JP5936405B2 - Ranging system - Google Patents
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Description
本発明は、発光部から放射した放射光が対象物で反射し、戻ってくる反射光を受光し、その受光量に応じた出力を用いてタイム・オブ・フライト(Time Of Flight:TOF)法により、対象物までの距離を求める測距システムに関する。 In the present invention, the time of flight (TOF) method is performed by using the output corresponding to the amount of light received by reflecting the reflected light that is radiated from the light emitting unit and reflected by the object. Thus, the present invention relates to a distance measuring system for obtaining a distance to an object.
従来から、TOF法を用いた測距装置は、非接触な測距を実現する外界センシング手法として、一般的に知られている(特許文献1及び2参照)。TOF法は、発光部から対象物に向かって光を放射し、対象物で反射して戻ってくるまでの光の往復時間を受光部でセンシングして対象物までの距離を求める。そのため、発光部での光の放射タイミングと受光部での受光タイミングの同期が技術的な前提となる。
Conventionally, a distance measuring apparatus using the TOF method is generally known as an external sensing technique for realizing non-contact distance measurement (see
しかしながら、発光部を構成する発光素子自体の特性、受光部を構成する受光素子自体の特性、あるいは、発光部及び受光部に関連する各種素子や配線、回路の特性は、温度や湿度といった周辺環境に影響され変動する。そのため、製品出荷時にキャリブレーションを実施しても、刻々と変化する環境変動に対しては測距システムの測距精度を維持することが困難であり、誤差が拡大するおそれがある。そのため、既に、フィードバック制御を用いた発光部及び受光部の同期手法が提案されている(特許文献3参照)。 However, the characteristics of the light-emitting element itself constituting the light-emitting unit, the characteristics of the light-receiving element itself constituting the light-receiving unit, or the characteristics of various elements, wiring, and circuits related to the light-emitting unit and the light-receiving unit are the ambient environment such as temperature and humidity. It is affected and fluctuates. For this reason, even if calibration is performed at the time of product shipment, it is difficult to maintain the distance measurement accuracy of the distance measurement system against environmental changes that change every moment, and the error may increase. Therefore, a method of synchronizing the light emitting unit and the light receiving unit using feedback control has already been proposed (see Patent Document 3).
特許文献3では、発光素子用駆動回路から出力する発光タイミング信号の位相と、受光素子用駆動回路から出力する受光タイミング信号の位相との差(位相差)を位相比較回路にて検出し、発光素子用タイミング発生回路と発光素子用駆動回路の間に介在する遅延時間調整回路により、発光素子用の駆動回路に供給する発光タイミングを上述の位相差に応じて調整するようにしている。
In
ところで、発光と受光のタイミングの同期のため重要となるのが位相比較回路での位相の検出手法である。特許文献3では、環境変動に対する位相比較回路自体の特性変化の対策が示されていない。位相比較回路自体の特性変化は、本来発光タイミングあるいは受光タイミングからのフィードバック制御では補正できないため、測距精度が確保できなくなるおそれがある。すなわち、位相比較回路(=観測器)の出力特性が周辺環境に依存すると、本来の評価対象である発光素子用駆動回路や受光素子用駆動回路の特性変動のみを補正するべきであるにも関わらず、位相比較回路の出力特性変動をも加味して補正してしまい、評価対象に対して本来意図した位相調整を行うことができない。
By the way, what is important for the synchronization of the timing of light emission and light reception is the phase detection method in the phase comparison circuit.
また、高時間分解能で、且つ、安定性を実現するためにはフィードバック信号等に含まれる比較的短時間におけるタイミングの揺らぎ(ジッタ:jitter)の影響を考慮する必要がある。ジッタの現れ方は原因により異なる。例えば、熱雑音に起因するジッタは時間に対してランダムであるが、電磁波等の外乱に影響され発生するジッタは周期性があったり突発的であったりする。 Also, in order to achieve high temporal resolution and stability, it is necessary to consider the influence of timing fluctuation (jitter) in a relatively short time included in a feedback signal or the like. How jitter appears depends on the cause. For example, jitter caused by thermal noise is random with respect to time, but jitter generated by being affected by disturbances such as electromagnetic waves may be periodic or sudden.
