CN103547211A - 光学传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学传感器装置。该光学传感器装置（1）包括以规定频率（f）闪烁地发出2个波长的光并将其照射到生物体（B）的发光器（2）、以及接收生物体（B）发出的光的光接收器（7）。光接收器（7）输出与各波长相对应的第1、第2检测信号（S1）、（S2）。利用滤波电路（9），从第1、第2检测信号（S1）、（S2）提取出对规定频率（f）的信号进行了振幅调制的调制信号（S1m）、（S2m）。调制信号（S1m）、（S2m）经后级放大器（10）放大成调制信号（S1M）、（S2M）后，通过AD转换器（14）而转换成数字信号，并输入至运算处理部（15）。运算处理部（15）利用转换成数字信号后的调制信号（S1M）、（S2M），计算出第1、第2检测信号（S1）、（S2）的直流分量（S1d）、（S2d）和交流分量（S1a）、（S2a）。

Description

光学传感器装置

技术领域

本发明涉及具有发光器和光接收器的光学传感器装置。

背景技术

已知光学传感器装置一般具有向被测定物照射光的发光器、以及接收生物体所反射或透射的光的光接收器（例如参考专利文献1、2）。专利文献1中记载了这样一种结构：利用发光器向生物体的手指或耳朵照射光，并且利用光接收器接收由上述光产生的反射光或透射光，根据光接收器输出的电信号来检测出与生物体的脉搏相对应的光电脉搏波信号。在上述结构中，为了放大经光接收器进行光电转换后的电信号，将光接收器与放大器相连接，并且将放大后的电信号输入至运算器，以进行各种信号处理。

另外，专利文献2中记载了如下的结构：利用扫描镜来反射基准光源发出的光，并利用检测元件来接收该反射光。在这一结构中，将来自检测元件的信号分为直流分量和交流分量，并利用AD转换器将其转换成数字信号。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平6－22943号公报

专利文献2：日本专利特开平2－13815号公报

发明内容

在专利文献1的光学传感器装置中，是利用放大器来对光接收器输出的电信号进行放大。在这种情况下，由于太阳光等外来光有时会入射到光接收器，因此，电信号中有时会重叠外来光的噪声分量。若这种外来光的噪声分量过大，则会导致放大器饱和，从而无法正确地检测出光电脉搏波信号这样的基于发光器发出的光而得到的信号。另外，若为了防止放大器饱和而减小放大器的放大率，则会导致检测出的信号电平变小，使得光接收灵敏度及光电脉搏波信号的检测精度变差。

另外，为了用运算器等进行信号处理，还需要使用例如AD转换器来将其转换成数字信号。在这种情况下，若来自光接收器的电信号上重叠有外来光的噪声分量，则会连同该噪声分量一起对电信号进行编码，因此，AD转换器对于检测信号的分辨率要足够高。从而，需要确保包含了噪声分量的动态范围，将导致制造成本上升。

另一方面，对比文件2所公开的结构中，在将来自检测元件的信号分为直流分量和交流分量并分别进行放大之后，利用AD转换器将其转换成数字信号。然而，在这一结构中，是分开地对直流分量和交流分量进行处理，直流分量与交流分量的振幅比并不会回到检测元件输出时的比例。因此，在例如用直流分量来将交流分量归一化的情况下，将无法直接适用。除此之外，专利文献2所记载的光学传感器装置中，是同步地检测直流分量和交流分量，因此，需要分别使用不同的AD转换器来将直流分量和交流分量转换成数字信号，这将导致制造成本上升。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够降低成本且能用直流分量来对交流分量进行归一化的光学传感器装置。

（1）为了解决上述问题，本发明的光学传感器装置包括：发光器，该发光器以预先设定的规定频率进行闪烁发光，并向被测定物输出光；光接收器，该光接收器接收所述被测定物对所述发光器发出的光进行反射或透射后的光，并输出经光电转换后的电信号；滤波电路，该滤波电路以所述光接收器输出的电信号中包含所述发光器的规定频率的频带作为通带，输出以所述发光器的规定频率进行了调制的调制信号；放大器，该放大器对所述滤波电路输出的所述调制信号进行放大；AD转换器，该AD转换器将由所述放大器放大后的模拟信号所构成的所述调制信号转换成数字信号；以及运算处理部，该运算处理部基于所述AD转换器输出的数字信号，计算所述电信号的直流分量与交流分量。

本发明中，发光器以预先设定的规定频率进行发光，滤波电路输出光接收器输出的电信号中以发光器的规定频率进行了调制的调制信号。该调制信号中含有被测定物反射或透射的光所产生的直流分量、以及与被测定物的吸光度随时间的变化相对应的交流分量。该调制信号经AD转换器转换成数字信号之后，运算处理部基于由数字信号构成的调制信号，能够计算出光接收器输出的电信号的直流分量和交流分量。具体而言，运算处理部通过例如计算调制信号的时间平均，能够算出电信号的直流分量，同时通过从调制信号中减去直流分量，能够算出电信号的交流分量。因此，能够用计算出的直流分量来将交流分量归一化。

另外，滤波电路能够截断频率低于规定频率的信号，因此，能够将滤波电路的截止频率提高到发光器的规定频率附近。从而，能够减小例如滤波电路所使用的电容器的电容值，实现小型化和低成本。

另外，由于利用放大器来对滤波电路输出的调制信号进行放大，因此，能够将调制信号放大到接近AD转换器振幅范围的范围内，而不会影响频率低于发光器规定频率的信号，从而能够确保S/N（信噪比）稳定。除此以外，由于输入AD转换器的调制信号的振幅范围稳定，因此AD转换器的每一比特的分辨率变大。从而，能够减小AD转换器的比特宽度，实现低成本。

（2）本发明中，所述发光器由输出互不相同的第1、第2波段的光的2个发光元件构成，所述光接收器输出与所述第1、第2波段的光相对应的第1、第2电信号，所述运算处理部包括吸光度比运算单元，该吸光度比运算单元基于第1比与第2比之间的比例，来计算所述被测定物的吸光度比，所述第1比是基于所述第1电信号的第1交流分量的振幅与基于所述第1电信号的第1直流分量之比，所述第2比是基于所述第2电信号的第2交流分量的振幅与基于所述第2电信号的第2直流分量之比。

本发明中，发光器由输出第1、第2波段的光的2个发光元件构成，光接收器输出与第1、第2波段的光相对应的第1、第2电信号，因此，运算处理部的吸光度比运算单元基于第1比与第2比之间的比例，能够计算出被测定物的吸光度比，所述第1比是基于第1电信号的第1交流分量的振幅与基于第1电信号的第1直流分量之比，所述第2比是基于第2电信号的第2交流分量的振幅与基于第2电信号的第2直流分量之比。从而，即使发光器的发光强度或光接收器的光接收灵敏度对于第1、第2波段来说互不相同，也能减小其影响。

（3）本发明中，所述运算处理部包括：直流分量运算单元，该直流分量运算单元根据所述调制信号的时间平均来计算所述电信号的直流分量；以及交流分量运算单元，该交流分量运算单元从所述调制信号去除所述直流分量运算单元计算出的直流分量，从而算出所述电信号的交流分量。

