光谱信息测量方法、 颜色传感器和虚拟切片装置 技术领域 本发明涉及一种光谱信息测量方法、 颜色传感器和虚拟切片装置。
要求 2010 年 9 月 27 日提交的日本专利申请 No.2010-215905 的权益， 该专利申请 的内容通过引用的方式合并于此。
背景技术
在本申请中将在下文中引用或识别的所有专利、 专利申请、 专利公开、 科学文章等 将在此通过引用的方式整体并入， 以便更充分地描述本发明所属技术领域的状态。
日本未审专利申请、 第一公开 No.2007-336157 中公开了一种以高灵敏级别进行 读取、 同时去除切换噪声的读取电路， 作为用来获取关于试样的光谱信息的颜色传感器的 读取电路的例子。现在将参照图 8 描述传统公知的固态成像装置的结构。图 8 是示出了传 统公知的固态成像装置的结构的示意图。在图中所示的例子中， 固态成像装置 100 由积分 电路单元 B1、 CDS( 相关双采样 ) 电路单元 B2、 和 S/H( 采样保持 ) 电路单元 B3 形成。 在积分电路单元 B1 中， 用来接收光并生成光电流的光电二极管 10 的阳极连接到 运算放大器 50 的非反相输入端， 而该光电二极管 10 的阴极连接到运算放大器 50 的反相输 入端。运算放大器 50 的非反相输入端连接到基准电压源 20。此外， 用来积累光电流的积分 电容器 40 和用来控制积分时间的切换装置 30 在运算放大器 50 的反相输入端和输出端之 间并联地连接。
在 CDS 电路单元 B2 中， 电容元件 60 的一端连接到形成像素单元 B1 的部分的运算 放大器 50 的输出端， 而电容元件 60 的另一端连接到运算放大器 90 的反相输入端。运算放 大器 90 的非反相输入端连接到基准电压源 70。电容元件 80 的一端连接到运算放大器 90 的反相输入端， 而电容元件 80 的另一端连接到切换装置 120 的一端和切换装置 140 的一 端。 切换装置 120 的另一端连接到基准电压源 130， 而切换装置 140 的另一端连接到运算放 大器 90 的输出端。切换装置 110 的一端连接到电容元件 80 的一端， 并且连接到在运算放 大器 90 的反相输入端和电容元件 60 之间的连接点， 而切换装置 110 的另一端连接到运算 放大器 90 的输出端。
在 S/H 电路单元 B3 中， 切换元件 150 的一端连接到形成 CDS 电路单元 B2 的部分 的运算放大器 90 的输出端， 而切换元件 150 的另一端连接到运算放大器 170 的非反相输入 端。 采样保持电容元件 160 的一端连接到运算放大器 170 的非反相输入端， 而电容元件 160 的另一端接地。信号输出端 180 将运算放大器 170 的反相输入端和输出端连接在一起， 并 连接到运算放大器 170 的输出端。
现在将参照图 9 所示的时序图描述固态成像装置的操作。图 9 是示出了传统公知 的固态成像装置 100 的操作时序的时序图。在该时序图上， 各个切换装置在图上的高电平 间隔中处于导通状态， 而在图上的低电平间隔中处于非导通状态。φR 表示切换装置 30 的 切换控制时序， φRC 表示切换装置 110 和 120 的切换控制时序， φT 表示切换装置 140 的切 换控制时序， φSH 表示切换装置 150 的切换控制时序。电压 V1 表示运算放大器 50 的输出
端的电压， 而电压 V2 表示运算放大器 90 的输出端的电压， 并且电压 Vout 表示信号输出端 180 的电压。时间轴方向上形成有四个时段， 即 T1 至 T4。
时段 T1 是复位时段， φR、 φRC 和 φSH 设置为高态， 而 φT 设置为低态。在时段 T1 中， 电压 V1 变为基准电压源 20 的电压 Vr1， 电压 V2 变为基准电压源 70 的电压 Vr2， 电压 Vout 等于 CDS 电路单元 B2 的输出端的电压 Vr2。
在时段 T2 中， φRC 和 φSH 设置为高态， 而 φR 和 φT 设置为低态。由光电二极 管 10 生成的光电流积累在电容元件 40 中。此时， 如果从 φRC 初次被设置为高态的点开始 经过的时间被视作 TINTGW， 则像素单元 B1 的输出端的电压 V1 由以下公式 (1) 表示。
V1 ＝ Vr1+(Ipd×TINTGW)/C0 ...(1)
此处， 电容元件 40 的电容值是 C0， 由光电二极管 10 生成的光电流量是 Ipd， 基准 电压源 20 的电压是 Vr1。
但是， 实际上， 由切换装置 30 的切换操作造成的时钟馈通叠加在像素单元 B1 的输 出端的电压 V1 上。结果， 电压 V1 按照公式 (2) 所示的方式而变化。
