JP5757711B2 - スペクトル情報測定方法、カラーセンサおよびバーチャルスライド装置 - Google Patents

スペクトル情報測定方法、カラーセンサおよびバーチャルスライド装置 Download PDF

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Description

本発明は、スペクトル情報測定方法、カラーセンサおよびバーチャルスライド装置に関する。
試料のスペクトル情報を取得するためのカラーセンサの読み出し回路の例として、スイッチングノイズを除去しながら高感度で読み出す読み出し回路の例が知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、図７を参照して、従来知られている固体撮像装置の構成を説明する。図７は、従来知られている固体撮像装置の構成を示した概略図である。図示する例では、固体撮像装置１００は、積分回路部Ｂ１と、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路部Ｂ２と、Ｓ／Ｈ（Ｓａｍｐｌｅ Ｈｏｌｄ）回路部Ｂ３とから構成されている。
積分回路部Ｂ１は、光を受光して光電流を生成するためのフォトダイオード１０のアノードを演算増幅器５０の非反転入力端子に、カソードを反転入力端子に接続し、演算増幅器５０の非反転入力端子は基準電圧源２０に接続する。また、演算増幅器５０の反転入力端子と出力端子の間に光電流を蓄積するための積分コンデンサ４０と積分時間を制御するためのスイッチング手段３０を並列に接続する。
ＣＤＳ回路部Ｂ２は、容量素子６０の一端を、画素部Ｂ１を構成する演算増幅器５０の出力端子に、他端を演算増幅器９０の反転入力端子に接続し、演算増幅器９０の非反転入力端子を基準電圧源７０に接続する、また、容量素子８０の一端を演算増幅器９０の反転入力端子に、他端をスイッチング手段１２０の一端とスイッチング手段１４０の一端とに接続する。また、スイッチング手段１２０の他端を基準電圧源１３０に接続し、スイッチング手段１４０の他端を演算増幅器９０の出力端子に接続する。また、スイッチング手段１１０の一端を容量素子８０の一端と演算増幅器９０の反転入力端子と容量素子６０の接続点に、他端を演算増幅器９０の出力端子に接続する。
Ｓ／Ｈ回路部Ｂ３は、スイッチング手段１５０の一端を、ＣＤＳ回路部Ｂ２を構成する演算増幅器９０の出力端子に、他端を演算増幅器１７０の非反転入力端子に接続し、サンプルホールド用の容量素子１６０の一端を演算増幅器１７０の非反転入力端子に、他端を接地する。また、演算増幅器１７０の反転入力端子と出力端子に接続し、演算増幅器１７０の出力端子には信号出力端子１８０を接続する。
次に、図８のタイミングチャートを参照しながら、固体撮像装置の動作について説明する。図８は、従来知られている固体撮像装置１００の動作タイミングを示したタイミングチャートである。このタイミングチャートのスイッチング手段のチャート上では、Ｈｉｇｈの区間で各スイッチング手段を導通状態にし、Ｌｏｗレベルで非導通状態にする。また、φＲはスイッチング手段３０のスイッチ制御タイミングを示し、φＲＣはスイッチング手段１１０、１２０のスイッチ制御タイミングを示し、φＴはスイッチング手段１４０のスイッチ制御タイミングを示し、φＳＨはスイッチング手段１５０のスイッチ制御タイミングを示す。また、電圧Ｖ１は演算増幅器５０の出力端子の電圧を示し、電圧Ｖ２は演算増幅器９０の出力端子の電圧を示し、電圧Ｖｏｕｔは信号出力端子１８０の電圧を示す。また、時間軸方向には期間Ｔ１〜Ｔ４の４つの期間に区分されている。
期間Ｔ１はリセット期間であり、φＲ、φＲＣ、φＳＨはＨｉｇｈ状態に設定し、φＴはＬｏｗ状態に設定する。期間Ｔ１では、電圧Ｖ１は基準電圧源２０の電圧Ｖｒ１になり、電圧Ｖ２は基準電圧源７０の電圧Ｖｒ２になり、電圧ＶｏｕｔはＣＤＳ回路部Ｂ２の出力端子の電圧Ｖｒ２に等しくなる。
期間Ｔ２では、φＲＣ、φＳＨはＨｉｇｈ状態に設定し、φＲ、φＴはＬｏｗ状態に設定する。フォトダイオード１０で発生した光電流を容量素子４０に蓄積する。この時、φＲＣをＨｉｇｈ状態に設定し始めた時間からの経過期間をＴＩＮＴＧＷとすると、画素部Ｂ１の出力端子の電圧Ｖ１は下式（１）で示される。
Ｖ１＝Ｖｒ１＋（Ｉｐｄ×ＴＩＮＴＧＷ）／Ｃ０ ・・・（１）
ここで、容量素子４０の容量値をＣ０、フォトダイオード１０で発生した光電流量をＩｐｄ、基準電圧源２０の電圧をＶｒ１とした。
しかし、実際にはスイッチング手段３０のスイッチ動作に起因するクロックフィールドスルーが画素部Ｂ１の出力端子の電圧Ｖ１に重畳される。結果として電圧Ｖ１は式（２）のようになる。
Ｖ１＝Ｖｒ１＋（Ｉｐｄ×ＴＩＮＴＧＷ）／Ｃ０＋Ｖｎ ・・・（２）
ここで、クロックフィールドスルー分の電圧変化をＶｎとした。
期間Ｔ３では、φＴ、φＳＨはＨｉｇｈ状態に設定し、φＲ、φＲＣはＬｏｗ状態に設定する。このとき、画素部Ｂ１の出力端子の電圧Ｖ１は式（３）で表すことができる。
Ｖ１＝Ｖｒ１＋（Ｉｐｄ×ＴＩＮＴＧ）／Ｃ０＋Ｖｎ ・・・（３）
ここで、φＲ、φＲＣをＬｏｗ状態に設定し始めた時間からの経過期間をＴＩＮＴＧ とした。
この期間で、スイッチング手段１４０、１５０が導通状態、スイッチング手段１１０、１２０が非導通状態になり、ＣＤＳ回路部Ｂ２の出力端子の電圧Ｖ２は一旦、基準電圧源１３０の電圧Ｖｒ３になる。その後、演算増幅器９０、容量素子６０、８０により電荷増幅回路が構成されているためＣＤＳ回路部Ｂ２の出力端子の電圧Ｖ２は式（４）で表すことができる。
