光谱仪，控制光谱仪输出增益的方法及测量生物信息的装置和方法与流程

本申请要求于2017年11月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2017-0156785的优先权，该申请的全部公开以引用方式并入于此。

根据示例实施例的装置和方法涉及光谱仪以及利用光谱仪测量生物信息的技术，更具体地涉及调节光谱仪的光接收级的输出增益的技术。

背景技术：

近来，研究了利用拉曼光谱仪或近红外光谱仪以非侵入方式测量生物信息(例如血糖)的方法。在这种生物信息测量方法中，利用光谱仪测量从对象反射的光的光谱，基于测量的光谱确定生物信息，如血糖、热量和其他类似信息。通常，光谱仪包括：光源，向对象上发射光，对象例如是人体；以及检测器，检测从对象返回的光信号。检测器检测到的电流信号被转换为电压信号并由放大器进行放大，放大器的输出信号由模数转换器(adc)转换为数字信号并输出。

技术实现要素：

根据示例实施例的方面，提供了一种光谱仪，包括：光源部分，被配置为向对象上发射多个波长的光；检测器，被配置为检测根据发射的光从对象反射的所述多个波长中每一个波长的光信号；控制器，被配置为根据对象的光反应特性设定所述多个波长中每一个波长的放大增益；以及放大器，被配置为使用设定的放大增益来放大检测器的输出信号。

光源部分可以包括多个光源，多个光源中的至少两个可以发射不同波长的光。

光源部分可以对所述多个波长中每一个波长的光进行时间划分。

控制器可以根据对象的每个波长的光反应特性，计算每个波长的最优放大增益，并且当光源部分发射特定波长的光时，控制器可以根据特定波长的最优放大增益来设定放大器的放大增益。

控制器可以通过在预定放大增益区域中改变所述多个波长中每一个波长的放大增益，来计算最优放大增益，该最优增益不会导致放大器的输出饱和。

放大器可以包括：跨阻放大器(tia)，被配置为将检测器输出的电流信号转换为电压信号；可变增益放大器(vga)，被配置为使用所述多个波长中每一个波长的设定放大增益来放大电压信号。

光谱仪可以进一步包含转换器，被配置为将所述多个波长中每一个波长的经放大器放大并输出的模拟信号转换为数字信号。

控制器可以根据所述多个波长中每一个波长的由转换器输出的数字信号来重建光谱。

控制器可以根据所述多个波长中每一个波长的转换器的数字信号得到第一光谱响应，根据将所得的第一光谱响应除以一个值而得到的值来得到第二光谱响应，并基于所得的第二光谱响应重建用于测量生物信息的光谱，其中所述一个值是针对所述多个波长中每一个波长，将光强度乘以最优放大增益而得到的。

根据另一示例实施例的方面，提供了一种通过光谱仪获得光谱的方法，所述方法包括：通过光源部分向对象上发射多个波长的光；通过控制器根据对象的光反应特性，设定所述多个波长中每一个波长的放大增益；通过检测器检测从对象反射的所述多个波长中每一个波长的光信号；以及通过放大器使用设定的放大增益来放大检测器的输出信号。

此外，通过光谱仪获得光谱的方法还可以包括：通过转换器将所述多个波长中每一个波长的经放大器放大和输出的模拟信号转换为数字信号。

此外，通过光谱仪获得光谱的方法还可以包括：通过控制器根据所述多个波长中每一个波长的输出数字信号来重建光谱。

此外，通过光谱仪获得光谱的方法还可以包括：通过控制器基于每一个波长的对象的光反应特性，计算每一个波长的最优放大增益；以及设定放大增益包括：当向对象上发射光期间发射特定波长的光时，根据所述特定波长的最优放大增益，设定放大器的放大增益。

计算最优放大增益包括：驱动光源部分向对象上发射预定光强度的特定波长的光；当向对象上发射所述特定波长的光时，在预定放大增益区域中改变放大器的放大增益；以及在改变的放大增益里，确定不会导致放大器的输出饱和的最大放大增益作为所述特定波长的最优放大增益。

确定最优放大增益包括：响应于所确定的最优放大增益等于所述放大增益区域中的最大放大增益，调节所述波长的光强度，并重复发射光及后续操作。

根据另一示例实施例的方面，提供了一种生物信息测量装置，包括：光学部分，包括：光源部分，被配置为向对象上发射多个波长的光；检测器，被配置为检测从对象反射的光信号；以及放大器，被配置为使用针对所述多个波长中每一个波长而设定的放大增益来放大检测器的输出信号；以及控制器，包括：驱动控制器，被配置为响应于测量生物信息的请求来控制光源部分；增益控制器，被配置为当光源部分发射特定波长光时，将放大器的放大增益设定为所发射的所述特定波长的最优放大增益；信号处理器，被配置为基于光学部分的输出信号来测量生物信息。

当接收到测量生物信息的请求时，信号处理器可以根据所述对象的信息和传感器信息中的至少一项，确定是否为所述对象计算所述多个波长中每一个波长的最优放大增益。

在这种情况下，对象的信息可以包括用户性别、用户年龄、用户健康状况、接触光学部分的用户的待检查部位中的一项或多项；传感器信息可以包括从倾斜传感器和接触压力传感器中的一个或多个收集的信息。