V1 ＝ Vr1+(Ipd×TINTGW)/C0+Vn ...(2)
此处， 由时钟馈通单元造成的电压变化表示为 Vn。
在时段 T3 中， φT 和 φSH 设置为高态， 而 φR 和 φRC 设置为低态。此时， 像素单 元 B1 的输出端的电压 V1 由以下公式 (3) 表示。
V1 ＝ Vr1+(Ipd×TINTG)/C0+Vn ...(3)
此处， 从 φR 和 φRC 初次设置为低态的点开始经过的时间被视作 TINT。
在该时段中， 切换装置 140 和 150 处于导通状态， 而切换装置 110 和 120 处于非导 通状态， 并且 CDS 电路单元 B2 的输出端的电压 V2 临时变为基准电压源 130 的电压 Vr3。其 后， 因为运算放大器 90 以及电容元件 60 和 80 构成电荷放大电路， 所以 CDS 电路单元 B2 的 输出端的电压 V2 能够由公式 (4) 表示。
V2 ＝ Vr3-(C1/C2)×(Ipd×TINTG)/C0 ...(4)
此处， 电容元件 60 的电容值被视作 C1， 而电容元件 80 的电容值被视作 C2。
在该时段期间， 切换装置 150 处于导通状态， 运算放大器 170 形成电压跟随电路。 此外， 信号输出端 180 的电压 Vout 具有与 CDS 电路单元 B2 的输出端的电压 V2 相同的电压。 因此， 信号输出端 180 的电压 Vout 由以下公式 (5) 表示。
Vout ＝ Vr3-(C1/C2)×(Ipd×TINTG)/C0 ...(5)
作为在该时段期间操作的结果， 由切换装置 30 的切换操作造成的时钟馈通电压 Vn 能够被去除。
在时段 T4 中， φR 和 φRC 设置为高态， 而 φT 和 φSH 设置为低态。切换装置 150 处于非导通状态， 并且由公式 (5) 表示的电压保持在信号输出端 180。 能够利用 CDS 电路单 元 B2 的电容元件的电容比放大信号， 然后对其进行读取。能够通过 CDS 电路单元 B2 的相 关双读取来去除由连接到像素单元 B1 的电容元件 40 的切换装置 30 的切换操作造成的任 何复位噪声。
传统公知的固态成像装置能够用作颜色传感器。图 10 是示出了已应用传统公知 的固态成像装置的颜色传感器的结构的示意图。在附图所示的颜色传感器 200 中， 对应于 传统公知固态成像装置 100 的积分电路单元 B1 的电路表示为积分电路单元 B10， 而对应于传统公知固态成像装置 100 的 CDS 积分电路单元 B2 的电路表示为积分电路单元 B20。注意 的是， 没有任何对应于传统公知 S/D 电路单元 B3 的电路的描述。
在附图所示的例子中， 颜色传感器 200 包括积分电路单元 B10-1 至 B10-6、 增益电 路 B20-1 至 B20-6、 积分时间计算单元 38-1 至 38-6、 增益计算单元 39-1 至 39-6、 和驱动控 制电路 310。积分电路单元 B10-1 至 B10-6 包括通过将物体的光谱信息分成各个波长透过 波段来检测关于物体的光谱信息的像素 31-1 至 31-6、 基准电压端 32-1 至 32-6、 切换元件 33-1 至 33-6、 电容元件 34-1 至 34-6、 和运算放大器 35-1 至 35-6。由基准电压端 32-1 至 32-6、 切换元件 33-1 至 33-6、 电容元件 34-1 至 34-6、 和运算放大器 35-1 至 35-6 形成的部 分称为读取电路 30-1 至 30-6。
在附图中示出了其中设置在积分电路单元 B10-1 至 10-6 中的像素 31-1 至 31-6 检测六种颜色 ( 即紫、 蓝、 绿、 黄、 红和橙 ) 的例子。具体地， 设置在积分电路单元 B10-1 中 的像素 31-1 是检测紫光的像素。设置在积分电路单元 B10-2 中的像素 31-2 是检测蓝光的 像素。设置在积分电路单元 B10-3 中的像素 31-3 是检测绿光的像素。设置在积分电路单 元 B10-4 中的像素 31-4 是检测黄光的像素。设置在积分电路单元 B10-5 中的像素 31-5 是 检测红光的像素。设置在积分电路单元 B10-6 中的像素 31-6 是检测橙光的像素。 在颜色传感器 200 中， 来自物体的光照射到像素 31-1 至 31-6 上。颜色传感器 200 还使用施加到基准电压端 32-1 至 32-6 的基准电压作为基准来控制切换元件 33-1 至 33-6 中的积分时间， 并将来自物体的光积分为与电容元件 34-1 至 34-6 中的光电流相对应的电 压变化。然后将结果输出至运算放大器 35-1 至 35-6 的输出端。
