本发明与光学感测有关，特别是关于一种能够兼具近接(Proximity)感测功能与心跳速率(Heart Rate)感测功能的光学感测装置及其运作方法。
背景技术：
由于血液内的血红素具有吸光性，且动脉律动所形成的脉搏会造成动脉血管粗细的改变，连带使得血管内的血液含量发生变化，因此，传统的光学感测器可通过一种光体积变化描记(Photoplethysmography，PPG)技术来感测血管脉动心率。其原理是：使用一组光源发出光束穿过待测处的皮肤并射入动脉内，并以一组相对应光波长的光感测器于待测处的对侧(穿透式)或同侧(反射式)进行穿透光或反射光的强度感测。光感测器所感测到的穿透光或反射光的强度大小会随着血液含量而变化，上述波形起伏即被称为光体积变化描记(PPG)，可用以表示脉搏的变化情形。持续一段时间感测PPG信号的变化即可得到一个规律变化的起伏波形，再通过侦测波形的变化规律来找出其峰值出现的时间点，即可通过相邻两脉搏峰值出现的时间间隔来求出心跳速率。
然而，除了脉搏的因素之外，血液内尚有其他因素会造成血红素对光吸收量的变化，例如血管壁、静脉血液、皮肤及外部侦测器的光学衰减等因素，并且这些因素加总起来所形成的PPG信号中的背景值往往远大于脉搏所形成的PPG信号中的动态变化值，甚至可能为50倍至100倍之多。此外，实务上在进行量测时容易因为人体晃动而导致光学感测器与皮肤的接触间隙产生变化，亦会造成PPG信号中的移动噪声，使得PPG信号不易保持在同一基准线上而难以准确判读波形的峰值。
为了消除上述的移动噪声，传统的光学感测器通常会以模拟电路来制作高通滤波器，由以在消除PPG信号中的背景值的同时也一并消除比心跳速率更慢的移动杂讯。然而，由于此高通滤波器的滤波频率通常是设定在0.5Hz左右，在电路实作上必须由具有高电容值的电容器组成。无论是采用外置或内置型式的电容器，均会导致光学感测器的整个体积变大及成本提高，不利其应用在可携式及穿戴式电子装置。此外，此高通滤波器所能承受的移动杂讯的变化范围亦有一定的限制，并无法因应不同的移动杂讯进行动态调整。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种光学感测装置及其运作方法，由以解决现有技术所述及的问题。
本发明的一较佳具体实施例为一种光学感测装置。于此实施例中，光学感测装置包括感测单元、模拟/数字转换单元、切换单元、第一处理单元及第二处理单元。感测单元用以提供一光感测信号。模拟/数字转换单元耦接感测单元。模拟/数字转换单元将光感测信号转换为数字光感测信号。切换单元耦接模拟/数字转换单元。切换单元接收一模式控制信号并根据模式控制信号选择性地切换至第一模式或第二模式。第一处理单元耦接模拟/数字转换单元及切换单元。第二处理单元耦接模拟/数字转换单元及切换单元。其中，当切换单元根据模式控制信号切换至第一模式时，第一处理单元根据数字光感测信号产生一光体积变化描记(Photoplethysmography，PPG)信号；当切换单元根据模式控制信号切换至第二模式时，第二处理单元根据数字光感测信号产生一近接(Proximity)感测信号。
在本发明的一实施例中，第一处理单元分别以第一样本量及第二样本量对数字光感测信号进行第一滚动平均(Rolling average)计算及第二滚动平均计算，第二样本量大于第一样本量。
在本发明的一实施例中，第一样本量为取样时间的0.1～0.2倍且第二样 本量为取样时间的0.5～1倍。
在本发明的一实施例中，第一处理单元还根据第一滚动平均计算及第二滚动平均计算的计算结果得到除去高频背景杂讯与极低频移动杂讯的数字光感测信号后，再侦测光体积变化描记的峰值，并根据光体积变化描记的峰值的侦测结果产生光体积变化描记信号。