本发明中，运算处理部的直流分量运算单元通过计算调制信号的时间平均，能够算出电信号的直流分量。此外，运算处理部的交流分量运算单元通过从调制信号中去除由直流分量运算单元所算出的直流分量，能够算出电信号的交流分量。

（4）本发明中，所述直流分量运算单元包括：全体分量运算单元，该全体分量运算单元用所述调制信号中所述发光器发光时的信号，来计算出由外来光噪声和所述发光器发出的光这两者产生的全体直流分量；噪声分量运算单元，该噪声分量运算单元用所述调制信号中所述发光器不发光时的信号，计算出由外来光噪声产生的直流分量；以及噪声去除分量运算单元，该噪声去除分量运算单元从所述全体分量运算单元计算出的直流分量中减去所述噪声分量运算单元计算出的直流分量，来计算出由所述发光器发出的光所产生的直流分量。

根据本发明，直流分量运算单元的全体分量运算单元利用调制信号中发光器发光时的信号，能够算出由外来光噪声和发光器发出的光这两者所产生的全体直流分量。而直流分量运算单元的噪声分量运算单元利用调制信号中发光器不发光时的信号，能够算出由外来光噪声所产生的直流分量。直流分量运算单元的噪声分量去除运算单元通过从全体分量运算单元所计算出的直流分量中、去除噪声分量运算单元所计算出的直流分量，从而能够算出由发光器发出的光所产生的直流分量。从而，运算处理部能够利用去除了外来光噪声影响的直流分量来将交流分量归一化，因此能够高精度地求出吸光度比。

（5）本发明中，设有分离电路，该分离电路将所述滤波电路包括在内，并将所述调制信号与所述电信号的直流分量分离，所述AD转换器不仅将所述调制信号转换成数字信号，还将经所述分离电路分离后的所述电信号的直流分量转换成数字信号，所述运算处理部基于所述放大器的放大率，来对由所述AD转换器输出的数字信号构成的调制信号和所述电信号的直流分量进行变换，以使该调制信号与所述电信号的直流分量的振幅比变为由所述放大器进行放大前的状态，所述运算处理部还基于所述数字信号的调制信号来计算所述电信号的交流分量。

本发明中，利用分离电路来将光接收器输出的电信号中包含交流分量的调制信号与直流分量分离，因此，能够利用放大器分开对电信号的直流分量与调制信号进行放大。这里，由于外来光噪声主要重叠在直流分量上，因此，包含交流分量的调制信号上几乎没有外来光噪声重叠。从而，相对于数字处理部即AD转换器的信号范围，调制信号的放大率能变得足够大，能够改善S/N并使其稳定。

另外，运算处理部还进行变换，使得数字信号所构成的调制信号与电信号的直流分量的振幅回到由放大器进行放大前的比例，因此，能够恢复从光接收器输出时的状态下的电信号的直流分量与调制信号的振幅比。此外，基于数字信号的调制信号来计算电信号的交流分量，因此能够用恢复后的直流分量和交流分量来将交流分量归一化。

（6）本发明中，所述运算处理部包括噪声分量运算单元，该噪声分量运算单元基于所述电信号的直流分量中所述发光器不发光时的信号，算出由外来光噪声产生的直流分量。

这里，经分离电路分离后的电信号的直流分量中含有由外来光噪声和发光器发出的光这两者产生的分量。此时，运算处理部利用噪声分量运算单元能够算出外来光噪声所产生的直流分量，因此，能够从分离电路输出的直流分量去除由外来光噪声所产生的直流分量。从而，能够利用去除了外来光噪声影响的直流分量来将交流分量归一化，因此能够高精度地求出吸光度比。

（7）本发明的光传感器装置包括：发光器，该发光器向被测定物输出光；以及光接收器，该光接收器接收所述被测定物对所述发光器发出的光进行反射或透射后的光，并输出经光电转换后的电信号，其特征在于，包括：分离电路，该分离电路将所述光接收器输出的电信号分离成直流分量和交流分量；放大电路，该放大电路对经所述分离电路分离后的直流分量和交流分量分别按照各自的放大率进行放大；AD转换器，该AD转换器将由所述放大电路放大后的模拟信号所构成的所述直流分量和所述交流分量转换成数字信号；以及运算处理部，该运算处理部基于所述放大电路的各自的放大率，对从所述AD转换器输出的数字信号的直流分量和交流分量进行变换，以使该数字信号的直流分量与交流分量的振幅比变为由所述放大电路进行放大前的状态，从而恢复所述电信号的直流分量和交流分量。

本发明中，利用分离电路来将光接收器输出的电信号分离成交流分量与直流分量，并且利用放大电路分别以不同的放大率对分离后的直流分量和交流分量进行放大。因此，能够减小直流分量的放大率，抑制因外来光噪声而导致的放大电路饱和。另一方面，由于外来光噪声主要重叠在直流分量上，因此，交流分量上几乎没有外来光噪声重叠。从而，相对于数字处理部即AD转换器的信号范围，能使交流分量的放大率变得足够大，能够改善S/N并使其稳定。

另外，由于能够将直流分量和交流分量都放大到接近AD转换器的振幅范围的范围内，因此能够确保直流分量与交流分量的S/N稳定。此外，由于输入AD转换器的信号的振幅范围稳定，因此AD转换器的每一比特的分辨率变大。从而，能够减小AD转换器的比特宽度，实现低成本。

另外，由于运算处理部还进行变换，使得数字信号的直流分量与交流分量的振幅回到由放大器进行放大前的比例，因此，能够恢复从光接收器输出时的状态下的电信号的直流分量与交流分量的振幅比。因此，能够用例如恢复后的直流分量和交流分量来将交流分量归一化。

本发明中，也可以是所述发光器以预先设定的规定频率进行闪烁发光，所述分离电路以包含所述发光器的规定频率在内的频带作为通带，输出以所述发光器的规定频率进行了调制的所述交流分量。

附图说明

图1是表示实施方式1的光学传感器装置的整体结构图。

图2是表示图1中的运算处理部所执行的处理程序的流程图。

图3是表示图1中的光学传感器装置所产生的第1、第2检测信号和调制信号的说明图。

图4是表示实施方式2的光学传感器装置的整体结构图。

图5是表示图4中的运算处理部所执行的处理程序的流程图。

图6是表示图4中的光学传感器装置从第1、第2检测信号分离出直流分量和交流分量并进行放大后的状态的说明图。

图7是表示比较例的光学传感器装置的整体结构图。

图8是表示实施方式3的光学传感器装置的整体结构图。

图9是表示图8中的运算处理部所执行的处理程序的流程图。

图10是表示图8中的光学传感器装置从第1、第2检测信号分离出直流分量和交流分量并进行放大后的状态的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明实施方式的光学传感器装置进行详细说明。

