JP2011139259A - Ａ／ｄ変換方法、ａ／ｄ変換装置および読出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】低い分解能のＡ／Ｄ変換ＩＣを使用しても高い分解能でのＡ／Ｄ変換結果が得られるＡ／Ｄ変換装置の実現。
【解決手段】アナログ出力信号Voutをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置であって、アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域A,B,C,Dのいずれに該当するかを判定する領域判定回路41,42,43と、該当するレベル領域に対応するシフト電圧を発生するシフト電圧発生回路44,45,47と、アナログ出力信号をシフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生する演算増幅回路48,R1-R4と、増幅シフトアナログ信号をＡ／Ｄ変換して予備Ａ／Ｄ変換値を算出する初段Ａ／Ｄ変換回路11と、予備Ａ／Ｄ変換値から該当するレベル領域に応じて最終Ａ／Ｄ変換値を算出する最終Ａ／Ｄ変換値算出回路31と、を備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、アナログ出力信号をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換するＡ／Ｄ変換方法、Ａ／Ｄ変換装置、および読出回路に関する。

撮像デバイスなどの多素子センサが、広く利用されている。多素子センサは、ダイナミックレンジが大きいことが望ましく、特にＸ線撮像素子や赤外線撮像素子などは大きなダイナミックレンジが要求される。

赤外線撮像素子を使用した赤外線撮像装置は、非接触で温度測定が可能であるという特徴があり、保安、医療、保全、研究開発、軍事など広い用途があり、例えば、空港で乗客の体温を非接触で測定して、感染症の患者を抽出するのに利用される。以下、赤外線撮像素子を使用した赤外線撮像装置の例を説明するが、記載する技術は、これに限定されるものではない。

図１は、赤外線撮像装置を利用した映像システムの概略構成と動作を示す図である。図１に示すように、レンズ３は、観察対象４から放射された赤外線の画像を、赤外線撮像装置１の赤外線撮像素子２上に投影する。投影された赤外線像は、赤外線撮像素子２の感光部で電気信号に変換される。電気信号は、赤外線撮像素子２内に設けられた読出回路によってマルチプレクスされた後、赤外線撮像素子２外に設けられた信号処理回路１０に送られる。信号処理回路１０は、Ａ／Ｄ変換回路１１、演算回路１２、メモリ１３およびＤ／Ａ変換回路１４を備える。Ａ／Ｄ変換回路１１は、読出回路から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。演算回路１２は、Ａ／Ｄ変換回路１１から出力されるデジタル信号のゲイン・オフセット補正を行い、さらにメモリ１３に記憶された補正データに基づいて画素ごとのばらつきを補正して補正済みデジタル信号を生成する。この補正済みデジタル信号が、最終的なＡ／Ｄ変換の結果であり、一般に演算回路１２の処理を含めてＡ／Ｄ変換処理と呼ばれる。Ｄ／Ａ変換回路１４は、補正済みデジタル信号をアナログ信号に変換して出力する。ディスプレイ１５は、このアナログ信号に基づいて観察対象４の赤外線画像を表示する。また、補正済みデジタル信号は、必要に応じて外部記憶装置などに記憶される。

図２は、赤外線撮像素子（チップ）２の構造例を示す図である。図２に示すように、赤外線撮像素子２は、化合物半導体を材料とした赤外線センサ（感光部）５と、シリコン（Ｓｉ）を材料とした読出回路部６と、を備え、赤外線センサ５と読出回路部６の対応する電極がインジウム（Ｉｎ）製バンプ７により接続されている。

赤外線撮像素子は、高精細かつ高感度で低雑音の赤外線映像を、高速フレームレートで撮像可能であることが要求される。そのため、赤外線センサ５は、高感度の化合物半導体で作られるが、現状では良好な均一性で製造するのが困難である。従って、センサチップの外部に信号処理回路１０が設けられ、チップ内の各素子の感度バラツキや暗電流バラツキ、および入射光線量と出力電流間の非直線性などが補正される。そこで、上記のように、Ａ／Ｄ変換回路１１で赤外線センサの出力をＡ／Ｄ変換した後、デジタル演算回路１２を用いて、補正演算などを行い、低雑音な赤外線画像を得る。

図３は、従来例の読出回路部６の概略構成を示す図である。読出回路２０は、横方向に平行に伸びる複数のスキャンラインＳＬと、垂直方向に平行に伸びる複数の垂直バスラインＢＬと、複数のスキャンラインＳＬと複数の垂直バスラインＢＬの交差部に対応してマトリクス状に配置された複数の信号入力回路２１と、を備える。

信号入力回路２１内のセンサ２４は、図２の赤外線センサ（感光部）５に設けられる感光素子アレイ中の１素子（セル）を示している。感光素子アレイの各センサ２４ごとに、信号入力回路２１が設けられている。センサ２４は、Ｉｎバンプ７により、読出回路部６に設けられた信号入力回路２１と接続されている。

信号入力回路２１では、トランジスタＴｒ６にリセット信号Ｓ２が印加され、Ｔｒ６が導通して積分容量Ｃ１が所定値に充電される。リセット信号Ｓ２の印加が停止した後、トランジスタＴｒ５に積分信号Ｓ１が印加される間、センサ２４に赤外線強度に対応した電流が流れ、積分容量Ｃ１の電圧が赤外線強度に対応した電圧になる。トランスファーゲートＳＷ１にサンプルホールド（Ｓ／Ｌ）信号Ｓ３および／Ｓ３が印加され、積分容量Ｃ１の電圧がＳ／Ｌ容量Ｃ２に転送され、保持される。このような動作が、各信号入力回路２１でそれぞれ行われ、各センサの赤外線強度に対応した電圧がＳ／Ｌ容量Ｃ２に保持される。