在本发明的一实施例中，第一处理单元还根据光体积变化描记峰值的侦测结果判断是否调整光源输出或调整对光感测信号放大的倍率。
在本发明的一实施例中，第一处理单元以一样本量对数字光感测信号进行滚动平均计算，并根据滚动平均计算的计算结果得到除去极低频移动杂讯的数字光感测信号后再通过低通滤波除去数字光感测信号的高频杂讯，然后再侦测光体积变化描记(PPG)峰值，并根据光体积变化描记(PPG)峰值的侦测结果产生光体积变化描记信号。
在本发明的一实施例中，样本量为取样时间的0.5～1倍。
在本发明的一实施例中，模式控制信号是由光学感测装置所执行的应用程序(APP)所产生。
在本发明的一实施例中，模式控制信号是根据光学感测装置受到持续预设时间的按压动作所产生。
本发明的另一较佳具体实施例为一种光学感测装置运作方法。于此实施例中，光学感测装置运作方法用以运作光学感测装置。光学感测装置运作方法包括下列步骤：(a)光学感测装置将光感测信号转换为数字光感测信号；(b)光学感测装置根据模式控制信号选择性地切换至第一模式或第二模式；(c1)当光学感测装置切换至第一模式时，光学感测装置根据数字光感测信号产生光体积变化描记信号；以及(c2)当光学感测装置切换至第二模式时，光学感测装置根据数字光感测信号产生近接感测信号。
于一实施例中，步骤(c1)是分别以一第一样本量及一第二样本量对上述数字光感测信号进行一第一滚动平均计算及一第二滚动平均计算，上述第二 样本量大于上述第一样本量。
于一实施例中，上述第一样本量为取样时间的0.1～0.2倍且上述第二样本量为取样时间的0.5～1倍。
于一实施例中，步骤(c1)还根据上述第一滚动平均计算及上述第二滚动平均计算的计算结果得到除去高频噪声与极低频移动噪声的上述数字光感测信号后，再侦测一光体积变化描记峰值，并根据上述光体积变化描记峰值的侦测结果产生上述光体积变化描记信号。
于一实施例中，还包括下列步骤：
根据上述光体积变化描记峰值的侦测结果判断是否调整一光源输出或调整对上述光感测信号放大的倍率。
于一实施例中，步骤(c1)是以一样本量对上述数字光感测信号进行一滚动平均计算，并根据上述滚动平均计算的计算结果得到除去极低频移动噪声的上述数字光感测信号后再通过低通滤波除去上述数字光感测信号的高频噪声，然后再侦测一光体积变化描记峰值，并根据上述光体积变化描记峰值的侦测结果产生上述光体积变化描记信号。
于一实施例中，上述样本量为取样时间的0.5～1倍。
在本发明的一实施例中，上述模式控制信号是由上述光学感测装置所执行的一应用程序所产生。
于一实施例中，上述模式控制信号是根据上述光学感测装置受到持续一预设时间的一按压动作所产生。
相较于现有技术，根据本发明的光学感测装置及其运作方法先将光感测器的感测信号模拟放大，并经高解析度的模拟/数字转换为数字光感测信号，再以数字方式消除其背景噪声与移动噪声后算出心跳速率并回馈演算结果以决定是否调整发射光源或感测信号的放大倍率，其具有下列优点：
(1)本发明的光学感测装置可兼具近接感测功能与心跳速率感测功能，其发射光源与相对应的光感测器设置于光学感测装置的同一侧，当光学感测装 置与人体接触时，可调整发射光的强度使其穿透皮肤而射入动脉内，再由光感测器接收到反射回来的光强度，并以反射式感测器模式进行光体积变化描记(PPG)信号的侦测与演算。
(2)本发明的光学感测装置采用数字方式(滚动平均计算法及低通滤波法)得到除去高频背景噪声与极低频移动噪声的数字光感测信号，故可省去传统的光学感测装置需额外设置具有高电容值的电容器的高通滤波器，以大幅缩减体积及生产成本。此外，由于本发明的光学感测装置所采用的数字演算法(滚动平均计算法)是对原始信号进行平均而得，具有自适应性，可因应不同的移动噪声情况进行动态调整。
