光學(xué)傳感器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光學(xué)傳感器裝置。該光學(xué)傳感器裝置（1）包括以規(guī)定頻率（f）閃爍地發(fā)出2個波長的光并將其照射到生物體（B）的發(fā)光器（2）、以及接收生物體（B）發(fā)出的光的光接收器（7）。光接收器（7）輸出與各波長相對應(yīng)的第1、第2檢測信號（S1）、（S2）。利用濾波電路（9），從第1、第2檢測信號（S1）、（S2）提取出對規(guī)定頻率（f）的信號進行了振幅調(diào)制的調(diào)制信號（S1m）、（S2m）。調(diào)制信號（S1m）、（S2m）經(jīng)后級放大器（10）放大成調(diào)制信號（S1M）、（S2M）后，通過AD轉(zhuǎn)換器（14）而轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入至運算處理部（15）。運算處理部（15）利用轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后的調(diào)制信號（S1M）、（S2M），計算出第1、第2檢測信號（S1）、（S2）的直流分量（S1d）、（S2d）和交流分量（S1a）、（S2a）。
【專利說明】光學(xué)傳感器裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有發(fā)光器和光接收器的光學(xué)傳感器裝置。
【背景技術(shù)】[0002]已知光學(xué)傳感器裝置一般具有向被測定物照射光的發(fā)光器、以及接收生物體所反射或透射的光的光接收器(例如參考專利文獻1、2)。專利文獻I中記載了這樣一種結(jié)構(gòu):利用發(fā)光器向生物體的手指或耳朵照射光，并且利用光接收器接收由上述光產(chǎn)生的反射光或透射光，根據(jù)光接收器輸出的電信號來檢測出與生物體的脈搏相對應(yīng)的光電脈搏波信號。在上述結(jié)構(gòu)中，為了放大經(jīng)光接收器進行光電轉(zhuǎn)換后的電信號，將光接收器與放大器相連接，并且將放大后的電信號輸入至運算器，以進行各種信號處理。
[0003]另外，專利文獻2中記載了如下的結(jié)構(gòu):利用掃描鏡來反射基準光源發(fā)出的光，并利用檢測元件來接收該反射光。在這一結(jié)構(gòu)中，將來自檢測元件的信號分為直流分量和交流分量，并利用AD轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
現(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻
[0004]專利文獻1:日本專利特開平6 - 22943號公報 專利文獻2:日本專利特開平2 - 13815號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在專利文獻I的光學(xué)傳感器裝置中，是利用放大器來對光接收器輸出的電信號進行放大。在這種情況下，由于太陽光等外來光有時會入射到光接收器，因此，電信號中有時會重疊外來光的噪聲分量。若這種外來光的噪聲分量過大，則會導(dǎo)致放大器飽和，從而無法正確地檢測出光電脈搏波信號這樣的基于發(fā)光器發(fā)出的光而得到的信號。另外，若為了防止放大器飽和而減小放大器的放大率，則會導(dǎo)致檢測出的信號電平變小，使得光接收靈敏度及光電脈搏波信號的檢測精度變差。
[0006]另外，為了用運算器等進行信號處理，還需要使用例如AD轉(zhuǎn)換器來將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。在這種情況下，若來自光接收器的電信號上重疊有外來光的噪聲分量，則會連同該噪聲分量一起對電信號進行編碼，因此，AD轉(zhuǎn)換器對于檢測信號的分辨率要足夠高。從而，需要確保包含了噪聲分量的動態(tài)范圍，將導(dǎo)致制造成本上升。