垂直走査シフトレジスタ２２は、複数のスキャンラインＳＬを１本ずつ選択するスキャンパルスを順次出力する。スキャンパルスに応じて、そのスキャンラインにゲートが接続されるトランジスタＴｒ２が導通し、１ラインの信号入力回路２１のＳ／Ｌ容量Ｃ２に保持された電圧が、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２を介して複数の垂直バスラインＢＬに出力される。水平走査シフトレジスタ２３は、トランジスタＴｒ３に順次読出パルスを印加する。読出パルスに応じて、垂直バスラインＢＬの電圧は、読出ライン２６を介して最終出力段増幅器２４からアナログ出力信号Ｖｏｕｔとして出力線２５に順次出力される。すべての垂直バスラインＢＬの電圧の出力が終了すると、垂直走査シフトレジスタ２２が次のスキャンラインＳＬにスキャンパルスを印加する。以後、上記の動作を繰り返すことにより、１本の出力線に、２次元配置されたすべてのセンサ２４の信号が多重化して出力される。トランジスタＴｒ４は、信号Ｓ４に応じて導通し、読出ライン２６をグランドレベルにリセットする。

従って、図４の（Ａ）に示すように、１画面に対応する１フレームの信号は、ラインごとに一塊の信号として出力される。スキャンラインＳＬの本数がＮ本であれば、Ｎ個の塊の信号が出力され、各塊には、垂直バスラインＢＬの本数分のアナログ出力信号Ｖｏｕｔが含まれる。

アナログ出力信号Ｖｏｕｔは、外部回路１０に入力されて映像化される。Ａ／Ｄ変換回路１１は、図４の（Ａ）に示す１個のセンサの信号を順次デジタル信号に変換する。図４の（Ｂ）に示すように、アナログ出力信号Ｖｏｕｔの変化する範囲は、Ａ／Ｄ変換回路１１の入力レンジＲ内になるように増幅率などが設定される。

図５は、信号処理回路１０の演算回路１２における処理を説明する図である。演算回路１２は、各画素の信号電圧が図５のグラフのどの領域（図５では、ＡからＤの４領域）にあるかを判定し、メモリ１３に記憶された各画素の領域ごとに設けられたオフセットおよびゲイン係数を参照して、補正演算を行い、被写体の温度を求める。このようにして高精度な補正を行う方式を、多点補正方式と称する。電圧領域の判定には画素ごとに複数回の減算処理が必要であり、オフセットおよびゲインの補正処理には画素ごとに乗算および加算処理が必要である。また、オフセットおよびゲインの補正係数は、画素・領域ごとに１セット必要であり、大容量のＲＯＭなどのメモリ１３にテーブルとして格納される。低雑音の赤外線像を得るために高精度Ａ／Ｄ変換ＩＣを使用すれば、演算回路の語長は長くなり、係数テーブルを格納するメモリ１３の容量も大容量になる。さらに、高精度Ａ／Ｄ変換ＩＣのプリント回路基板への実装には、雑音防止のためのアナログ電源とデジタル電源の分離が行われ、信号の回り込みによる雑音を防止するため、配線パターンに特別な配慮が必要である。

さらに、高精細赤外線映像を得るためには、赤外線センサの画素フォーマットを、例えば１０００画素×１０００画素と大きくする必要があり、オフセットおよびゲインの係数テーブルの大規模化や増大する処理を所定時間内に実行する増大演算回路の高速動作が必要である。同様に、高速フレームレートを必要とすればその分演算回路の高速動作が必要になる。このように、赤外線撮像装置を高性能化することは、直接に信号処理回路１０の大規模化・複雑化を引き起こすので、低コストで赤外線撮像装置を実現するのは困難であった。

それにもかかわらず、近年、赤外線撮像装置には、高精細赤外線映像や高速フレームレートでの撮像が一層要求されるようになっている。これを実現するのは、赤外線撮像素子の多画素化された大規模センサアレイの出力信号を、高精度・高サンプルレートでＡ／Ｄ変換し、高速でデジタル信号処理を行うことが必要になる。しかし、要求が高度になるほど、Ａ／Ｄ変換や補正演算などを行う信号処理回路１０が複雑化するといった問題があり、その実現は困難になっている。

上記のように、読出回路の出力するアナログ出力信号ＶｏｕｔはＡ／Ｄ変換回路１１でデジタル信号に変換される。例えば、赤外線映像用の信号処理は、背景の温度が３００Ｋ前後のシーンを、０．０１Ｋ程度の温度分解能で映像化することが要求される。これには１５ビット以上の分解能で表示することが必要であり、信号処理も考慮すれば１６ビット精度でＡ／Ｄ変換する必要があり、しかも高速で行う必要がある。しかし、これには次のような問題がある。

Ａ／Ｄ変換回路１１で通常使用されるのは１４ビット精度のＡ／Ｄ変換器（コンバータ）ＩＣであり、１６ビット精度のＡ／Ｄ変換器ＩＣは非常に高価になり、動作速度も制限される。

また、１６ビット精度の高性能Ａ／Ｄ変換器ＩＣを使用する場合、カタログに記載された最高性能を実現するには、配線や回路要素の配置などプリント回路基板の実装において、グランド線の切り分けなどが必要となる。そのため、実装設計が非常に難しくなり、設計条件によっては最高性能を実現できない場合も生じる。

さらに、演算回路１２は、語長の長い１６ビットデータの加算・乗算を含む演算処理を高速で行うことが求められる。そのため、信号処理回路１０全体が非常に複雑化し、コストも増加するという問題を生じる。

特開２００８−２７８２８４号公報 特開２００８−２３６１５８号公報 特開２０００−２２４４４０号公報

実施形態は、低い分解能のＡ／Ｄ変換ＩＣを使用しても、高い分解能でのＡ／Ｄ変換結果が得られるＡ／Ｄ変換方法、Ａ／Ｄ変換装置およびそのための読出回路を記載する。

実施形態の第１の態様のＡ／Ｄ変換方法は、アナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換方法であって、アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域のいずれに該当するかを判定し、該当するレベル領域に対応するシフト電圧を発生し、アナログ出力信号を、シフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生し、増幅シフトアナログ信号をＡ／Ｄ変換して予備Ａ／Ｄ変換値を算出し、予備Ａ／Ｄ変換値から該当するレベル領域に応じて最終Ａ／Ｄ変換値を算出する。

また、実施形態の第２の態様のＡ／Ｄ変換装置は、アナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置であって、アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域のいずれに該当するかを判定する領域判定回路と、該当するレベル領域に対応するシフト電圧を発生するシフト電圧発生回路と、アナログ出力信号を、シフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生する演算増幅回路と、増幅シフトアナログ信号をＡ／Ｄ変換して予備Ａ／Ｄ変換値を算出する初段Ａ／Ｄ変換回路と、予備Ａ／Ｄ変換値から該当するレベル領域に応じて最終Ａ／Ｄ変換値を算出する最終Ａ／Ｄ変換値算出回路と、を備える。