颜色传感器 200 利用增益电路 36-1 至 36-6 放大来自运算放大器 35-1 至 35-6 的 输出端的输出变化， 然后读取它们。利用从驱动控制电路 310 发送的信息由积分时间计算 单元 38-1 至 38-6 来计算积分电路单元 B10-1 至 B10-6 的每个的积分时间。利用从驱动控 制电路 310 发送的信息由增益计算单元 39-1 至 39-6 来计算各个增益电路 36-1 至 36-6 的 增益。作为此的结果， 从输出端 37-1 至 37-6 输出针对由积分时间计算单元 38-1 至 38-6 设置的积分时间和由增益计算单元 39-1 至 39-6 设置的增益的输出信号。
现在将描述多波段颜色传感器的光谱特性。图 11 是示出了通过在光传感器的光 接收元件 ( 即光电二极管或像素 ) 的前表面上涂布彩色滤光器、 以便检测关于试样的光谱 信息而形成的多波段颜色传感器的光谱特性的图表。 该图表显示了表示已涂布在检测紫光 的颜色传感器的前表面上的彩色滤光器的透光率的曲线 2001、 表示已涂布在检测蓝光的颜 色传感器的前表面上的彩色滤光器的透光率的曲线 2002、 表示已涂布在检测绿光的颜色传 感器的前表面上的彩色滤光器的透光率的曲线 2003、 表示已涂布在检测黄光的颜色传感器 的前表面上的彩色滤光器的透光率的曲线 2004、 和表示已涂布在检测红光的颜色传感器的 前表面上的彩色滤光器的透光率的曲线 2005。按照这种方式， 通过每个彩色滤光器投射的 光的波长根据所检测光的颜色而不同。
图 12A 和 12B 是示出了已应用了传统公知的固态成像装置的颜色传感器 200 的操 作时序的时序图。图 12A 是当颜色传感器 200 正常获取光谱信息时所获得的时序图。图 12B 是当固定量或更多的光照射到颜色传感器 200 上时所获得的时序图。
如果少于固定量的光照射到颜色传感器 200 上， 则按照与利用图 9 所示的示出了 传统公知的固态成像装置 100 的操作时序的时序图描述的相同的方式， 如图 12A 所示， 颜色
传感器 200 能够正常获取光谱信息。
但是， 当固定量或更多的光照射到具有诸如图 11 所示的那些光谱特性的传感器 中的特定像素上时， 则如图 12B 所示， V1 在时段 T2 中变得饱和。此时， 因为在时段 T3 中不 存在电压变化， 所以最终输出电压 V2 变为零并表示错误值。在这种情况下不能确定是由于 存在少量照射波长分量而使基准电压以零电压变化输出、 还是由于固定量或更多的光照射 而在时段 T2 中达到饱和时输出基准电压。
图 13 是示出了当固定量或更多的光照射到颜色传感器 200 上时、 来自增益电路 36-1 至 36-6 的输出降低到零时光量和输出之间的关系的图表。 在图表中的横轴表示光量， 而纵轴表示来自增益电路 36-1 至 36-6 的输出。如附图所示， 当照射到颜色传感器 200 的 特定像素上的波长分量的光量是固定量或更多的光时， 增益电路 36-1 至 36-6 的输出达不 到图表中由虚线所示的饱和电平输出， 并且如实线所示， 不存在饱和输出， 并且照射光量降 低到零。由于此， 颜色传感器 200 获取错误的光谱信息， 并且不能获取精确的光谱信息。 发明内容
本发明提供了一种能够更精确地获取关于物体的光谱信息的光谱信息测量方法、 颜色传感器和虚拟切片装置。 一种光谱信息测量方法可以包括以下步骤 ： 控制基准像素在规定测量时间内积累 电荷， 所述基准像素基于从试样照射的光的量积累电荷 ； 控制多个测量像素在所述规定测 量时间内积累电荷， 所述多个测量像素基于从所述试样照射并具有规定波长的光的量积累 电荷 ； 基于在所述规定测量时间内在所述基准像素中积累的电荷的变化量生成并输出基准 信号 ； 基于在所述规定测量时间内在所述多个测量像素中的每个测量像素中积累的电荷的 变化量生成并输出多个测量信号 ； 确定所述多个测量信号中的任意一个或更多个测量信号 是否大于所述基准信号， 并确定大于所述基准信号的测量信号包括饱和输出。
该光谱信息测量方法还可以包括以下步骤 ： 如果所述基准信号和所述多个测量信 号都小于规定值， 则确定所述多个测量信号中的每一个测量信号是最小值输出。
所述规定值可以是零。
该光谱信息测量方法还可以包括以下步骤 ： 如果确定所述多个测量信号中包含所 述饱和输出， 则丢弃所述基准信号和所述多个测量信号， 并降低所述基准像素和所述多个 测量像素的灵敏度。
该光谱信息测量方法还可以包括以下步骤 ： 如果确定所述多个测量信号中包含所 述最小值输出， 则丢弃所述基准信号和所述多个测量信号， 并提高所述基准像素和所述多 个测量像素的灵敏度。