Ｖ２＝Ｖｒ３−（Ｃ１／Ｃ２）×（Ｉｐｄ×ＴＩＮＴＧ）／Ｃ０ ・・・（４）
ここで、容量素子６０の容量値をＣ１、容量素子８０の容量値をＣ２とした。
この期間、スイッチング手段１５０が導通状態となり演算増幅器１７０はボルテージフォロワ回路を構成し、信号出力端子１８０の電圧ＶｏｕｔはＣＤＳ回路部Ｂ２の出力端子の電圧Ｖ２と同じ電圧になる。よって、信号出力端子１８０の電圧Ｖｏｕｔは下式（５）のようになる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｒ３−（Ｃ１／Ｃ２）×（Ｉｐｄ×ＴＩＮＴＧ）／Ｃ０ ・・・（５）
この期間の動作により、スイッチング手段３０のスイッチ動作に起因するクロックフィードスルー電圧Ｖｎを除去することができる。
期間Ｔ４では、φＲ、φＲＣはＨｉｇｈ状態に設定し、φＴ、φＳＨはＬｏｗ状態に設定する。スイッチング手段１５０が非導通状態となり、信号出力端子１８０に式（５）で示した電圧が保持される。ＣＤＳ回路部Ｂ２の容量素子の容量比で増幅して信号を読み出すことが出来る。また、ＣＤＳ回路部Ｂ２の相関二重読出しにより画素部Ｂ１の容量素子４０に接続されたスイッチング手段３０のスイッチ動作に起因するリセットノイズを除去することができる。
また、従来知られている固体撮像装置をカラーセンサに応用することができる。図９は、従来知られている固体撮像装置を応用したカラーセンサの構成を示した概略図である。図示するカラーセンサ２００において、従来知られている固体撮像装置１００の積分回路部Ｂ１に対応する回路を積分回路部Ｂ１０として示しており、従来知られている固体撮像装置１００のＣＤＳ回路部Ｂ２に対応する回路をゲイン回路Ｂ２０として示している。なお、従来知られているＳ／Ｈ回路部Ｂ３に対応する回路については図示していない。
図示する例では、カラーセンサ２００は、積分回路部Ｂ１０−１〜Ｂ１０−６と、ゲイン回路Ｂ２０−１〜Ｂ２０−６と、積分時間演算部３８−１〜３８−６と、ゲイン演算部３９−１〜３９−６と、駆動制御回路３１０とを備えている。また、積分回路部Ｂ１０−１〜Ｂ１０−６は、被写体のスペクトル情報をそれぞれの波長透過帯にわけて検出する画素３１−１〜３１−６と、基準電圧端子３２−１〜３２−６と、スイッチ素子３３−１〜３３−６と、容量素子３４−１〜３４−６と、演算増幅器３５−１〜３５−６とを備えている。なお、基準電圧端子３２−１〜３２−６と、スイッチ素子３３−１〜３３−６と、容量素子３４−１〜３４−６と、演算増幅器３５−１〜３５−６とで構成される部分を読み出し回路３０−１〜３０−６と呼ぶ。
また、図示する例は、積分回路部Ｂ１０−１〜Ｂ１０−６が備える画素３１−１〜３１−６が、紫色、青色、緑色、黄色、赤色、橙色の６色を検出する例を示している。具体的には、積分回路部Ｂ１０−１が備える画素３１−１は紫色の光を検出する画素である。また、積分回路部Ｂ１０−２が備える画素３１−２は青色の光を検出する画素である。また、積分回路部Ｂ１０−３が備える画素３１−３は緑色の光を検出する画素である。また、積分回路部Ｂ１０−４が備える画素３１−４は黄色の光を検出する画素である。また、積分回路部Ｂ１０−５が備える画素３１−５は赤色の光を検出する。また、積分回路部Ｂ１０−６が備える画素３１−６は橙色の光を検出する。
カラーセンサ２００は、被写体からの光を、画素３１−１〜３１−６に入射して、基準電圧端子３２−１〜３２−６に印加された基準電圧を基準にスイッチ素子３３−１〜３３−６で積分時間を制御し、容量素子３４−１〜３４−６で光電流に応じた電圧変化として積分し、演算増幅器３５−１〜３５−６の出力端子に出力する。
また、カラーセンサ２００は、演算増幅器３５−１〜３５−６の出力端子の出力変化をゲイン回路Ｂ２０−１〜Ｂ２０−６で増幅して読み出す。なお、積分回路部Ｂ１０−１〜Ｂ１０−６のそれぞれの積分時間は、駆動制御回路３１０から送られた情報により、積分時間演算部３８−１〜３８−６が計算する。また、ゲイン回路Ｂ２０−１〜Ｂ２０−６のそれぞれのゲインは、駆動制御回路３１０から送られた情報により、ゲイン演算部３９−１〜３９−６が計算する。これにより、積分時間演算部３８−１〜３８−６と、ゲイン演算部３９−１〜３９−６とにより設定された積分時間とゲインとで、出力端子３７−１〜３７−６から出力信号が出力される。
特開２００７−３３６１５７号公報
次に、マルチバンドカラーセンサの分光特性について説明する。図１０は、試料のスペクトル情報を検出するために、光センサの受光素子（フォトダイオード、画素）の前面にカラーフィルタを塗布して構成したマルチバンドカラーセンサの分光特性を示したグラフである。図示するグラフは、紫色の光を検出する光センサの前面に塗布されたカラーフィルタの透過率を示した曲線２００１と、青色の光を検出する光センサの前面に塗布されたカラーフィルタの透過率を示した曲線２００２と、緑色の光を検出する光センサの前面に塗布されたカラーフィルタの透過率を示した曲線２００３と、黄色の光を検出する光センサの前面に塗布されたカラーフィルタの透過率を示した曲線２００４と、赤色の光を検出する光センサの前面に塗布されたカラーフィルタの透過率を示した曲線２００５とを示している。このように、検出する光の色に応じて、各カラーフィルタを透過する光の波長は異なる。