(3)本发明的光学感测装置采用具有高解析度的模拟/数字转换器对光感测信号进行模拟/数字转换，可保有较高的动态范围以因应不同使用情境下的背景值变动。此外，由于数字光感测信号中的高频背景噪声与极低频移动噪声均已被去除，故本发明的光学感测装置仅需简易的运算架构即可取得光体积变化描记(PPG)信号的心率峰值，可简化电路结构并降低成本。
(4)本发明的光学感测装置可依实际需要进行近接感测功能与心跳速率感测功能的切换，由于其体积很小且价格不高，故可广泛应用于强调轻薄短小的智能型手机、平板电脑、笔记本电脑及各种穿戴式电子装置上，极具市场潜力。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为根据本发明的一实施例的光学感测装置的功能方块图；
图2为图1中的第一处理单元14的一实施例的功能方块图；
图3A为模拟/数字转换单元12所输出的第一数字光感测信号S1的波形示意图；
图3B为以第一样本量对第一数字光感测信号S1进行第一滚动平均计算所得到的第二数字光感测信号S2的波形示意图；
图3C为以第二样本量对第一数字光感测信号S1进行第二滚动平均计算所得到的第三数字光感测信号S3的波形示意图；
图3D为将第二数字光感测信号S2减去第三数字光感测信号S3所得到的光体积变化描记(PPG)信号S4的波形示意图；
图3E为根据光体积变化描记信号S4的峰值所得到的心跳速率(Heart Rate)信号S5的波形示意图；
图4A为模拟/数字转换单元12所输出的第一数字光感测信号S1＇的波形示意图；
图4B为以一样本量对第一数字光感测信号S1＇进行滚动平均计算所得到的第二数字光感测信号S2＇的波形示意图；
图4C为将第一数字光感测信号S1＇减去第二数字光感测信号S2＇所得到的光体积变化描记(PPG)信号S3＇的波形示意图；
图4D为对光体积变化描记(PPG)信号S3＇进行低通滤波后所得到的光体积变化描记(PPG)信号S4＇的波形示意图；
图4E为根据光体积变化描记信号S4＇的峰值所得到的心跳速率(Heart Rate)信号S5＇的波形示意图；
图5为根据本发明的另一实施例的光学感测装置运作方法的流程图；
图6为根据本发明的又一实施例的光学感测装置运作方法的流程图。
主要组件符号说明
S100～S190、S200～S290：流程步骤
1：光学感测装置
10A：光源单元
10B：感测单元
11：模拟处理单元
12：模拟/数字转换单元
13：切换单元
14：第一数字处理单元
15：第二数字处理单元
16：缓冲单元
17：驱动单元
18：传输界面
19：第一震荡单元
20：第二震荡单元
21：模式控制单元
L：发射光
R：反射光
MC：模式控制信号
S0：模拟光感测信号
S1：第一数字光感测信号
S2：第二数字光感测信号
S3：第三数字光感测信号
S4：光体积变化描记(PPG)信号
S5：心跳速率信号
S6：近接感测信号
S1＇：第一数字光感测信号
S2＇：第二数字光感测信号
S3＇：光体积变化描记信号
S4＇：经低通滤波后的光体积变化描记信号
S5＇：心跳速率信号
SLED：光源调整信号
141：第一计算单元
142：第二计算单元
143：第三计算单元
144：第四计算单元
具体实施方式
现在将详细参考本发明的示范性实施例，并在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
在下述诸实施例中，当元件被指为“连接”或“耦接”至另一元件时，其可为直接连接或耦接至另一元件，或可能存在介于其间的元件。术语“电路”可表示为至少一元件或多个元件，或者主动地且/或被动地而耦接在一起的元件以提供合适功能。术语“信号”可表示为至少一电流、电压、负载、温度、信息或其他信号。
根据本发明的一较佳具体实施例为一种光学感测装置。于此实施例中，上述光学感测装置兼具近接感测功能与心跳速率感测功能，并可依实际需要进行近接感测功能与心跳速率感测功能的切换，其体积很小且价格不高，可广泛应用于强调轻薄短小的智能型手机、平板电脑、笔记本电脑及各种穿戴式电子装置上，但不以此为限。