一种颜色传感器可以包括 ： 基准像素， 其基于从试样照射的光的量积累电荷 ； 多 个测量像素， 其基于从所述试样照射并具有规定波长的光的量积累电荷 ； 驱动控制电路， 其 控制所述基准像素和所述多个测量像素在规定测量时间内积累电荷 ； 基准信号生成电路， 其基于在所述规定测量时间内在所述基准像素中积累的电荷的变化量生成并输出基准信 号； 多个测量信号生成电路， 其基于在所述规定测量时间内在所述多个测量像素中积累的 电荷的变化量生成并输出多个测量信号 ； 以及饱和确定单元， 其确定由所述多个测量信号 生成电路输出的所述多个测量信号中的一个或更多个测量信号是否大于由所述基准信号
生成电路输出的所述基准信号， 并确定大于所述基准信号的测量信号包括饱和输出。
一种虚拟切片装置可以包括 ： 颜色传感器， 其包括 ： 基准像素， 其基于从试样照射 的光的量积累电荷 ； 多个测量像素， 其基于从所述试样照射并具有规定波长的光的量积累 电荷 ； 驱动控制电路， 其控制所述基准像素和所述多个测量像素在规定测量时间内积累电 荷； 基准信号生成电路， 其基于在所述规定测量时间内在所述基准像素中积累的电荷的变 化量生成并输出基准信号 ； 多个测量信号生成电路， 其基于在所述规定测量时间内在所述 多个测量像素中积累的电荷的变化量生成并输出多个测量信号 ； 以及饱和确定单元， 其确 定由所述多个测量信号生成电路输出的所述多个测量信号中的一个或更多个测量信号是 否大于由所述基准信号生成电路输出的所述基准信号， 并确定大于所述基准信号的测量信 号包括饱和输出 ； 图像传感器， 其基于从所述试样照射的光形成所述试样的图像 ； 以及图 像处理单元， 其基于由所述颜色传感器生成的所述多个测量信号执行由所述图像传感器形 成的所述试样的图像的图像处理。
根据本发明， 执行控制使得电荷在预定测量时间内积累在基准像素上， 基准像素 根据从试样照射在其上的照射光的量积累电荷。 还执行控制使得电荷在预定测量时间内积 累在多个测量像素上， 多个测量像素根据从试样照射在其上的照射光中包括的特定波长的 照射光的量积累电荷。 然后根据在基准像素中积累的电荷在预定测量时间内的变化量生成 基准信号并输出。 还根据在多个测量像素中积累的电荷在预定测量时间内的变化量生成多 个测量信号并输出。如果多个测量信号的一个或更多个大于基准信号， 则确定该测量信号 中包括饱和输出。因为作为此的结果能够确定测量信号中是否包括饱和输出， 所以能够更 精确地获取关于物体的光谱信息。 附图说明 根据以下结合附图对某些优选实施方式的描述， 本发明的以上特征和优点将更加 明显， 在附图中 ：
图 1 是示出了根据本发明的第一优选实施方式的颜色传感器的结构的示意图 ；
图 2 是示出了根据本发明的第一优选实施方式的设置在颜色传感器中的像素布 局的示意图 ；
图 3 是示出了根据本发明的第一优选实施方式的像素的光谱特性的图表 ；
图 4 是示出了根据本发明的第一优选实施方式的积分电路单元输出电压值、 以及 积分电路单元的输出电压值的变化的图表 ；
图 5 是示出了根据本发明的第一优选实施方式的饱和确定单元的饱和确定处理 的处理步骤的流程图 ；
图 6 是示出了根据本发明的第二优选实施方式的饱和确定单元的饱和确定处理 的处理步骤的流程图 ；
图 7 是示出了根据本发明的第五优选实施方式的虚拟切片装置的结构的框图 ；
图 8 是示出了根据相关技术的固态成像装置的结构的示意图 ；
图 9 是示出了根据相关技术的固态成像装置的操作时序的时序图 ；
图 10 是示出了根据相关技术的已应用了固态成像装置的颜色传感器的结构的示 意图 ；
图 11 是示出了根据相关技术的多波段颜色传感器的光谱特性的图表 ；
图 12A 和 12B 是示出了根据相关技术的已应用了固态成像装置的颜色传感器的操 作时序的时序图 ； 和
图 13 是示出了根据相关技术的当固定量或更多的光照射到颜色传感器上时、 当 来自增益电路的输出降低到零时光量和输出之间的关系的图表。 具体实施方式
现在将参照示出的实施方式在此描述本发明。本领域技术人员将意识到， 利用本 发明的教示能够实现许多另选实施方式， 并且本发明不限于为解释目的而示出的实施方 式。
第一优选实施方式
现在将参照附图描述本发明的第一优选实施方式。图 1 是示出了根据本发明的第 一优选实施方式的颜色传感器 1 的结构的示意图。在附图所示的例子中， 颜色传感器 1 包 括积分电路单元 11-1 至 11-6、 增益电路 12-1 至 12-6、 积分时间计算单元 13-1 至 13-6、 增 益计算单元 14-1 至 14-6、 驱动控制电路 15、 饱和确定单元 16、 和输出端 17-1 至 17-6。