光速を扱うTOF方式の測距システムにおいては、このようなジッタの影響を考慮しつつ、高精度な時間分解能でタイミングを補正する必要がある。この場合、少ないサンプリング回数でフィードバック制御を実施するとかえって不安定性が増大し、同期に悪影響を及ぼす。一方で多いサンプリング回数でフィードバック制御を実施すると安定するが、タイミング補正回路の最小時間分解能よりも高精度に過剰にサンプリングを実施しても制御不能であり無駄な電力を消費する。 In a TOF type ranging system that handles the speed of light, it is necessary to correct the timing with high-accuracy time resolution in consideration of the influence of such jitter. In this case, if feedback control is performed with a small number of samplings, the instability increases, which adversely affects synchronization. On the other hand, although feedback control is performed with a large number of samplings, it is stable. However, even if sampling is performed with higher accuracy than the minimum time resolution of the timing correction circuit, control is impossible and wasteful power is consumed.
そのため、フィードバック制御を適正なサンプリング回数で実施する仕組みが必要となる。 Therefore, a mechanism for performing feedback control with an appropriate number of samplings is required.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、フィードバック制御によるタイミング差の補正において、周辺環境に左右されない安定した発光タイミングと受光タイミングの同期を維持することができ、しかも、適正なサンプリング回数でフィードバック制御を実施することができ、安定、且つ、高精度な測距システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such a problem, and in the correction of the timing difference by feedback control, it is possible to maintain the stable synchronization of the light emission timing and the light reception timing which is not influenced by the surrounding environment, and is appropriate. An object of the present invention is to provide a stable and highly accurate distance measuring system that can perform feedback control with a small number of samplings.
[1] 本発明に係る測距システムは、測距対象物に向けて放射光を放射する発光部と、前記放射光の前記測距対象物からの反射光を受光し、受光光量に応じた出力を行う受光部と、前記発光部及び前記受光部を制御する制御部と、前記受光部の出力を用いてタイム・オブ・フライト(Time Of Flight)法により前記測距対象物までの距離を演算する距離演算部と、を有する測距システムに関する。 [1] A distance measuring system according to the present invention receives a light emitting unit that emits radiated light toward a distance measuring object, and receives reflected light from the distance measuring object of the radiated light, and according to the amount of received light. A light receiving unit that performs output, a control unit that controls the light emitting unit and the light receiving unit, and a time of flight method to determine a distance to the object to be measured using the output of the light receiving unit. The present invention relates to a distance measuring system having a distance calculating unit for calculating.
前記制御部は、前記発光部の発光タイミング及び前記受光部の受光タイミングを規定するシーケンサと、基準クロックを生成し、前記シーケンサに前記基準クロックを出力する基準クロック生成部と、前記発光部を駆動する発光駆動部と、前記受光部を駆動する受光駆動部と、前記発光駆動部の前段に介在され、前記発光タイミングを補正するタイミング補正部と、を備える。 The control unit drives the light emitting unit, a sequencer that defines a light emission timing of the light emitting unit and a light receiving timing of the light receiving unit, a reference clock that generates a reference clock, and outputs the reference clock to the sequencer. A light emission drive unit that drives the light reception unit, and a timing correction unit that is interposed in a preceding stage of the light emission drive unit and corrects the light emission timing.
前記タイミング補正部は、回路起動シーケンス生成部と、遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部と、タイミング補正制御ロジック回路とを有する。 The timing correction unit includes a circuit activation sequence generation unit, a delay time control / timing correction phase comparison unit, and a timing correction control logic circuit.