请参照图1，图1为此实施例的光学感测装置的功能方块图。如图1所示，光学感测装置1包括光源单元10A、感测单元10B、模拟处理单元11、模拟/数字转换单元12、切换单元13、第一数字处理单元14、第二数字处理单元15、缓冲单元16、驱动单元17、传输界面18、第一震荡单元19、第二震荡单元20及模式控制单元21。其中，光源单元10A及感测单元10B均设置于光学感测装置1的同一侧；光感测单元10B耦接于接地端与模拟处理单 元11之间；模拟处理单元11耦接模拟/数字转换单元12；模拟/数字转换单元12分别耦接切换单元13、传输界面18、第一震荡单元19及第二震荡单元20；切换单元13分别耦接第一数字处理单元14及第二数字处理单元15；第一数字处理单元14分别耦接缓冲单元16、驱动单元17、传输界面18及第一震荡单元19；第二数字处理单元15分别耦接传输界面18及第二震荡单元20；缓冲单元16耦接传输界面18；驱动单元17耦接传输界面18；模式控制单元21耦接切换单元13。
接下来，将分别就光学感测装置1包括的上述各元件进行详细说明。
由于光源单元10A及感测单元10B均设置于光学感测装置1的同一侧，并且感测单元10B相对应于光源单元10A，光源单元10A与感测单元10B可作为“反射式近接感测器”的用途。当光源单元10A所发出的具有一特定波长的发射光L射至待测目标而被待测目标反射时，感测单元10B会接收具有上述特定波长的反射光R并经由模拟处理单元11进行放大等模拟处理程序后输出一模拟光感测信号S0至模拟/数字转换单元12。
实际上，光源单元10A可以是一发光二极管，用以发出具有特定波长的发射光L；感测单元10B则可以是相对应于光源单元10A的一光感测器，用以接收具有上述特定波长的反射光R，但不以此为限。此外，模拟处理单元11对反射光R进行放大处理的倍率可以是1至128倍，但不以此为限。
接着，模拟/数字转换单元12将模拟光感测信号S0转换为第一数字光感测信号S1并将第一数字光感测信号S1输出至切换单元13。
需说明的是，此实施例中的模拟/数字转换单元12为具有高解析度的模拟/数字转换器，以保有较高的动态范围并可因应不同使用情境下的背景值变动。实际上，模拟/数字转换单元12的解析度至少为16位元(bits)，但不以此为限。
于此实施例中，切换单元13会接收来自模式控制单元21的一模式控制信号MC并根据模式控制信号MC选择性地切换至第一模式或第二模式。实 际上，上述第一模式及第二模式可分别是心跳速率感测模式及近接感测模式，但不以此为限。
需说明的是，模式控制单元21所输出的模式控制信号MC可以是由光学感测装置1所执行的一应用程序(APP)所产生，或是根据光学感测装置1受到持续一预设时间的一按压动作所产生，并无特定的限制。举例而言，使用者可通过应用程序来选择光学感测装置1执行第一模式或第二模式，或是通过持续按压3秒的动作来选择光学感测装置1执行第一模式或第二模式。
接下来，将分别就切换单元13切换至第一模式及第二模式的情形进行详细说明。
(1)当切换单元13根据模式控制信号MC切换至第一模式时，切换单元13会将第一数字光感测信号S1传送至第一数字处理单元14。耦接第一数字处理单元14的第一震荡单元19为一高速震荡器，用以提供一第一时脉信号给第一数字处理单元14。于此实施例中，第一数字处理单元14为一数字信号处理器，用以根据第一数字光感测信号S1产生一心跳速率信号S5，但不以此为限。