图1示出实施方式1的光学传感器装置1。该光学传感器1从例如作为被测定物的生物体B检测出与脉搏相对应的光电脉搏波信号（脉搏波信号）。

发光器2由输出互不相同的第1、第2波段的光的第1、第2发光元件3、4构成。这些第1、第2发光元件3、4由例如发光二极管（LED）等形成。此处，第1发光元件3发出例如700nm波段的红光，第2发光元件4发出例如900nm波段的红外光。

第1、第2发光元件3、4还分别与第1、第2驱动电路5、6相连接。第1、第2发光元件3、4根据第1、第2驱动电路5、6所提供的驱动电流进行闪烁发光。

这里，第1驱动电路5提供以预先设定的规定频率f进行了脉冲调制的驱动电流。该规定频率f被设定为高于光电脉搏波信号的信号频率（例如数Hz左右），优选将其设定为在能够由处理电路12进行处理的范围内，且是光电脉搏波信号的信号频率10倍以上的值（例如数百Hz左右）。

另外，为了能够利用AD转换器14进行数字信号的转换，还将规定频率f设定为远小于AD转换器14的切换周期（例如400Hz）的值（例如f=100Hz）。

第2驱动电路6也采用与第1驱动电路5基本相同的结构。因此，第2驱动电路6向第2发光元件4提供以与第1驱动电路5相同的规定频率f进行了脉冲调制后的驱动电流，使第2发光元件4闪烁发光。此时，第1、第2发光元件3、4按照例如互不相同的时序交替地发光。

但是，如果光接收器7能够分开地接收第1、第2波段的光，第1、第2发光元件3、4也可以相互同步地一起发光。第1、第2发光元件3、4也可以使用面发光激光器（VCSEL）或激光二极管（LD）来形成。

光接收器7由例如光电二极管（PD）等光接收元件形成，对所接收的光信号进行光电转换，将其转换成例如电流信号、电压信号这样的电信号并输出。具体而言，光接收器7接收由发光元件3、4所照射并经生物体B反射或透射的光，将该接收到的光转换成由电信号构成的第1、第2检测信号S1、S2，并将这些检测信号S1、S2输出到前级放大器8。此时，第1检测信号S1是与第1波段的光相对应的信号，第2检测信号S2是与第2波段的光相对应的信号。

此外，光接收器7也可以使用例如光电晶体管作为光接收元件来形成。另外，光接收器7也可以使用单一的光接收元件来构成，还可以使用通过例如光学滤波器等来接收互不相同波段的光的多个光接收元件来构成。

前级放大器8例如用运算放大器构成，其输入端子与光接收器7相连接。该前级放大器8用放大率Gx对光接收器7输出的检测信号S1、S2进行放大，并输出至滤波电路9。

滤波电路9由连接在前级放大器8与后级放大器10之间的作为耦合电容器的电容器9A构成。该滤波电路9起到高通滤波器的功能，使发光元件3、4闪烁发光的规定频率f的信号、以及频率高于该信号的信号通过。滤波电路9的截止频率设定为能够使规定频率f的信号通过的范围内尽可能大的值。

此处，由于发光器2以规定频率f进行闪烁发光，因此，第1、第2检测信号S1、S2是对规定频率f的信号进行了振幅调制后的信号。此时，电容器9A将频率低于规定频率f的信号截断，因此，滤波电路9输出以规定频率f对第1、第2检测出信号S1、S2进行了振幅调制后的调制信号S1m、S2m。

后级放大器10是对调制信号S1m、S2m进行放大的放大器。后级放大器10例如用运算放大器构成，与前级放大器8一起构成放大电路11。该后级放大器10连接在滤波电路9的输出侧，用放大率Gy对第1、第2调制信号S1m、S2m进行放大，并输出放大后的第1、第2调制信号S1M、S2M。这里，第1、第2调制信号S1M、S2M的放大率Gm由前级放大器8和后级放大器10设定，放大率Gm相当于放大率Gx与放大率Gy之积（Gm=Gx×Gy）。因此，设定前级放大器8与后级放大器10的放大率Gx、Gy，以使第1、第2调制信号S1M、S2M的振幅范围变成与AD转换器14的输入范围相同程度的值。

处理电路12大致由多路复用器13、AD转换器14和运算处理部15构成。

多路复用器13将后级放大器10与AD转换器14相连接。从而，后级放大器10输出的第1、第2调制信号S1M、S2M经由多路复用器13而输入至AD转换器14。例如当第1、第2发光元件3、4交替发光时，第1、第2调制信号S1M、S2M也能作为分时的单系统信号而输入到单一的AD转换器14。在这种情况下，也可以省略多路复用器13，而将后级放大器10与AD转换器14直接连接。

AD转换器14将第1、第2调制信号S1M、S2M从模拟信号转换为数字信号。此时，AD转换器14仅将第1、第2调制信号S1M、S2M中例如正侧的值转换为数字信号。另外，第1、第2调制信号S1M、S2M通过前级放大器8和后级放大器10而被设定为与AD转换器14的输入范围相同程度的值。因此，AD转换器14能够使用整个输入范围来将第1、第2调制信号S1M、S2M转换为数字信号。

运算处理部15例如由微机等构成，执行图2所示的处理程序，基于AD转换器14输出的第1、第2调制信号S1M、S2M，计算第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d和交流分量S1a、S2a，并求出生物体B的吸光度比R12。图2所示的处理程序例如在AD转换器14每次更新第1、第2调制信号S1M、S2M时执行。

具体而言，执行图2中的步骤1～3所示的直流分量运算处理，并基于第1、第2调制信号S1M、S2M，计算第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d。

这里，第1、第2调制信号S1M、S2M中除了包含生物体B对发光元件3、4发出的光进行反射或透射时的直流分量以外，还含有外来光噪声所产生的直流分量。因此，在步骤1所示的全体分量运算处理中，从第1、第2调制信号S1M、S2M中提取出发光元件3、4发光时的信号，并计算该提取出的信号的时间平均，从而计算出由外来光噪声和发光元件3、4发出的光这两者所产生的直流分量S1don、S2don。此时，至少计算光电脉搏波信号的一个周期（例如1秒左右）的时间平均，优选计算2个周期以上的尽可能短时间的时间平均。

然后，在步骤2所示的噪声分量运算处理中，从第1、第2调制信号S1M、S2M中提取出发光元件3、4不发光时的信号，并计算该提取出的信号的时间平均，从而计算出由外来光噪声所产生的直流分量S1doff、S2doff。

然后，在步骤3的噪声去除分量运算处理中，从步骤1所计算出的直流分量S1don、S2don去除步骤2所计算出的直流分量S1doff、S2doff，从而计算出由发光器2发出的光所产生的直流分量S1d、S2d。

然后，在步骤4所示的交流分量运算处理中，从第1、第2调制信号S1M、S2M中提取出发光元件3、4发光时的信号，并从该提取出的信号减去步骤1所计算出的直流分量S1don、S2don，从而计算出交流分量S1a、S2a。

接下来，在步骤5中，进行归一化信号运算处理，用直流分量S1d、S2d将交流分量S1a、S2a的振幅ΔS1a、ΔS2a归一化。具体而言，基于下面的数学式1，将振幅ΔS1a、ΔS2a除以直流分量S1d、S2d，从而计算出作为第1、第2比的归一化信号S10、S20。