さらに、実施形態の第３の態様の読出回路は、アナログ出力信号をＡ／Ｄ変換装置でデジタル信号に変換する前に予備処理する読出回路であって、アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域のいずれに該当するかを判定する領域判定回路と、該当するレベル領域に対応するシフト電圧を発生するシフト電圧発生回路と、アナログ出力信号を、シフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生する演算増幅回路と、を備え、増幅シフトアナログ信号および該当するレベル領域を示す情報を出力する。

実施形態によれば、低い分解能のＡ／Ｄ変換により高い分解能でのＡ／Ｄ変換が行え、オフセット・ゲイン補正処理などの信号処理も容易になるので、低コストの低い分解能のＡ／Ｄ変換ＩＣを使用でき、信号処理回路を大規模化および高速化する必要がない。

図１は、赤外線撮像装置を利用した映像システムの概略構成と動作を示す図である。 図２は、赤外線撮像素子（チップ）２の構造例を示す図である。 図３は、従来例の読出回路部の概略構成を示す図である。 図４は、赤外線撮像素子の読出回路の出力信号および従来例におけるＡ／Ｄ変換回路の入力レンジに対する関係を示す図である。 図５は、信号処理回路の演算回路における処理を説明する図である。 図６は、第１実施形態の赤外線撮像装置を利用した映像システムの概略構成を示す図であり、特に赤外線撮像装置に設けられる読出回路および信号処理回路の部分を示す図である。 図７は、プレＡ／Ｄ変換回路における動作を説明する図である。 図８は、プレＡ／Ｄ変換回路により、領域Ｂの信号を増幅する様子を示す図である。 図９は、プレＡ／Ｄ変換回路の構成を示す図である。 図１０は、ある領域のアナログ出力信号Ｖｏｕｔを演算増幅回路で４倍に増幅した場合の波形を示す図である。 図１１は、第２実施形態の赤外線撮像装置を利用した映像システムのプレＡ／Ｄ変換回路の構成を示す図である。 図１２は、第２実施形態におけるアナログ出力信号Ｖｏｕｔの領域分割を示す図である。 図１３は、第２実施形態において、プレＡ／Ｄ変換回路によりある領域の信号を増幅する様子を示す図である。 図１４は、第３実施形態の赤外線撮像装置を利用した映像システムの概略構成を示す図である。 図１５は、第３実施形態の赤外線撮像装置のプレＡ／Ｄ変換回路の構成を示す図である。 図１６は、Ｖｏｕｔと被写体温度の関係の一例を示す図である。 図１７は、第１から第３実施形態の映像システムの初期設定時に、使用する赤外線撮像素子に対応して領域設定信号、オフセットおよびゲイン補正などの補正係数を得るための測定システムの構成を示す図である。

図６は、第１実施形態の赤外線撮像装置を利用した映像システムの概略構成を示す図であり、赤外線撮像装置１に設けられる読出回路２０および信号処理回路３０の部分を示している。図６に示すように、第１実施形態では、読出回路２０の出力するアナログ出力信号Ｖｏｕｔを処理して画素信号および領域番号データを生成して信号処理回路３０に出力するプレＡ／Ｄ変換回路４０が設けられている。プレＡ／Ｄ変換回路４０は、読出回路２０と一緒のチップに設けることも、信号処理回路３０と一緒のチップに設けることも可能である。ここでは、演算回路３１は、読出回路２０に付加されているとして説明する。

図６に示すように、読出回路２０は、複数のスキャンラインＳＬと、複数の垂直バスラインＢＬと、複数の信号入力回路２１と、垂直走査シフトレジスタ２２と、水平走査シフトレジスタ２３と、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４と、最終出力段増幅器２４と、を備え、出力線２５に図４の（Ａ）に示したアナログ出力信号Ｖｏｕｔを出力する。読出回路２０は、図３で説明したものと同じ構成を備え、同様に動作するので、これ以上の説明は省略する。

信号処理回路３０は、Ａ／Ｄ変換回路１１、演算回路３１、メモリ１３およびＤ／Ａ変換回路１４を備え、ディスプレイ１５に観察対象の赤外線画像を表示する。Ａ／Ｄ変換回路１１は、プレＡ／Ｄ変換回路４０の出力する画素信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路１１の分解能は、最終的なＡ／Ｄ変換の結果である補正済みデジタル信号の分解能より低く、第１実施形態では、補正済みデジタル信号は１６ビットであるが、Ａ／Ｄ変換回路１１は１４ビットの分解能である。メモリ１３は、後述する領域ごとにオフセットおよびゲインの係数テーブルを記憶している。演算回路３１は、メモリ１３から、プレＡ／Ｄ変換回路４０の出力する領域番号に応じたオフセットおよびゲインの係数テーブルを読み出して、Ａ／Ｄ変換回路１１の出力するデジタル信号を補正して補正済みデジタル信号を生成する。

図７は、プレＡ／Ｄ変換回路４０における動作を説明する図である。図７に示すように、読出回路２０の出力するアナログ出力信号Ｖｏｕｔの変化範囲（出力レンジ）は、４つの領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分けられる。アナログ出力信号Ｖｏｕｔは、どの領域に入るかが判定され、図８に示すように領域ごとにＡ／Ｄ変換回路１１の入力レンジに入るように増幅される。このような処理を行うには、各領域の下側の境界を所定の電圧にするシフト電圧を、アナログ出力信号Ｖｏｕｔから減算した上で増幅を行う。