当信号处理器确定计算最优放大增益时，驱动控制器可以驱动光源部分发射预定光强度的所述多个波长中的每一个波长的光；当光源部分发射所述多个波长中每一个波长的光时，增益控制器可以在预定放大增益区域中改变放大器的放大增益；以及信号处理器可以在改变的放大增益中确定不会导致放大器的输出饱和的最大放大增益作为所述多个波长中每一个波长的最优放大增益。

响应于确定的最优放大增益等于放大增益区域中的最大放大增益，信号处理器可以调节光强度，并利用调节后的光强度重新计算最优放大增益。

光学部分还可以包括转换器，被配置为将所述多个波长中每一个波长的经放大器放大并输出的模拟信号转换为数字信号；以及信号处理器可以根据转换器输出的所述多个波长中每一个波长的数字信号来重建光谱，并利用重建的光谱测量生物信息。

生物信息可以包括血糖、胆固醇、甘油三酯、蛋白质和尿酸中的至少一项。

此外，生物信息测量装置还可以包括：输出部分，被配置为输出控制器的处理结果。

根据另一示例实施例的方面，提供了一种生物信息测量方法，包括：通过光源部分向对象上发射多个波长的光；当发射特定波长的光时，通过控制器根据发射的特定波长的最优放大增益，设定可变增益放大器(vga)的放大增益；通过光学部分检测从对象反射的所述多个波长中每一个波长的光信号，并输出电信号；通过光学部分放大所输出的电信号；以及通过控制器根据放大并输出的信号来测量生物信息。

此外，生物信息测量方法还可以包括：当接收到测量生物信息的请求时，由控制器确定是否为所述对象计算所述多个波长中每一个波长的最优放大增益；以及当确定计算最优放大增益时，由控制器为所述对象计所述多个波长中每一个波长的最优放大增益。

计算最优放大增益可以包括：驱动光源部分发射预定光强度的特定波长的光；当向对象上发射所述特定波长的光时，在预定放大增益区域中改变vga的放大增益；以及在改变的放大增益里，确定不会导致vga的输出信号饱和的最大放大增益作为最优放大增益。

此外，生物信息测量方法还可以包括：确定所确定的最优放大增益是否等于所述放大增益区域中的最大放大增益；响应于所确定的最优放大增益等于所述放大增益区域中的最大放大增益，调节光源的光强度，并继续驱动光源。

此外，生物信息测量方法还可以包括：将所述多个波长中每一个波长的经放大操作放大的模拟信号转换为数字信号。

测量生物信息可以包括：根据所述多个波长中每一个波长的数字信号来重建光谱，并根据重建的光谱测量生物信息。

附图说明

上述和/或其他示例方面和优点将从结合附图的描述中变得显而易见并更易理解，附图中：

图1是示出了光谱仪的框图；

图2是示出了光谱仪的光源阵列结构示例的图；

图3是说明相关技术光谱仪的电路图；

图4a和4b是根据示例实施例说明调节光谱仪的输出增益的图；

图5是示出了根据示例实施例的光谱仪的电路图；

图6是示出了根据示例实施例的利用光谱仪获得光谱的方法的流程图；

图7是示出了根据示例实施例的计算每个波长的最优放大增益的流程图；

图8是示出了根据示例实施例的生物信息测量装置的框图；

图9是示出了根据示例实施例的生物信息测量装置的光谱仪部分的框图；

图10是示出了根据示例实施例的生物信息测量装置的控制器的框图；

图11是示出了根据示例实施例的生物信息测量方法的流程图；

图12是示出了根据示例实施例的最优放大增益的方法的流程图；以及

图13a和13b是示出了根据示例实施例的可穿戴设备的框图。

具体实施方式

以下详细描述和附图中包括了示例实施例的细节。从参照附图的以下详细描述中将更清楚地理解示例实施例的优点和特征以及实现其的方法。在所有附图和详细描述中，除非另有说明，否则相同的附图标记将被理解为指代相同的元件、特征和结构。出于清楚、图示和方便的目的，可以将这些元件的相对尺寸和描绘进行放大。

将理解的是，尽管第一、第二等术语在此可以用来描述各种元件，但是这些元件不应该受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。除非另有明确说明，否则对单数的任何提及都可以包括复数形式。

另外，除非明确地作出相反的描述，否则，诸如“包括”或“包含”的表述将被理解为暗示包含所陈述的元件，而不是排除掉任何其他元件。而且，诸如“部分”、“单元”或“模块”等术语应被理解为是执行至少一个功能或操作的并且可以体现为硬件、软件或其组合的单元。

下文中，参考附图详细描述光谱仪和利用光谱仪重建光谱的方法的示例实施例。

图1是示出了根据示例实施例的光谱仪的框图。图2是示出了根据示例实施例的光谱仪的光源阵列结构的图。

参考图1，根据实施例的光谱仪100包括控制器110、光源部分120、检测器130、放大器140以及转换器150。在这种情况下，光谱仪100可形成为单一的硬件结构。然而，光谱仪100不仅限于此，控制器110、放大器140以及转换器150中的至少一些可安装在物理上分离的不同设备上，例如，可安装在生物信息测量装置上。