そして、前記回路起動シーケンス生成部は、システム起動時に、前記タイミング補正制御ロジック回路に起動トリガ信号を出力して、該タイミング補正制御ロジック回路を起動する。タイミング補正制御ロジック回路は、前記起動トリガ信号に基づいて、前記遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部に初期値を設定する。 Then, the circuit activation sequence generation unit outputs an activation trigger signal to the timing correction control logic circuit at the time of system activation, and activates the timing correction control logic circuit. The timing correction control logic circuit sets an initial value in the delay time control / timing correction phase comparison unit based on the activation trigger signal.
その後、前記回路起動シーケンス生成部は、遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部に起動信号を出力して、遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部を起動する。 Thereafter, the circuit activation sequence generator outputs an activation signal to the delay time control / timing correction phase comparison unit to activate the delay time control / timing correction phase comparison unit.
[2] 本発明において、前記遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部は、第1遅延時間制御回路と、第2遅延時間制御回路と、タイミング補正用位相比較器とを有し、前記タイミング補正制御ロジック回路は、起動トリガ信号の入力に基づいて、前記第1遅延時間制御回路の初期値を固定にし、前記第1遅延時間制御回路、前記第2遅延時間制御回路及び前記タイミング補正用位相比較器を起動するようにしてもよい。 [2] In the present invention, the delay time control / timing correction phase comparison unit includes a first delay time control circuit, a second delay time control circuit, and a timing correction phase comparator, and the timing correction The control logic circuit fixes the initial value of the first delay time control circuit based on the input of the start trigger signal, and compares the first delay time control circuit, the second delay time control circuit, and the timing correction phase comparison. You may make it start a container.
[3] この場合、前記第1遅延時間制御回路、前記第2遅延時間制御回路及び前記タイミング補正用位相比較器のそれぞれは、各々第1遅延線及び第2遅延線を有し、前記タイミング補正部は、前記各第1遅延線での遅延時間を調整する第1遅延調整バイアスを生成する第1遅延同期ループ回路本体と、前記各第2遅延線での遅延時間を調整する第2遅延調整バイアスを生成する第2遅延同期ループ回路本体とをさらに有し、前記タイミング補正制御ロジック回路は、前記第1遅延時間制御回路、前記第2遅延時間制御回路及び前記タイミング補正用位相比較器の起動に先立って、前記第1遅延同期ループ回路本体及び前記第2遅延同期ループ回路本体を起動し、前記第1遅延調整バイアス及び前記第2遅延調整バイアスが安定した段階で、前記第1遅延時間制御回路、前記第2遅延時間制御回路及び前記タイミング補正用位相比較器を起動するようにしてもよい。 [3] In this case, each of the first delay time control circuit, the second delay time control circuit, and the timing correction phase comparator includes a first delay line and a second delay line, respectively. A first delay locked loop circuit body that generates a first delay adjustment bias that adjusts a delay time in each of the first delay lines; and a second delay adjustment that adjusts a delay time in each of the second delay lines. And a second delay locked loop circuit main body for generating a bias, wherein the timing correction control logic circuit activates the first delay time control circuit, the second delay time control circuit, and the timing correction phase comparator. Prior to starting the first delay locked loop circuit body and the second delay locked loop circuit body, the first delay adjusting bias and the second delay adjusting bias are stabilized. It said first delay time control circuit, may be started the second delay time control circuit and the timing correction phase comparator.
[4] また、前記シーケンサにおいて前記基準クロックと同期した基準信号を生成し、該基準信号を前記第1遅延時間制御回路及び前記第2遅延時間制御回路に入力し、前記第1遅延時間制御回路は、前記基準信号を前記初期値に基づいて遅延させた信号を、前記発光駆動部に出力し、前記第2遅延時間制御回路は、前記基準信号を基準として、遅延時間をオフセットとたオフセット信号を出力し、前記タイミング補正用位相比較器は、前記オフセット信号と前記発光駆動部の出力信号との位相比較を行って、位相比較結果として出力し、前記タイミング補正制御ロジック回路は、前記位相比較結果に基づいてオフセット調整信号を生成して、前記第2遅延時間制御回路においてオフセット値を更新させるようにしてもよい。 [4] Further, the sequencer generates a reference signal synchronized with the reference clock, and inputs the reference signal to the first delay time control circuit and the second delay time control circuit, and the first delay time control circuit Outputs a signal obtained by delaying the reference signal based on the initial value to the light emission driving unit, and the second delay time control circuit uses the reference signal as a reference and an offset signal with a delay time as an offset. The phase comparator for timing correction performs phase comparison between the offset signal and the output signal of the light emission driver, and outputs it as a phase comparison result, and the timing correction control logic circuit outputs the phase comparison An offset adjustment signal may be generated based on the result, and the offset value may be updated in the second delay time control circuit.