図１１は、従来知られている固体撮像装置を応用したカラーセンサ２００の動作タイミングを示したタイミングチャートである。図１１（１）は、カラーセンサ２００が正常にスペクトル情報を取得できたときのタイミングチャートである。図１１（２）は、カラーセンサ２００に一定光量以上の光が入射した場合のタイミングチャートである。
カラーセンサ２００に入射する光が一定光量未満であれば、図８に示した従来知られている固体撮像装置１００の動作タイミングを示したタイミングチャートを使って述べた説明と同様に、図１１（１）に示したようにカラーセンサ２００は、正常にスペクトル情報を取得することができる。
しかしながら、図１０に示したような分光特性をもったセンサで、特定の画素に一定光量以上の光が入射する場合、図１１（２）に示したようにＴ２の期間でＶ１が飽和してしまう。このとき、最終的な出力電圧Ｖ２は、Ｔ３の期間に電圧変化がないためゼロになり、誤った値になる。これでは、入射した波長成分が少なくて電圧変化がゼロで基準電圧の出力がでてくるのか、一定光量以上の光が入射したことでＴ２期間に飽和して基準電圧の出力が出てくるのを判別することは出来ない。
図１２は、カラーセンサ２００に一定光量以上の光が入射したときに、ゲイン回路Ｂ２０−１〜Ｂ２０−６の出力がゼロになってしまう場合の光量と出力との関係を示したグラフである。図示するグラフの横軸は光量を示し、縦軸はゲイン回路Ｂ２０−１〜Ｂ２０−６の出力を示す。図示するように、カラーセンサ２００のある画素に入射した波長成分の光の量が一定光量以上になると、ゲイン回路Ｂ２０−１〜Ｂ２０−６の出力は、点線で示した飽和レベルの出力は得られずに、実線で示したように飽和出力ではなく入射光量がゼロになってしまう。そのため、カラーセンサ２００はスペクトル情報を誤って取得してしまい、正確なスペクトル情報を取得することができないという問題がある。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、被写体のスペクトル情報をより正確に取得することができるスペクトル情報測定方法、カラーセンサおよびバーチャルスライド装置を提供することを目的とする。
本発明は、試料から入射される第１の入射光量に応じて電荷を蓄積する基準画素に、前記電荷を所定の測定時間蓄積するように制御するステップと、前記試料から入射される入射光のうち特定の波長の第２の入射光量に応じて前記電荷を蓄積する複数の測定画素に、前記電荷を前記所定の測定時間蓄積するように制御するステップと、前記基準画素が蓄積する前記電荷に応じて基準出力電圧を生成し、前記所定の測定時間内の初期を除く所定の判定期間における前記基準出力電圧の変化量から、基準信号を生成し出力するステップと、前記複数の測定画素の各々が蓄積する前記電荷に応じて測定出力電圧を生成し、前記所定の判定期間における前記測定出力電圧の変化量から、複数の測定信号を生成し出力するステップと、前記複数の測定信号のいずれか１つ以上が前記基準信号より大きい場合、当該測定信号に飽和出力が含まれると判定するステップと、前記複数の測定信号に前記飽和出力が含まれると判定された場合、前記基準信号および前記複数の測定信号を破棄し、前記基準画素および前記複数の測定画素の感度を下げるステップと、を有し、前記基準画素および前記複数の測定画素は、前記試料から入射される入射光がどの波長であっても、前記第１の入射光量は、前記第２の入射光量よりも大きくなるように構成され、前記感度を下げる量は、前記複数の測定画素の各々において個別に算出されることを特徴とするスペクトル情報測定方法である。
また、本発明は、前記基準信号と前記複数の測定信号とが全て所定の値以下の場合、前記複数の測定信号はいずれも最小値出力であると判定するステップを有することを特徴とするスペクトル情報測定方法である。
また、本発明のスペクトル情報測定方法において、前記所定の値はゼロであることを特徴とする。
また、本発明は、前記複数の測定信号に前記最小値出力が含まれると判定された場合、前記基準信号および前記複数の測定信号を破棄し、前記基準画素および前記複数の測定画素の感度を上げるステップを有することを特徴とするスペクトル情報測定方法である。
また、本発明は、試料から入射される第１の入射光量に応じて電荷を蓄積する基準画素と、前記試料から入射される入射光のうち特定の波長の第２の入射光量に応じて電荷を蓄積する複数の測定画素と、前記電荷を所定の測定時間蓄積するように前記基準画素と前記複数の測定画素とを制御する駆動制御回路と、前記基準画素が蓄積する前記電荷に応じて基準出力電圧を生成し、前記所定の測定時間内の初期を除く所定の判定期間における前記基準出力電圧の変化量から、基準信号を生成し出力する基準信号生成回路と、前記複数の測定画素の各々が蓄積する前記電荷に応じて測定出力電圧を生成し、前記所定の判定期間における前記測定出力電圧の変化量から、測定信号を生成し出力する複数の測定信号生成回路と、前記複数の測定信号生成回路が出力する複数の前記測定信号のいずれか１つ以上が前記基準信号生成回路が出力する前記基準信号より大きい場合、当該測定信号に飽和出力が含まれると判定する飽和判定部と、前記複数の測定信号に前記飽和出力が含まれると判定された場合、前記基準信号および前記複数の測定信号を破棄し、前記基準画素および前記複数の測定画素の感度を下げる感度演算部と、を備え、前記基準画素および前記複数の測定画素は、前記試料から入射される入射光がどの波長であっても、前記第１の入射光量は、前記第２の入射光量よりも大きくなるように構成され、前記感度演算部は、前記感度を下げる量を、前記複数の測定画素の各々において個別に算出することを特徴とするカラーセンサである。