[数学式1]

$S10=\frac{\mathrm{\ΔS}1a}{S1d}$

$S20=\frac{\mathrm{\ΔS}2a}{S2d}$

接下来，在步骤6中，进行吸光度比运算处理，用归一化信号S10、S20计算吸光度比R12。具体而言，基于下面的数学式2，将第1波长的归一化信号S10除以第2波长的归一化信号S20，从而计算出吸光度比R12。

[数学式2]

$R12=\frac{S10}{S20}$

运算处理部15除了能计算吸光度比R12以外，还能基于第1、第2检测信号S1、S2，生成氧饱和度、加速度脉搏波、心率波动等生物信息。此外，运算处理部15与第1、第2驱动电路5、6相连接，利用这些驱动电路来使第1、第2发光元件3、4的发光与光接收器7的受光同步进行。

本发明实施方式1的光学传感器装置1具有上述结构，下面对其动作进行说明。

首先，在发光器2和光接收器7配置于生物体B附近的状态下，将光学传感器装置1的开关（未图示）切换至接通。此时，发光器2的第1、第2发光元件3、4输出第1、第2波段的光，光接收器7接收生物体B对这些光的反射光或透射光，并输出与各波段相应的第1、第2检测信号S1、S2。这些第1、第2检测信号S1、S2如图3所示，被滤波电路9提取出调制信号S1m、S2m并输入到处理电路12。处理电路12利用AD转换器14将调制信号S1M、S2M转换成数字信号，并利用运算处理部15计算出直流分量S1d、S2d和交流分量S1a、S2a，同时进行各种处理。

这里，发光器2以规定频率f发光，滤波电路9输出以发光器2的规定频率f进行了调制后的调制信号S1m、S2m，因此，能够增大滤波电路9的截止频率，并能减小电容器9A的电容值。

具体而言，光电脉搏波信号是与生物体的脉搏相对应的数Hz左右的低频信号。因此，为了分离光电脉搏波信号，截止频率要降到数Hz左右，并需要例如数百μＦ左右的大电容值的电容器。而在本实施方式中，为了分离以发光器2的规定频率f进行了调制的调制信号S1m、S2m，只要频率高于光电脉搏波信号的规定频率f的信号能够通过即可。因此，能够增大滤波电路9的截止频率，并能够减小电容器9A的电容值，例如使其小于1μＦ，从而能够实现小型化和低成本。

另外，对调制信号S1m、S2m进行放大后得到的调制信号S1M、S2M中，不仅包含有发光元件3、4发出的光所产生的直流分量S1d、S2d，还包含有光电脉搏波信号所产生的交流分量S1a、S2a。对此，通过调制信号S1M、S2M的时间平均，能够求出直流分量S1d、S2d。此时，在对调制信号S1M、S2M中发光元件3、4发光时的信号进行了时间平均之后，该时间平均值中，除了发光元件3、4发出的光所产生的分量以外，还包含外来光噪声所产生的分量。因此，本实施方式中，从对调制信号S1M、S2M中发光元件3、4发光时的信号进行了时间平均后得到的直流分量S1don、S2don，减去对发光元件3、4不发光时的信号进行了时间平均后得到的直流分量S1doff、S2doff。由此，能够去除外来光噪声所产生的分量，从而计算出发光元件3、4发出的光所产生的直流分量S1d、S2d。

然后，运算处理部15基于作为第1比的归一化信号S10和作为第2比的归一化信号S20之间的比例，能够计算出吸光度比R12，上述归一化信号S10是第1交流分量S1a的振幅ΔS1a与第1直流分量S1d之比，上述归一化信号S20是第2交流分量S2a的振幅ΔS2a与第2直流分量S2d之比。从而，即使发光器2的发光强度或光接收器7的光接收灵敏度在第1、第2波段上不同，也能减小其影响。此外，由于使用去除了外来光噪声影响的直流分量S1d、S2d，来将交流分量S1a、S2a的振幅ΔS1a、ΔS2a归一化，因此能够高精度地求出生物体B的吸光度比R12。

另外，调制信号S1M、S2M通过前级放大器8和后级放大器10而以放大率Gm进行放大。此时，调制信号S1M、S2M经滤波电路9而去除了直流的噪声分量，因此，与第1、第2检测信号S1、S2相比，外来光噪声的影响较小。从而，能够抑制因外来光噪声而导致的放大器8、10饱和。此外，由于调制信号S1M、S2M的振幅范围稳定，因此，能够将放大后的调制信号S1M、S2M的振幅范围设定成与AD转换器14的输入范围相同程度的值。因此，能够确保S/N稳定。此外，由于AD转换器14的最低有效位的分辨率即最小分辨率得到提高，因此，能够减小AD转换器14的比特宽度，实现低成本。

在上述实施方式1中，图2中的步骤1～3示出了直流分量运算单元的具体例。而图2中的步骤1示出了全体分量运算单元的具体例，图2中的步骤2示出了噪声分量运算单元的具体例，图2中的步骤3示出了噪声去除分量运算单元的具体例。另外，图2中的步骤4示出了交流分量运算单元的具体例，图2中的步骤6示出了吸光度比运算单元的具体例。

接下来，图4示出实施方式2的光学传感器装置21。该光学传感器21从例如作为被测定物的生物体B检测出与脉搏相对应的光电脉搏波信号（脉搏波信号）。

发光器22由输出互不相同的第1、第2波段的光的第1、第2发光元件23、24构成。这些第1、第2发光元件23、24由例如发光二极管（LED）等形成。此处，第1发光元件23发出例如700nm波段的红光，第2发光元件24发出例如900nm波段的红外光。

第1、第2发光元件23、24还分别与第1、第2驱动电路25、26相连接。第1、第2发光元件23、24根据第1、第2驱动电路25、26所提供的驱动电流，进行断续或连续的发光，或者进行间歇的闪烁发光。

这里，第1、第2发光元件23、24也可以例如分时地交替发光。另外，如果光接收器27能够分开地接收第1、第2波段的光，则第1、第2发光元件23、24也可以相互同步地一起发光。第1、第2发光元件23、24也可以使用面发光激光器（VCSEL）或激光二极管（LD）来形成。

光接收器27由例如光电二极管（PD）等光接收元件形成，对所接收的光信号进行光电转换，将其转换成例如电流信号、电压信号这样的电信号并输出。具体而言，光接收器27接收由发光元件23、24所照射并经生物体B反射或透射的光，将该接收到的光转换成由电信号构成的第1、第2检测信号S1、S2，并将这些检测信号S1、S2输出到前级放大器28。此时，第1检测信号S1是与第1波段的光相对应的信号，第2检测信号S2是与第2波段的光相对应的信号。

此外，光接收器27也可以使用例如光电晶体管作为光接收元件来形成。另外，光接收器27也可以使用单一的光接收元件来构成，还可以使用通过例如光学滤波器等来接收互不相同波段的光的多个光接收元件来构成。