积分电路单元 11-1 至 11-5 包括通过将关于物体的光谱信息分成各个波长透过波 段来检测关于物体的光谱信息的像素 111-1 至 111-5( 即， 测量像素 )、 基准电压端 112-1 至 112-5、 切换元件 113-1 至 113-5、 电容元件 114-1 至 114-5、 和运算放大器 115-1 至 115-5。 积 分电路单元 11-6 包括检测来自物体的光的像素 111-6( 即， 基准像素 )、 基准电压端 112-6、 切换元件 113-6、 电容元件 114-6、 和运算放大器 115-6。注意的是， 由基准电压端 112-1 至 112-6、 切换元件 113-1 至 113-6、 电容元件 114-1 至 114-6、 和运算放大器 115-1 至 115-6 形成的部分称为读取电路 110-1 至 110-6。
设置在积分电路单元 11-1 中的像素 111-1 是其上已涂布有透过紫光的滤光器的 像素， 使得其检测紫光。设置在积分电路单元 11-2 中的像素 111-2 是其上已涂布有透过蓝 光的滤光器的像素， 使得其检测蓝光。设置在积分电路单元 11-3 中的像素 111-3 是其上已 涂布有透过绿光的滤光器的像素， 使得其检测绿光。设置在积分电路单元 11-4 中的像素 111-4 是其上已涂布有透过黄光的滤光器的像素， 使得其检测黄光。设置在积分电路单元 11-5 中的像素 111-5 是其上已涂布有透过红光的滤光器的像素， 使得其检测红光。设置在 积分电路单元 11-6 中的像素 111-6 是其上没有涂布滤光器的像素， 使得其检测所有光。
颜色传感器 1 使来自物体 ( 即， 试样 ) 的光照射到像素 111-1 至 111-6 上。 它还使 用施加到基准电压端 112-1 至 112-6 的基准电压作为基准来控制切换元件 113-1 至 113-6 中的积分时间 ( 即， 预定测量时间 )， 并将来自物体的光积分为与电容元件 114-1 至 114-6 中的光电流相对应的电压变化。 然后它将结果输出至运算放大器 115-1 至 115-6 的输出端。 这些输出是与照射到像素 111-1 至 111-5 上的光量相对应的电压变化。
颜色传感器 1 利用增益电路 12-1 至 12-5( 即， 测量信号生成电路 ) 放大来自运算 放大器 115-1 至 115-5 的输出变化、 同时从其去除切换噪声， 然后读取这些输出变化。颜色 传感器 1 利用增益电路 12-6( 即， 基准信号生成电路 ) 放大来自运算放大器 115-6 的输出 变化、 同时从其去除切换噪声， 然后读取该输出变化。
积分时间计算单元 13-1 至 13-6 利用从驱动控制电路 15 发送的信息计算积分电路单元 11-1 至 11-6 中的每个的积分时间。增益计算单元 14-1 至 14-6 利用从驱动控制电 路 15 发送的信息计算各个增益电路 12-1 至 12-6 的增益。作为此的结果， 与由积分时间计 算单元 13-1 至 13-6 设置的积分时间和由增益计算单元 14-1 至 14-6 设置的增益相对应的 输出信号从输出端 17-1 至 17-6 输出。
增益电路 12-1 至 12-6 的输出端连接到饱和确定单元 16， 并且来自增益电路 12-1 至 12-6 的输出信号输入到饱和确定单元 16。基于从增益电路 12-1 至 12-5 输入的输出信 号 ( 即， 测量信号 ) 和从增益电路 12-6 输入的输出信号 ( 即， 基准信号 )， 饱和确定单元 16 执行饱和确定处理， 来确定积分电路单元 11-1 至 11-6 是否处于饱和状态。饱和状态是其 中照射到颜色传感器 1 上的波长分量的光量等于或大于固定光量、 并且已超过积分电路单 元 11-1 至 11-6 能够检测的光量、 以及来自积分电路单元 11-1 至 11-6 的输出电压值饱和 的状态。此时将来自积分电路单元 11-1 至 11-6 的输出电压值视为饱和输出。以下描述该 饱和确定处理的处理步骤。驱动控制电路 15 控制设置在颜色传感器 1 中的每个单元。通 过采用该结构， 颜色传感器 1 能够基于来自增益电路 12-1 至 12-5 的输出信号获取关于物 体的光谱信息。
图 2 是示出了根据本发明的第一优选实施方式的设置在颜色传感器 1 中的像素 111-1 至 111-6 的布局的示意图。在附图所示的例子中， 其上未涂布滤光器、 使得能够检测 所有光的像素 111-6 放置在上部左侧。其上涂布有透过紫光的滤光器、 使得能够检测紫光 的像素 111-1 放置在上部右侧。其上涂布有透过蓝光的滤光器、 使得能够检测蓝光的像素 111-2 放置在上部中心中。其上涂布有透过绿光的滤光器、 使得能够检测绿光的像素 111-3 放置在下部中心中。其上涂布有透过黄光的滤光器、 使得能够检测黄光的像素 111-4 放置 在下部右侧。其上涂布有透过红光的滤光器、 使得能够检测红光的像素 111-5 放置在下部 左侧。像素 111-1 至 111-6 的布局不限于附图所示的布局， 其它期望的布局也可以使用。
