DE3714901A1 - Zeitmessvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zeitmeßvorrichtung und speziell auf eine Vorrichtung zur Ausführung paralleler Zeitmessungen, wenn verschiedene Ereignisse auftreten.

Bei einer Autofokuskamera wird ein Abbild eines Objekts auf zwei Lichtempfangselementen oder Photosensorgruppen erzeugt, und die Distanz zwischen der Kamera und dem Objekt wird aus der Differenz zwischen den Positionen der Abbilder auf diesen Photosensorgruppen ermittelt. Um diese Ermittlung durchzuführen, verwenden manche Photosensorgruppen ein System zur Messung der Photosensoransprechzeiten, und sie erzeugen elektrische Signale, die die Abbilder darstellen. Viele Systeme dieser Art sind im Stand der Technik bereits bekannt.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines konventionellen Zeitmeßsystems 10, das UND-Schaltungen 12 (12 a bis 12 n) und Zähler 13 (13 a bis 13 n) enthält, um die Zeiten zu messen, die die Ausgänge der Photosensoren 11 (11 a bis 11 n) benötigen, um einen vorbestimmten Pegel zu erreichen. Wenn beispielsweise die Ausgänge der Photosensoren 11 von H-Pegel auf L-Pegel übergehen, wenn eine gewünschte Wirkung gemessen wird, dann zählen die Zähler 13 die Anzahl von Taktimpulsen Φ ₀, die erzeugt werden, während die Ausgänge der Photosensoren 11 noch auf hohem Pegel sind. Die Ansprechzeiten der Photosensoren 11 entsprechen daher den Zählwerten der Zähler 13.

Mit einigen Veränderungen kann das System 10 auch auf die Messung der Zeit angepaßt werden, die zwischen den Eintrittszeitpunkten ausgewählter Ereignisse verstreicht. Konventionelle Zeitmeßsysteme weisen jedoch ihnen innewohnende Beschränkungen auf.

In konventionellen Systemen zur Messung der Eintrittszeiten von unterschiedlichen Ereignissen wächst der Umfang an Hardware nicht nur mit der Anzahl der Ereignisse, die gemessen werden soll, sondern auch mit der Länge der zu messenden Zeitlängen. Beispielsweise erfordert die Messung einer Zeitdauer von einer Sekunde mit Hilfe eines Taktsignals einer Frequenz von 1 MHz einen 20-stufigen Binärzähler, da die Zahl 10⁶ etwa gleich 2²⁰ ist. Zusätzlich zur Komplexität solcher Systeme verzögert die Zeitmessung, die eine zu große Zahl von Stellen verwendet, nachfolgende Datenverarbeitungsoperationen und behindert die Erzeugung ausreichend wirksamer Ergebnisse. Dies ist auch dann von Nachteil, wenn die den Stellen innewohnende Genauigkeit nicht erforderlich ist.

Eine Lösung dieser Probleme, die aus der Komplexität und der mangelnden Effektivität konventioneller Zeitmeßsysteme resultieren, besteht darin, daß Photosensoransprechzeiten nicht immer sehr genau gemessen werden müssen. Speziell wenn die Ausgänge der Sensoren quantisiert werden, dann werden häufig nur die höchstwertigen Daten der Sensorgruppen für den effektiven Betrieb des Zeitmeßsystems benötigt.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Zeitmeßvorrichtung anzugeben, die eine effektive Zeitmessung mit relativ kleinem Aufwand an Hardware ausführen kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines konventionellen Zeitmeßsystems;

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Zeitmeßsystems nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Schaltbild von Auswahlschaltungen in der Schaltung nach Fig. 2, und

Fig. 4 ein Zeitdiagramm von Signalen, die während des Betriebs der Schaltung nach Fig. 2 erzeugt werden.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 stellen die Signale E ₁ bis E jeweils eines von m hinsichtlich der Zeit zu messender Ereignisse dar. Wenn ein Ereignis auftritt, dann wechselt der Pegel des entsprechenden Signals E von "0" auf "1".

In der Schaltung 10 bezeichnet das Bezugszeichen 21 eine ODER-Schaltung, und die Bezugszeichen 22 (22 a bis 22 m) bezeichnen Verriegelungsschaltungen, die den Ausgang eines Zählers 23 verriegeln, wenn die Signale an ihren Tasteingangsanschlüssen ST von "0" auf "1" angehoben werden. Die Bezugszeichen 24 a, 24 b, 25 und 26 bezeichnen zwei UND-Schaltungen, einen Inverter bzw. ein Schieberegister. Im Schieberegister 26 werden die Parallelausgänge Q ₁ bis Q _n sämtlich auf "0" gesetzt, wenn ein Rücksetzsignal RESET dem Rücksetzeingang R zugeführt wird. Wenn anschließend ein Taktsignal dem Takteingang des Schieberegisters 26 zugeführt wird, dann wird ein "1"-Signal an einem Eingangsanschluß D von rechts nach links verschoben, bis die Ausgänge Q ₁ bis Q _n sämtlich gleich "1" sind.

