TWI536960B - 可攜式電子裝置及其即時心跳量測方法 - Google Patents

Description

可攜式電子裝置及其即時心跳量測方法

本發明為一種可攜式電子裝置及其即時心跳量測方法，係指一種運用光學元件進行血液偵測的電子裝置及其量測方法。

隨著技術的進步，可攜式電子裝置能提供的功能漸趨多樣化，其中一種應用即是作為心跳偵測裝置，使用者透過將手指或身體其他部位置放於光源上，再利用光學偵測器接收光線之反射光而產生血液偵測訊號，由控制單元根據此血液偵測訊號獲得心跳值。使用者可於一般靜止狀況下量測心跳，或者是運動中利用可攜式電子裝置監控心跳。

然而若在運動狀態下量測心跳時，由於運動時使用者的身體將不可避免的產生震動，此時光學偵測器所產生的血液偵測訊號中，將包含因心跳而產生的真實訊號以及因震動而產生的震動訊號，故若以此血液偵測訊號計算，將獲得錯誤的心跳值。因此，現有技術中，係額外設置一重力加速度感測器（G-sensor），用來偵測目前的震動訊號，則控制單元係將所獲得的血液偵測訊號扣除該震動訊號後，再用來計算心跳值，方能得出正確的心跳值。惟設置額外的重力加速度感測器，不但增加整體造價，同時也增加體積，此則不利於可攜式電子裝置輕量化，尤其針對穿戴式的電子裝置而言，過重或過大的穿戴式電子裝置無疑減損其產品價值。

有鑑於此，本發明係尋求在不具備額外元件的前提下，同樣能不受震動訊號影響而獲得正確的心跳值。

為達到上述之發明目的，本發明所採用的技術手段為提供一種可攜式電子裝置，係包含： 一第一光源，用以提供一第一光線； 一光學偵測器，係包含至少一光偵測單元，該光學偵測器偵測該第一光源投射該第一光線至物件所產生的反射光，以透過該物件反射該第一光線之反射光來產生一血液偵測訊號，該物件為一使用者的身體部位； 一控制單元，連接該第一光源及該光學偵測器。

該控制單元執行一種即時心跳量測方法，係包含以下步驟： 取得一初始心跳值； 以該初始心跳值設定一基準範圍； 取得一即時心跳值； 判斷該即時心跳值是否落在該基準範圍內；若是，則輸出該即時心跳值；若否，則不輸出該即時心跳值。

本發明的優點在於，利用初始心跳值所設定之基準範圍，來排除因震動而產生之異常數值，故在不增加額外元件的前提下，仍可準確的量測出使用者的心跳值，因此，可降低可攜式電子裝置的製造成本，亦可縮小整體體積，以便於使用者攜帶或穿戴。

以下配合圖式及本發明之實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。

請參閱圖1至圖3所示，本發明之可攜式電子裝置包含一第一光源10、一光學偵測器20及一控制單元30。

所述光學偵測器20包含有至少一光偵測單元21及至少一驅動單元22，該第一光源10與相對應之驅動單元22相連接以受其驅動。所述光偵測單元21透過可攜式電子裝置上預設的孔洞而可接收光線產生光學偵測訊號，所述第一光源10透過可攜式電子裝置上預設的孔洞而可投射光至可攜式電子裝置之外，所述光偵測單元21及所述驅動單元22的數量可視功能需求而定，所述光偵測單元21及所述第一光源10的位置關係亦可視功能需求而定。進一步而言，該第一光源10與該光學偵測器20可整合在一積體電路封裝。在較佳實施例中，所述光學偵測器20包含了多個光偵測單元21、時序控制器TC，放大器AMP、主動增益控制器AGC、類比數位轉換器ADC、數位濾波器DF、多工器MUX、控制暫存器CR、資料暫存器DR、中斷介面II、傳收介面TSI、光源控制器LC、振盪器OSC、偏壓電路BC以及溫度偵測器TS。光偵測單元21用以偵測光而產生前述的光學偵測訊號。放大器AMP用以放大光學偵測訊號，其增益能力可藉由主動增益控制器AGC來調整。主動增益控制器AGC可藉由調整放大器AMP的增益以及光偵測單元21的積分時間”integration time”來使處理過的光學偵測訊號達到所須的亮度。類比數位轉換器ADC將放大後的光學偵測訊號轉換為數位訊號。數位濾波器DF用以過濾雜訊。時序控制器TC用以管理光學偵測器20中各元件的時序。溫度偵測器TS用以偵測溫度。偏壓電路BC是類比電路的偏壓來源。振盪器OSC是時脈來源。光源控制器LC用以控制前述的內部光源或外部光源。控制暫存器CR、資料暫存器DR分別用以儲存命令以及偵測結果。傳收介面TSI用以與該控制單元30傳收命令或資料。中斷介面II用以通知該控制單元30儲存空間的狀態，以決定資料的傳收。