[0007]另一方面，對比文件2所公開的結(jié)構(gòu)中，在將來自檢測元件的信號分為直流分量和交流分量并分別進行放大之后，利用AD轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。然而，在這一結(jié)構(gòu)中，是分開地對直流分量和交流分量進行處理，直流分量與交流分量的振幅比并不會回到檢測元件輸出時的比例。因此，在例如用直流分量來將交流分量歸一化的情況下，將無法直接適用。除此之外，專利文獻2所記載的光學(xué)傳感器裝置中，是同步地檢測直流分量和交流分量，因此，需要分別使用不同的AD轉(zhuǎn)換器來將直流分量和交流分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這將導(dǎo)致制造成本上升。[0008]本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠降低成本且能用直流分量來對交流分量進行歸一化的光學(xué)傳感器裝置。
[0009](I)為了解決上述問題，本發(fā)明的光學(xué)傳感器裝置包括:發(fā)光器，該發(fā)光器以預(yù)先設(shè)定的規(guī)定頻率進行閃爍發(fā)光，并向被測定物輸出光；光接收器，該光接收器接收所述被測定物對所述發(fā)光器發(fā)出的光進行反射或透射后的光，并輸出經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電信號；濾波電路，該濾波電路以所述光接收器輸出的電信號中包含所述發(fā)光器的規(guī)定頻率的頻帶作為通帶，輸出以所述發(fā)光器的規(guī)定頻率進行了調(diào)制的調(diào)制信號；放大器，該放大器對所述濾波電路輸出的所述調(diào)制信號進行放大；AD轉(zhuǎn)換器，該AD轉(zhuǎn)換器將由所述放大器放大后的模擬信號所構(gòu)成的所述調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；以及運算處理部，該運算處理部基于所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，計算所述電信號的直流分量與交流分量。
[0010]本發(fā)明中，發(fā)光器以預(yù)先設(shè)定的規(guī)定頻率進行發(fā)光，濾波電路輸出光接收器輸出的電信號中以發(fā)光器的規(guī)定頻率進行了調(diào)制的調(diào)制信號。該調(diào)制信號中含有被測定物反射或透射的光所產(chǎn)生的直流分量、以及與被測定物的吸光度隨時間的變化相對應(yīng)的交流分量。該調(diào)制信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號之后，運算處理部基于由數(shù)字信號構(gòu)成的調(diào)制信號，能夠計算出光接收器輸出的電信號的直流分量和交流分量。具體而言，運算處理部通過例如計算調(diào)制信號的時間平均，能夠算出電信號的直流分量，同時通過從調(diào)制信號中減去直流分量，能夠算出電信號的交流分量。因此，能夠用計算出的直流分量來將交流分量歸一化。
[0011]另外，濾波電路能夠截斷頻率低于規(guī)定頻率的信號，因此，能夠?qū)V波電路的截止頻率提高到發(fā)光器的規(guī)定頻率附近。從而，能夠減小例如濾波電路所使用的電容器的電容值，實現(xiàn)小型化和低成本。
[0012]另外，由于利用放大器來對濾波電路輸出的調(diào)制信號進行放大，因此，能夠?qū)⒄{(diào)制信號放大到接近AD轉(zhuǎn)換器振幅范圍的范圍內(nèi)，而不會影響頻率低于發(fā)光器規(guī)定頻率的信號，從而能夠確保S/N (信噪比)穩(wěn)定。除此以外，由于輸入AD轉(zhuǎn)換器的調(diào)制信號的振幅范圍穩(wěn)定，因此AD轉(zhuǎn)換器的每一比特的分辨率變大。從而，能夠減小AD轉(zhuǎn)換器的比特寬度，實現(xiàn)低成本。
[0013](2)本發(fā)明中，所述發(fā)光器由輸出互不相同的第1、第2波段的光的2個發(fā)光元件構(gòu)成，所述光接收器輸出與所述第1、第2波段的光相對應(yīng)的第1、第2電信號，所述運算處理部包括吸光度比運算單元，該吸光度比運算單元基于第I比與第2比之間的比例，來計算所述被測定物的吸光度比，所述第I比是基于所述第I電信號的第I交流分量的振幅與基于所述第I電信號的第I直流分量之比，所述第2比是基于所述第2電信號的第2交流分量的振幅與基于所述第2電信號的第2直流分量之比。