请参照图2，图2为第一数字处理单元14的功能方块图。如图2所示，第一数字处理单元14包括第一计算单元141、第二计算单元142、第三计算单元143及第四计算单元144。其中，第一计算单元141及第二计算单元142均耦接第三计算单元143；第三计算单元143耦接第四计算单元144。需说明的是，第一数字处理单元14的电路结构可依照实际需求而设置，并不以此例为限。第一数字处理单元14中的第一计算单元141、第二计算单元142、第三计算单元143及第四计算单元144均属于具有调整参数的数字运算逻辑电路，均可因应不同的使用场合进行演算法的调整。
当第一数字处理单元14接收到第一数字光感测信号S1(其波形图请参照图3A)时，第一计算单元141以第一样本量对第一数字光感测信号S1进行第一滚动平均计算，以得到第二数字光感测信号S2(其波形图请参照图3B)； 第二计算单元142以第二样本量对第一数字光感测信号S1进行第二滚动平均计算，以得到第三数字光感测信号S3(其波形图请参照图3C)。
需说明的是，第一计算单元141对第一数字光感测信号S1进行第一滚动平均计算所采用的第一样本量会小于第二计算单元142对第一数字光感测信号S1进行第二滚动平均计算所采用的第二样本量。于此实施例中，第二样本量可为第一样本量的3倍至10倍，但不以此为限。
实际上，第一计算单元141以数目较少的第一样本量对第一数字光感测信号S1进行第一滚动平均计算，即是对第一数字光感测信号S1进行一低通滤波(Low pass filter)，以得到经低通滤波后的第二数字光感测信号S2。第二计算单元142以数目较多的第二样本量对第一数字光感测信号S1进行第二滚动平均计算，即是对第一数字光感测信号S1进行一极低通滤波(Very low pass filter)，以得到经极低通滤波后的第三数字光感测信号S3。
接着，第三计算单元143会将第二数字光感测信号S2减去第三数字光感测信号S3，即可同时消除掉其原本的高频背景噪声及极低频移动噪声，而得到一光体积变化描记(PPG)信号S4(其波形图请参照图3D)。如图3D所示，光体积变化描记(PPG)信号S4的波形起伏可用来表示已消除高频背景噪声及极低频移动噪声的脉搏变化情形。很明显地，于此实施例中，一开始的脉搏频率较快，但随时间增加而变得较慢。
需说明的是，由于此实施例中的光学感测装置1采用数字演算法(滚动平均计算法)来得到除去高频背景噪声与极低频移动噪声的光体积变化描记(PPG)信号S4，即可省去具有高电容值的电容器的高通滤波器的设置，而能大幅缩减光学感测装置1的体积及生产成本。此外，由于此实施例中的光学感测装置1所采用的数字演算法(滚动平均计算法)是对原始信号进行平均而得，具有自适应性，故可因应不同的移动噪声情况进行动态调整。
然后，第四计算单元144会先侦测光体积变化描记(PPG)信号S4的波形中的每个峰值出现的时间点，再根据相邻两峰值出现的时间点的间隔得到心 跳速率信号S5(其波形图请参照图3E)。如图3E所示，心跳速率信号S5的波形起伏可用来表示根据脉搏变化所得到的心跳速率变化情形，很明显地，于此实施例中，原本心跳速率数值较高，但随时间增加而开始变得较低。
此外，第四计算单元144亦可根据光体积变化描记(PPG)信号S4的波形中的峰值侦测结果判断是否调整一光源输出或调整模拟处理单元11对光感测信号放大的倍率。举例而言，若第四计算单元144根据光体积变化描记(PPG)信号S4的波形中的峰值侦测结果判定光源输出不足需增强，则第四计算单元144可输出光源调整信号SLED至驱动单元17，再由驱动单元17以定电流方式增强光源的强度，但不以此为限。
至于缓冲单元16则为一数据暂存区，用以暂存第一数字处理单元14所输出的心跳速率信号S5；传输界面18可以是一I2C信号传输界面，用以作为模拟/数字转换单元12、第一数字处理单元14、第二数字处理单元15、缓冲单元16及驱动单元17等单元之间的信号传输界面。