Wie Fig. 2 zeigt, enthält die Schaltung 10 auch einen 1/K-Frequenzteiler 27, wobei K eine positive ganze Zahl ist, und Wählschaltungen 81, 82, ... 8 N. In jeder dieser Wählschaltungen wird das Signal am Ausgang 0 zum Signal am Eingang I ₂, wenn das Signal am Eingangsanschluß S auf "1"-Pegel ist, und das Signal am Ausgang 0 wird zum Signal am Eingang I ₁, wenn das Signal am Eingangsanschluß S auf "0"-Pegel ist. Die Elemente 91, 92, 93 ... und 9 N sind jeweils 1/2-Frequenzteiler.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Wählschaltungen 81 bis 8 N ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser bevorzugten Ausführungsform enthält die Wählschaltung UND-Schaltungen 38 und 39, eine ODER-Schaltung 41 und einen Inverter 40. Wenn das Eingangssignal S auf "1"-Pegel ist, dann wird der Ausgang der UND-Schaltung 38 auf "0"-Pegel gehalten und das Signal am Eingang I ₂ wird dem Ausgangsanschluß 0 zugeführt. Wenn das Eingangssignal S auf "0"-Pegel ist, dann wird der Ausgang der UND-Schaltung 39 auf "0"-Pegel gehalten und das Signal am Eingang I ₁ wird dem Ausgangsanschluß 0 zugeführt.

Der Betrieb der Zeitmeßvorrichtung nach Fig. 2 kann am besten unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme nach Fig. 4 beschrieben werden. Der Betrieb der Schaltung nach Fig. 2 beginnt, wenn ein Rücksetzsignal (Fig. 4(a)) den Inhalt des Zählers 23 und den des Schieberegisters 26 rücksetzt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ausgangssignal Q ₁ des Schieberegisters 26 gleich "0", so daß die Wählschaltung 81 das Taktsignal Φ ₀ abgibt, wie in Fig. 4(b) gezeigt. Wenn keines der Ereignisse aufgetreten ist, dann sind alle Signale E auf "0"-Pegel. Dieser Zustand setzt den Ausgang der ODER-Schaltung 21 auf "0"-Pegel und den Ausgang des Inverters 25 auf "1"-Pegel. Wenn der Ausgang des Inverters 25 auf "1"-Pegel ist, dann läuft der Ausgang Φ _T des 1/K-Frequenzteilers 27 durch die UND-Schaltung 24 b in den Takteingang des Schieberegisters 26.

Wenn die Schaltung vor dem Auftreten eines Ereignisses weiter arbeitet, dann werden Taktsignale Φ _T weiterhin dem Taktsignaleingang des Schieberegisters 26 zugeführt, und es wird ggf. der folgende Zustand eingerichtet:

Q ₁ = . . . = Q _j = "1" und
Q _{j + 1} = . . . = Q _n = "0".

In diesem Zustand werden j 1/2-Frequenzteiler 91 bis 9 J von den Wählschaltungen 81 bis 8 J verwendet, und ein Taktsignal Φ _S (Fig. 4(c)) ergibt sich, indem das Taktsignal Φ ₀ insgesamt j 1/2-Frequenzteilungen unterworfen wird. In der Ausführungsform nach der Erfindung gemäß Fig. 2 wird ein Schiebetaktimpuls Φ _T vom 1/K-Frequenzteiler 27 dem Schieberegister 26 über die UND-Schaltung 24 b alle K Perioden des Taktsignals Φ _S zugeführt.

Solange wie der Ausgang des Inverters 25 auf "1"-Pegel ist, wird ein weiterer 1/2-Frequenzteiler alle K Perioden des Taktsignals Φ _S hinzugefügt. Dies bewirkt, daß die Periode von Φ _S zunächst verdoppelt, dann vervierfacht usw. wird. Mit anderen Worten, die Frequenz des Taktsignals Φ _S gleicht der Frequenz des ursprünglichen Taktsignals Φ für die ersten K Taktimpulse, dann nimmt sie auf die Hälfte jener Frequenz für die nächsten K Taktimpulse ab und nimmt dann wieder um die Hälfte während der nachfolgenden K Taktimpulse ab, bis schließlich Q _n = 1 ist oder bis eine Rücksetzung auftritt. Solange das System nicht unterbrochen wird, ist daher die Periode des Taktsignals Φ _S im wesentlichen proportional der seit dem Beginn der Messung verstrichenen Zeit, so daß die relative Genauigkeit der Messung im wesentlichen der verstrichenen Zeit entspricht.