前级放大器28例如用运算放大器构成，其输入端子与光接收器27相连接。该前级放大器28用放大率Gx对光接收器27输出的检测信号S1、S2进行放大，并输出至分离电路29。

分离电路29由与前级放大器28的输出端子并联连接的第1、第2分支线路30、31、以及连接在第2分支线路31的中途而起到高通滤波器功能的滤波电路32构成。滤波电路32由连接在前级放大器28与后级放大器33之间的作为耦合电容器的电容器32A构成。

此时，第1分支线路30将包括直流分量S1d、S2d在内的由前级放大器28输出的第1、第2检测信号S1、S2直接进行传输。因此，第1分支线路30成为传输第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d的直流分量传输线路。

另一方面，第2分支线路31中设有起到耦合电容器功能的电容器32A。因此，由于电容器32A截断了第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d，所以第2分支线路31成为传输第1、第2检测信号S1、S2的交流分量S1a、S2a的交流分量传输线路。另外，电容器32A的电容值根据要通过的第1、第2检测信号S1、S2的交流分量S1a、S2a的频率来设定。

当第1、第2交流分量S1a、S2a远小于第1、第2直流分量S1d、S2d（例如1/10以下）时，第1、第2检测信号S1、S2变成与直流分量S1d、S2d大致相同的信号，因此，第1分支线路30直接传输第1、第2检测信号S1、S2。相反，当第1、第2交流分量S1a、S2a与第1、第2直流分量S1d、S2d相同程度大小时，或者第1、第2交流分量S1a、S2a大于第1、第2直流分量S1d、S2d时，第1分支线路30中也可以与例如积分器那样的低通滤波器相连接。

后级放大器33是对第1、第2交流分量S1a、S2a进行放大的放大器。后级放大器33连接在第2分支线路31中电容器32A的输出侧，用放大率Gy对第1、第2检测信号S1、S2的交流分量S1a、S2a进行放大，并输出放大后的第1、第2交流分量S1A、S2A。该后级放大器33例如用运算放大器构成，与前级放大器28一起构成放大电路34。此时，第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d的放大率Gd由前级放大器28设定，放大率Gd与放大率Gx一致（Gd=Gx）。另一方面，第1、第2检测信号S1、S2的交流分量S1A、S2A的放大率Ga由前级放大器28和后级放大器33设定，放大率Ga相当于放大率Gx与放大率Gy之积（Ga=Gx×Gy）。因此，放大电路34分别用不同的放大率Gd、Ga，来对经分支线路29分离的第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d与交流分量S1a、S2a进行放大。

这里，例如第1、第2检测信号S1、S2的交流分量S1a、S2a是光电脉搏波信号的情况下，根据生物体B的血流而会发生变化的交流分量S1a、S2a比由生物体B直接发出的反射光或透射光所产生的直流分量S1d、S2d要小。因此，放大电路34使交流分量S1a、S2a的放大率Ga高于直流分量S1d、S2d的放大率Gd，并将它们的振幅设定为与后述的AD转换器37的振幅范围相同程度的值。

处理电路35大致由多路复用器36、AD转换器37和运算处理部38构成。

多路复用器36与分离电路29的第1分支线路30相连接，并位于后级放大器33的后级侧而与第2分支线路31相连接。该多路复用器36将第1、第2分支线路30、31例如分时交替地与AD转换器37相连接。

当多路复用器36与第1分支线路30相连接时，AD转换器37将第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d从模拟信号转换为数字信号，当多路复用器36与第2分支线路31相连接时，AD转换器37将第1、第2检测信号S1、S2的交流分量S1A、S2A从模拟信号转换为数字信号。此时，第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d与交流分量S1A、S2A中的任意一个分量均通过放大电路34而被设定为与AD转换器37的输入范围相同程度的值。因此，AD转换器37能够使用整个输入范围来将这些直流分量S1d、S2d和交流分量S1A、S2A转换为数字信号。

另外，AD转换器37中，第1、第2检测信号S1、S2作为直流分量S1d、S2d直接输入至AD转换器37。但是，当交流分量S1a、S2a远小于直流分量S1d、S2d（例如1/10以下等），达到与AD转换器37的分辨率相同的程度时，在利用AD转换器37将直流分量S1d、S2d变成数字信号后，交流分量S1a、S2a将被除去。另一方面，当交流分量S1a、S2a大到无法忽视的地步时，优选用低通滤波器预先去除直流分量S1d、S2d中包含的交流分量S1a、S2a，或者求出成为数字信号后的直流分量S1d、S2d的时间平均。

运算处理部38例如由微机等构成，执行图5所示的处理程序，基于AD转换器37输出的直流分量S1d、S2d和交流分量S1A、S2A，复原放大前的第1、第2检测信号S1、S2，并求出生物体B的吸光度比R12。图5所示的处理程序例如在AD转换器37每次更新直流分量S1d、S2d和交流分量S1A、S2A的数字信号时执行。

具体而言，如图5中的步骤11所示，执行比例恢复处理，基于放大率Gd、Ga，对第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d与交流分量S1A、S2A进行变换，从而将它们的振幅恢复到由放大电路34进行放大前的比例。此时，放大率Gd、Ga的不同部分是后级放大器33的放大率Gy，输入到运算处理部38的交流分量S1A、S2A与直流分量S1d、S2d相比，其振幅要大后级放大器33的放大率Gy所对应的振幅。因此，如下面的数学式3所示，运算处理部38将交流分量S1A、S2A除以放大率Gy，从而计算出恢复后的交流分量S1ar、S2ar。由此，直流分量S1d、S2d与交流分量S1ar、S2ar恢复到放大前的振幅比例（振幅比）。

[数学式3]

$S1\mathrm{ar}=\frac{S1A}{\mathrm{Gy}}$

$S2\mathrm{ar}=\frac{S2A}{\mathrm{Gy}}$

然后，在步骤12中，进行将恢复后的交流分量S1ar、S2ar与直流分量S1d、S2d合成的合成处理，求出复原了放大前的第1、第2检测信号S1、S2的第1、第2复原信号SR1、SR2。具体而言，如下面的数学式4所示，将恢复后的交流分量S1ar、S2ar与直流分量S1d、S2d相加，从而计算出第1、第2复原信号SR1、SR2。

[数学式4]

SR1=S1d+S1ar

SR2=S2d+S2ar

接下来，在步骤13中，进行归一化信号运算处理，用直流分量S1d、S2d将交流分量S1ar、S2ar的振幅ΔS1ar、ΔS2ar归一化。此时，振幅ΔS1ar、ΔS2ar是通过将放大后的交流分量S1A、S2A的振幅ΔS1A、ΔS2A恢复到放大前的状态而得到的，即，通过将振幅ΔS1A、ΔS2A除以放大率Gy而得到。基于下面的数学式5，将该振幅ΔS1ar、ΔS2ar除以直流分量S1d、S2d，从而计算出作为第1、第2比的归一化信号S10、S20。

[数学式5]