図８は、プレＡ／Ｄ変換回路４０により、領域Ｂの信号を増幅する様子を示す。

図９は、プレＡ／Ｄ変換回路４０の構成を示す図である。図９に示すように、プレＡ／Ｄ変換回路４０は、抵抗列４１と、コンパレータ列４２と、エンコード４３と、デコーダ４４と、抵抗列４５と、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４と、駆動回路４６、４７と、演算抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、増幅器４８と、を備える。増幅器４８は、例えばオペアンプが使用される。抵抗列４１は、上記の領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの境界に対応する電圧を発生する。コンパレータ列４２は、アナログ出力信号Ｖｏｕｔと抵抗列４１の発生する境界電圧とをそれぞれ比較する。エンコーダ４３は、コンパレータ列４２の出力からアナログ出力信号Ｖｏｕｔがどの領域に入るかを示すコードを生成する。第１実施形態では、抵抗列４１は、領域ＡとＢの境界に対応する電圧と、領域ＢとＣの境界に対応する電圧と、領域ＣとＤの境界に対応する電圧と、を発生する。例えば、アナログ出力信号Ｖｏｕｔが領域Ｃに入る場合、コンパレータ列４２の１番目と２番目のコンパレータの出力は“０（Ｌ）”（Ｖｏｕｔのほうが大きい）となり、３３番目のコンパレータの出力は“１（Ｈ）”（Ｖｏｕｔのほうが大きい）となる。エンコーダ４３は、コンパレータ列４２のＬ、Ｌ、Ｈの出力からアナログ出力信号Ｖｏｕｔが領域Ｃに入ると判定する。エンコーダ４３は、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対してそれぞれ領域番号（コード）“００”、“０１”、“１０”および“１１”を出力する。領域番号は、デコーダ４４および信号処理回路３０の演算回路３１に供給される。

抵抗列４５は、アナログ出力信号Ｖｏｕｔが領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの場合に、アナログ出力信号Ｖｏｕｔから減算するシフト電圧に対応する電圧を発生する。スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４は、シフト電圧のいずれかを選択して駆動回路４７に供給する。デコーダ４４は、領域番号に応じてスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４のうち接続するスイッチを選択する選択信号を出力する。

駆動回路４６、４７、演算抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および増幅器４８は、ボルテージフォロアの演算増幅回路を形成する。演算増幅回路では、駆動回路４６にはアナログ出力信号Ｖｏｕｔが入力され、駆動回路４７には領域に応じて選択されたシフト電圧が入力され、アナログ出力信号Ｖｏｕｔの電圧からシフト電圧を減算した電圧を所定の増幅率で増幅して画素信号として出力する。例えば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値をｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４とし、４ｒ１＝４ｒ２＝ｒ３＝ｒ４とすれば、画素信号は、Ｖｏｕｔの電圧からシフト電圧を減算した電圧を４倍した電圧になる。

図１０は、アナログ出力信号Ｖｏｕｔが領域Ｃに入る場合に、Ｖｏｕｔを演算増幅回路で４倍に増幅した場合の波形を示す。アナログ出力信号Ｖｏｕｔは、領域Ｃの部分がＡ／Ｄ変換回路１１の入力レンジＲにほぼ一致するように、増幅される。なお、ここでは、領域Ａ、Ｂ、Ｄの範囲のＶｏｕｔも４倍に増幅されるように示したが、この場合は領域Ｃ以外は使用しないので、実際の回路では領域Ａ、Ｂ、Ｄの範囲のＶｏｕｔは、飽和する。

ここで、Ａ／Ｄ変換回路１１が１４ビットの分解能を有するとした場合、領域Ｃの範囲について１４ビットの分解能でＡ／Ｄ変換されるので、ＡからＤの全範囲を１６ビットでＡ／Ｄ変換した場合と実効的に同じ分解能を有することになる。

表１は、アナログ出力信号Ｖｏｕｔが入る領域、コンパレータ列４２の出力、エンコーダ４３の出力、デコーダ４４の出力の関係を示す。

領域信号は、信号処理回路３０の演算回路３１に送られ、補正処理に使用される。前述のように、赤外線撮像装置では、各素子のセンサ信号に対してオフセット補正およびゲイン補正が行われる。このとき、素子ごとに別のセンサ信号の補正係数が使用されるので、素子数分の補正係数を記憶したデータテーブルがメモリ１３に記憶されている。第１実施形態では、アナログ出力信号Ｖｏｕｔがどの領域に入るかに応じて別の補正係数のデータテーブルを用意しておき、エンコード４４の出力する領域信号に応じて使用する補正係数のデータテーブルを切り替える。このような信号処理を行うことにより、低い分解能のＡ／Ｄ変換ＩＣを使用しても、高い分解能の映像信号が得られる。

図１１は、第２実施形態の赤外線撮像装置を利用した映像システムのプレＡ／Ｄ変換回路４０の構成を示す図である。第２実施形態の映像システムは、プレＡ／Ｄ変換回路４０以外は第１実施形態の映像システムと同じ構成を備える。

図１２は、第２実施形態において、アナログ出力信号Ｖｏｕｔの領域分割を示す。図１２に示すように、領域の幅は同じでない。従って、各領域の信号範囲をＡ／Ｄ変換回路の入力レンジにほぼ一致させるのは、領域ごとに増幅率を変更する必要がある。図１２の例では、領域ＢおよびＣの電圧幅は、領域ＡおよびＤの電圧幅の２倍である。

図１３は、第２実施形態において、プレＡ／Ｄ変換回路４０により、領域Ａの信号を増幅する様子を示す。領域Ａは他の領域ＢおよびＣに比べてアナログ出力信号Ｖｏｕｔの電圧範囲が小さいので、領域ＢおよびＣに比べて増幅率を大きくする。領域Ｄについても同様である。

図１１に戻って、第２実施形態のプレＡ／Ｄ変換回路は、第１実施形態のプレＡ／Ｄ変換回路と類似の構成を備えるが、抵抗列４１’および４５’の電圧と、増幅器４８を使用した演算増幅回路の増幅率を、領域に応じて設定可能にしたことが第１実施形態と異なる。抵抗列４１’は、抵抗値が１：２：２：１の抵抗を直列に接続した抵抗列を備えており、図１２の領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの境界電圧を発生する。また、抵抗列４５’も、抵抗値が１：２：２：１の抵抗を直列に接続した抵抗列を備えており、領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤに対応したシフト電圧を発生する。