光源部分120发射多个波长的光到对象obj上。如图所示，光源120可以包括多个光源121和122来发射多个波长的光。在这种情况下，多个光源121和122中的至少两个可发射不同波长的光。图1示出了光源部分120仅包含两个光源121和122，但这只是为了方便说明，光源的数量不限于此。在控制器110的控制下，光源部分120可以对多个波长的光输出进行时间划分，并因此可以依次将不同波长的光发射到对象obj上。光源121和122各自可以包括发光二极管(led)、激光二极管、荧光体和类似元件中的任一个或多个。光源121和122可发射近红外光，但不限于此，也可发射拉曼光谱的激光。

参考图2，光源部分120可以是具有在圆形框架上布置的n个led的led阵列。在这种情况下，led可以具有峰值波长λ1，λ2，λ3，...，和λn。在控制器110的控制下，每个led可以通过时间划分不同波长的光输出来分别依次发射波长λ1，λ2，λ3，...，和λn的光到对象obj上。

在光源121和122中的每个光源发射光到对象obj上后，根据对象obj的组织特性，对象obj会吸收、反射或散射光。在这种情况下，对象obj的光反应特性会根据对象obj的类型以及光的波长而变化，并且对象obj对光的吸收、透射、反射或散射的程度会根据对象obj的光反应特性而变化。

检测器130可检测对象obj反射或散射的光信号。检测器130可将检测到的光信号转换为电流信号并可输出该电流信号。在这种情况下，检测器130可以包括光电二极管，并且可以是具有多个光电二极管的阵列。参考图2，检测器120可以包括光电二极管(pd)，该光电二极管放置在布置了led的圆形框架的中心。

放大器140可以预设的放大增益放大检测器130输出的电流信号，并可输出放大信号。在这种情况下，可通过与光源的操作同步来设置放大增益。例如，当光源部分120发射特定波长的光时，可以根据预先计算的该特定波长的最优放大增益，设置放大器140的放大增益。在这种情况下，光源部分120发射特定波长的光的时间可以在该特定波长的光发射的时间之前或之后或与之同时。

放大器140可以包括如下中的一个或多个：跨阻放大器(tia)，将检测器130输出的电流信号转换为电压信号；以及可变增益放大器(vga)，利用设置的放大增益放大tia输出的电压信号，并将放大后的电压信号输出，其中tia和vga可形成为单一部分或分离部分。

转换器150可将放大器140输出的模拟信号转换为数字信号，

并输出该数字信号。转换器150可具有最大输出值作为系统参数，该最大输出值表示可以在不会导致放大器140的输出饱和的情况下输出数字信号的最大值。

控制器110可通过产生多种控制信号来控制光谱仪100的各个部分。此外，控制器110可接收转换器150的输出信号，可基于接收到的转换器150的输出信号重建光谱，并可进行多种其它操作。

例如，控制器110可控制光源部分110的光源121和122发射光到对象上。控制器110可时分地、顺序地打开或关闭光源部分110的光源121和122中的一个或多个。然而，控制器110不限于此，并可同时打开或关闭全部或部分光源，或者可依次仅驱动光源中的一些。

参考图2，控制器110可以通过对led进行时间划分来打开或关闭led阵列中的每一个led，使得波长λ1，λ2，λ3，...，和λn中的每一个波长的光可以依次发射到对象obj上。例如，控制器110可以控制所有led，使得控制器110在第一脉冲期间以第一光强度驱动第一个led，并且在经过第一脉冲期间后，控制器110关闭第一led并在第二脉冲期间以第二光强度驱动第二led。

控制器110可设置放大器140的放大增益。控制器110可通过将放大器140的操作与光源的操作同步，来设置适合光源发射的波长的放大增益。例如，当驱动发射波长λ1的光的第一led时，控制器110可根据针对波长λ1而预先计算的最优放大增益，设置放大器140的放大增益。然后，在驱动发射波长λ2的光的第二led时，控制器110可将放大器140的放大增益改变为针对波长λ2而预先计算的最优放大增益。

控制器110可针对要发射到对象上的光的每个波长计算最优放大增益。例如，在预定放大增益区域中的放大增益中，控制器110可计算对于特定波长不会导致转换器150的输出饱和的最大放大增益，作为该特定波长的最优放大增益。不会导致转换器150的输出饱和的放大增益是指，该放大增益不大于转换器150的最大输出值，且不会导致放大器140的输出饱和。控制器110可通过在放大增益区域中从最小放大增益到最大放大增益来顺序地改变放大增益，计算最优放大增益。然而，放大增益的计算不限于此，控制器110可利用二分查找方法等类似方法选择放大增益区域中要改变的放大增益。

在另一示例中，控制器110可根据放大器140设定的特定放大增益、在从放大器140以该特定放大增益放大的信号转换后由转换器150输出的数字信号、以及转换器150的最大输出值，直接计算最优放大增益。

一旦每一个波长的数字信号由转换器150输出，控制器110可基于每一个波长的输出数字信号，得到每一个波长的光谱响应。例如，控制器110可根据接收到的每一个波长的数字信号得到每一个波长的第一光谱响应。由于所得的每一个波长的第一光谱响应是以光强度和针对每一个波长设定的最优放大增益而缩放的值，控制器110可将得到的每一个波长的第一光谱响应重建成与初始期望的光强度和放大增益相对应的每一个波长的第二光谱响应。