また、本発明は、試料から入射される第１の入射光量に応じて電荷を蓄積する基準画素と、前記試料から入射される入射光のうち特定の波長の第２の入射光量に応じて電荷を蓄積する複数の測定画素と、前記電荷を所定の測定時間蓄積するように前記基準画素と前記複数の測定画素とを制御する駆動制御回路と、前記基準画素が蓄積する前記電荷に応じて基準出力電圧を生成し、前記所定の測定時間内の初期を除く所定の判定期間における前記基準出力電圧の変化量から、基準信号を生成し出力する基準信号生成回路と、前記複数の測定画素の各々が蓄積する前記電荷に応じて測定出力電圧を生成し、前記所定の判定期間における前記測定出力電圧の変化量から、測定信号を生成し出力する複数の測定信号生成回路と、前記複数の測定信号生成回路が出力する複数の前記測定信号のいずれか１つ以上が前記基準信号生成回路が出力する前記基準信号より大きい場合、当該測定信号に飽和出力が含まれると判定する飽和判定部と、前記複数の測定信号に前記飽和出力が含まれると判定された場合、前記基準信号および前記複数の測定信号を破棄し、前記基準画素および前記複数の測定画素の感度を下げる感度演算部と、を備えるカラーセンサと、前記試料から入射される入射光に基づいて、当該試料の画像を撮像するイメージセンサと、前記カラーセンサが取得した複数の前記測定信号に基づいて、前記イメージセンサが撮像する前記試料の画像の画像処理を行う画像処理部と、を備え、前記基準画素および前記複数の測定画素は、前記試料から入射される入射光がどの波長であっても、前記第１の入射光量は、前記第２の入射光量よりも大きくなるように構成され、前記感度演算部は、前記感度を下げる量を、前記複数の測定画素の各々において個別に算出することを特徴とするバーチャルスライド装置である。
本発明によれば、試料から入射される入射光量に応じて電荷を蓄積する基準画素に、電荷を所定の測定時間蓄積するように制御する。また、試料から入射される入射光のうち特定の波長の入射光量に応じて電荷を蓄積する複数の測定画素に、電荷を所定の測定時間蓄積するように制御する。そして、基準画素に蓄積される電荷の所定の測定時間の変化量から、基準信号を生成し出力する。また、複数の測定画素に蓄積される電荷の所定の測定時間の変化量から、複数の測定信号を生成し出力する。そして、複数の測定信号のいずれか１つ以上が基準信号より大きい場合、当該測定信号に飽和出力が含まれると判定する。これにより、測定信号に飽和出力が含まれているか否かを判定することができるため、被写体のスペクトル情報をより正確に取得することができる。
本発明の第１の実施形態におけるカラーセンサの構成を示した概略図である。 本発明の第１の実施形態におけるカラーセンサが備える画素の配置を示した概略図である。 本発明の第１の実施形態における画素の分光特性を示したグラフである。 本発明の第１の実施形態における積分回路部の出力電圧値と出力電圧値の変化を示したグラフである。 本発明の第１の実施形態における飽和判定部の飽和判定処理の処理手順を示したフローチャートである。 本発明の第４の実施形態におけるバーチャルスライド装置の構成を示したブロック図である。 従来知られている固体撮像装置の構成を示した概略図である。 従来知られている固体撮像装置の動作タイミングを示したタイミングチャートである。 従来知られている固体撮像装置を応用したカラーセンサの構成を示した概略図である。 従来知られているマルチバンドカラーセンサの分光特性を示したグラフである。 従来知られている固体撮像装置を応用したカラーセンサの動作タイミングを示したタイミングチャートである。 従来知られているカラーセンサに一定光量以上の光が入射したときに、ゲイン回路の出力がゼロになってしまう場合の光量と出力との関係を示したグラフである。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるカラーセンサ１の構成を示した概略図である。図示する例では、カラーセンサ１は、積分回路部１１−１〜１１−６と、ゲイン回路１２−１〜１２−６と、積分時間演算部１３−１〜１３−６と、ゲイン演算部１４−１〜１４−６と、駆動制御回路１５と、飽和判定部１６と、出力端子１７−１〜１７−６とを備えている。
また、積分回路部１１−１〜１１−５は、被写体のスペクトル情報をそれぞれの波長透過帯にわけて検出する画素１１１−１〜１１１−５（測定画素）と、基準電圧端子１１２−１〜１１２−５と、スイッチ素子１１３−１〜１１３−５と、容量素子１１４−１〜１１４−５と、演算増幅器１１５−１〜１１５−５とを備えている。また、積分回路部１１−６は、被写体からの光を検出する画素１１１−６（基準画素）と、基準電圧端子１１２−６と、スイッチ素子１１３−６と、容量素子１１４−６と、演算増幅器１１５−６とを備えている。なお、基準電圧端子１１２−１〜１１２−６と、スイッチ素子１１３−１〜１１３−６と、容量素子１１４−１〜１１４−６と、演算増幅器１１５−１〜１１５−６とで構成される部分を読み出し回路１１０−１〜１１０−６と呼ぶ。