现在将描述像素 111-1 至 111-6 的光谱特性。图 3 是示出了根据本发明的第一优 选实施方式的像素 111-1 至 111-6 的光谱特性的图表。该图表显示表示已涂布在检测紫光 的像素 111-1 上的彩色滤光器的透光率的曲线 1001、 表示已涂布在检测蓝光的像素 111-2 上的彩色滤光器的透光率的曲线 1002、 表示已涂布在检测绿光的像素 111-3 上的彩色滤光 器的透光率的曲线 1003、 表示已涂布在检测黄光的像素 111-4 上的彩色滤光器的透光率的 曲线 1004、 表示已涂布在检测红光的像素 111-5 上的彩色滤光器的透光率的曲线 1005、 表 示当没有在像素上涂布滤光器时的透光率的曲线 1006。按照这种方式， 透过每个彩色滤光 器的光的波长是不同的。在整个波长波段上， 没有涂布滤光器时的透光率都比涂布滤光器 时的透光率高。因为此， 与来自其上涂布有滤光器的像素 111-1 至 111-5 的输出相比， 来自 其上没有涂布滤光器的像素 111-6 的输出显示出最高输出变化， 而与照射光的波长无关。
在第一优选实施方式中， 描述了当积分电路单元 11-1 至 11-6 之一的输出电压值 已饱和时积分电路单元 11-1 至 11-6 的输出电压值。图 4 是示出了在时段 T2 和 T3 期间积 分电路单元 11-1 至 11-6 的输出电压值、 以及在时段 T3 期间积分电路单元 11-1 至 11-6 的 输出电压值的变化的图表。时段 T2 和 T3 是与图 9 所示的时段 T2 和 T3 相同的时段。在时 段 T3 期间积分电路单元 11-1 至 11-6 的输出电压值的变化对应于增益电路 12-1 至 12-6 的输出电压值。
图 4(1) 是示出具有检测所有颜色的光的像素 111-6 的积分电路单元 11-6 的输出电压值的图表。图 4(2) 是示出具有检测红光的像素 111-5 的积分电路单元 11-5 的输出电 压值的图表。图 4(3) 是示出具有检测蓝光的像素 111-2 的积分电路单元 11-2 的输出电压 值的图表。图 4(4) 是示出具有检测紫光的像素 111-1 的积分电路单元 11-1 的输出电压值 的图表。图 4(5) 是示出具有检测绿光的像素 111-3 的积分电路单元 11-3 的输出电压值的 图表。图 4(6) 是示出具有检测黄光的像素 111-4 的积分电路单元 11-4 的输出电压值的图 表。
如在相关技术的描述中所述的， 当固定量或更多的光照射到特定像素 111-1 至 111-5 上时， 因为积分电路单元 11-1 至 11-6 的输出电压值在时段 T2 期间达到饱和电平， 所 以在时段 T3 期间的输出变化是零。因为此， 增益电路 12-1 至 12-6 的输出电压值是零。注 意的是， 术语零包括接近零的值。
在附图所示的例子中， 图 4(1) 所示的来自具有检测所有颜色的光的像素 111-6 的 积分电路单元 11-6 的输出变化和图 4(5) 所示的来自具有检测绿光的像素 111-3 的积分电 路单元 11-3 的输出变化均为零， 而其它输出变化不是零。在这种情况下， 读取具有检测所 有颜色的光的像素 111-6 的积分电路单元 11-6 的输出变化的增益电路 12-6 的输出电压具 有为零的值。此外， 读取具有检测绿光的像素 111-3 的积分电路单元 11-3 的输出变化的增 益电路 12-3 的输出电压具有为零的值。读取具有其它像素 111-1、 111-2、 111-4 和 111-5 的积分电路单元 11-1、 11-2、 11-4 和 11-5 的输出变化的增益电路 12-1、 12-2、 12-4 和 12-5 的输出电压值不是零。即， 增益电路 12-1、 12-2、 12-4 和 12-5 的输出电压值大于增益电路 12-6 的输出电压值。 但是， 如图 3 所示， 没有涂布滤光器时的透光率在整个波长波段上高于涂布彩色 滤光器时的透光率。 因为此， 在未出现饱和的情况下， 相比于读取具有其上已涂布滤光器的 像素 111-1 至 111-5 的积分电路单元 11-1 至 11-5 的输出变化的增益电路 12-1 至 12-5 的 输出电压值， 读取具有其上没有涂布滤光器的像素 111-6 的积分电路单元 11-6 的输出变化 的增益电路 12-6 的输出电压值表示最高的输出变化， 而与照射光的波长无关。