此外根据所得的每一个波长的第二光谱响应，控制器110可重建用于测量生物信息的光谱。例如，根据每一个波长的第二光谱响应，控制器110可得到线性独立方程，并可基于此线性独立方程重建光谱。例如，控制器110可得到矩阵形式的线性方程，如以下方程1所示，并可使用求解线性方程的方法来得到重建光谱。

【方程1】

az＝u

其中a是根据每一个光源驱动条件测量所得的参考光谱特性的矩阵；u是根据为每一个光源等同地设置的驱动条件，由检测器实际测量的值的矩阵；z是要重建的光谱。在这种情况下，可能存在病态矩阵a，其中作为线性方程的方程1的系统值可能不准确，因此通过使用反演问题(inverseproblem)解法，可在光谱分辨率大小无限制的情况下，利用最少数量的光谱曲线，重建具有高准确度的对象光谱。

以下方程2示出了用于求解反演问题的吉洪诺夫正则化方法。

【方程2】

(αe+a^ta)zα＝a^tu

zα＝(αe+a^ta)^-1a^tu

其中，u是检测器实际测量的矩阵u的每个组成；e是单位矩阵；a是核矩阵，是根据光源的驱动条件，针对每个光源测量的参考光谱的矩阵；以及α是去噪单元。方程2可按已知方法求解，比如最小二乘法，可用例如qr分解法来解方程。

图3是说明相关技术光谱仪的电路图。图4a和4b是根据示例实施例的说明调节光谱仪的输出增益的图。图5是示出了根据示例实施例的光谱仪的电路图。

参考图3到5，更详细地描述根据示例实施例的光谱仪的操作原理。

参考图3，在相关技术光谱仪系统中，一旦光源310(1)依次发射连续波长到对象obj上，(2)检测器320检测根据对象obj的对每一个波长的吸收特性，由对象obj反射或散射的光，并输出光为电流信号。(3)检测器320的与接收光量成比例的电流信号由放大器330转换成电压信号，并以放大增益g进行放大，作为模数转换器(adc)340的输入。adc340将输入电压信号转换成数字信号，并输出数字信号。adc340的输出信号用来重建对象obj的光谱。

在这种情况下，为了将adc340的量化噪声最小化，要求将放大增益g设置得接近adc340的输入范围内的最大输出值(vadc_in_max)，但不大于最大输出值(vadc_in_max)，使得放大器330的放大信号不饱和。

相应地，在相关技术光谱仪系统中，当测量具有不同级别的反射率的各种对象时，所有对象的放大增益的幅度被限制到满足上述条件的、针对具有最高反射率的对象的放大增益。此外，即使是同一对象，对每个波长的光反应特性也是不同的，从而在依次发射多个波长的光到该同一对象上来测量光谱的情况下，所有波长的放大增益的幅度被限制到针对具有最高反射率的波长的放大增益。

图4a示出了具有相对较高反射率的对象或波长的由检测器输出的电流信号(1)以及电流信号(1)以放大增益g1放大的放大器输出的信号(2)的示例。如图4a所示，当放大器的输出信号(2)具有adc的输入范围内的值，使得adc的输出不饱和时，放大增益g1可被设置为接近最大输出值(vadc_in_max)，以最小化adc的量化噪声。

图4b示出了具有相对较低反射率的对象或波长的由检测器输出的电流信号(1)。图4b的放大信号(2)是利用图4a中针对高反射率情况而设置的放大增益g1来放大的信号。如图4b所示，由于放大增益g1是针对高反射率设置的，所以当测量低反射率的对象或波长时，放大器的放大信号(2)与最大输出值(vadc_in_max)不接近。在此情形下，与高反射率的波长的情况相比，量化噪声增大，使精确重建光谱受到限制。

相反，在图4b中，通过以比放大增益g1相对较大的放大增益g2对电流信号(1)放大来得到放大信号(3)，电流信号(1)与放大信号(2)相比具有较低的反射率。在此情形下，考虑到电流信号(1)的反射率，计算放大增益g2的值，使得放大信号(3)的输出可以与adc的最大输出值(vadc_in_max)接近，从而最小化adc的量化噪声，而不使放大器的放大信号(3)不饱和，如图4b所示。

参考图5，根据示例实施例的光谱仪500包括控制器510、光源部分520、检测器530、放大器540、转换器550以及信号处理器560。在此情形下，控制器510和信号处理器560被示出为两部分，这仅仅在功能上分离，备选地二者可以包括在图1所示的单个控制器内。

当接收到来自信号处理器560的用于获得对象光谱的控制信号时，控制器510可驱动光源部分520。光源部分520可以是例如包含led1，led2，...，和ledn的n个led的阵列，这些led分别发射n个波长λ1，λ2，...，和λn的光。图5示出了两个led，led1521和led2522，但这仅仅是为了方便说明，led阵列中包括的led的数量并不限于此。

进一步地，在驱动led521和led522时，控制器510可根据针对led521和522中每一个的波长而预先计算的最优放大增益，来设置放大器540的vga542的放大增益。在此情形下，控制器510可以在驱动led521和522之前或之后设置vga542的放大增益。

例如，如果针对波长λ1，λ2，...，和λn中每一个波长分别预先计算出最优放大增益gopt，1，gopt，2，...，和gopt，n，控制器510以光强度i0，1驱动第一led1521，并可以将通过与led的操作同步而针对波长λ1预先计算的最优放大增益gopt，1设置为vga542的放大增益。