演算増幅回路の増幅率を可変にするために、第２実施形態では、第１実施形態の演算抵抗Ｒ３およびＲ４の抵抗値を可変にする。具体的には、増幅器４８の入力端子とＧＮＤの間に接続される演算抵抗Ｒ３を、抵抗Ｒ３１とスイッチＳＷ２１を直列に接続した第１抵抗スイッチ列と、抵抗Ｒ３２とスイッチＳＷ２２を直列に接続した第２抵抗スイッチ列を並列に接続したもので置き換える。スイッチＳＷ２１とスイッチＳＷ２２のいずれかを選択して導通することにより、演算抵抗Ｒ３の抵抗値を、抵抗Ｒ３１の抵抗値と抵抗Ｒ３２の抵抗値の間で切り替え可能である。また、増幅器４８の入力端子と出力端子の間に接続される演算抵抗Ｒ４を、抵抗Ｒ４１とスイッチＳＷ３１を直列に接続した第３抵抗スイッチ列と、抵抗Ｒ４２とスイッチＳＷ３２を直列に接続した第４抵抗スイッチ列を並列に接続したもので置き換える。スイッチＳＷ３１とスイッチＳＷ３２のいずれかを選択して導通することにより、演算抵抗Ｒ３の抵抗値を、抵抗Ｒ３１の抵抗値と抵抗Ｒ３２の抵抗値の間で切り替え可能である。

デコーダ４９は、エンコーダ４３の出力する領域信号をデコードしてスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ３１およびスイッチＳＷ３２を制御する選択信号を出力する。スイッチＳＷ２１およびＳＷ３１は同じ選択信号で制御され、スイッチＳＷ２２およびＳＷ３２は同じ選択信号で制御される。ＳＷ２１およびＳＷ３１が導通する時にはスイッチＳＷ２２およびＳＷ３２は遮断し、ＳＷ２２およびＳＷ３２が導通する時にはスイッチＳＷ２１およびＳＷ３１は遮断する。デコーダ４９は、領域信号が領域ＢおよびＣを示す時にはスイッチＳＷ２１およびＳＷ３１を導通する選択信号を出力し、領域信号が領域ＡおよびＤを示す時にはスイッチＳＷ２２およびＳＷ３２を導通する選択信号を出力する。Ｒ３１およびＲ４１の抵抗値は、Ｒ３１およびＲ４１の抵抗値の２倍であり、領域ＢおよびＣの時の増幅率は、領域ＢおよびＣの時の増幅率の２倍になる。

表２は、第２実施形態において、アナログ出力信号Ｖｏｕｔが入る領域、コンパレータ列４２の出力、エンコーダ４３の出力、デコーダ４４の出力の関係を示す。

図１４は、第３実施形態の赤外線撮像装置を利用した映像システムの概略構成を示す図である。図１４に示すように、第３実施形態の映像システムは、赤外線撮像装置１に設けられる読出回路２０と、プレＡ／Ｄ変換回路６０と、信号処理回路５０と、を備える。読出回路２０は、第１実施形態と同様である。また、プレＡ／Ｄ変換回路６０および信号処理回路５０は、第１実施形態のプレＡ／Ｄ変換回路４０および信号処理回路３０と類似の構成を備える。しかし、信号処理回路５０の信号処理回路５２が、領域設定信号を出力し、これに応じてプレＡ／Ｄ変換回路６０が領域の範囲を変更することが異なる。領域設定信号は、映像システムの初期設定時に設定される。

図１５は、第３実施形態の赤外線撮像装置のプレＡ／Ｄ変換回路６０の構成を示す図である。図１５に示すように、第３実施形態のプレＡ／Ｄ変換回路６０は、第２実施形態のプレＡ／Ｄ変換回路と類似の構成を備えるが、抵抗列４１’が３個のＤ／Ａ変換器の列６１に、抵抗列４５’が４個のＤ／Ａ変換器の列６２に置き換えられていることが異なる。Ｄ／Ａ変換器列６１およびＤ／Ａ変換器列６２は、領域設定信号に応じて、境界電圧およびシフト電圧をそれぞれ出力する。これにより、赤外線撮像素子の感光素子アレイの特性バラツキなどに合わせて領域の境界電圧およびシフト電圧を自由に設定することができるようになる。例えば、デコーダ６３として、ＳＲＡＭを使用することが可能であり、あらかじめ各アドレスごとに信号処理回路からデータを書き込んでおき、アドレスにエンコード４３の出力を入れ、データ線には抵抗に直列に接続されているスイッチの制御線を接続する。これにより、あらかじめ設定した対応通りに、エンコーダ４３の出力に応じて演算増幅回路のゲインを変更できる。

表３は、第３実施形態において、アナログ出力信号Ｖｏｕｔが入る領域、コンパレータ列４２の出力、エンコーダ４３の出力、デコーダ４４の出力の関係を示す。

なお、第３実施形態の構成では、スイッチＳＷ２１とＳＷ３１を導通した時、スイッチＳＷ２２とＳＷ３２を導通した時、およびスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ３１およびＳＷ３２を導通した時の３種類に設定できる。

第３実施形態では、領域設定信号は、赤外線撮像素子の感光素子アレイの特性バラツキなどに合わせて、映像システムの初期設定時に設定される。チップ製造時や映像システムのメンテナンス時には、アナログ出力信号Ｖｏｕｔと被写体温度の関係を測定し、領域設定信号および補正係数を決定する。

図１６は、Ｖｏｕｔと被写体温度の関係の一例を示す図であり、実線が測定値を示す。これを、点線のように直線で近似して補正係数を決定し、撮影時にはこの補正係数を用いて測定電圧から被写体の温度を補間により求め、温度の高低を輝度に変換することにより赤外線映像を作成する。従って、出力電圧範囲を複数の領域に分割する際には、実線を点線で近似した時、できるだけ誤差が小さくなるように領域の境界電圧を決定すればよい。なお、Ｄ／Ａ変換列のデータ設定をシステム起動時に行う例を説明したが、これを撮影中に行うことも原理的には可能である。その場合には、設定を十分に高速で行う必要がある。その場合には、設定を十分に高速に行う必要がある。また、１フレームの撮像の途中で設定を行えるのであれば、感光素子アレイ中の各センサ素子ごとに設定を変えることも可能である。その場合、感光素子アレイ中の各センサ素子の特性バラツキが大きい場合でも、誤差の小さな補間が可能で、低雑音の赤外線映像をえることが可能である。

図１７は、第１から第３実施形態の映像システムの初期設定時に、使用する赤外線撮像素子に対応して領域設定信号、オフセットおよびゲイン補正などの補正係数を得るための測定システムの構成を示す図である。