$S10=\frac{\mathrm{\ΔS}1\mathrm{ar}}{S1d}$

$S20=\frac{\mathrm{\ΔS}2\mathrm{ar}}{S2d}$

接下来，在步骤14中，进行吸光度比运算处理，用归一化信号S10、S20算吸光度比R12。具体而言，基于上述数学式2，将第1波长的归一化信号S10除以第2波长的归一化信号S20，从而计算出吸光度比R12。

运算处理部38除了能计算吸光度比R12以外，还能基于第1、第2检测信号S1、S2，生成氧饱和度、加速度脉搏波、心率波动等生物信息。此外，运算处理部38与第1、第2驱动电路25、26相连接，利用这些驱动电路来使第1、第2发光元件23、24的发光与光接收器27的受光同步进行。

本发明实施方式2的光学传感器装置21具有上述结构，下面对其动作进行说明。

首先，在发光器22和光接收器27配置于生物体B附近的状态下，将光学传感器装置21的开关（未图示）切换至接通。此时，发光器22的第1、第2发光元件23、24输出第1、第2波段的光，光接收器27接收生物体B对这些光的反射光或透射光，并输出与各波段相应的第1、第2检测信号S1、S2。这些第1、第2检测信号S1、S2如图6所示，在被分离电路29分离成直流分量S1d、S2d和交流分量S1A、S2A的状态下输入至处理电路35。处理电路35利用AD转换器37将直流分量S1d、S2d和交流分量S1A、S2A转换为数字信号，并利用运算处理部38进行各种处理。

这里，直流分量S1d、S2d和交流分量S1A、S2A被放大电路34分别以不同的放大率Gd、Ga进行放大。因此，能够将直流分量S1d、S2d和交流分量S1A、S2A的振幅设定为相同程度，并且能够将这些振幅设定为与AD转换器37的振幅范围相同程度的值。从而，AD转换器37的最低有效位分辨率即最小分辨率得到提高。

参照图7所示的比较例，对上述情况进行具体说明。图7所示的比较例的光学传感器装置41包括发光器42、驱动电路43、光接收器44、放大器45和处理电路46，且处理电路46由AD转换器47及运算处理部48构成。该光学传感器装置41中，例如检测信号S的直流分量Sd和交流分量Sa都被放大器45以同一放大率G进行放大。

这里，假设直流分量Sd为0.01[V]，交流分量Sa为直流分量Sd的1/10左右（0.001[V]），外来光噪声使直流分量Sd增加到10倍左右（0.1[V]）。在这种情况下，如果AD转换器47的最大电压电平为1[V]，则放大器45的放大率G最大为10左右。

另外，由于交流分量Sa与直流分量Sd的振幅比在放大器45的输入侧和输出侧并不发生变化，因此，如果不将AD转换器47的分辨率设定得较高，就无法高精度地检测出交流分量Sa。但是，AD转换器47的最大电压电平取决于外来光噪声所导致的直流分量Sd的最大值。因此，当AD转换器47的分辨率是10比特时，直流分量Sd和交流分量Sa的最小分辨率都在例如488[μV/LSB]左右。

与之相对，在实施方式2的光学传感器装置21中，例如检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d和交流分量S1A、S2A被后级放大器33分别以不同的放大率Gd、Ga进行放大。因此，即使在放大前的阶段，直流分量S1d、S2d和交流分量S1a、S2a的振幅及外来光噪声对这些振幅的影响与上述比较例的情况相同，只要直流分量S1d、S2d的放大率Gd为1，交流分量S1a、S2a的放大率Ga为10，就能使它们具有相同的振幅即0.01[V]而输入到AD转换器37。从而，即使假设直流分量S1d、S2d因外来光噪声而增加到10倍左右（0.1[V]），也能够将AD转换器37的最大电压电平降低到0.1[V]。

除此以外，使得交流分量S1a、S2a的放大率Ga大于直流分量S1d、S2d的放大率Gd，且放大后的交流分量S1A、S2A的振幅接近AD转换器37的振幅范围，因此，即使AD转换器37的分辨率下降到8比特，也能使交流分量S1A、S2A的最小分辨率提高到例如19.53[μV/LSB]左右。此时，直流分量S1d、S2d的最小分辨率在没有外来光噪声影响时为例如19.53[μV/LSB]左右，在受外来光噪声影响时为例如195.31[μV/LSB]左右。

由此，在本实施方式中，能够提高AD转换器37的最小分辨率，并且可以使用低分辨率的AD转换器37，从而能够实现功耗的降低和制造成本的下降。

由此，根据实施方式2的光学传感器装置21，利用分离电路29将光接收器27输出的第1、第2检测信号S1、S2分离成直流分量S1d、S2d和交流分量S1a、S2a，并且利用放大电路34分别以不同的放大率Gd、Ga对分离后的直流分量S1d、S2d和交流分量S1Ａ、S2Ａ进行放大。因此，能够减小直流分量S1d、S2d的放大率Gd，并抑制因外来光噪声而导致的放大电路34饱和。另一方面，由于交流分量S1a、S2a在光电脉搏波信号以外几乎没有重叠，因此，相对于数字处理部即AD转换器37的信号范围，交流分量S1A、S2A的放大率Ga能变得足够大，能够改善S/N并使其稳定。

另外，由于能够将直流分量S1d、S2d和交流分量S1A、S2A都放大到接近AD转换器37的振幅范围的范围内，因此能够确保S/N稳定。而且，由于输入AD转换器37的信号的振幅范围稳定，因此AD转换器37的每一比特的电压分辨率变大。从而，能够减小AD转换器37的比特宽度，实现低成本。

另外，由于运算处理部38还进行变换，使得数字信号的直流分量S1d、S2d与交流分量S1A、S2A的振幅回到由放大电路34进行放大前的比例，因此，能够以从光接收器27输出时的振幅比来恢复直流分量S1d、S2d与交流分量S1ar、S2ar。从而，能够使用例如恢复后的直流分量S1d、S2d和交流分量S1ar、S2ar，来将交流分量S1ar、S2ar的振幅ΔS1ar、ΔS2ar归一化。

然后，运算处理部38能够基于作为第1比的归一化信号S10、与作为第2比的归一化信号S20之间的比例，来计算出吸光度比R12，上述归一化信号S10是第1交流分量S1ar的振幅ΔS1ar与第1直流分量S1d之比，上述归一化信号S20是第2交流分量S2ar的振幅ΔS2ar与第2直流分量S2d之比。从而，即使发光器23、24的发光强度或光接收器27的光接收灵敏度在第1、第2波段上不同，也能减小其影响，能提高吸光度比R12的检测精度。

接下来，图8示出了本发明的实施方式3。本实施方式的特征在于，发光器以预先设定的规定频率进行发光，且分离电路以包含发光器的规定频率在内的频带作为通带，输出以发光器的规定频率进行了调制的交流分量。另外，本实施方式中，对与上述实施方式2相同的构成要素标注相同的标号，并省略其说明。

光传感器装置51与实施方式2的光传感器装置21基本相同，包括发光器22、第1、第2驱动电路52、53、光接收器27、分离电路54、放大电路34、以及处理电路56。