当根据对象obj的组织特性，led1521发射的波长λ1的光被对象obj吸收、透射、反射或散射时，检测器530检测光信号，将检测到的光信号转换成电流信号，并输出该电流信号。在此情形下，检测器530可以是光电二极管。

检测器530输出的电流信号输入至放大器540的tia541以转换成电压信号，并由vga542以波长λ1的最优放大增益放大并被输出。输出的放大信号是以波长λ1的最优放大增益进行放大的，使得输出放大信号不饱和，但可以输出为接近转换器550的最大输出值的值。

转换器550将输入的模拟放大信号转换成数字信号，并将该数字信号传输给信号处理器560。转换器550可以包括ad转换器(adc)。

控制器510以光强度i0，2驱动第二led2522，并可以将通过与led的操作同步而针对波长λ2预先计算的最优放大增益gopt，2设置为放大器540的vga542的放大增益。每次发射波长λ1，λ2，...，和λn之一时，检测器530、放大器540和转换器550可重复上述检测、放大和转换。在此情形下，可以在使用最优放大增益时计算每个led的光强度。

信号处理器560可根据从转换器550传输的数字信号重建光谱。例如，一旦转换器550针对波长λi(1≤i≤n，i为整数)输出数字信号，信号处理器560可根据输出的数字信号得到从对象obj检测的每个波长的第一光谱响应xi。在此情形下，每个波长的第一光谱响应xi是以每个波长的不同的光强度i0，i和不同的放大增益gopt，i而缩放的值，使得可以通过使用以下方程3将从第一光谱响应xi重建成初始期望得到的第二光谱响应yi，方程3中k是通过预处理而预定义的特定常量。

【方程3】

如上所述，信号处理器560可根据针对每一个波长的所得的第二光谱响应重建光谱，并且可将重建光谱输出给生物信息测量装置或外部设备，例如外部显示设备。

当接收到来自用户或其他设备的计算每一个波长的最优放大增益的请求时，信号处理器560可相对于对象obj计算每一个波长的最优放大增益。进一步地，当接收到来自用户或其他设备的获得对象obj的光谱的请求时，信号处理器560可根据对象是否已改变，要发射到对象上的波长是否已改变等来确定是否重新计算每一个波长的最优放大增益。此外，如果在测量对象obj的光谱时转换器550输出数字信号，信号处理器560可根据针对特定波长的输出信号是否饱和来确定是否针对该特定波长重新计算最优放大增益。

当确定要重新计算最优放大增益时，信号处理器560发射控制信号给控制器510。当接收到该控制信号时，控制器510可以驱动ledi发射波长为λi，光强度为i0，i的光。

当ledi发射光到对象obj上时，控制器510可在预定放大增益区域中改变放大器540的vga的放大增益g1，g2，…，和gm。例如，控制器510可在放大增益区域中从最小放大增益g1朝着最大放大增益gm顺序地增加vga的放大增益。备选地，控制器510可利用二分查找方法在放大增益区域中选择放大增益，来设置vga的放大增益。但放大增益不限于此。

信号处理器560可基于放大器540或转换器550根据改变的放大增益而输出的信号来计算波长λi的最优放大增益。例如，在多个改变的放大增益中，信号处理器560可确定不会导致放大器540的输出饱和的最大放大增益作为波长λi的最优放大增益gopt，i。如果所确定的最优放大增益等于放大增益区域中的最大放大增益gm，信号处理器560针对波长λi将ledi的光强度i0，i增加预定级别，并可再次控制控制器510以增加后的光强度来重新计算波长λi的最优放大增益。

然而，波长λi的最优放大增益的计算方法不限于此。例如，信号处理器560可根据放大器540设置的放大增益、以该设置的放大增益放大并由转换器550输出的输出值、以及转换器550的最大输出值，利用下述方程4直接得到最优放大增益。

【方程4】

其中，ga是放大器540设置的放大增益，yadc0是转换器550的输出值，ymax是通过转换器550的输出可获得而不使放大信号饱和的最大输出值。

在计算每一个波长的光强度和最优放大增益时，信号处理器560可在光源驱动条件下将反馈信息传输给控制器510。

图6是示出了根据示例实施例的光谱仪获取光谱的方法的流程图。图7是示出了根据示例实施例的计算每个波长的最优放大增益的方法的流程图。图6和图7的方法可以一并是图1的光谱仪100执行的光谱获取方法的一个示例。

在610，当接收到测量对象光谱的请求时，控制器110可计算每一个波长的最优放大增益。在这种情况下，该光谱测量请求可接收自用户或其他设备。当接收到光谱测量请求时，控制器110可确定是否计算最优放大增益，基于确定不需要计算最优放大增益时，控制器110可省略610中计算一个或多个波长的最优放大增益。

图7示出了根据示例实施例的计算最优放大增益。参考图7，在711，控制器110将波长索引i设为1，以计算第一波长λ1的最优放大增益。

在712，控制器110将第一放大增益索引j初始值设为1，以在预定增益区域中顺序地改变放大器140的放大增益g1，g2，…，和gm，并将发射波长λ1的光的光源的光强度i设为i0。