測定対象の赤外線撮像素子２は、読出回路２０を含んだ状態で、映像システム７０に搭載されて測定が行われる。読出回路２０は、プレＡ／Ｄ変換回路４０、６０を含むが、バイパス可能なように構成されており、測定時にはアナログ出力信号Ｖｏｕｔを直接出力する。

映像システム７０は、レンズ３と、駆動回路７１と、冷凍機７２と、Ａ／Ｄ変換回路１１と、演算回路３１、５１と、欠陥アドレスメモリ１３Ａと、補正データメモリ１３Ｂと、フォーマット変換回路７３と、Ｄ／Ａ変換回路１４と、システム全体を制御するコントローラ７５と、温度コントローラ７４と、を備える。図１７において、参照番号８１は、キャリブレーション用赤外線光源である金属板であり、８２は金属板８１の温度を制御するペルチェ素子である。金属板８１は、表面がつや消しの黒に塗装され、黒体とみなされる。金属板８１およびペルチェ素子８２は、図示していない移動機構により、赤外線撮像素子２の視界に入る状態と、視界から外れた状態に移動可能である。

赤外線撮像素子２は、冷凍機７２により極低温まで冷却可能であり、冷凍機７２は温度コントローラ７４により温度制御される。レンズ７１は、金属板８２からの赤外線ＩＲを赤外線撮像素子２の受光面に投影する。赤外線撮像素子２は、駆動回路７１により駆動され、投影された赤外線画像に対応する信号を出力する。この場合は、一様な金属板８１の像が投影されるので、金属板８１の温度に対応した一定強度の信号が出力されるはずであるが、実際には特性バラツキのために一様でない信号になる。この信号のバラツキを測定して、素子ごとに補正データを作成する。

上記のように、赤外線撮像素子２の読出回路２０は、測定時にはプレＡ／Ｄ変換回路４０、６０をバイパスしてアナログ出力信号Ｖｏｕｔを直接出力する。アナログ出力信号Ｖｏｕｔは、Ａ／Ｄ変換回路１１によりデジタル信号（画素データ）に変換され、演算回路３１、５１に入力される。演算回路３１、５１は、測定時には、Ａ／Ｄ変換回路１１の出力するデジタル信号を、その時の金属板８１の温度と対応付けて記憶する。なお、必要に応じてこのデジタル信号の記憶を、外部に設けたキャリブレーション専用の演算回路およびメモリを使用して行うことも可能である。

第１実施形態の撮像システムであれば、これらのデータから、４個の固定領域ごとに、オフセットおよびゲイン補正データを決定し、補正データメモリ１３Ｂに記憶する。上記のように、外部に設けたキャリブレーション専用の演算回路およびメモリを使用して測定を行った場合には、外部で決定した補正データを補正データメモリ１３Ｂにロードする。

なお、赤外線撮像素子２は素子欠陥をゼロにするのが難しいので、欠陥素子についてそのアドレスを欠陥アドレスメモリ１３Ａに記憶し、その素子の画素出力は、隣接する素子の画像データに置き換える処理を行うようにする。

演算回路３１、５１により生成された画像データは、フォーマット変換回路７３で所定のフォーマットに変換され、Ｄ／Ａ変換回路１４によりアナログ信号に変換されて、ディスプレイ１５に表示される。

上記の測定処理が終了すると、金属板８１およびペルチェ素子８２を視界から外れた状態に移動し、適宜被写体を撮像して動作を確認する。

第２実施形態の撮像システム場合は、製造される赤外線撮像素子２の標準的な特性をあらかじめ測定して、領域分割を決定しておく。それ以外は、第１実施形態の撮像システム場合と同じである。

第３実施形態の撮像システム場合は、金属板８１を撮影して収集した測定データから領域をどのように分割するか決定する。この決定処理は、オペレータが行う。それ以外は、第１実施形態の撮像システム場合と同じである。

以上、第１から第３実施形態を説明したが、各種の変形例があり得る。例えば、第１から第３実施形態では、プレＡ／Ｄ変換回路を読出回路の一部として設ける例を説明したが、プレＡ／Ｄ変換回路は、読出回路の外部に独立して設けることも、信号処理回路の一部として設けることも可能である。

また、第１から第３実施形態では、プレＡ／Ｄ変換回路においてアナログ出力信号の範囲を４つの領域に分ける例を示したが、２つまたは８つの領域にすることも可能である。

さらに、第１から第３実施形態では、赤外線撮像素子を使用する撮像システムの例を記載したが、多素子センサであれば第１から第３実施形態の構成が適用可能である。

以上説明したように、読出回路にプレＡ／Ｄ変換回路を付加することにより、比較的低精度のＡ／Ｄ変換ＩＣを用いても、高精度のＡ／Ｄ変換ＩＣを用いた場合と同等の高精度の赤外線映像の撮像が可能になる。また、デジタルの減算回路を用いずに高精度な多点補正方式が実現できる。さらに、補正演算に短語長の補正係数を用いることが可能であるから、補正係数テーブルを記憶したＲＯＭの容量や、演算回路の回路規模を小さくできる。これらにより。高精度赤外線映像や高速フレームレートの撮像装置を比較的小規模な外部回路を用いて実現でき、高性能な装置を低コストで提供できるようになる。