本發明之控制單元30係執行本發明之即時心跳量測方法，請參閱圖4配合圖1及圖2所示，本發明之即時心跳量測方法包含以下步驟：

取得初始心跳值（S1）：使用者之身體部位接近該第一光源10後，該第一光源10投射一第一光線至使用者之身體部位而形成一反射光，該光學偵測器20之光偵測單元21接收該反射光而產生一血液偵測訊號，利用該血液偵測訊號獲得一初始心跳值。

設定基準範圍（S2）：利用該初始心跳值來設定一可能的心跳變化基準範圍，在一實施例中，係以該初始心跳值為中心值來設定該基準範圍，例如初始心跳值為每分鐘72次，假設心跳值在一定的時間範圍內不可能變化超過30次的差異值，故可將該基準範圍設定為每分鐘42至102次，或者設定更小的範圍，例如每分鐘52至92次。

取得即時心跳值（S3）：該第一光源10再次投射一第一光線至使用者之身體部位而形成一反射光，該光學偵測器20之光偵測單元21接收該反射光而產生一血液偵測訊號，利用該血液偵測訊號獲得一即時心跳值。

判斷即時心跳值是否落在基準範圍內（S4）：將所獲得的即時心跳值與該基準範圍進行比較，判斷該即時心跳值是否落入該基準範圍之內。若是，則輸出該即時心跳值（S41）；若否，則不輸出該即時心跳值（S42），並加大基準範圍後（S43）再回到步驟S3。在加大基準範圍的步驟S43中，可依據設定微幅加大基準範圍，以避免即時心跳值變化過於劇烈，但所增加的基準範圍值不超過系統預設的合理值，以避免誤將受震動雜訊影響的結果判讀為即時心跳值。

因此，利用基準範圍的設定與即時心跳值的比對，可確保所輸出的即時心跳值均為合理變化範圍內的心跳值，而不包含受震動雜訊影響的錯誤心跳值。

進一步而言，本發明於步驟S41後包含有另一步驟，重新設定基準範圍（S5）：利用所輸出的即時心跳值來重新設定基準範圍，在一實施例中，係利用該即時心跳值作為中心值來重新設定基準範圍。隨著使用者狀態的變化，即時心跳值亦可能不停的變化，例如運動時，故基準範圍隨著即時心跳值的變化而調整，較能準確的判斷下一個即時心跳值是否正確。

再者，請參閱圖5配合圖1及圖2所示，就取得初始心跳值S1或取得即時心跳值S3的步驟而言，可進一步分為以下子步驟：

投射一第一光線至使用者之身體部位（S61）：利用該第一光源10投射該第一光線至使用者之身體部位後，形成一反射光。

接收該第一光線之反射光（S62）：利用該光學偵測器20之之光偵測單元21接收該反射光而產生一血液偵測訊號。

判斷該血液偵測訊號是否有效（S63）：該控制單元30判斷該血液偵測訊號是否為有效訊號，有可能因使用者之身體部位移動或其他原因而使得訊號過小，導致訊號無效而無法進一步判斷心跳值。若判斷為有效訊號，則將血液偵測訊號轉換為心跳資料（S631）；若判斷為無效訊號，則回到步驟S62。

判斷所獲得之心跳資料是否已達一特定數量的次數（S64）：當轉換為心跳資料後，計算所獲得的心跳資料之次數，是否已達特定數量，例如100～500次。若是，則利用所獲得之所有心跳資料換算取得一心跳值（S641）；若否，則回到步驟S62。