[0014]本發(fā)明中，發(fā)光器由輸出第1、第2波段的光的2個發(fā)光兀件構(gòu)成,光接收器輸出與第1、第2波段的光相對應(yīng)的第1、第2電信號，因此，運算處理部的吸光度比運算單元基于第I比與第2比之間的比例，能夠計算出被測定物的吸光度比，所述第I比是基于第I電信號的第I交流分量的振幅與基于第I電信號的第I直流分量之比，所述第2比是基于第2電信號的第2交流分量的振幅與基于第2電信號的第2直流分量之比。從而，即使發(fā)光器的發(fā)光強度或光接收器的光接收靈敏度對于第1、第2波段來說互不相同，也能減小其影響。[0015](3)本發(fā)明中，所述運算處理部包括:直流分量運算單元，該直流分量運算單元根據(jù)所述調(diào)制信號的時間平均來計算所述電信號的直流分量；以及交流分量運算單元，該交流分量運算單元從所述調(diào)制信號去除所述直流分量運算單元計算出的直流分量，從而算出所述電信號的交流分量。
[0016]本發(fā)明中，運算處理部的直流分量運算單元通過計算調(diào)制信號的時間平均，能夠算出電信號的直流分量。此外，運算處理部的交流分量運算單元通過從調(diào)制信號中去除由直流分量運算單元所算出的直流分量，能夠算出電信號的交流分量。
[0017](4)本發(fā)明中，所述直流分量運算單元包括:全體分量運算單元，該全體分量運算單元用所述調(diào)制信號中所述發(fā)光器發(fā)光時的信號，來計算出由外來光噪聲和所述發(fā)光器發(fā)出的光這兩者產(chǎn)生的全體直流分量；噪聲分量運算單元，該噪聲分量運算單元用所述調(diào)制信號中所述發(fā)光器不發(fā)光時的信號，計算出由外來光噪聲產(chǎn)生的直流分量；以及噪聲去除分量運算單元，該噪聲去除分量運算單元從所述全體分量運算單元計算出的直流分量中減去所述噪聲分量運算單元計算出的直流分量，來計算出由所述發(fā)光器發(fā)出的光所產(chǎn)生的直流分量。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，直流分量運算單元的全體分量運算單元利用調(diào)制信號中發(fā)光器發(fā)光時的信號，能夠算出由外來光噪聲和發(fā)光器發(fā)出的光這兩者所產(chǎn)生的全體直流分量。而直流分量運算單元的噪聲分量運算單元利用調(diào)制信號中發(fā)光器不發(fā)光時的信號，能夠算出由外來光噪聲所產(chǎn)生的直流分量。直流分量運算單元的噪聲分量去除運算單元通過從全體分量運算單元所計算出的直流分量中、去除噪聲分量運算單元所計算出的直流分量，從而能夠算出由發(fā)光器發(fā)出的光所產(chǎn)生的直流分量。從而，運算處理部能夠利用去除了外來光噪聲影響的直流分量來將交流分量歸一化，因此能夠高精度地求出吸光度比。
[0019](5)本發(fā)明中，設(shè)有分離電路，該分離電路將所述濾波電路包括在內(nèi)，并將所述調(diào)制信號與所述電信號的直流分量分離，所述AD轉(zhuǎn)換器不僅將所述調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，還將經(jīng)所述分離電路分離后的所述電信號的直流分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，所述運算處理部基于所述放大器的放大率，來對由所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號構(gòu)成的調(diào)制信號和所述電信號的直流分量進行變換，以使該調(diào)制信號與所述電信號的直流分量的振幅比變?yōu)橛伤龇糯笃鬟M行放大前的狀態(tài)，所述運算處理部還基于所述數(shù)字信號的調(diào)制信號來計算所述電信號的交流分量。
[0020]本發(fā)明中，利用分離電路來將光接收器輸出的電信號中包含交流分量的調(diào)制信號與直流分量分離，因此，能夠利用放大器分開對電信號的直流分量與調(diào)制信號進行放大。這里，由于外來光噪聲主要重疊在直流分量上，因此，包含交流分量的調(diào)制信號上幾乎沒有外來光噪聲重疊。從而，相對于數(shù)字處理部即AD轉(zhuǎn)換器的信號范圍，調(diào)制信號的放大率能變得足夠大，能夠改善S/N并使其穩(wěn)定。