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

以下、実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
アナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換方法であって、
前記アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域のいずれに該当するかを判定し、
該当する前記レベル領域に対応するシフト電圧を発生し、
前記アナログ出力信号を、前記シフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生し、
前記増幅シフトアナログ信号をＡ／Ｄ変換して予備Ａ／Ｄ変換値を算出し、
前記予備Ａ／Ｄ変換値から前記該当するレベル領域に応じて最終Ａ／Ｄ変換値を算出する、ことを特徴とするＡ／Ｄ変換方法。
（付記２）
前記アナログ出力信号は多素子センサから読み出す付記１に記載のＡ／Ｄ変換方法。
（付記３）
アナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置であって、
前記アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域のいずれに該当するかを判定する領域判定回路と、
該当する前記レベル領域に対応するシフト電圧を発生するシフト電圧発生回路と、
前記アナログ出力信号を、前記シフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生する演算増幅回路と、
前記増幅シフトアナログ信号をＡ／Ｄ変換して予備Ａ／Ｄ変換値を算出する初段Ａ／Ｄ変換回路と、
前記予備Ａ／Ｄ変換値から前記該当するレベル領域に応じて最終Ａ／Ｄ変換値を算出する最終Ａ／Ｄ変換値算出回路と、を備えることを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
（付記４）
前記アナログ出力信号は多素子センサから読み出す付記３に記載のＡ／Ｄ変換装置。
（付記５）
前記領域判定回路は、
前記複数のレベル領域の境界に対応する複数の領域基準電圧を発生する領域基準電圧発生回路と、
前記アナログ出力信号と前記複数の領域基準電圧をそれぞれ比較する複数のコンパレータと、
前記複数のコンパレータの比較結果から該当する前記レベル領域を示すコードを生成するエンコーダと、を備える付記３に記載のＡ／Ｄ変換装置。
（付記６）
前記シフト電圧発生回路は、
前記複数のレベル領域に対応する複数の基準シフト電圧を発生する基準シフト電圧発生回路と、
前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の基準シフト電圧から対応する基準シフト電圧を選択して前記シフト電圧として出力するシフト選択回路と、を備える付記３から５のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換装置。
（付記７）
前記演算増幅回路は、前記アナログ出力信号から前記シフト電圧を減算する減算機能を備える付記３から６のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換装置。
（付記８）
前記複数のレベル領域の少なくとも一部のレベル領域は、範囲の大きさが異なり、
前記演算増幅回路は、該当する前記レベル領域に応じて増幅率を変化させる可変演算増幅回路である付記３から７のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換装置。
（付記９）
前記演算増幅回路は、
前記アナログ出力信号および前記シフト電圧が入力される増幅器と、
前記増幅器のフィードバック回路を形成する複数の抵抗と、
前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の抵抗から前記フィードバック回路を形成する抵抗を選択する増幅選択回路と、を備え、
選択した前記抵抗により増幅率が決定される付記８に記載のＡ／Ｄ変換装置。
（付記１０）
前記領域判定回路は、前記複数のレベル領域の境界に対応する複数の領域基準電圧を発生する領域基準電圧発生回路と、前記アナログ出力信号と前記複数の領域基準電圧をそれぞれ比較する複数のコンパレータと、前記複数のコンパレータの比較結果から該当する前記レベル領域を示すコードを生成するエンコーダと、を備え、
前記シフト電圧発生回路は、前記複数のレベル領域に対応する複数の基準シフト電圧を発生する基準シフト電圧発生回路と、前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の基準シフト電圧から対応する基準シフト電圧を選択して前記シフト電圧として出力するシフト選択回路と、を備え、
前記演算増幅回路は、増幅率を変化させる可変演算増幅回路であり、
前記領域基準電圧発生回路は、発生する前記複数の領域基準電圧を変化可能であり、
前記基準シフト電圧発生回路は、発生する前記複数の基準シフト電圧を変化可能であり、
前記演算増幅回路は、変化した前記複数の領域基準電圧および前記複数の基準シフト電圧に応じて増幅率を変化させる付記３に記載のＡ／Ｄ変換装置。
（付記１１）
アナログ出力信号をＡ／Ｄ変換装置でデジタル信号に変換する前に予備処理する読出回路であって、
前記アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域のいずれに該当するかを判定する領域判定回路と、
該当する前記レベル領域に対応するシフト電圧を発生するシフト電圧発生回路と、
前記アナログ出力信号を、前記シフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生する演算増幅回路と、を備え、
前記増幅シフトアナログ信号および前記該当するレベル領域を示す情報を出力することを特徴とする読出回路。
（付記１２）
前記アナログ出力信号は多素子センサから読み出す付記１１に記載の読出回路。
（付記１３）
前記領域判定回路は、
前記複数のレベル領域の境界に対応する複数の領域基準電圧を発生する領域基準電圧発生回路と、
前記アナログ出力信号と前記複数の領域基準電圧をそれぞれ比較する複数のコンパレータと、
前記複数のコンパレータの比較結果から該当する前記レベル領域を示すコードを生成するエンコーダと、を備える付記１１または１２に記載の読出回路。
（付記１４）
前記シフト電圧発生回路は、
前記複数のレベル領域に対応する複数の基準シフト電圧を発生する基準シフト電圧発生回路と、
前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の基準シフト電圧から対応する基準シフト電圧を選択して前記シフト電圧として出力するシフト選択回路と、を備える付記１１から１３のいずれかに記載の読出回路。
（付記１５）
前記演算増幅回路は、前記アナログ出力信号から前記シフト電圧を減算する減算機能を備える付記１１から１４のいずれかに記載の読出回路。
（付記１６）
前記複数のレベル領域の少なくとも一部のレベル領域は、範囲の大きさが異なり、
前記演算増幅回路は、該当する前記レベル領域に応じて増幅率を変化させる可変演算増幅回路である付記１１から１５のいずれかに記載の読出回路。
（付記１７）
前記演算増幅回路は、
前記アナログ出力信号および前記シフト電圧が入力される増幅器と、
前記増幅器のフィードバック回路を形成する複数の抵抗と、
前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の抵抗から前記フィードバック回路を形成する抵抗を選択する増幅選択回路と、を備え、
選択した前記抵抗により増幅率が決定される付記１６に記載の読出回路。
（付記１８）
前記領域判定回路は、前記複数のレベル領域の境界に対応する複数の領域基準電圧を発生する領域基準電圧発生回路と、前記アナログ出力信号と前記複数の領域基準電圧をそれぞれ比較する複数のコンパレータと、前記複数のコンパレータの比較結果から該当する前記レベル領域を示すコードを生成するエンコーダと、を備え、
前記シフト電圧発生回路は、前記複数のレベル領域に対応する複数の基準シフト電圧を発生する基準シフト電圧発生回路と、前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の基準シフト電圧から対応する基準シフト電圧を選択して前記シフト電圧として出力するシフト選択回路と、を備え、
前記演算増幅回路は、増幅率を変化させる可変演算増幅回路であり、
前記領域基準電圧発生回路は、発生する前記複数の領域基準電圧を変化可能であり、
前記基準シフト電圧発生回路は、発生する前記複数の基準シフト電圧を変化可能であり、
前記演算増幅回路は、変化した前記複数の領域基準電圧および前記複数の基準シフト電圧に応じて増幅率を変化させる付記１１または１２に記載の読出回路。