作为此的结果， 在图 4 所示的例子中， 因为积分电路单元 11-1、 11-2、 11-4 和 11-5 的输出电压值的变化 ( 即增益电路 12-1、 12-2、 12-4 和 12-5 的输出电压值 ) 在时段 T3 期 间不是零， 所以应该理解光被照射到颜色传感器 1 上。因此， 在图 4 所示的例子中， 因为来 自积分电路单元 11-6 的输出电压值在时段 T2 期间达不到饱和电平， 所以在时段 T3 期间来 自积分电路单元 11-6 的输出的变化是零， 并且应该理解来自增益电路 12-6 的输出电压值 是零。即， 可以理解， 错误结果 ( 即， 照射到积分电路单元 11-6 上的光量是零 ) 被输出。按 照相同方式， 因为在时段 T3 期间增益电路 12-3 的输出是零， 所以可以理解， 存在在时段 T2 期间来自积分电路单元 11-3 的输出电压值已饱和的可能性。
接下来， 现在将描述第一优选实施方式的饱和确定单元 16 的饱和确定处理的处 理步骤。图 5 是示出了根据本发明的第一优选实施方式的饱和确定单元 16 的饱和确定处 理的处理步骤的流程图。
在步骤 S101 中， 饱和确定单元 16 获取来自增益电路 12-1 至 12-5 的输出电压值， 并获取来自增益电路 12-6 的输出电压值， 增益电路 12-1 至 12-5 读取来自具有其上已涂布 滤光器的像素 111-1 至 111-5 的积分电路单元 11-1 至 11-5 的输出变化， 增益电路 12-6 读 取来自具有检测所有颜色的光并且其上未涂布滤光器的像素 111-6 的积分电路单元 11-6
的输出变化。之后， 饱和确定单元 16 移动到步骤 S102 的处理。
在步骤 S102 中， 饱和确定单元 16 将在步骤 S101 中获取的增益电路 12-1 至 12-5 的输出电压值与来自增益电路 12-6 的输出电压值进行比较。之后， 饱和确定单元 16 移动 到步骤 S103 的处理。
在步骤 S103 中， 如果基于步骤 S102 中的比较结果， 来自增益电路 12-1 至 12-5 的 任一输出电压值大于来自增益电路 12-6 的输出电压值， 则饱和确定单元 16 确定其中包含 饱和输出并且已达到饱和状态。之后， 饱和确定处理结束。但是， 如果饱和确定单元 16 在 饱和确定处理中确定未达到饱和状态， 则它确定此时获取的光谱信息是无效的。
如上所述， 根据本发明的第一优选实施方式， 饱和确定单元 16 将来自读取来自具 有其上已涂布滤光器的像素 111-1 至 111-5 的积分电路单元 11-1 至 11-5 的输出变化的增 益电路 12-1 至 12-5 的输出电压值、 与来自读取来自具有其上未涂布滤光器的像素 111-6 的积分电路单元 11-6 的输出变化的增益电路 12-6 的输出电压值进行比较。如果来自增益 电路 12-1 至 12-5 的任一输出电压值大于来自增益电路 12-6 的输出电压值， 则饱和确定单 元 16 确定已达到饱和状态。但是， 如果饱和确定单元 16 在饱和确定处理中确定没有达到 饱和状态， 则它确定此时获取的光谱信息是无效的。作为此过程的结果， 颜色传感器 1 能够 精确地获取光谱信息。 第二优选实施方式
现在将描述本发明的第二优选实施方式。 第二优选实施方式和第一优选实施方式 之间的区别点在于， 在第二优选实施方式的饱和处理中， 当来自读取来自具有其上已涂布 滤光器的像素 111-1 至 111-5 的积分电路单元 11-1 至 11-5 的输出变化的增益电路 12-1 至 12-5 的输出电压值是零时， 则作出关于该输出电压值是否是正确的输出电压值的确定。注 意的是， 第二优选实施方式的颜色传感器 1 的结构与第一优选实施方式的颜色传感器 1 的 结构相同。
现在将描述第二优选实施方式的饱和确定单元 16 的饱和确定处理的处理步骤。 图 6 是示出了根据本发明的第二优选实施方式的饱和确定单元 16 的饱和确定处理的处理 步骤的流程图。
步骤 S201 至 S202 的处理与第一优选实施方式的步骤 S101 至 S102 的处理相同。
在步骤 203 中， 基于步骤 S202 的比较结果， 饱和确定单元 16 确定来自读取来自具 有其上已涂布滤光器的像素 111-1 至 111-5 的积分电路单元 11-1 至 11-5 的输出变化的增 益电路 12-1 至 12-5 的输出电压值、 以及来自读取具有其上未涂布滤光器的像素 111-6 的 积分电路单元 11-6 的输出变化的增益电路 12-6 的输出电压值是否全部是零。如果饱和确 定单元 16 确定来自增益电路 12-1 至 12-5 的输出电压值和来自增益电路 12-6 的输出电压 值全部是零， 则它移动到步骤 S204 的处理， 而在其他情况下移动到步骤 S205 的处理。