Das erste der Ereignisse, die den Signalen E ₁ bis E _m zugeordnet sind, das auftritt, ist das Ereignis i entsprechend dem Signal E _i (Fig. 4(d)). Wenn dieses erste Ereignis auftritt, dann wird der Ausgang der ODER-Schaltung 21 auf "1" angehoben, wie in Fig. 4(e) gezeigt, und das Taktsignal Φ _S wird durch die UND-Schaltung 24 a geleitet und vom Zähler 23 gezählt. Wenn ein weiteres Ereignis später auftritt, d.h. eines, das dem Signal E _j zugeordnet ist (Fig. 4(f)), dann wirkt das Signal E _j als ein Tastsignal für die entsprechende Verriegelungsschaltung 22 j und veranlaßt diese, den Ausgang des Zählers 23 zu verriegeln. In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel, wird eine "3" aufgezeichnet. Wenn das erste auftretende Ereignis auftritt, dann ist der Inhalt des Zählers 23 gleich "0", und "0" ist in der entsprechenden Verriegelungsschaltung 22 i aufgezeichnet.

Wenn das erste Ereignis auftritt und das Signal E _i erzeugt, dann wird der Ausgang der ODER-Schaltung 21 auf "1" angehoben. In diesem Falle fällt der Ausgang des Inverters 25 auf "0" und schließt die UND-Schaltung 24 b, was verhindert, daß Schiebetaktimpulse das Schieberegister 26 verändern. Folglich bleibt die Periode des Taktsignals Φ _S unverändert.

Später, wenn die Ereignisse entsprechend den anderen Signalen E ₁ bis E _m auftreten, werden Daten, die den Zeitpunkt ihres Auftretens darstellen, in den zugehörigen Verriegelungsschaltungen 22 ₁ bis 22 _m aufgezeichnet, wobei der Zeitpunkt, zu welchem das erste Ereignis aufgetreten ist, der Bezugspunkt oder Bezugszeitpunkt (t = 0) ist. Bei diesem Aufzeichnungsbetrieb entsprechen die Frequenzen der verwendeten Taktimpulse den verstrichenen Zeiten seit dem Beginn der Messung. Die so erhaltenen Daten sind daher wirksam und signifikant.