また、積分回路部１１−１が備える画素１１１−１は、紫色の光を検出するように紫色の光を透過するフィルタが塗布された画素である。また、積分回路部１１−２が備える画素１１１−２は、青色の光を検出するように青色の光を透過するフィルタが塗布された画素である。また、積分回路部１１−３が備える画素１１１−３は、緑色の光を検出するように緑色の光を透過するフィルタが塗布された画素である。また、積分回路部１１−４が備える画素１１１−４は、黄色の光を検出するように黄色の光を透過するフィルタが塗布された画素である。また、積分回路部１１−５が備える画素１１１−５は、赤色の光を検出するように赤色の光を透過するフィルタが塗布された画素である。また、積分回路部１１−６が備える画素１１１−６は、全ての光を検出するように、フィルタが塗布されていない画素である。
カラーセンサ１は、被写体（試料）からの光を、画素１１１−１〜１１１−６に入射して、基準電圧端子１１２−１〜１１２−６に印加された基準電圧を基準にスイッチ素子１１３−１〜１１３−６で積分時間（所定の測定時間）を制御し、容量素子１１４−１〜１１４−６で光電流に応じた電圧変化として積分し、演算増幅器１１５−１〜１１５−６の出力端子に出力する。この出力は、画素１１１−１〜１１１−５に入射した光量に応じた電圧の変化である。
また、カラーセンサ１は、演算増幅器１１５−１〜１１５−５の出力端子の出力変化を、ゲイン回路１２−１〜１２−５（測定信号生成回路）でスイッチングノイズを除去しつつ出力変化を増幅して読み出す。また、カラーセンサ１は、演算増幅器１１５−６の出力端子の出力変化を、ゲイン回路１２−６（基準信号生成回路）でスイッチングノイズを除去しつつ出力変化を増幅して読み出す。
なお、積分回路部１１−１〜１１−６のそれぞれの積分時間は、駆動制御回路１５から送られた情報により、積分時間演算部１３−１〜１３−６が計算する。また、ゲイン回路１２−１〜１２−６のそれぞれのゲインは、駆動制御回路１５から送られた情報により、ゲイン演算部１４−１〜１４−６が計算する。これにより、積分時間演算部１３−１〜１３−６と、ゲイン演算部１４−１〜１４−６とにより設定された積分時間とゲインとに応じた出力信号が、出力端子１７−１〜１７−６から出力される。
また、ゲイン回路１２−１〜１２−６の出力端子は飽和判定部１６に接続され、ゲイン回路１２−１〜１２−６の出力信号が飽和判定部１６に入力される。飽和判定部１６は、入力されたゲイン回路１２−１〜１２−５の出力信号（測定信号）と、ゲイン回路１２−６の出力信号（基準信号）とに基づいて、積分回路部１１−１〜１１−６は飽和状態であるか否かを判定する飽和判定処理を行う。なお、飽和状態とは、カラーセンサ１に入射した波長成分の光の量が一定光量以上であり、積分回路部１１−１〜１１−６が検知できる光量を超え、積分回路部１１−１〜１１−６の出力電圧値が飽和した状態である。また、このときの積分回路部１１−１〜１１−６の出力電圧値を飽和出力とする。また、飽和判定処理の処理手順については後述する。駆動制御回路１５は、カラーセンサ１が備える各部の制御を行う。この構成により、カラーセンサ１は、ゲイン回路１２−１〜１２−５の出力信号に基づいて被写体のスペクトル情報を取得することができる。
図２は、本実施形態のカラーセンサ１が備える画素１１１−１〜１１１−６の配置を示した概略図である。図示する例では、全ての光を検出するようにフィルタが塗布されていない画素１１１−６が上段左に配置されている。また、紫色の光を検出するように紫色の光を透過するフィルタが塗布された画素１１１−１が上段右に配置されている。また、青色の光を検出するように青色の光を透過するフィルタが塗布された画素１１１−２が上段中央に配置されている。また、緑色の光を検出するように緑色の光を透過するフィルタが塗布された画素１１１−３が下段中央に配置されている。また、黄色の光を検出するように黄色の光を透過するフィルタが塗布された画素１１１−４が下段右に配置されている。また、赤色の光を検出するように赤色の光を透過するフィルタが塗布された画素１１１−５が下段左に配置されている。なお、画素１１１−１〜１１１−６の配置は図示する配置に限らず、任意の配置としてもよい。
次に、画素１１１−１〜１１１−６の分光特性について説明する。図３は、本実施形態の画素１１１−１〜１１１−６の分光特性を示したグラフである。図示するグラフは、紫色の光を検出する画素１１１−１に塗布されたフィルタの透過率を示した曲線１００１と、青色の光を検出する画素１１１−２に塗布されたフィルタの透過率を示した曲線１００２と、緑色の光を検出する画素１１１−３に塗布されたフィルタの透過率を示した曲線１００３と、黄色の光を検出する画素１１１−４に塗布されたフィルタの透過率を示した曲線１００４と、赤色の光を検出する画素１１１−５に塗布されたフィルタの透過率を示した曲線１００５と、フィルタが塗布されていない場合の光の透過率を示した曲線１００６とを示している。このように、各カラーフィルタを透過する光の波長は異なる。また、フィルタが塗布されていない場合の光の透過率は、フィルタが塗布されている場合の透過率よりも全ての波長帯にわたって高い。そのため、フィルタが塗布されていない画素１１１−６の出力は、フィルタが塗布されている画素１１１−１〜１１１−５の出力と比較して、どの波長の光が入射されても最も高い出力変化を示す。