[0021]另外，運算處理部還進行變換，使得數(shù)字信號所構(gòu)成的調(diào)制信號與電信號的直流分量的振幅回到由放大器進行放大前的比例，因此，能夠恢復(fù)從光接收器輸出時的狀態(tài)下的電信號的直流分量與調(diào)制信號的振 幅比。此外，基于數(shù)字信號的調(diào)制信號來計算電信號的交流分量，因此能夠用恢復(fù)后的直流分量和交流分量來將交流分量歸一化。
[0022](6)本發(fā)明中，所述運算處理部包括噪聲分量運算單元，該噪聲分量運算單元基于所述電信號的直流分量中所述發(fā)光器不發(fā)光時的信號，算出由外來光噪聲產(chǎn)生的直流分量。
[0023]這里，經(jīng)分離電路分離后的電信號的直流分量中含有由外來光噪聲和發(fā)光器發(fā)出的光這兩者產(chǎn)生的分量。此時，運算處理部利用噪聲分量運算單元能夠算出外來光噪聲所產(chǎn)生的直流分量，因此，能夠從分離電路輸出的直流分量去除由外來光噪聲所產(chǎn)生的直流分量。從而，能夠利用去除了外來光噪聲影響的直流分量來將交流分量歸一化，因此能夠高精度地求出吸光度比。
[0024](7)本發(fā)明的光傳感器裝置包括:發(fā)光器，該發(fā)光器向被測定物輸出光；以及光接收器，該光接收器接收所述被測定物對所述發(fā)光器發(fā)出的光進行反射或透射后的光，并輸出經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電信號，其特征在于，包括:分離電路，該分離電路將所述光接收器輸出的電信號分離成直流分量和交流分量；放大電路，該放大電路對經(jīng)所述分離電路分離后的直流分量和交流分量分別按照各自的放大率進行放大；AD轉(zhuǎn)換器，該AD轉(zhuǎn)換器將由所述放大電路放大后的模擬信號所構(gòu)成的所述直流分量和所述交流分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；以及運算處理部，該運算處理部基于所述放大電路的各自的放大率，對從所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號的直流分量和交流分量進行變換，以使該數(shù)字信號的直流分量與交流分量的振幅比變?yōu)橛伤龇糯箅娐愤M行放大前的狀態(tài)，從而恢復(fù)所述電信號的直流分量和交流分量。[0025]本發(fā)明中，利用分離電路來將光接收器輸出的電信號分離成交流分量與直流分量，并且利用放大電路分別以不同的放大率對分離后的直流分量和交流分量進行放大。因此，能夠減小直流分量的放大率，抑制因外來光噪聲而導(dǎo)致的放大電路飽和。另一方面，由于外來光噪聲主要重疊在直流分量上，因此，交流分量上幾乎沒有外來光噪聲重疊。從而，相對于數(shù)字處理部即AD轉(zhuǎn)換器的信號范圍，能使交流分量的放大率變得足夠大，能夠改善S/N并使其穩(wěn)定。
[0026]另外，由于能夠?qū)⒅绷鞣至亢徒涣鞣至慷挤糯蟮浇咏麬D轉(zhuǎn)換器的振幅范圍的范圍內(nèi)，因此能夠確保直流分量與交流分量的S/N穩(wěn)定。此外，由于輸入AD轉(zhuǎn)換器的信號的振幅范圍穩(wěn)定，因此AD轉(zhuǎn)換器的每一比特的分辨率變大。從而，能夠減小AD轉(zhuǎn)換器的比特寬度，實現(xiàn)低成本。
[0027]另外，由于運算處理部還進行變換，使得數(shù)字信號的直流分量與交流分量的振幅回到由放大器進行放大前的比例，因此，能夠恢復(fù)從光接收器輸出時的狀態(tài)下的電信號的直流分量與交流分量的振幅比。因此，能夠用例如恢復(fù)后的直流分量和交流分量來將交流分量歸一化。
[0028]本發(fā)明中，也可以是所述發(fā)光器以預(yù)先設(shè)定的規(guī)定頻率進行閃爍發(fā)光，所述分離電路以包含所述發(fā)光器的規(guī)定頻率在內(nèi)的頻帶作為通帶，輸出以所述發(fā)光器的規(guī)定頻率進行了調(diào)制的所述交流分量。