在步骤 S204 中， 饱和确定单元 16 确定来自增益电路 12-1 至 12-5 的输出电压值 和来自增益电路 12-6 的输出电压值全部是零 ( 即， 为最小值输出 )。即， 饱和确定单元 16 确定来自增益电路 12-1 至 12-5 的输出电压值和来自增益电路 12-6 的输出电压值是正确 的值。之后， 处理结束。
步骤 S205 的处理与第一优选实施方式的步骤 S103 的处理相同。
如上所述， 根据本发明的第二优选实施方式， 当来自读取具有其上未涂布滤光器
的像素 111-6 的积分电路单元 11-6 的输出变化的增益电路 12-6 的输出电压是为零的值 时， 能够正确地确定输出电压值因为照射到颜色传感器 1 上的光量太大并造成出现饱和而 为零、 还是输出电压值因为照射到颜色传感器 1 上的光量太小而为零。因此， 能够更精确地 获取光谱信息。
第三优选实施方式
现在将描述本发明的第三优选实施方式。 第三优选实施方式和第一优选实施方式 之间的区别点在于， 在第三优选实施方式中， 当饱和确定单元 16 已在饱和确定处理中确定 已达到饱和状态时， 驱动控制电路 15 降低积分电路单元 11-1 至 11-6 中的每个的光敏性 (photosensitivity)， 使得终止饱和状态， 并再次获取光谱信息。用来降低各个积分电路 单元 11-1 至 11-6 的光敏性的方法可以是例如其中驱动控制电路 15 控制由增益计算单元 14-1 至 14-6 计算的增益值使得这些值较小的一种方法。
如上所述， 根据本发明的第三优选实施方式， 当饱和确定单元 16 已在饱和确定处 理中确定已达到饱和状态时， 驱动控制电路 15 降低积分电路单元 11-1 至 11-6 中的每个的 光敏性， 使得终止饱和状态， 并再次获取光谱信息。因此， 颜色传感器 1 能够更精确地获取 光谱信息。
第四优选实施方式
现在将描述本发明的第四优选实施方式。 第四优选实施方式和第二优选实施方式 之间的区别点在于， 在第四优选实施方式中， 当饱和确定单元 16 已在饱和确定处理中确定 电压输出值因为少量的光照射到颜色传感器 1 上而为零时， 驱动控制电路 15 提高积分电路 单元 11-1 至 11-6 中的每个的光敏性， 并再次获取光谱信息。用来提高各个积分电路单元 11-1 至 11-6 的光敏性的方法可以是例如其中驱动控制电路 15 控制由增益计算单元 14-1 至 14-6 计算的增益值使得这些值较大的一种方法。
如上所述， 根据本发明的第四优选实施方式， 当饱和确定单元 16 已在饱和确定处 理中确定电压输出值因为少量的光照射到颜色传感器 1 上而为零时， 驱动控制电路 15 提高 积分电路单元 11-1 至 11-6 中的每个的光敏性， 并再次获取光谱信息。因此， 颜色传感器 1 能够更精确地获取光谱信息。
第五优选实施方式
现在将描述本发明的第五优选实施方式。图 7 是示出了根据本发明的第五优选实 施方式的虚拟切片装置的结构的框图。在附图所示的例子中， 虚拟切片装置 500 包括颜色 传感器 1、 物镜 81、 半反射镜 (half-mirror)82、 RGB 图像传感器 83、 和图像处理单元 84。
颜色传感器 1 与第一至第四优选实施方式中所述的任一个颜色传感器 1 相同， 并 能够更精确地获取关于样本的光谱信息。物镜 81 汇聚照射到样本上的光。半反射镜 82 在 颜色传感器 1 的方向和 RGB 图像传感器 83 的方向上分割来自物镜 81 的光。RGB 图像传感 器 83 基于经由物镜 81 和半反射镜 82 成像的物体的像生成图像。图像处理单元 84 基于由 颜色传感器 1 获取的样本的光谱信息对由 RGB 图像传感器 83 获取的图像执行诸如校正等 的图像处理。
如上所述， 根据本发明的第五优选实施方式， 颜色传感器 1 能够更精确地获取关 于物体的光谱信息。结果， 图像处理单元 84 能够对由 RGB 图像传感器 83 获取的图像执行 诸如校正等的图像处理。以上参照附图详细地描述了本发明的第一至第五优选实施方式， 但是， 其特定结 构不限于这些优选实施方式， 可以考虑各种其它设计， 只要它们不脱离本发明的精神或范 围即可。
例如， 在上述例子中， 颜色传感器 1 包括用作其上已涂布滤光器的像素的五个像 素 111-1 至 111-5， 但是， 本发明不限于此， 颜色传感器也能够简单地设置有其上涂布了滤 光器的多个像素。
虽然以上描述并示出了本发明的优选实施方式， 但是应该理解， 这些是本发明的 例示而不应被视为限制。 在不脱离本发明的范围的情况下， 能够做出增加、 省略、 替换、 和其 它修改。因此， 本发明不被视为由在前描述限制， 而仅仅由权利要求书的范围限制。