè)接收通過手指的光、并獲得脈搏信號。此外，測量目標(biāo)不限于人體，也可以是動物。此外，測量位置可以是手指以外的位置，且可以是手臂、手掌或腳。此外，本發(fā)明可以應(yīng)用到脈搏血氧儀中的脈搏測量。

本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要可以組合第一至第五實施例。

盡管關(guān)于多個實施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，可以利用各種改型來實現(xiàn)本發(fā)明，且本發(fā)明不限于所描述的示例。

此外，權(quán)利要求的范圍不受上述實施例的限制。

此外，應(yīng)注意：即使在后續(xù)程序中有修改，申請人也意圖涵蓋所有權(quán)利要求內(nèi)容的等同。