【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是表示實施方式I的光學(xué)傳感器裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示圖1中的運算處理部所執(zhí)行的處理程序的流程圖。
圖3是表示圖1中的光學(xué)傳感器裝置所產(chǎn)生的第1、第2檢測信號和調(diào)制信號的說明圖。
圖4是表示實施方式2的光學(xué)傳感器裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。圖5是表示圖4中的運算處理部所執(zhí)行的處理程序的流程圖。
圖6是表示圖4中的光學(xué)傳感器裝置從第1、第2檢測信號分離出直流分量和交流分量并進行放大后的狀態(tài)的說明圖。
圖7是表示比較例的光學(xué)傳感器裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示實施方式3的光學(xué)傳感器裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示圖8中的運算處理部所執(zhí)行的處理程序的流程圖。
圖10是表示圖8中的光學(xué)傳感器裝置從第1、第2檢測信號分離出直流分量和交流分量并進行放大后的狀態(tài)的說明圖。
【具體實施方式】[0030]下面，參照附圖，對本發(fā)明實施方式的光學(xué)傳感器裝置進行詳細說明。
[0031]圖1示出實施方式I的光學(xué)傳感器裝置I。該光學(xué)傳感器I從例如作為被測定物的生物體B檢測出與脈搏相對應(yīng)的光電脈搏波信號(脈搏波信號)。
[0032]發(fā)光器2由輸出互不相同的第1、第2波段的光的第1、第2發(fā)光元件3、4構(gòu)成。這些第1、第2發(fā)光元件3、4由例如發(fā)光二極管(LED)等形成。此處，第I發(fā)光元件3發(fā)出例如700nm波段的紅光，第2發(fā)光元件4發(fā)出例如900nm波段的紅外光。
[0033]第1、第2發(fā)光元件3、4還分別與第1、第2驅(qū)動電路5、6相連接。第1、第2發(fā)光元件3、4根據(jù)第1、第2驅(qū)動電路5、6所提供的驅(qū)動電流進行閃爍發(fā)光。
[0034]這里，第I驅(qū)動電路5提供以預(yù)先設(shè)定的規(guī)定頻率f進行了脈沖調(diào)制的驅(qū)動電流。該規(guī)定頻率f被設(shè)定為高于光電脈搏波信號的信號頻率(例如數(shù)Hz左右)，優(yōu)選將其設(shè)定為在能夠由處理電路12進行處理的范圍內(nèi)，且是光電脈搏波信號的信號頻率10倍以上的值(例如數(shù)百Hz左右)。
[0035]另外，為了能夠利用AD轉(zhuǎn)換器14進行數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，還將規(guī)定頻率f設(shè)定為遠小于AD轉(zhuǎn)換器14的切換周期(例如400Hz)的值(例如f=100Hz)。
[0036]第2驅(qū)動電路6也采用與第I驅(qū)動電路5基本相同的結(jié)構(gòu)。因此，第2驅(qū)動電路6向第2發(fā)光元件4提供以與第I驅(qū)動電路5相同的規(guī)定頻率f進行了脈沖調(diào)制后的驅(qū)動電流，使第2發(fā)光元件4閃爍發(fā)光。此時，第1、第2發(fā)光元件3、4按照例如互不相同的時序交替地發(fā)光。
[0037]但是，如果光接收器7能夠分開地接收第1、第2波段的光，第1、第2發(fā)光元件3、4也可以相互同步地一起發(fā)光。第1、第2發(fā)光元件3、4也可以使用面發(fā)光激光器(VCSEL)或激光二極管(LD)來形成。
[0038]光接收器7由例如光電二極管(PD)等光接收元件形成，對所接收的光信號進行光電轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成例如電流信號、電壓信號這樣的電信號并輸出。具體而言，光接收器7接收由發(fā)光元件3、4所照射并經(jīng)生物體B反射或透射的光，將該接收到的光轉(zhuǎn)換成由電信號構(gòu)成的第1、第2檢測信號S1、S2，并將這些檢測信號S1、S2輸出到前級放大器8。此時，第I檢測信號SI是與第I波段的光相對應(yīng)的信號，第2檢測信號S2是與第2波段的光相對應(yīng)的信號。