透過判斷血液偵測訊號是否為有效訊號，可設定臨界值以剔除過大或過小的訊號值；且透過多筆心跳資料來獲得心跳值，係可避免受單一事件中突波值的影響，以提昇所獲得心跳值的準確度。

又請參閱圖6配合圖1及圖2所示，為了達到省電效果，在執行步驟S1前可執行以下近接感應程序：

以一第一頻率投射第二光線並接收其反射光（S11）：控制該第一光源10以一第一頻率投射出一第二光線，再利用該光學偵測器20之之光偵測單元21接收該第二光線之反射光。

判斷是否有使用者之身體部位接近（S12）：利用所接收到之反射光來判斷是否有使用者之身體部位接近至一定程度，若使用者之身體部位越接近，則反射光強度越強，在一實施例中，可設定一反射光強度的臨界值來做為判斷基準。若判斷是用者之身體部位已接近到一定程度，則開始以一第二頻率投射該第一光線至使用者之身體部位，以形成反射光（S121）；若判斷無使用者之身體部位接近，則回到步驟S11。

接收該第一光線之反射光（S13）：利用該光學偵測器20之光偵測單元21接收該反射光而產生一血液偵測訊號。

取得該初始心跳值（S1）：利用該血液偵測訊號獲得該初始心跳值。

透過前述之近接感應程序，可在待機時利用較低的第一頻率投射該第二光線，當確定有使用者之身體部位接近時，再用較高的第二頻率投射該第一光線以獲得初始心跳值，較低的投射頻率將耗費較低的電量，因此，可利用接近感應程序而達到省電的效果。

進一步而言，請參閱圖7所示，本發明可設置一第二光源10A，利用該第二光源10A以該第一頻率投射該第二光線。在一實施例中，該第二光源10A為不可見光，以在待機狀態下投射時不影響使用者之視線。

再者，當獲得該初始心跳值時，先將其轉換為一初始頻率，再以該初始頻率為中心值設定該基準範圍，而獲得該即時心跳值時，先將其轉換為一即時頻率，再比對該即時頻率與該基準範圍。

綜上所述，本發明係利用該初始心跳值所預先設定的基準範圍，來與後續獲得的即時心跳值進行比對，則當受震動雜訊影響而計算出過大或過小的心跳值，將被該基準範圍排除在外，因而所輸出的即時心跳值將為準確且不受震動雜訊影響。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10‧‧‧第一光源
10A‧‧‧第二光源
20‧‧‧光學偵測器
21‧‧‧光偵測單元
22‧‧‧驅動單元
30‧‧‧控制單元
TC‧‧‧時序控制器
AMP‧‧‧放大器
AGC‧‧‧主動增益控制器
ADC‧‧‧類比數位轉換器
DF‧‧‧數位濾波器
MUX‧‧‧多工器
CR‧‧‧控制暫存器
DR‧‧‧資料暫存器
II‧‧‧中斷介面
TSI‧‧‧傳收介面
LC‧‧‧光源控制器
OSC‧‧‧振盪器
BC‧‧‧偏壓電路
TS‧‧‧溫度偵測器

圖1為本發明之可攜式電子裝置的結構示意圖。 圖2為本發明之可攜式電子裝置的方塊圖。 圖3為本發明之光學偵測器的電路方塊圖。 圖4為本發明之即時心跳量測方法的流程圖。 圖5為本發明之獲取心跳值的流程圖。 圖6為本發明之近接感應程序的流程圖。 圖7為本發明可攜式電子裝置的另一實施例結構示意圖。

Claims (24)