[5] タイミング補正制御ロジック回路は、オフセット値を更新し、前記位相比較結果が前記タイミング補正用位相比較器の検知範囲の中央値になった段階で、該オフセット値を更新後オフセット値として固定するようにしてもよい。 [5] The timing correction control logic circuit updates the offset value, and fixes the offset value as the updated offset value when the phase comparison result reaches the median value of the detection range of the timing correction phase comparator. You may make it do.
[6] この場合、前記更新後オフセット値を前記第2遅延時間制御回路に記憶保持させるようにしてもよい。 [6] In this case, the updated offset value may be stored and held in the second delay time control circuit.
[7] そして、前記タイミング補正制御ロジック回路は、前記オフセット値を更新し、固定した後に取得した前記位相比較結果に基づいて遅延調整信号を生成し、該遅延調整信号により前記第1遅延時間制御回路を制御して、前記基準信号を遅延し、前記オフセット信号と前記発光駆動部の出力信号とが同じ位相となるように、前記第1遅延時間制御回路を補正制御するようにしてもよい。 [7] Then, the timing correction control logic circuit generates a delay adjustment signal based on the phase comparison result obtained after updating and fixing the offset value, and the first delay time control based on the delay adjustment signal. The circuit may be controlled to delay the reference signal, and the first delay time control circuit may be corrected and controlled so that the offset signal and the output signal of the light emission drive unit have the same phase.
[8] 前記タイミング補正制御ロジック回路は、任意のサンプリング回数分の前記位相比較結果から、サンプリング毎のジッタ量を計測し、前記ジッタ量に基づいて少なくともサンプリング間隔を調整するようにしてもよい。 [8] The timing correction control logic circuit may measure a jitter amount for each sampling from the phase comparison result for an arbitrary number of samplings, and adjust at least the sampling interval based on the jitter amount.
[9] この場合、前記ジッタ量が大きくなるに従って、前記サンプリング間隔を短くし、前記ジッタ量が小さくなるに従って、前記サンプリング間隔を長くすることが好ましい。 [9] In this case, it is preferable that the sampling interval is shortened as the jitter amount is increased, and the sampling interval is increased as the jitter amount is decreased.
[10] 前記ジッタ量が許容範囲にある場合は、前記サンプリング間隔が適正であるとして、前記サンプリング間隔の調整を行わないようにしてもよい。 [10] When the jitter amount is within an allowable range, the sampling interval may not be adjusted assuming that the sampling interval is appropriate.
[11] また、前記タイミング補正制御ロジック回路は、一定期間での前記位相比較結果の変動量に基づいて、前記第1遅延時間制御回路でのタイミング調整の更新間隔を調整するようにしてもよい。 [11] Further, the timing correction control logic circuit may adjust an update interval of timing adjustment in the first delay time control circuit based on a variation amount of the phase comparison result in a certain period. .
[12] この場合、前記変動量が大きくなるに従って、前記タイミング調整の更新間隔を短くすることが好ましい。 [12] In this case, it is preferable that the update interval of the timing adjustment is shortened as the amount of change increases.
[13] 前記変動量が許容範囲にある場合は、前記タイミング調整の更新間隔が適正であるとして、前記タイミング調整の更新間隔の調整を行わないようにしてもよい。 [13] When the fluctuation amount is within an allowable range, the update interval of the timing adjustment may not be adjusted on the assumption that the update interval of the timing adjustment is appropriate.