[0039]此外，光接收器7也可以使用例如光電晶體管作為光接收元件來形成。另外，光接收器7也可以使用單一的光接收元件來構(gòu)成，還可以使用通過例如光學(xué)濾波器等來接收互不相同波段的光的多個光接收元件來構(gòu)成。
[0040]前級放大器8例如用運算放大器構(gòu)成，其輸入端子與光接收器7相連接。該前級放大器8用放大率Gx對光接收器7輸出的檢測信號S1、S2進行放大，并輸出至濾波電路9。
[0041]濾波電路9由連接在前級放大器8與后級放大器10之間的作為耦合電容器的電容器9A構(gòu)成。該濾波電路9起到高通濾波器的功能，使發(fā)光元件3、4閃爍發(fā)光的規(guī)定頻率f的信號、以及頻率高于該信號的信號通過。濾波電路9的截止頻率設(shè)定為能夠使規(guī)定頻率f的信號通過的范圍內(nèi)盡可能大的值。
[0042]此處，由于發(fā)光器2以規(guī)定頻率f進行閃爍發(fā)光，因此，第1、第2檢測信號S1、S2是對規(guī)定頻率f的信號進行了振幅調(diào)制后的信號。此時，電容器9A將頻率低于規(guī)定頻率f的信號截斷，因此，濾波電路9輸出以規(guī)定頻率f對第1、第2檢測出信號S1、S2進行了振幅調(diào)制后的調(diào)制信號Sim、S2m。
[0043]后級放大器10是對調(diào)制信號Slm、S2m進行放大的放大器。后級放大器10例如用運算放大器構(gòu)成，與前級放大器8 一起構(gòu)成放大電路11。該后級放大器10連接在濾波電路9的輸出側(cè)，用放大率Gy對第1、第2調(diào)制信號Slm、S2m進行放大，并輸出放大后的第1、第2調(diào)制信號S1M、S2M。這里，第1、第2調(diào)制信號S1M、S2M的放大率Gm由前級放大器8和后級放大器10設(shè)定,放大率Gm相當于放大率Gx與放大率Gy之積(Gm=GxXGyX因此,設(shè)定前級放大器8與后級放大器10的放大率Gx、Gy，以使第1、第2調(diào)制信號S1M、S2M的振幅范圍變成與AD轉(zhuǎn)換器14的輸入范圍相同程度的值。
[0044]處理電路12大致由多路復(fù)用器13、AD轉(zhuǎn)換器14和運算處理部15構(gòu)成。
[0045]多路復(fù)用器13將 后級放大器10與AD轉(zhuǎn)換器14相連接。從而，后級放大器10輸出的第1、第2調(diào)制信號S1M、S2M經(jīng)由多路復(fù)用器13而輸入至AD轉(zhuǎn)換器14。例如當?shù)?、第2發(fā)光兀件3、4交替發(fā)光時,第1、第2調(diào)制信號S1M、S2M也能作為分時的單系統(tǒng)信號而輸入到單一的AD轉(zhuǎn)換器14。在這種情況下，也可以省略多路復(fù)用器13，而將后級放大器10與AD轉(zhuǎn)換器14直接連接。
[0046]AD轉(zhuǎn)換器14將第1、第2調(diào)制信號SIM、S2M從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。此時，AD轉(zhuǎn)換器14僅將第1、第2調(diào)制信號SIM、S2M中例如正側(cè)的值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。另外，第1、第2調(diào)制信號SIM、S2M通過前級放大器8和后級放大器10而被設(shè)定為與AD轉(zhuǎn)換器14的輸入范圍相同程度的值。因此，AD轉(zhuǎn)換器14能夠使用整個輸入范圍來將第1、第2調(diào)制信號SIM、S2M轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0047]運算處理部15例如由微機等構(gòu)成，執(zhí)行圖2所示的處理程序，基于AD轉(zhuǎn)換器14輸出的第1、第2調(diào)制信號S1M、S2M，計算第1、第2檢測信號S1、S2的直流分量Sld、S2d和交流分量Sla、S2a，并求出生物體B的吸光度比R12。圖2所示的處理程序例如在AD轉(zhuǎn)換器14每次更新第1、第2調(diào)制信號SIM、S2M時執(zhí)行。