第1驱动电路52与实施方式2的第1驱动电路25基本相同，与处理电路56的运算处理部57相连接，向第1发光元件23提供驱动电流，使第1发光元件23闪烁发光。其中，第1驱动电路52提供以预先设定的规定频率f进行了脉冲调制的驱动电流。该规定频率f被设定为高于光电脉搏波信号的信号频率（例如数Hz左右），优选将其设定在能够由处理电路56进行处理的范围内，且是光电脉搏波信号的信号频率10倍以上的值（例如数百Hz左右）。

另外，为了能够利用AD转换器37进行数字信号的转换，还将规定频率f设定为远小于AD转换器37的切换周期（例如400Hz）的值（例如f=100Hz）。

第2驱动电路53也采用与第1驱动电路52基本相同的结构。因此，第2驱动电路53向第2发光元件24提供以与第1驱动电路52相同的规定频率f进行了脉冲调制后的驱动电流，使第2发光元件24闪烁发光。此时，第1、第2发光元件23、24可以是同步地一起发光，也可以按照互不相同的时序交替地发光。

分离电路54采用与实施方式2的分离电路29基本相同的结构。因此，分离电路54由第1、第2分支线路30、31，以及滤波电路55构成，上述第1、第2分支线路30、31与前级放大器28的输出端子并联连接，上述滤波电路55连接在第2分支线路31的中途而起到高通滤波器的功能。滤波电路55由连接在前级放大器28与后级放大器33之间的作为耦合电容器的电容器55A构成。

这里，电容器55A的电容值被设定为能够使发光元件23、24的驱动频率的信号、以及频率高于该信号的信号通过的值。具体而言，由电容器55A构成的高通滤波器的截止频率设定为能够使第1、第2驱动电路52、53所产生的规定频率f的信号通过的范围内尽可能大的值。

此处，由于发光器22以规定频率f进行闪烁发光，因此，第1、第2检测信号S1、S2是对规定频率f的信号进行了振幅调制后的信号。此时，电容器55A将频率低于规定频率f的信号截断，因此，滤波电路55输出第1、第2检测信号S1、S2中用规定频率f进行了振幅调制后的调制信号即第1、第2交流分量S1am、S2am。后级放大器33是对作为调制信号的第1、第2交流分量S1am、S2am进行放大的放大器。由此，在第2分支线路31中传输的第1、第2交流分量S1am、S2am经由后级放大器33放大成交流分量S1Am、S2Am之后，输入至处理电路56。

处理电路56与实施方式2的处理电路35基本相同，大致由多路复用器36、AD转换器37及运算处理部57构成。

这里，第1、第2直流分量S1d、S2d和第1、第2交流分量S1Am、S2Am经由多路复用器36输入到处理电路56的AD转换器37之后，AD转换器37将这些直流分量S1d、S2d和交流分量S1Am、S2Am转换成数字信号。此时，AD转换器37仅将交流分量S1Am、S2Am中例如正侧的值转换为数字信号。然后，转换成数字信号的直流分量S1d、S2d和交流分量S1Am、S2Am被输入至由微机等构成的运算处理部57。

运算处理部57执行图9所示的处理程序，基于AD转换器37输出的直流分量S1d、S2d和交流分量S1Am、S2Am，复原放大前的第1、第2检测信号S1、S2，并求出生物体B的吸光度比R12。即，运算处理部57基于后级放大器33的放大率Gy对直流分量S1d、S2d与交流分量S1Am、S2Am进行变换，使得直流分量S1d、S2d与交流分量S1Am、S2Am的振幅比回到由放大器33进行放大前的状态。

具体而言，如图9中的步骤21所示，执行比例恢复处理。此时，运算处理部57基于放大率Gd、Ga，对第1、第2检测信号S1、S2的直流分量S1d、S2d与交流分量S1Am、S2Am进行变换，将它们恢复到由放大电路34进行放大前的振幅比。具体而言，进行与上述数学式3相同的运算，将交流分量S1Am、S2Am除以放大率Gy，从而计算出恢复后的交流分量S1ar、S2ar。

接下来，在步骤22中，进行将恢复后的交流分量S1ar、S2ar与直流分量S1d、S2d合成的合成处理。具体而言，进行与上述数学式4相同的运算，将交流分量S1ar、S2ar与直流分量S1d、S2d相加，求出复原了放大前的第1、第2检测信号S1、S2的第1、第2复原信号SR1、SR2。

另外，如图10所示，在对交流分量S1Am、S2Am进行了放大率修正的交流分量S1ar、S2ar中，包含有从生物体B直接发出的反射光或透射光所产生的分量。为了防止该分量加倍地重叠，也可以在计算第1、第2复原信号SR1、SR2时，将直流分量S1d、S2d中发光元件23、24不发光时的直流分量S1doff、S2doff与交流分量S1ar、S2ar相加。

接下来，在步骤23中，进行噪声分量运算处理，用发光器22不发光时的检测信号S1、S2来求出外来光噪声所产生的直流分量S1doff、S2doff。即，如图10所示，在发光元件23、24不发光时，不检测发光元件23、24发出的光所产生的直流分量S1d0、S2d0，而只检测外来光噪声所产生的直流分量S1doff、S2doff。因此，通过从直流分量S1d、S2d提取出发光元件23、24不发光时的分量，能够求出外来光噪声所产生的直流分量S1doff、S2doff。

接下来，在步骤24中，进行噪声去除分量运算处理，求出去除了外来光噪声后的直流分量S1d0、S2d0。具体而言，提取出发光器22发光时的检测信号S1、S2，并求出外来光噪声及发光元件23、24发出的光这两者所产生的直流分量S1don、S2don，然后从该直流分量S1don、S2don减去外来光噪声所产生的直流分量S1doff、S2doff。由此，计算出去除了外来光噪声后的直流分量S1d0、S2d0。

接下来，在步骤25中，进行归一化信号运算处理，用直流分量S1d0、S2d0将交流分量S1ar、S2ar的振幅ΔS1ar、ΔS2ar归一化。此时，振幅ΔS1ar、ΔS2ar是通过将放大后的交流分量S1Am、S2Am的振幅ΔS1A、ΔS2A恢复到放大前的状态而得到的。基于下面的数学式6，将该振幅ΔS1ar、ΔS2ar除以直流分量S1d0、S2d0，从而计算出作为第1、第2比的归一化信号S10、S20。

[数学式6]

$S10=\frac{\mathrm{\ΔS}1\mathrm{ar}}{S1d0}$

$S20=\frac{\mathrm{\ΔS}2\mathrm{aar}}{S2d0}$

在步骤26中，是用直流分量S1d0、S2d0求出归一化信号S10、S20，但也可以仅基于交流分量S1Am、S2Am来求出归一化信号S10、S20。在这种情况下，如图10所示，对于交流分量S1Am、S2Am，从发光元件23、24发光时的交流分量S1Aon、S2Aon的时间平均值，减去不发光时的交流分量S1Aoff、S2Aoff，从而能够计算出相当于去除了外来光噪声的直流分量的值S1A0、S2A0。因此，通过将交流分量S1Am、S2Am的振幅ΔS1A、ΔS2A除以上述值S1A0、S2A0，能够将ΔS1A、ΔS2A归一化，求出归一化信号S10、S20。