本発明に係る測距システムによれば、フィードバック制御によるタイミング差の補正において、周辺環境に左右されない安定した発光タイミングと受光タイミングの同期を維持することができると共に、適正なサンプリング回数でフィードバック制御を実施することができ、高精度に測距対象物までの距離を測定することができる。 According to the distance measuring system of the present invention, in the correction of the timing difference by the feedback control, it is possible to maintain the stable synchronization of the light emission timing and the light reception timing which is not influenced by the surrounding environment, and to perform the feedback control with an appropriate number of samplings The distance to the object to be measured can be measured with high accuracy.
以下、本発明に係る測距システムの実施の形態例を図1〜図22を参照しながら説明する。 Embodiments of a distance measuring system according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
本実施の形態に係る測距システム10は、図1に示すように、測距対象物12に向けて放射光14を放射する発光部16と、放射光14の測距対象物12からの反射光18を受光し、受光光量に応じた出力を行う受光部20と、発光部16及び受光部20を制御する制御部22と、受光部20の出力を用いてタイム・オブ・フライト法により測距対象物までの距離を演算する距離演算部24と、を有する。なお、受光部20からの出力は、A/D変換器26でデジタル信号に変換した後、距離演算部24に出力する。
As shown in FIG. 1, the
制御部22は、基準クロック生成部28と、シーケンサ30と、発光駆動部32と、受光駆動部34と、タイミング補正部36とを有する。
The
基準クロック生成部28は、温度や湿度等の周辺環境にほとんど影響されない水晶振動子を基準クロック周波数信号として用いた例えばPLL(Phase Locked Loop)回路等によって構成し、基準クロックclkを生成し、少なくともシーケンサ30に基準クロックclkを出力する。
The reference
シーケンサ30は、発光部16の発光タイミング及び受光部20の受光タイミングを規定する。具体的には、発光部16での発光タイミングの基準となる発光基準信号Pe2及び受光部20での受光タイミングの基準となる受光基準信号Pe2を生成する。例えば図1に示すように、シーケンサ30は、第1信号生成回路38a、第2信号生成回路38b、第1クロック同期回路40a及び第2クロック同期回路40bを有する。第1信号生成回路38aは、発光タイミングの基となる信号Pe1を生成し、第2信号生成回路38bは、受光タイミングの基となる信号Pr1を生成する。第1クロック同期回路40aは、例えばD型フリップフロップにより構成し、第1クロック同期回路40aのD端子には信号Pe1を供給し、CK端子には基準クロックclkを供給する。このとき、第1クロック同期回路40aのQ端子からは基準クロックclkに同期した信号Pe1、すなわち、発光基準信号Pe2が出力される。同様に、第2クロック同期回路40bのD端子には信号Pr1を供給し、CK端子には基準クロックclkを供給する。このとき、第2クロック同期回路40bのQ端子からは基準クロックclkに同期した信号Pr1、すなわち、受光基準信号Pr2が出力される。
The
発光駆動部32は、後述するタイミング補正部36からのタイミング調整信号Pe3に基づいて発光部16を駆動制御する。例えばタイミング調整信号Pe3により、放射光14を放射するための発光タイミング信号Pe4を生成して出力する。発光部16は、発光駆動部32からの発光タイミング信号Pe4により、例えばパルス発光した放射光14を放射する。
The light
受光駆動部34は、シーケンサ30からの受光基準信号Pr2に基づいて受光部20を駆動制御する。例えば受光基準信号Pr2により、反射光18を受光する期間を規定する受光タイミング信号Pr4(=電子シャッタタイミング信号)を生成し、受光部20を駆動制御する。受光部20は、受光タイミング信号Pr4により規定された期間(電子シャッタ期間)の間の反射光18の光量を受光し、受光部20の出力値に反映する。