1. 一種即時心跳量測方法，係包含以下步驟：(a)取得一初始心跳值；(b)以該初始心跳值設定一基準範圍；(c)取得一即時心跳值；(d)判斷該即時心跳值是否落在該基準範圍內；若是，則輸出該即時心跳值；若否，則不輸出該即時心跳值；(e)當判斷該即時心跳值落在該基準範圍內後，利用該即時心跳值重新設定該基準範圍。
2. 如請求項1所述之即時心跳量測方法，其中取得該初始心跳值包含以下步驟：(a1)投射一第一光線至一使用者的身體部位後形成一反射光；(a2)接收該第一光線之反射光以產生一血液偵測訊號；(a3)依據該血液偵測訊號獲得該初始心跳值。
3. 如請求項2所述之即時心跳量測方法，其中於執行步驟a2後進一步包含以下步驟：(a21)判斷該血液偵測訊號是否為有效訊號，若為無效訊號則返回步驟a2，若為有效訊號，則執行步驟a3。
4. 如請求項2所述之即時心跳量測方法，其中於執行步驟a2後進一步包含以下步驟：(a21)判斷該血液偵測訊號是否為有效訊號，若為無效訊號則返回步驟a2；(a22)若該血液偵測訊號為有效訊號，則轉換該血液偵測訊號為一心跳資料； (a23)判斷所獲得的心跳資料之次數是否已達一第一數量，若否，則返回步驟a2；(a24)若所獲得的心跳資料之次數已達一第一數量，則執行步驟a3。
5. 如請求項1至4中任一項所述之即時心跳量測方法，其中取得該即時心跳值包含以下步驟：(c1)投射一第一光線至一使用者的身體部位後形成一反射光；(c2)接收該第一光線之反射光以產生一血液偵測訊號；(c3)依據該血液偵測訊號獲得該即時心跳值。
6. 如請求項5所述之即時心跳量測方法，其中於執行步驟c2後進一步包含以下步驟：(c21)判斷該血液偵測訊號是否為有效訊號，若為無效訊號則返回步驟c2，若為有效訊號，則執行步驟c3。
7. 如請求項5所述之即時心跳量測方法，其中於執行步驟c2後進一步包含以下步驟：(c21)判斷該血液偵測訊號是否為有效訊號，若為無效訊號則返回步驟c2；(c22)若為該血液偵測訊號為有效訊號，則轉換該血液偵測訊號為一心跳資料；(c23)判斷所獲得的心跳資料之次數是否已達一第二數量，若否，則返回步驟c2；(c24)若所獲得的心跳資料之次數已達一第二數量，則執行步驟c3。
8. 如請求項1至4中任一項所述之即時心跳量測方法，其中取得該初始心跳值前先執行以下步驟： (a01)以一第一投射頻率投射一第二光線，接收該第二光線之反射光並判斷是否有一使用者之身體部位接近，若有則執行步驟a02，若無則重複執行步驟a01；(a02)以一第二投射頻率投射一第一光線至該使用者的身體部位後形成一反射光，其中該第二投射頻率高於該第一投射頻率；及(a03)接收該第一光線之反射光以產生一血液偵測訊號。
9. 如請求項8所述之即時心跳量測方法，其中該第二光線與該第一光線發自相同光源。
10. 如請求項8所述之即時心跳量測方法，其中該第二光線與該第一光線發自不同光源，且該第二光線為不可見光。
11. 如請求項1至4中任一項所述之即時心跳量測方法，其中於步驟a中依據該初始心跳值獲得一初始頻率，並於步驟b中以該初始頻率為中心值設定該基準範圍，且於步驟c中依據該即時心跳值獲得一即時頻率，並於步驟d中判斷該即時頻率是否落在該基準範圍內，又於步驟e中當判斷該即時頻率落在該基準範圍內後，利用該即時頻率作為中心值重新設定該基準範圍。
12. 如請求項1至4中任一項所述之即時心跳量測方法，其中於步驟d中，當執行不輸出該即時心跳值後，再執行加大該基準範圍的步驟並返回步驟c。
13. 一種可攜式電子裝置，係包含：一第一光源，用以提供一第一光線；一光學偵測器，係包含至少一光偵測單元，該光學偵測器偵測該第一光源投射該第一光線至物件所產生的反射光，以透過該物件反射該第一光線之反射光來產生一血液偵測訊號，該物件為一使用者的身體部位； 一控制單元，連接該第一光源及該光學偵測器，該控制單元執行以下步驟：(a)取得一初始心跳值；(b)以該初始心跳值設定一基準範圍；(c)取得一即時心跳值；(d)判斷該即時心跳值是否落在該基準範圍內；若是，則輸出該即時心跳值；若否，則不輸出該即時心跳值；(e)當判斷該即時心跳值落在該基準範圍內後，利用該即時心跳值重新設定該基準範圍。