接下来，在步骤26中，进行吸光度比运算处理，用归一化信号S10、S20计算吸光度比R12。具体而言，基于上述数学式2，将第1波长的归一化信号S10除以第2波长的归一化信号S20，从而计算出吸光度比R12。

由此，实施方式3也能实现与实施方式2相同的作用效果。尤其是在实施方式3中，发光器22以规定频率f发光，分离电路54输出以发光器22的规定频率f进行了调制后的交流分量S1am、S2am，因此，能够增大分离电路54的截止频率，并能减小电容器55A的电容值。

具体而言，光电脉搏波信号是与生物体的脉搏相对应的数Hz左右的低频信号。因此，为了分离光电脉搏波信号，截止频率要降到数Hz左右，并需要例如数百μＦ左右的大电容值的电容器。与之相对，在本实施方式中，为了分离以发光器22的规定频率f进行了调制的交流分量S1am、S2am，只要频率高于光电脉搏波信号的规定频率f的信号能够通过即可。因此，能够增大分离电路54的截止频率，从而，能够减小电容器55A的电容值，例如使其小于1μＦ，能够实现小型化和低成本。

另外，通过使用直流分量S1d、S2d中不发光时间段的数字信号数据，能够提取出仅由外来光噪声所产生的直流分量S1doff、S2doff。从而，能够从检测出的直流分量S1d、S2d去除外来光噪声所产生的直流分量S1doff、S2doff，因此，能够去除外来光的影响而将交流分量S1ar、S2ar的振幅ΔS1ar、ΔS2ar归一化。其结果是能够高精度地求出生物体B的吸光度比R12。

在上述实施方式2、3中，图5中的步骤11和图9中的步骤21示出了比例恢复单元的具体例，图5中的步骤14和图9中的步骤26示出了吸光度比运算单元的具体例，图9中的步骤23示出了噪声分量运算单元的具体例。

另外，在上述各实施方式中，发光器2、22输出互不相同的2个波长的光，但也可以输出一个波长的光，还可以输出3个波长以上的光。

另外，在上述各实施方式中，以应用于检测生物体B的光电脉搏波信号的光学传感器装置1、21、51的情况为例进行了说明。但本发明并不限于此，可以应用于检测被测定物的反射光或透射光的各种光学传感器装置。

标号说明

1、21、51  光学传感器装置

2、22  发光器

3、4、23、24  发光元件

7、27  光接收器

9、32、55  滤波电路

10、33  后级放大器（放大器）

11、34  放大回路

14、37  AD转换器

15、38、57  运算处理部

29、54  分离电路

Claims (7)

1.一种光学传感器装置，其特征在于，包括：

发光器，该发光器以预先设定的规定频率进行闪烁发光，并向被测定物输出光；

光接收器，该光接收器接收所述被测定物对所述发光器发出的光进行反射或透射后的光，输出经光电转换后的电信号；

滤波电路，该滤波电路以所述光接收器输出的电信号中包含所述发光器的规定频率在内的频带作为通带，输出以所述发光器的规定频率进行了调制后的调制信号；

放大器，该放大器对所述滤波电路输出的所述调制信号进行放大；

AD转换器，该AD转换器将由所述放大器放大后的模拟信号所构成的所述调制信号转换成数字信号；以及

运算处理部，该运算处理部基于所述AD转换器输出的数字信号，计算出所述电信号的直流分量和交流分量。

2.如权利要求1所述的光学传感器装置，其特征在于，

所述发光器包括输出互不相同的第1、第2波段的光的2个发光元件，

所述光接收器输出与所述第1、第2波段的光相对应的第1、第2电信号，

所述运算处理部包括吸光度比运算单元，该吸光度比运算单元基于第1比与第2比之间的比例，计算所述被测定物的吸光度比，所述第1比是基于所述第1电信号的第1交流分量的振幅、与基于所述第1电信号的第1直流分量之比，所述第2比是基于所述第2电信号的第2交流分量的振幅、与基于所述第2电信号的第2直流分量之比。

3.如权利要求1所述的光学传感器装置，其特征在于，

所述运算处理部包括：直流分量运算单元，该直流分量运算单元根据所述调制信号的时间平均来计算所述电信号的直流分量；以及交流分量运算单元，该交流分量运算单元从所述调制信号中去除所述直流分量运算单元计算出的直流分量，从而算出所述电信号的交流分量。

4.如权利要求3所述的光学传感器装置，其特征在于，

所述直流分量运算单元包括：全体分量运算单元，该全体分量运算单元用所述调制信号中所述发光器发光时的信号，计算出由外来光噪声和所述发光器发出的光这两者产生的全体直流分量；噪声分量运算单元，该噪声分量运算单元用所述调制信号中所述发光器不发光时的信号，计算出由外来光噪声产生的直流分量；以及噪声去除分量运算单元，该噪声去除分量运算单元从所述全体分量运算单元计算出的直流分量中，减去所述噪声分量运算单元计算出的直流分量，来计算出由所述发光器发出的光所产生的直流分量。

5.如权利要求1所述的光学传感器装置，其特征在于，

设有分离电路，该分离电路将所述滤波电路包括在内，并将所述调制信号与所述电信号的直流分量分离，

所述AD转换器不仅将所述调制信号转换成数字信号，还将经所述分离电路分离后的所述电信号的直流分量转换成数字信号，

所述运算处理部基于所述放大器的放大率，来对由所述AD转换器输出的数字信号构成的调制信号和所述电信号的直流分量进行变换，以使所述调制信号与所述电信号的直流分量的振幅比变为由所述放大器进行放大前的状态，从而基于所述数字信号的调制信号来计算所述电信号的交流分量。

6.如权利要求5所述的光学传感器装置，其特征在于，

所述运算处理部包括噪声分量运算单元，该噪声分量运算单元基于所述电信号的直流分量中所述发光器不发光时的信号，算出由外来光噪声产生的直流分量。

7.一种光学传感器装置，具有：发光器，该发光器向被测定物输出光；以及光接收器，该光接收器接收所述被测定物对所述发光器发出的光进行反射或透射后的光，输出经光电转换后的电信号，其特征在于，包括：

分离电路，该分离电路将所述光接收器输出的电信号分离成直流分量和交流分量；

放大电路：该放大电路分别用不同的放大率对所述分离电路分离出的直流分量和交流分量进行放大；

AD转换器，该AD转换器将由所述放大电路放大后的模拟信号所构成的所述直流分量和所述交流分量转换成数字信号；以及

运算处理部，该运算处理部基于所述放大电路的不同的放大率，对由所述AD转换器输出的数字信号的直流分量和交流分量进行变换，以使所述数字信号的直流分量和交流分量的振幅比变为由所述放大电路进行放大前的状态，从而恢复所述电信号的直流分量和交流分量。

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