(2)当切换单元13根据模式控制信号MC切换至第二模式时，切换单元13会将第一数字光感测信号S1传送至第二数字处理单元15。耦接第二数字处理单元15的第二震荡单元20为一低速震荡器，用以提供一第二时脉信号给第二数字处理单元15。
如图1所示，于此实施例中，第二数字处理单元15为一数字信号处理器，用以根据第一数字光感测信号S1产生一近接感测信号S6，但不以此为限。第二数字处理单元15可根据第一数字光感测信号S1得到感测单元10B所接收到的具有特定波长的反射光的强度大小，并根据此一强度大小判断待测目标的距离远近。需说明的是，第二数字处理单元15根据接收到的反射光强度判断待测目标的距离远近的操作原理与一般的“反射式近接感测器”相同，故于此不另行赘述。
于实际应用中，光学感测装置1可先通过切换单元13切换至第二模式来感测待测目标是否够接近光学感测装置1，一旦待测目标够接近光学感测 装置1时，光学感测装置1才通过切换单元13切换至第一模式来对待测目标进行心跳速率的感测，以节省光学感测装置1的耗电，但不以此为限。
需说明的是，第一数字处理单元14的实际运作情形并不以上述实施例为限。于另一实施例中，第一数字处理单元14亦可先以大样本量(例如取样时间的0.5～1倍)对模拟/数字转换单元12所输出的第一数字光感测信号S1＇(其波形示意图如图4A所示)进行滚动平均计算，以得到第二数字光感测信号S2＇，其波形示意图如图4B所示。
接着，第一数字处理单元14再将第一数字光感测信号S1＇减去第二数字光感测信号S2＇，以得到除去极低频移动噪声的光体积变化描记(PPG)信号S3＇，其波形示意图如图4C所示。
然后，第一数字处理单元14再对光体积变化描记信号S3＇进行低通滤波，以进一步得到除去高频背景噪声的光体积变化描记信号S4＇，其波形示意图如图4D所示。
最后，第一数字处理单元14根据光体积变化描记信号S4＇的峰值得到心跳速率信号S5＇，其波形示意图如图4E所示。
综合上述可知：根据本发明的光学感测装置1能够以数字方式(滚动平均计算法及低通滤波法)有效消除数字光感测信号的高频背景噪声与极低频移动噪声，并据以算出心跳速率，甚至还能够根据回馈的演算结果决定是否调整发射光源或感测信号的放大倍率。
根据本发明的另一较佳具体实施例为一种光学感测装置运作方法。于此实施例中，光学感测装置运作方法用以运作一兼具近接感测功能与心跳速率感测功能的光学感测装置，并可依实际需要进行近接感测功能与心跳速率感测功能的切换，其体积很小且价格不高，可广泛应用于强调轻薄短小的智能型手机、平板电脑、笔记本电脑及各种穿戴式电子装置上，但不以此为限。
请参照图5，图5为此实施例的光学感测装置运作方法的流程图。如图5所示，于步骤S100中，上述方法控制光源单元发出具有一特定波长的发射 光。当光源单元所发出的具有上述特定波长的发射光射至待测目标而被待测目标反射时，于步骤S110中，上述方法接收具有上述特定波长的反射光并对其进行放大等模拟处理程序后输出一模拟光感测信号。
于步骤S120中，上述方法将模拟光感测信号转换为一第一数字光感测信号。于步骤S130中，上述方法根据一模式控制信号选择性地切换至一第一模式或一第二模式。
当切换至第一模式时，上述方法分别执行步骤S140及S150，以第一样本量对第一数字光感测信号进行第一滚动平均计算得到第二数字光感测信号并以第二样本量对第一数字光感测信号进行第二滚动平均计算，以得到第三数字光感测信号。
需说明的是，上述方法对第一数字光感测信号进行第一滚动平均计算所采用的第一样本量会小于上述方法对第一数字光感测信号进行第二滚动平均计算所采用的第二样本量。于此实施例中，第一样本量可以是取样时间的0.1～0.2倍且第二样本量可以是取样时间的0.5～1倍，但不以此为限。
接着，于步骤S160中，上述方法将第二数字光感测信号减去第三数字光感测信号，即可同时消除掉其原本的高频背景噪声及极低频移动噪声，而得到一光体积变化描记(PPG)信号。