在713，控制器110用光强度i驱动波长λ1的光源，当光发射到对象上时，在714将放大器140的放大增益设为放大增益gj。

在715，控制器110可确定放大器140放大的信号是否会导致adc的输出饱和。

如果放大器140的放大信号不饱和，在716，控制器110可确定当前放大增益gj是否等于最大放大增益gm。

响应于当前放大增益gj等于放大增益区域中的最大放大增益gm，在718控制器110将波长λ1的光强度i增加预定级别δ，并继续至713。响应于716中当前放大增益gj不等于放大增益区域中的最大放大增益gm，在717中控制器110将下一放大增益索引j加1，并继续至714。如果在715中对于当前放大增益gj放大器140的放大信号饱和，在719控制器110可将波长λ1的最优放大增益gopt确定为先前的放大增益gj-1。

在720，控制器110比较当前波长索引i是否等于最后波长索引n；响应于当前波长索引i不等于最后波长索引n，控制器110将波长索引i加1，以计算下一个波长的最优放大增益，并继续至712。在比较时，若当前波长是最后的波长，控制器110结束该过程。

回顾图6，在620，控制器110以610中针对每个波长得到的光强度来驱动光源部分120.

在630，在控制器110的控制下，光源部分120驱动光源发射光到对象上。

在640，当光源部分120将每个波长的光发射到对象上时，控制器110可根据610中针对每个波长计算的最优放大增益来设置放大器140的放大增益。

在650，检测器130可检测从对象返回的每一个波长的光信号，并输出电信号。

在660，放大器140以640中针对每个波长设定的放大增益来放大针对每个波长的输出电信号，并可将放大后的信号输出。在这种情况下，放大器140可将650中输出的电流信号转换为电压信号，并可放大和输出该电压信号。

在670，转换器150可将放大后的模拟信号转换为数字信号，并输出数字信号。在此情形下，输入到转换器150的信号是考虑到针对每一个波长的对象的反射率而以最优放大增益放大的信号，使得转换器150可输出最小化量化噪声水平而不饱和的信号。

控制器110可根据输出的数字信号重建光谱。

下文中，参考附图详细描述用于测量生物信息的装置和方法的示例实施例。

图8是示出了根据示例实施例的生物信息测量装置的框图。图9是示出了根据示例实施例的生物信息测量装置的光谱仪部分的框图。图10是示出了根据示例实施例的生物信息测量装置的控制器的框图。

生物信息测量装置800可以是测量多种类型信息中任何信息的装置，信息包括血糖、甘油三酯、胆固醇，卡路里、蛋白质、尿酸以及其他类似信息。生物信息测量装置800可制造成如图13a所示的手表型设备。然而，生物信息测量装置800的不限于此，不仅可以是腕带型设备、手镯型设备、戒指型设备、眼镜型设备、发带型设备或其他类似样式，也可以依据生物信息测量目的或生物信息测量装置的使用场合而制造成多种大小和形状中的任何大小和形状。

参考8，生物信息测量装置800包括光学部分810、控制器820以及输出部分830。该示例实施例中的光学部分810和控制器820可执行图1和图5所示的光谱仪100和500的功能。

在控制器820的控制下，光学部分810发射光到对象上，根据对象的光反应特性检测从对象返回的光，处理检测到的光信号，并将处理过的光信号传输给控制器820.

当接收到来自用户的与生物信息测量相关的多种命令中的任何命令时，控制器820可控制光学部分810和输出部分830，并可根据由光学部分810处理并输出的信号来测量生物信息。

输出部分830可通过多种输出模块中的任何一种，利用多种视觉或非视觉的方法中的任何一种，将光学部分810和控制系统820的处理结果输出给用户。例如，输出模块可以是在视觉上显示处理结果的显示模块，可以是将处理结果以语音输出的扬声器设备，或者将处理结果通过振动、触觉等输出的触觉模块等，但不限于此。

参考9，光学部分810包括光源部分811、检测器812、放大器813以及转换器814。

光源部分811可以包括一个或多个光源，并可根据控制器820的控制通过时间划分每一个波长的光的输出来发射光。

检测器812可以包括光电二极管，并可检测光源部分811发射到对象上之后被反射或散射到检测器812的光，可将检测到的光信号转换成电流信号，并可输出该电流信号。

放大器813可将检测器812输出的电流信号转换成电压信号，可以预定放大增益放大该电压信号，并可输出放大后的电压信号。在此情形下，当驱动每一个波长的光源时，控制器820可分别根据每一个波长的最优放大增益设置或改变放大器813的放大增益。

转换器814可将放大器813放大并输出的模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号传输给控制器820。

参考10，控制器820可以包括驱动控制器821、增益控制器822以及信号处理器823。

信号处理器823可接收生物信息测量请求。在此情形下，生物信息测量请求可接收自用户或外部设备。

当接收到生物信息测量请求时，信号处理器823可确定是否针对要发射到对象上的光的每一个波长计算最优放大增益。例如，当接收到生物信息测量请求时，信号处理器823可采集待测对象的信息和传感器信息中的一项或多项，并可利用采集的信息来确定是否计算最优放大增益。待测对象的信息可包括用户的性别、年龄和健康状况，以及与光学部分810接触的待检查部位的信息。此外，传感器信息可以包括从安装在生物信息测量装置800上的倾斜传感器、接触压力传感器等采集的信息。例如，如果用户的健康状况、接触压力或待检查部位与先前数据不同，针对每一个波长的对象的反射率可能与先前反射率不同，从而信号处理器823可确定针对每一个波长重新计算最优放大增益。