14. 如請求項13所述之可攜式電子裝置，其中該控制單元執行取得該初始心跳值時，係執行以下步驟：(a1)控制該第一光源投射一第一光線至該使用者的身體部位後形成一反射光；(a2)控制該光學偵測器接收該第一光線之反射光以產生一血液偵測訊號；(a3)依據該血液偵測訊號獲得該初始心跳值。
15. 如請求項14所述之可攜式電子裝置，其中該控制單元於執行步驟a2後進一步執行以下步驟：(a21)判斷該血液偵測訊號是否為有效訊號，若為無效訊號則返回步驟a2，若為有效訊號，則執行步驟a3。
16. 如請求項14所述之可攜式電子裝置，其中該控制單元於執行步驟a2後進一步包含以下步驟：(a21)判斷該血液偵測訊號是否為有效訊號，若為無效訊號則返回步驟a2； (a22)若該血液偵測訊號為有效訊號，則轉換該血液偵測訊號為一心跳資料，(a23)判斷所獲得的心跳資料之次數是否已達一第一數量，若否，則返回步驟a2；(a24)若所獲得的心跳資料之次數已達一第一數量，則執行步驟a3。
17. 如請求項13至16中任一項所述之可攜式電子裝置，其中該控制單元執行取得該即時心跳值時，係執行以下步驟：(c1)控制該第一光源投射一第一光線至該使用者的身體部位後形成一反射光；(c2)控制該光學偵測器接收該第一光線之反射光以產生一血液偵測訊號；(c3)依據該血液偵測訊號獲得該即時心跳值。
18. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該控制單元於執行步驟c2後進一步包含以下步驟：(c21)判斷該血液偵測訊號是否為有效訊號，若為無效訊號則返回步驟c2，若為有效訊號，則執行步驟c3。
19. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該控制單元於執行步驟c2後進一步包含以下步驟：(c21)判斷該血液偵測訊號是否為有效訊號，若為無效訊號則返回步驟c2；(c22)若為該血液偵測訊號為有效訊號，則轉換該血液偵測訊號為一心跳資料；(c23)判斷所獲得的心跳資料之次數是否已達一第二數量，若否，則返回步驟c2； (c24)若所獲得的心跳資料之次數已達一第二數量，則執行步驟c3。
20. 如請求項13至16中任一項所述之可攜式電子裝置，其中在該控制單元執行取得該初始心跳值前，先執行以下步驟：(a01)控制該第一光源以一第一投射頻率投射一第二光線，控制該光學控制器接收該第二光線之反射光並判斷是否有一使用者之身體部位接近，若有則執行步驟a02，若無則重複執行步驟a01；(a02)控制該第一光源以一第二投射頻率投射一第一光線至該使用者的身體部位後形成一反射光，該第一投射頻率低於該第二投射頻率；(a03)控制該光學偵測器接收該第一光線之反射光以產生一血液偵測訊號。
21. 如請求項13至16中任一項所述之可攜式電子裝置，其進一步包含有一第二光源，其中在該控制單元執行取得該初始心跳值前，先執行以下步驟：(a01)控制該第二光源以一第一投射頻率投射一第二光線，控制該光學控制器接收該第二光線之反射光並判斷是否有一使用者之身體部位接近，若有則執行步驟a02，若無則重複執行步驟a01；(a02)控制該第一光源以一第二投射頻率投射一第一光線至該使用者的身體部位後形成一反射光，該第一投射頻率低於該第二投射頻率；(a03)控制該光學偵測器接收該第一光線之反射光以產生一血液偵測訊號。
22. 如請求項21所述之可攜式電子裝置，其中該第二光線為不可見光。
23. 如請求項13至16中任一項所述之可攜式電子裝置，其中該控制單元於執行步驟a時係依據該初始心跳值獲得一初始頻率，並於執行步驟b時 以該初始頻率為中心值設定該基準範圍，且於執行步驟c時依據該即時心跳值獲得一即時頻率，並於執行步驟d時判斷該即時頻率是否落在該基準範圍內，又於執行步驟e時當判斷該即時頻率落在該基準範圍內後，利用該即時頻率作為中心值重新設定該基準範圍。
24. 如請求項13至16中任一項所述之可攜式電子裝置，其中該控制單元於執行步驟d時，當執行不輸出該即時心跳值後，再執行加大該基準範圍的步驟並返回步驟c。