２ 赤外線撮像素子
３ レンズ
１１ Ａ／Ｄ変換回路
１３ メモリ
１４ Ｄ／Ａ変換回路
２０ 読出回路
３０ 信号処理回路
３１ 演算回路
４０ プレＡ／Ｄ変換回路
４１ 抵抗列
４２ コンパレータ列
４３ エンコーダ
４４ デコーダ
４５ 抵抗列
４８ 増幅器
Ｒ１〜Ｒ４ 演算抵抗

Claims (10)

1. アナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換方法であって、
   前記アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域のいずれに該当するかを判定し、
   該当する前記レベル領域に対応するシフト電圧を発生し、
   前記アナログ出力信号を、前記シフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生し、
   前記増幅シフトアナログ信号をＡ／Ｄ変換して予備Ａ／Ｄ変換値を算出し、
   前記予備Ａ／Ｄ変換値から前記該当するレベル領域に応じて最終Ａ／Ｄ変換値を算出する、ことを特徴とするＡ／Ｄ変換方法。
2. アナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置であって、
   前記アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域のいずれに該当するかを判定する領域判定回路と、
   該当する前記レベル領域に対応するシフト電圧を発生するシフト電圧発生回路と、
   前記アナログ出力信号を、前記シフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生する演算増幅回路と、
   前記増幅シフトアナログ信号をＡ／Ｄ変換して予備Ａ／Ｄ変換値を算出する初段Ａ／Ｄ変換回路と、
   前記予備Ａ／Ｄ変換値から前記該当するレベル領域に応じて最終Ａ／Ｄ変換値を算出する最終Ａ／Ｄ変換値算出回路と、を備えることを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
3. 前記領域判定回路は、前記複数のレベル領域の境界に対応する複数の領域基準電圧を発生する領域基準電圧発生回路と、前記アナログ出力信号と前記複数の領域基準電圧をそれぞれ比較する複数のコンパレータと、前記複数のコンパレータの比較結果から該当する前記レベル領域を示すコードを生成するエンコーダと、を備え、
   前記シフト電圧発生回路は、前記複数のレベル領域に対応する複数の基準シフト電圧を発生する基準シフト電圧発生回路と、前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の基準シフト電圧から対応する基準シフト電圧を選択して前記シフト電圧として出力するシフト選択回路と、を備え、
   前記演算増幅回路は、増幅率を変化させる可変演算増幅回路であり、
   前記領域基準電圧発生回路は、発生する前記複数の領域基準電圧を変化可能であり、
   前記基準シフト電圧発生回路は、発生する前記複数の基準シフト電圧を変化可能であり、
   前記演算増幅回路は、変化した前記複数の領域基準電圧および前記複数の基準シフト電圧に応じて増幅率を変化させる請求項２に記載のＡ／Ｄ変換装置。
4. アナログ出力信号をＡ／Ｄ変換装置でデジタル信号に変換する前に予備処理する読出回路であって、
   前記アナログ出力信号の電圧レベルが、複数のレベル領域のいずれに該当するかを判定する領域判定回路と、
   該当する前記レベル領域に対応するシフト電圧を発生するシフト電圧発生回路と、
   前記アナログ出力信号を、前記シフト電圧変化させると共に、Ａ／Ｄ変換入力レンジに対応するように増幅して増幅シフトアナログ信号を発生する演算増幅回路と、を備え、
   前記増幅シフトアナログ信号および前記該当するレベル領域を示す情報を出力することを特徴とする読出回路。
5. 前記領域判定回路は、
   前記複数のレベル領域の境界に対応する複数の領域基準電圧を発生する領域基準電圧発生回路と、
   前記アナログ出力信号と前記複数の領域基準電圧をそれぞれ比較する複数のコンパレータと、
   前記複数のコンパレータの比較結果から該当する前記レベル領域を示すコードを生成するエンコーダと、を備える請求項４に記載の読出回路。
6. 前記シフト電圧発生回路は、
   前記複数のレベル領域に対応する複数の基準シフト電圧を発生する基準シフト電圧発生回路と、
   前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の基準シフト電圧から対応する基準シフト電圧を選択して前記シフト電圧として出力するシフト選択回路と、を備える請求項４または５に記載の読出回路。
7. 前記演算増幅回路は、前記アナログ出力信号から前記シフト電圧を減算する減算機能を備える請求項４から６のいずれか１項に記載の読出回路。
8. 前記複数のレベル領域の少なくとも一部のレベル領域は、範囲の大きさが異なり、
   前記演算増幅回路は、該当する前記レベル領域に応じて増幅率を変化させる可変演算増幅回路である請求項４から７のいずれか１項に記載の読出回路。
9. 前記演算増幅回路は、
   前記アナログ出力信号および前記シフト電圧が入力される増幅器と、
   前記増幅器のフィードバック回路を形成する複数の抵抗と、
   前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の抵抗から前記フィードバック回路を形成する抵抗を選択する増幅選択回路と、を備え、
   選択した前記抵抗により増幅率が決定される請求項８に記載の読出回路。
10. 前記領域判定回路は、前記複数のレベル領域の境界に対応する複数の領域基準電圧を発生する領域基準電圧発生回路と、前記アナログ出力信号と前記複数の領域基準電圧をそれぞれ比較する複数のコンパレータと、前記複数のコンパレータの比較結果から該当する前記レベル領域を示すコードを生成するエンコーダと、を備え、
    前記シフト電圧発生回路は、前記複数のレベル領域に対応する複数の基準シフト電圧を発生する基準シフト電圧発生回路と、前記エンコーダの生成した前記コードに基づいて、前記複数の基準シフト電圧から対応する基準シフト電圧を選択して前記シフト電圧として出力するシフト選択回路と、を備え、
    前記演算増幅回路は、増幅率を変化させる可変演算増幅回路であり、
    前記領域基準電圧発生回路は、発生する前記複数の領域基準電圧を変化可能であり、
    前記基準シフト電圧発生回路は、発生する前記複数の基準シフト電圧を変化可能であり、
    前記演算増幅回路は、変化した前記複数の領域基準電圧および前記複数の基準シフト電圧に応じて増幅率を変化させる請求項４に記載の読出回路。

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