次に、本実施形態において、積分回路部１１−１〜１１−６のうち、いずれかの出力電圧値が飽和した場合における積分回路部１１−１〜１１−６の出力電圧値について説明する。図４は、本実施形態において、期間Ｔ２および期間Ｔ３での積分回路部１１−１〜１１−６の出力電圧値と、期間Ｔ３での積分回路部１１−１〜１１−６の出力電圧値の変化を示したグラフである。なお、期間Ｔ２および期間Ｔ３は、図８に示した期間Ｔ２および期間Ｔ３と同様の期間である。また、期間Ｔ３での積分回路部１１−１〜１１−６の出力電圧値の変化は、ゲイン回路１２−１〜１２−６の出力電圧値に対応する。
図４（１）は、全ての色の光を検出する画素１１１−６を有する積分回路部１１−６の出力電圧値を示したグラフである。図４（２）は、赤色の光を検出する画素１１１−５を有する積分回路部１１−５の出力電圧値を示したグラフである。図４（３）は、青色の光を検出する画素１１１−２を有する積分回路部１１−２の出力電圧値を示したグラフである。図４（４）は、紫色の光を検出する画素１１１−１を有する積分回路部１１−１の出力電圧値を示したグラフである。図４（５）は、緑色の光を検出する画素１１１−３を有する積分回路部１１−３の出力電圧値を示したグラフである。図４（６）は、黄色の光を検出する画素１１１−４を有する積分回路部１１−４の出力電圧値を示したグラフである。
背景技術で説明したとおり、特定の画素１１１−１〜１１１−５に一定光量以上の光が入射する場合、期間Ｔ２において、積分回路部１１−１〜１１−６の出力電圧値は飽和レベルに達するため、期間Ｔ３における出力変化がゼロとなる。そのため、ゲイン回路１２−１〜１２−６の出力電圧値がゼロとなる。なお、ゼロはゼロ近辺の値を含む。
図示する例では、図４（１）に示した、全ての色の光を検出する画素１１１−６を有する積分回路部１１−６の出力変化と、図４（５）に示した、緑色の光を検出する画素１１１−３を有する積分回路部１１−３の出力変化とがゼロとなっており、その他の出力変化はゼロとはなっていない。この場合、全ての色の光を検出する画素１１１−６を有する積分回路部１１−６の出力変化を読み出すゲイン回路１２−６の出力電圧値はゼロとなる。また、緑色の光を検出する画素１１１−３を有する積分回路部１１−３の出力変化を読み出すゲイン回路１２−３の出力電圧値とはゼロとなる。また、その他の画素１１１−１，１１１−２，１１１−４，１１１−５を有する積分回路部１１−１，１１−２，１１−４，１１−５の出力変化を読み出すゲイン回路１２−１，１２−２，１２−４，１２−５の出力電圧値はゼロとはならない。すなわち、ゲイン回路１２−６の出力電圧値よりも、ゲイン回路１２−１，１２−２，１２−４，１２−５の出力電圧値の方が大きな値となる。
しかしながら、図３に示したとおり、フィルタが塗布されていない場合の光の透過率は、フィルタが塗布されている場合の透過率よりも全ての波長帯にわたって高い。そのため、飽和が起きていない場合では、フィルタが塗布されていない画素１１１−６を有する積分回路部１１−６の出力変化を読み出すゲイン回路１２−６の出力電圧値は、フィルタが塗布されている画素１１１−１〜１１１−５を有する積分回路部１１−１〜１１−５の出力変化を読み出すゲイン回路１２−１〜１２−５の出力電圧値と比較して、どの波長の光が入射されても最も高い出力変化を示す。
このことにより、図４に示した例では、期間Ｔ３での積分回路部１１−１，１１−２，１１−４，１１−５の出力電圧値の変化、すなわちゲイン回路１２−１，１２−２，１２−４，１２−５の出力電圧値がゼロではないため、カラーセンサ１には光が入射していることが分かる。従って、図４に示した例では、期間Ｔ２において、積分回路部１１−６の出力電圧値は飽和レベルに達したため、期間Ｔ３における積分回路部１１−６の出力変化がゼロとなり、ゲイン回路１２−６の出力電圧値がゼロとなったことが分かる。すなわち、積分回路部１１−６に入射した光量がゼロという誤った結果を出力していることが分かる。同様に、期間Ｔ３におけるゲイン回路１２−３の出力がゼロであるため、期間Ｔ２において積分回路部１１−３の出力電圧値は飽和している可能性があることが分かる。
次に、本実施形態における飽和判定部１６の飽和判定処理の処理手順について説明する。図５は、本実施形態における飽和判定部１６の飽和判定処理の処理手順を示したフローチャートである。
（ステップＳ１０１）飽和判定部１６は、フィルタが塗布されている画素１１１−１〜１１１−５を有する積分回路部１１−１〜１１−５の出力変化を読み出すゲイン回路１２−１〜１２−５の出力電圧値と、フィルタが塗布されていない、全ての色の光を検出する画素１１１−６を有する積分回路部１１−６の出力変化を読み出すゲイン回路１２−６の出力電圧値とを取得する。その後、ステップＳ１０２の処理に進む。
（ステップＳ１０２）飽和判定部１６は、ステップＳ１０１で取得した、ゲイン回路１２−１〜１２−５の出力電圧値と、ゲイン回路１２−６の出力電圧値とを比較する。その後、ステップＳ１０３の処理に進む。
（ステップＳ１０３）飽和判定部１６は、ステップＳ１０２で比較した結果に基づいて、ゲイン回路１２−６の出力電圧値よりも、ゲイン回路１２−１〜１２−５の出力電圧値のいずれかの値の方が大きい場合、飽和出力が含まれており飽和状態であると判定する。その後、飽和状態判定処理を終了する。また、飽和判定部１６は、飽和判定処理において飽和状態であると判定した場合には、このときに取得したスペクトル情報は無効であると判定する。