[0048]具體而言，執(zhí)行圖2中的步驟I~3所示的直流分量運算處理，并基于第1、第2調(diào)制信號SIM、S2M，計算第1、第2檢測信號S1、S2的直流分量Sid、S2d。
[0049]這里，第1、第2調(diào)制信號S1M、S2M中除了包含生物體B對發(fā)光元件3、4發(fā)出的光進行反射或透射時的直流分量以外，還含有外來光噪聲所產(chǎn)生的直流分量。因此，在步驟I所示的全體分量運算處理中，從第1、第2調(diào)制信號S1M、S2M中提取出發(fā)光元件3、4發(fā)光時的信號，并計算該提取出的信號的時間平均，從而計算出由外來光噪聲和發(fā)光元件3、4發(fā)出的光這兩者所產(chǎn)生的直流分量Sldon、S2don。此時，至少計算光電脈搏波信號的一個周期(例如I秒左右)的時間平均，優(yōu)選計算2個周期以上的盡可能短時間的時間平均。
[0050]然后，在步驟2所示的噪聲分量運算處理中，從第1、第2調(diào)制信號SIM、S2M中提取出發(fā)光元件3、4不發(fā)光時的信號，并計算該提取出的信號的時間平均，從而計算出由外來光噪聲所產(chǎn)生的直流分量Sldoff、S2doff。
[0051]然后，在步驟3的噪聲去除分量運算處理中，從步驟I所計算出的直流分量Sldon、S2don去除步驟2所計算出的直流分量Sldoff、S2doff,從而計算出由發(fā)光器2發(fā)出的光所產(chǎn)生的直流分量Sid、S2d。
[0052]然后，在步驟4所示的交流分量運算處理中，從第1、第2調(diào)制信號SIM、S2M中提取出發(fā)光元件3、4發(fā)光時的信號，并從該提取出的信號減去步驟I所計算出的直流分量Sldon、S2don,從而計算出交流分量Sla、S2a。
[0053]接下來，在步驟5中，進行歸一化信號運算處理，用直流分量Sid、S2d將交流分量Sla、S2a的振幅Λ Sla、Λ S2a歸一化。具體而言，基于下面的數(shù)學(xué)式1，將振幅ASla、AS2a除以直流分量Sid、S2d，從而計算出作為第1、第2比的歸一化信號S10、S20。
[0054][數(shù)學(xué)式I]
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)傳感器裝置，其特征在于，包括: 發(fā)光器，該發(fā)光器以預(yù)先設(shè)定的規(guī)定頻率進行閃爍發(fā)光，并向被測定物輸出光； 光接收器，該光接收器接收所述被測定物對所述發(fā)光器發(fā)出的光進行反射或透射后的光，輸出經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電信號； 濾波電路，該濾波電路以所述光接收器輸出的電信號中包含所述發(fā)光器的規(guī)定頻率在內(nèi)的頻帶作為通帶，輸出以所述發(fā)光器的規(guī)定頻率進行了調(diào)制后的調(diào)制信號； 放大器，該放大器對所述濾波電路輸出的所述調(diào)制信號進行放大； AD轉(zhuǎn)換器，該AD轉(zhuǎn)換器將由所述放大器放大后的模擬信號所構(gòu)成的所述調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；以及 運算處理部，該運算處理部基于所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，計算出所述電信號的直流分量和交流分量。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器裝置，其特征在于， 所述發(fā)光器包括輸出互不相同的第1、第2波段的光的2個發(fā)光元件， 所述光接收器輸出與所述第1、第2波段的光相對應(yīng)的第1、第2電信號， 所述運算處理部包括吸光度比運算單元，該吸光度比運算單元基于第I比與第2比之間的比例，計算所述被測定物的吸光度比，所述第I比是基于所述第I電信號的第I交流分量的振幅、與基于所述第I電 信號的第I直流分量之比，所述第2比是基于所述第2電信號的第2交流分量的振幅、與基于所述第2電信號的第2直流分量之比。