然后，于步骤S170中，上述方法侦测光体积变化描记(PPG)信号的波形中的每个峰值出现的时间点。最后，于步骤S180中，上述方法根据相邻两峰值出现的时间点的间隔得到心跳速率信号。
另一方面，当切换至第二模式时，上述方法执行步骤S190，根据上述数字光感测信号产生一近接(Proximity)感测信号。
接着，请参照图6，图6为另一实施例的光学感测装置运作方法的流程图。如图6所示，于步骤S200中，上述方法控制光源单元发出具有一特定波长的发射光。当光源单元所发出的具有上述特定波长的发射光射至待测目标而被待测目标反射时，于步骤S210中，上述方法接收具有上述特定波长 的反射光并对其进行放大等模拟处理程序后输出一模拟光感测信号。
于步骤S220中，上述方法将模拟光感测信号转换为一第一数字光感测信号。于步骤S230中，上述方法根据一模式控制信号选择性地切换至一第一模式或一第二模式。
当切换至第一模式时，上述方法执行步骤S240，以一样本量对第一数字光感测信号进行滚动平均计算得到第二数字光感测信号。接着，于步骤S250中，上述方法将第二数字光感测信号减去第一数字光感测信号，即可消除掉第一数字光感测信号的极低频移动噪声，而得到一光体积变化描记(PPG)信号。
需说明的是，上述方法对第一数字光感测信号进行滚动平均计算所采用的样本量可以是取样时间的0.5～1倍，但不以此为限。
接着，于步骤S260中，上述方法对光体积变化描记信号进行低通滤波(Low-pass filter)程序，即可进一步消除掉其原本的高频背景噪声。
然后，于步骤S270中，上述方法侦测光体积变化描记信号的波形中的每个峰值出现的时间点。最后，于步骤S280中，上述方法根据相邻两峰值出现的时间点的间隔得到心跳速率信号。
另一方面，当切换至第二模式时，上述方法执行步骤S290，根据上述数字光感测信号产生一近接感测信号。
相较于现有技术，根据本发明的光学感测装置及其运作方法先将光感测器的感测信号模拟放大，并经高解析度的模拟/数字转换为数字光感测信号，再以数字方式有效消除其背景噪声与移动噪声后算出心跳速率并回馈演算结果以决定是否调整发射光源或感测信号的放大倍率，其具有下列优点：
(1)本发明的光学感测装置可兼具近接感测功能与心跳速率感测功能，其发射光源与相对应的光感测器设置于光学感测装置的同一侧，当光学感测装置与人体接触时，可调整发射光的强度使其穿透皮肤而射入动脉内，再由光感测器接收到反射回来的光强度，并以反射式感测器模式进行光体积变化描 记(PPG)信号的侦测与演算。
(2)本发明的光学感测装置采用数字方式(滚动平均计算法及低通滤波法)得到除去高频背景噪声与极低频移动噪声的数字光感测信号，故可省去传统的光学感测装置需额外设置具有高电容值的电容器的高通滤波器，以大幅缩减体积及生产成本。此外，由于本发明的光学感测装置所采用的数字演算法(滚动平均计算法)是对原始信号进行平均而得，具有自适应性，可因应不同的移动噪声情况进行动态调整。
(3)本发明的光学感测装置采用具有高解析度的模拟/数字转换器对光感测信号进行模拟/数字转换，可保有较高的动态范围以因应不同使用情境下的背景值变动。此外，由于数字光感测信号中的高频背景噪声与极低频移动噪声均已被去除，故本发明的光学感测装置仅需简易的运算架构即可取得光体积变化描记(PPG)信号的心率峰值，可简化电路结构并降低成本。
(4)本发明的光学感测装置可依实际需要进行近接感测功能与心跳速率感测功能的切换，由于其体积很小且价格不高，故可广泛应用于强调轻薄短小的智能型手机、平板电脑、笔记本电脑及各种穿戴式电子装置上，极具市场潜力。
通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。