Die Schaltung nach Fig. 2 kann so verändert werden, daß die UND-Schaltung 24 b und der Inverter 25 fehlen und der Ausgang des 1/K-Frequenzteilers 27 direkt dem Takteingang des Schieberegisters 26 zugeführt wird. In diesem Falle wird die Zeitmessung derart ausgeführt, daß die Periode des Taktsignals Φ _S auch dann vergrößert wird, nachdem der Ausgang der ODER-Schaltung 21 auf "1" angehoben worden ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Messen der Zeitdauer zwischen dem Auftreten von wenigstens zwei Ereignissen, enthaltend:
eine Eingabeeinrichtung (21, 22) zum Aufnehmen von Ereignissignalen (E ₁ ... E _m ), die das Auftreten der genannten Ereignisse anzeigen;
eine Takteinrichtung (81 ... 8 N, 91 ... 9 N), die mit der Eingabeeinrichtung verbunden ist, um ein Zeitsignal ( Φ _S ) zu erzeugen, das aus sich wiederholenden Impulsen mit nicht abnehmenden Perioden besteht; und
eine Zähleinrichtung (23), die mit der Takteinrichtung (81 ... 8 N, 91 ... 9 N) verbunden ist und auf die Ereignissignale (E ₁ ... E _m ) anspricht, um die Anzahl von Impulsen des Zeitsignals (Φ _S ) zu zählen, die von der Takteinrichtung zwischen den Ereignissignalen (E ₁ ... E _m ) erzeugt werden, um dadurch die Zeitdauer zwischen den Eintrittszeitpunkten der Ereignisse zu messen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse des Zeitsignals (Φ _S ) Perioden haben, die für eine vorbestimmte Anzahl der Impulse gleich sind und dann ansteigen, und daß die Takteinrichtung eine Takteingabeeinrichtung zur Aufnahme eines Bezugstaktsignals (Φ ₀) relativ konstanter Frequenz aufweist, eine erste Frequenzteileranordnung (91 ... 9 N) enthält, die mit der Takteingabeeinrichtung verbunden ist, um das Zeitsignal (Φ _S ) durch Frequenzteilung des Bezugstaktsignals (Φ ₀) um einen Betrag zu erzeugen, der entsprechend eines Frequenzteilsteuersignals bestimmt ist, eine Zeitsteuereinrichtung (21-26) aufweist, die mit der ersten Frequenzteileranordnung (91 ... 9 N) verbunden ist, um das Frequenzteilsteuersignal aus einem Unterfrequenzsignal (Φ _T ), das durch Frequenzteilung des Zeitsignals (Φ _S ) erzeugt worden ist, und aus einem der Ereignissignale (E ₁ ... E _m ), das zuerst erzeugt worden ist, zu erzeugen, und weiterhin eine zweite Frequenzteilereinrichtung (27) enthält, die mit der ersten Frequenzteileranordnung (91 ... 9 N) verbunden ist, um das Zeitsignal (Φ _S ) um die vorbestimmte Zahl zu teilen, um dadurch das Unterfrequenzsignal (Φ _T ) zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuereinrichtung eine Steuerschaltung (21-26) zur Erzeugung einer ersten Anzahl Frequenzteilersignale enthält, und daß die erste Frequenzteileranordnung enthält:
eine erste Anzahl Frequenzteiler (91 ... 9 N), die jeweils einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß aufweisen, und
eine erste Anzahl Wählschaltungen (81 ... 8 N), die jeweils einem anderen der Frequenzteiler (91 ... 9 N) entsprechen und jeweils einen Steuereingang, erste und zweite Eingangsanschlüsse und einen Ausgangsanschluß aufweisen, wobei die ersten Eingangsanschlüsse einer jeden Wählschaltung (81 ... 8 N) das Bezugstaktsignal aufnehmen und die Steueranschlüsse einer jeden Wählschaltung (81 ... 8 N) ein anderes der Frequenzteilersignale aufnehmen, und
wobei die Wählschaltungen (81 ... 8 N) und die Frequenzteiler (91 ... 9 N) alternierend derart hintereinander geschaltet sind, daß die Ausgangsanschlüsse eines jeden der Frequenzteiler (91 ... 9 N) mit dem zweiten Eingangsanschluß der entsprechenden Wählschaltung (81 ... 8 N) verbunden sind und der Ausgangsanschluß einer jeden Wählschaltung (81 ... 8 N) mit dem Eingangsanschluß eines anderen der Frequenzteiler (91 ... 9 N) verbunden ist mit Ausnahme eines ersten ( N) der Frequenzteiler, dessen Eingangsanschluß das Bezugstaktsignal (Φ ₀) erhält, und einer letzten (81) der Wählschaltungen, deren Ausgangsanschluß das Zeitsignal (Φ _S ) abgibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Steuerschaltung enthält:
eine Logikschaltung (21-25) zur Erzeugung eines den Ereignissignalen (E ₁ ... E _m ) und des Unterfrequenzsignals (Φ _T ), und
ein Schieberegister (26) mit einem Dateneingang, der ein vorbestimmtes Signal erhält, und einem Takteingang, der das Schiebesignal erhält, und
wobei die Frequenzteilersignale an Datenausgängen des Schieberegisters (26) erzeugt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung enthält:
eine ODER-Schaltung (21), die die Ereignissignale (E ₁ ... E _m ) aufnimmt, einen Inverter (25), der mit dem Ausgang der ODER-Schaltung (21) verbunden ist, und eine UND-Schaltung (24 b), die mit dem Ausgang des Inverters (25) und weiterhin mit dem Unterfrequenzsignal (Φ _T ) verbunden ist, wobei die UND-Schaltung (24 b) an ihrem Ausgang das Schiebesignal erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung einen Zähler (23) aufweist, dessen Eingangsanschluß mit dem Zeitsignal (Φ _S ) verbunden ist und dessen Ausgangsanschlüsse ein Zählsignal abgeben, und wenigstens zwei Verriegelungsschaltungen (22 a ... 22 m), die jeweils Eingangsanschlüsse aufweisen, die mit den Ausgangsanschlüssen des Zählers (23) verbunden sind und jeweils einen Speicheranschluß haben, die mit je einem der Eintrittssignale (E ₁ ... E _m ) verbunden sind, um das Zählsignal in Abhängigkeit von den Ereignissignalen (E ₁ ... E _m ) zu speichern, so daß die Verriegelungsschaltungen (22 a ... 22 m) Werte enthalten, die die Zeitdauer zwischen dem Auftreten von Ereignissen angeben.