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器裝置，其特征在于， 所述運算處理部包括:直流分量運算單元，該直流分量運算單元根據(jù)所述調(diào)制信號的時間平均來計算所述電信號的直流分量；以及交流分量運算單元，該交流分量運算單元從所述調(diào)制信號中去除所述直流分量運算單元計算出的直流分量，從而算出所述電信號的交流分量。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)傳感器裝置，其特征在于， 所述直流分量運算單元包括:全體分量運算單元，該全體分量運算單元用所述調(diào)制信號中所述發(fā)光器發(fā)光時的信號，計算出由外來光噪聲和所述發(fā)光器發(fā)出的光這兩者產(chǎn)生的全體直流分量；噪聲分量運算單元，該噪聲分量運算單元用所述調(diào)制信號中所述發(fā)光器不發(fā)光時的信號，計算出由外來光噪聲產(chǎn)生的直流分量；以及噪聲去除分量運算單元，該噪聲去除分量運算單元從所述全體分量運算單元計算出的直流分量中，減去所述噪聲分量運算單元計算出的直流分量，來計算出由所述發(fā)光器發(fā)出的光所產(chǎn)生的直流分量。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器裝置，其特征在于， 設(shè)有分離電路，該分離電路將所述濾波電路包括在內(nèi)，并將所述調(diào)制信號與所述電信號的直流分量分離， 所述AD轉(zhuǎn)換器不僅將所述調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，還將經(jīng)所述分離電路分離后的所述電信號的直流分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 所述運算處理部基于所述放大器的放大率，來對由所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號構(gòu)成的調(diào)制信號和所述電信號的直流分量進行變換，以使所述調(diào)制信號與所述電信號的直流分量的振幅比變?yōu)橛伤龇糯笃鬟M行放大前的狀態(tài)，從而基于所述數(shù)字信號的調(diào)制信號來計算所述電信號的交流分量。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)傳感器裝置，其特征在于， 所述運算處理部包括噪聲分量運算單元，該噪聲分量運算單元基于所述電信號的直流分量中所述發(fā)光器不發(fā)光時的信號，算出由外來光噪聲產(chǎn)生的直流分量。
7.一種光學(xué)傳感器裝置，具有:發(fā)光器，該發(fā)光器向被測定物輸出光；以及光接收器，該光接收器接收所述被測定物對所述發(fā)光器發(fā)出的光進行反射或透射后的光，輸出經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電信號，其特征在于，包括: 分離電路，該分離電路將所述光接收器輸出的電信號分離成直流分量和交流分量； 放大電路:該放大電路分別用不同的放大率對所述分離電路分離出的直流分量和交流分量進行放大； AD轉(zhuǎn)換器，該AD轉(zhuǎn)換器將由所述放大電路放大后的模擬信號所構(gòu)成的所述直流分量和所述交流分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；以及 運算處理部，該運算處理部基于所述放大電路的不同的放大率，對由所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號的直流分量和交流分量進行變換，以使所述數(shù)字信號的直流分量和交流分量的振幅比變?yōu)橛伤龇糯箅娐愤M行放大前的狀態(tài)，從而恢復(fù)所述電信號的直流分量和交流分量。
【文檔編號】H03K17/78GK103547211SQ201280024346
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】土基博史, 志牟田亨 申請人:株式會社村田制作所