如果确定针对每一个波长计算最优放大增益，信号处理器823可针对每一个波长设置初始光强度和放大增益区域，并针对驱动控制器821和增益控制器822产生控制信号。

一旦驱动控制器821以每一个波长的初始光强度驱动光源部分811，光源部分811可以时间划分光源并依次驱动每个光源发光。

当光源发射特定波长的光时，增益控制器822可在预定放大增益区域内改变放大器813的放大增益。

信号处理器823可确定增益控制器822在放大增益区域内改变的每一个放大增益是否导致放大器813放大信号饱和，并可将不导致放大信号饱和的放大增益之中的最大放大增益确定为该特定波长的最优放大增益。在此情形下，如果所确定的最优放大增益等于放大增益区域中的最大放大增益，信号处理器823可增加该特定波长的光强度，并可重复计算最优放大增益的过程。然而，最优放大增益的计算并不限于此，信号处理器823可用上述的其他多种方法中的任何方法来计算最优放大增益。

当以这种方式确定每一个波长的光强度和最优放大增益时，信号处理器823可在光源驱动条件下在存储设备中管理所确定的光强度和最优放大增益。除了每一个波长的光强度和最优放大增益，光源驱动条件还可包括关于驱动顺序、脉冲持续时间等的信息。

存储设备可以包括至少一个以下存储介质：闪存型存储器，硬盘性存储器，多媒体卡微型存储器，卡片式存储器(如安全数字(sd)存储器，极速数字(xd)存储器等)，随机存取存储器(ram)，静态随机存取存储器(sram)，只读存储器(rom)，电可擦可编程只读存储器(eeprom)，可编程只读存储器(prom)，磁存储器，磁盘，光盘或其它类似存储器，但不限于此。

当确定不计算每一个波长的最优放大增益时，或当最优放大增益的计算完成时，信号处理器823可控制驱动控制器821和增益控制器822来测量生物信息。驱动控制器821可参照光源驱动条件，控制光源部分811；当每一个波长的光发射出时，增益控制器822可参照光源驱动条件，将发射波长的最优放大增益设置为放大器813的放大增益。

针对每一个波长的数字信号一经转换器814输出，信号处理器823可根据输出的数字信号重建对象的光谱。如上所述，信号处理器823可根据从转换器814输出的数字信号，得出每一个波长的响应，并依据所得的每一个波长的响应重建光谱。可使用上述的方程1和方程2进行光谱重建。在此情形下，根据转换器814输出的数字信号得到的光谱响应是以每一个波长的不同光强度和不同放大增益而缩放的值，使得信号处理器823可利用方程3的方法针对每一个波长将光谱响应恢复为初始期望的光谱响应，并可据此恢复的光谱响应来重建光谱。

在重建对象的光谱时，信号处理器823可利用重建的光谱和预定义的生物信息测量模型进行生物信息测量。在此情形下，生物信息测量模型可以预定义为线性函数模型，但并不限于此。

在测量生物信息时，信号处理器823可分析测量的生物信息，并生成用户的健康状况信息、警告、提示信息等。

图11是示出了根据示例实施例的生物信息测量方法的流程图。图12是示出了根据示例实施例的最优放大增益计算方法的流程图。

图11和图12可以一并是由图8的生物信息测量装置800执行的生物信息测量方法的示例。

参照图11，在1110，控制器可接收生物信息测量请求，在1120可确定是否计算每一个波长的最优放大增益。例如，当接收到生物信息测量请求时，控制器采集对象的信息和传感器信息中的一项或多项，并确定用户的健康状况、接触压力、待检查部位等的信息是否与先前数据不同。当确定信息与先前数据不同时，由于对象针对每一个波长的反射率可能与先前反射率不同，所以控制器可确定计算每一个波长的最优放大增益，

当在1120确定计算每一个波长的最优放大增益时，控制器可在1130计算每一个波长的最优放大增益。

参考图12，在1130计算最优放大增益的示例实施例中，在1210，控制器可驱动光谱仪部分以预定光强度发射特定波长的光到对象上。

在1220，当发射特定波长的光到对象上时，控制器可在预定放大增益区域内改变可变增益放大器(vga)的放大增益。

在1230，控制器可以从1220中所改变的放大增益之中确定不导致vga的放大信号饱和的最大放大增益，作为该特定波长的最优放大增益。

在1240，控制器确定所确定的最优放大增益是否等于放大增益区域中的的最大放大增益；如果相等，在1250，控制器可增加针对该特定波长的光强度，并重复操作1210和后续操作。如果不相等，控制器完成该特定波长的最优放大增益的计算，并可计算下一波长的最优放大增益。

回顾图11，在1120如果控制器确定不计算最优放大增益或者在1130已计算了最优放大增益，控制器可在1140驱动光源部分以进行生物信息测量，并可在1150根据计算的每一个波长的最优放大增益来设置vga的放大增益。

在1160，光谱仪部分检测从对象返回的每一个波长的光信号，将检测到的光信号转换成电流信号并输出流信号。在1170，光谱仪部分将每一个波长的输出电流信号转换成电压信号，并将此电压信号放大并输出。在1180，光谱仪部分可将上述放大并输出的模拟信号转换成数字信号并输出该数字信号。