上述したとおり、本実施形態によれば、飽和判定部１６は、フィルタが塗布されている画素１１１−１〜１１１−５を有する積分回路部１１−１〜１１−５の出力変化を読み出すゲイン回路１２−１〜１２−５の出力電圧値と、フィルタが塗布されていない画素１１１−６を有する積分回路部１１−６の出力変化を読み出すゲイン回路１２−６の出力電圧値とを比較する。そして、飽和判定部１６は、ゲイン回路１２−６の出力電圧値よりも、ゲイン回路１２−１〜１２−５の出力電圧値のいずれかの値の方が大きい場合、飽和状態であると判定する。また、飽和判定部１６は、飽和判定処理において飽和状態であると判定した場合には、このときに取得したスペクトル情報は無効であると判定する。これにより、カラーセンサ１は、正確にスペクトル情報を取得することができる。
（第２の実施形態）
次に、本実施形態の第２の実施形態について説明する。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、本実施形態では、飽和判定部１６が飽和判定処理にて飽和状態であると判定した場合には、駆動制御回路１５は、各積分回路部１１−１〜１１−６の受光感度を低くして飽和状態とならないようにし、再度スペクトル情報を取得する。各積分回路１１−１〜１１−６の受光感度を低くする方法としては、例えば、ゲイン演算部１４−１〜１４−６が算出するゲイン値が小さくなるように制御する。
上述したとおり、本実施形態によれば、飽和判定部１６が飽和判定処理にて飽和状態であると判定した場合には、駆動制御回路１５は、各積分回路部１１−１〜１１−６の受光感度を低くして飽和状態とならないようにし、再度スペクトル情報を取得する。これにより、カラーセンサ１は、より正確にスペクトル情報を取得することができる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、本実施形態では、飽和判定部１６が飽和判定処理にて、カラーセンサ１に入射する光の光量が小さくて出力電圧値がゼロとなったと判定した場合には、駆動制御回路１５は、各積分回路部１１−１〜１１−６の受光感度を高くし、再度スペクトル情報を取得する。各積分回路１１−１〜１１−６の受光感度を高くする方法としては、例えば、ゲイン演算部１４−１〜１４−６が算出するゲイン値が大きくなるように制御する。
上述したとおり、本実施形態によれば、飽和判定部１６が飽和判定処理にて、カラーセンサ１に入射する光の光量が小さくて出力電圧値がゼロとなったと判定した場合には、駆動制御回路１５は、各積分回路部１１−１〜１１−６の受光感度を高くし、再度スペクトル情報を取得する。これにより、カラーセンサ１は、より正確にスペクトル情報を取得することができる。
（第４の実施形態）
次に、本実施形態の第４の実施形態について説明する。図６は、本実施形態におけるバーチャルスライド装置の構成を示したブロック図である。図示する例では、バーチャルスライド装置５００は、カラーセンサ１と、対物レンズ８１と、ハーフミラー８２と、ＲＧＢイメージセンサ８３と、画像処理部８４とを備える。
カラーセンサ１は、第１の実施形態〜第３の実施形態に記載されたカラーセンサ１のうち、いずれかのカラーセンサ１と同様であり、より正確にサンプルのスペクトル情報を取得することができる。対物レンズ８１は、サンプルに照射された光を集光する。ハーフミラー８２は、対物レンズからの光をカラーセンサ１とＲＧＢセンサ８３との方向に分割する。ＲＧＢイメージセンサ８３は、対物レンズ８１とハーフミラー８２とを介して投影された被写体像に基づいた画像を生成する。画像処理部８４は、カラーセンサ１が取得したサンプルのスペクトル情報に基づいて、ＲＧＢイメージセンサ８３が取得した画像に対して補正等の画像処理を行う。
上述したとおり、本実施形態によれば、カラーセンサ１は、より正確に被写体のスペクトル情報を取得することができる。そのため、画像処理部８４は、ＲＧＢイメージセンサ８３が取得した画像に対して補正等の画像処理をより正確に行うことができる。
以上、この発明の第１の実施形態から第４の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、上述した例では、カラーセンサ１は、フィルタが塗布されている画素として５個の画素１１１−１〜１１１−５を備えているが、これに限らず、カラーセンサは、フィルタが塗布されている画素を複数個備えていればよい。
１・・・カラーセンサ、１１−１〜１１−６・・・積分回路部、１２−１〜１２−６・・・ゲイン回路、１３−１〜１３−６・・・積分時間演算部、１４−１〜１４−６・・・ゲイン演算部、１５・・・駆動制御回路、１６・・・飽和判定部、１７−１〜１７−６・・・出力端子、８１・・・対物レンズ、８２・・・ハーフミラー、８３・・・ＲＧＢイメージセンサ、８４・・・画像処理部、１１０−１〜１１０−６・・・読み出し回路、１１１−１〜１１１−６・・・画素、１１２−１〜１１２−６・・・基準電圧端子、１１３−１〜１１３−６・・・スイッチ素子、１１４−１〜１１４−６・・・容量素子、１１５−１〜１１５−６・・・演算増幅器、５００・・・バーチャルスライド装置

Claims (6)

  1. 試料から入射される第１の入射光量に応じて電荷を蓄積する基準画素に、前記電荷を所定の測定時間蓄積するように制御するステップと、
    前記試料から入射される入射光のうち特定の波長の第２の入射光量に応じて前記電荷を蓄積する複数の測定画素に、前記電荷を前記所定の測定時間蓄積するように制御するステップと、