在1190，控制器可根据由光谱仪输出的数字信号重建光谱，并可进行生物信息测量。

图13a是示出了根据示例实施例的可穿戴设备的图。图13b是示出了根据示例实施例的可穿戴设备的框图。

参考图13a和13b，可穿戴设备1300可以包括主体1310和带子1320。

主体1310可同带子1320一起佩戴绕在在用户的手腕上，主体1310可具有多种组件中的任何一种，这些组件安装在主体1310中或暴露在主体1310的外部。

带子1320包括在主体1310各侧连接以彼此系拢的部分。带子1320可由柔性材料制成，以绕着用户手腕弯曲，使得将主体1310佩戴在用户手腕上。

主体1310和带子1320中的一个或二者可以包括为可穿戴设备1300供电的电池。

可穿戴设备1300可进一步包括光谱仪部分1311，该光谱仪部分1311安装在主体1310处，用来测量从用户手腕部位反射的光谱。光谱仪部分1311可以包括参照图9所述的上述特征或功能。光谱仪部分1311的光源部分可配置在主体1310的底部并暴露给手腕，以向手腕上发射光。另外，如图2所示，光谱仪部分1311的光源可安装在主体1310的底部，其中检测器放置在其中心，光源阵列放置在圆形框架上。

可穿戴设备1300可进一步包含安装在主体1310中的控制器1312。控制器1312可接收来自用户的命令，并根据接收到的命令执行操作。例如，如果从用户接收到的命令是生物信息测量命令，控制器1312可相应地控制光谱仪部分1311。此外，一旦光谱仪1311获得光信号，根据所得的光信号重建光谱并输出该重建光谱，控制器1312可根据该重建光谱进行生物信息测量。在此情形下，控制器1312通过时分光谱仪1311的每个光源来控制光谱仪1311的每个光源，并且当驱动每个光源时，控制器1312可分别根据针对每一个波长计算的最优放大增益来设置光谱仪1311的放大增益。

当接收到来自用户的生物信息测量请求时，控制器1312可在测量生物信息前采集来自多种传感器的传感器信息，如安装在主体1310中的倾斜传感器或接触压力传感器，并可根据所采集的传感器信息来确定是否计算放大增益。例如，如果传感器信息中包含的倾斜信息与先前倾斜信息不同，相差的值大于或等于阈值，或者如果用户未穿戴该可穿戴设备的时间段大于或等于预定时间段，则控制器1312可确定待检查部位已改变，并可确定重新计算最优放大增益。备选地，如果控制器1312确定传感器信息中包含的、待检查部位和主体1310之间的接触压力信息与先前测量期间所得的接触压力信息不同，相差大于或等于阈值，则控制器1312可确定重新计算最优放大增益。

根据上述确定时，如果控制器1312确定计算最优放大增益，或者接收到来自用户的计算最优放大增益的请求，控制器1312可利用上述最优放大增益计算方法来计算每一个波长的最优放大增益。

在测量生物信息时，控制器1312可根据所测量的生物信息以及用户信息(包括例如年龄、性别、健康状况等)，产生警告或提示信息。

可穿戴设备1300可进一步包含安装在主体1310处的通信器1313。通信器1313可使用多种通信技术中的任何通信技术与外部设备连接。通信器1313可向外部设备发送生物信息，使外部设备可利用生物信息执行与监控用户健康状况相关的多种功能中的任何功能。外部设备可以是具有相对较高计算性能的信息处理设备，如智能电话，平板pc，台式电脑，手提电脑等。

在此情形下，通信技术可包括：蓝牙通信、蓝牙低能通信(ble)、近场通信(nfc)、无线局域网(wlan)(wifi)通信、zigbee通信、红外数据协会(irda)通信、wi-fi直接(wfd)通信、超宽带(uwb)通信、ant+通信、wifi通信或移动通信，但并不限于此。

可穿戴设备1300可进一步包括安装在主体1310的顶部的显示器1314，显示器1314向用户提供控制器1312的处理结果。例如，显示器1314可显示控制器1312测量的生物信息，或警告或提示信息。备选地，显示器1314可显示界面来接收来自用户的多种命令中的任何命令或引导用户。显示器1314可以形成为支持触摸输入的模块，并可以接收通过来自用户的触摸而输入的命令，可将接收到的命令传输给控制器1312。

可穿戴设备1300可进一步包含安装在主体1310处的操纵器1315。操纵器1315可在主体1310的一侧暴露于外部，可以接收来自用户输入的控制命令，并可将接收到的控制命令传输给控制器1312。操纵器1315可具有开启/关闭可穿戴设备1300的功能。

本文描述的示例实施例可以被实现为写在计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质可以是其中以计算机可读方式存储数据的任何类型的非暂时性记录设备。

计算机可读记录介质的示例包括，但不限于，rom、ram、cd-rom、磁带、软盘和光学数据存储器。计算机可读记录介质可以分布在连接到网络的多个计算机系统上，从而以分散的方式向其写入计算机可读代码并从其执行计算机可读代码。本领域的普通技术人员可以容易地推导出实现本发明所需的功能程序、代码和代码段。

尽管参考附图描述了示例实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的精神和范围的前提下，可以进行形式和细节上的各种改变。