    前記基準画素が蓄積する前記電荷に応じて基準出力電圧を生成し、前記所定の測定時間内の初期を除く所定の判定期間における前記基準出力電圧の変化量から、基準信号を生成し出力するステップと、
    前記複数の測定画素の各々が蓄積する前記電荷に応じて測定出力電圧を生成し、前記所定の判定期間における前記測定出力電圧の変化量から、複数の測定信号を生成し出力するステップと、
    前記複数の測定信号のいずれか１つ以上が前記基準信号より大きい場合、当該測定信号に飽和出力が含まれると判定するステップと、
    前記複数の測定信号に前記飽和出力が含まれると判定された場合、前記基準信号および前記複数の測定信号を破棄し、前記基準画素および前記複数の測定画素の感度を下げるステップと、
    を有し、
    前記基準画素および前記複数の測定画素は、前記試料から入射される入射光がどの波長であっても、前記第１の入射光量は、前記第２の入射光量よりも大きくなるように構成され、
    前記感度を下げる量は、前記複数の測定画素の各々において個別に算出される
    ことを特徴とするスペクトル情報測定方法。
  2. 前記基準信号と前記複数の測定信号とが全て所定の値以下の場合、前記複数の測定信号はいずれも最小値出力であると判定するステップ
    を有することを特徴とする請求項１に記載のスペクトル情報測定方法。
  3. 前記所定の値はゼロである
    ことを特徴とする請求項２に記載のスペクトル情報測定方法。
  4. 前記複数の測定信号に前記最小値出力が含まれると判定された場合、前記基準信号および前記複数の測定信号を破棄し、前記基準画素および前記複数の測定画素の感度を上げるステップ
    を有することを特徴とする請求項２に記載のスペクトル情報測定方法。
  5. 試料から入射される第１の入射光量に応じて電荷を蓄積する基準画素と、
    前記試料から入射される入射光のうち特定の波長の第２の入射光量に応じて電荷を蓄積する複数の測定画素と、
    前記電荷を所定の測定時間蓄積するように前記基準画素と前記複数の測定画素とを制御する駆動制御回路と、
    前記基準画素が蓄積する前記電荷に応じて基準出力電圧を生成し、前記所定の測定時間内の初期を除く所定の判定期間における前記基準出力電圧の変化量から、基準信号を生成し出力する基準信号生成回路と、
    前記複数の測定画素の各々が蓄積する前記電荷に応じて測定出力電圧を生成し、前記所定の判定期間における前記測定出力電圧の変化量から、測定信号を生成し出力する複数の測定信号生成回路と、
    前記複数の測定信号生成回路が出力する複数の前記測定信号のいずれか１つ以上が前記基準信号生成回路が出力する前記基準信号より大きい場合、当該測定信号に飽和出力が含まれると判定する飽和判定部と、
    前記複数の測定信号に前記飽和出力が含まれると判定された場合、前記基準信号および前記複数の測定信号を破棄し、前記基準画素および前記複数の測定画素の感度を下げる感度演算部と、
    を備え、
    前記基準画素および前記複数の測定画素は、前記試料から入射される入射光がどの波長であっても、前記第１の入射光量は、前記第２の入射光量よりも大きくなるように構成され、
    前記感度演算部は、前記感度を下げる量を、前記複数の測定画素の各々において個別に算出する
    ことを特徴とするカラーセンサ。
  6. 試料から入射される第１の入射光量に応じて電荷を蓄積する基準画素と、
    前記試料から入射される入射光のうち特定の波長の第２の入射光量に応じて電荷を蓄積する複数の測定画素と、
    前記電荷を所定の測定時間蓄積するように前記基準画素と前記複数の測定画素とを制御する駆動制御回路と、
    前記基準画素が蓄積する前記電荷に応じて基準出力電圧を生成し、前記所定の測定時間内の初期を除く所定の判定期間における前記基準出力電圧の変化量から、基準信号を生成し出力する基準信号生成回路と、
    前記複数の測定画素の各々が蓄積する前記電荷に応じて測定出力電圧を生成し、前記所定の判定期間における前記測定出力電圧の変化量から、測定信号を生成し出力する複数の測定信号生成回路と、
    前記複数の測定信号生成回路が出力する複数の前記測定信号のいずれか１つ以上が前記基準信号生成回路が出力する前記基準信号より大きい場合、当該測定信号に飽和出力が含まれると判定する飽和判定部と、
    前記複数の測定信号に前記飽和出力が含まれると判定された場合、前記基準信号および前記複数の測定信号を破棄し、前記基準画素および前記複数の測定画素の感度を下げる感度演算部と、
    を備えるカラーセンサと、
    前記試料から入射される入射光に基づいて、当該試料の画像を撮像するイメージセンサと、
    前記カラーセンサが取得した複数の前記測定信号に基づいて、前記イメージセンサが撮像する前記試料の画像の画像処理を行う画像処理部と、
    を備え、
    前記基準画素および前記複数の測定画素は、前記試料から入射される入射光がどの波長であっても、前記第１の入射光量は、前記第２の入射光量よりも大きくなるように構成され、
    前記感度演算部は、前記感度を下げる量を、前記複数の測定画素の各々において個別に算出する
    ことを特徴とするバーチャルスライド装置。
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