The light
この受光駆動部34は、図1では、受光部20、A/D変換器26、基準クロック生成部28、シーケンサ30及びタイミング補正部36と共に1つの固体撮像装置42に実装している。そのため、受光駆動部34にクロック同期回路を実装し、クロック同期した受光タイミング信号Pr4を出力する等の対策が可能である。従って、受光基準信号Pr2と同等に、クロック同期した受光タイミング信号Pr4を受光部20に直接供給することが比較的容易である。
In FIG. 1, the light receiving
一方、固体撮像装置42に発光部16を実装することが困難であるため、上述した発光駆動部32や発光部16は、固体撮像装置42の外部に設置している。そのため、シーケンサ30からの発光基準信号Pe2と発光駆動部32からの発光タイミング信号Pe4のタイミング差(位相差)は、温度や湿度といった周辺環境に影響され、安定したタイミング差を維持することが困難である。
On the other hand, since it is difficult to mount the
そこで、タイミング補正部36を、シーケンサ30と発光駆動部32との間に配置し、シーケンサ30からの発光基準信号Pe2と発光駆動部32からの発光タイミング信号Pe4の遅延差が常に一定となるように、発光基準信号Pe2に対して遅延制御した発光タイミング信号Pe3を生成し発光駆動部32に供給することで、発光基準信号Pe2と発光タイミング信号Pe4、さらには発光タイミング信号Pe4と受光タイミング信号Pr4の同期を図る。
Therefore, the
ここで、タイミング補正部36の構成例について図2を参照しながら説明する。
Here, a configuration example of the
タイミング補正部36は、図2に示すように、回路起動シーケンス生成部43と、遅延同期ループ回路部44と、遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部45と、タイミング補正制御ロジック回路46とを有する。
As shown in FIG. 2, the
回路起動シーケンス生成部43は、各種回路を起動する機能を有し、詳細は後述する。
The circuit activation
遅延同期ループ回路部44は、初期バイアス設定回路47と、第1遅延線を有する第1遅延同期ループ回路本体48aと、第2遅延線を有する第2遅延同期ループ回路本体48bとを有する。
The delay locked
遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部45は、第1遅延線及び第2遅延線を有する第1遅延時間制御回路50と、第1遅延線及び第2遅延線を有する第2遅延時間制御回路52と、第1遅延線及び第2遅延線を有するタイミング補正用位相比較器54とを有する。
The
タイミング補正制御ロジック回路46は、サンプリング間隔調整部55と、ジッタ量計測部56と、更新間隔調整部57と、平均値変動量計測部58と、オフセット調整信号生成部60と、遅延調整信号生成部62とを有する。
The timing correction
第1遅延同期ループ回路本体48aは、時間分解能設定部53からの第1遅延段数制御信号Sprec1に基づいて、第1遅延調整バイアスVb1(電圧)を生成し、第1遅延時間制御回路50、第2遅延時間制御回路52及びタイミング補正用位相比較器54の各第1遅延線の遅延素子の1段当たりの遅延時間を設定する。
The first delay locked loop circuit
第2遅延同期ループ回路本体48bは、時間分解能設定部53からの第2遅延段数制御信号Sprec2に基づいて、第2遅延調整バイアスVb2(電圧)を生成し、第1遅延時間制御回路50、第2遅延時間制御回路52及びタイミング補正用位相比較器54の各第2遅延線の遅延素子1段当たりの遅延時間を設定する。
The second delay locked loop circuit
初期バイアス設定回路47は、第1遅延同期ループ回路本体48a及び第2遅延同期ループ回路本体48bにおいて、回路電源投入時や回路起動時での遅延調整バイアスが定まらないことに起因した、間違った遅延位相差でのロック(擬似ロック)現象を防止する回路であり、後述する回路起動シーケンス生成部43によって起動し、正常なロック状態に収束するバイアス範囲にある初期遅延調整バイアスVb0(電圧)を第1遅延同期ループ回路本体48a及び第2遅延同期ループ回路本体48bに供給する。回路電源投入時や回路起動の直前に、予め初期遅延調整バイアスVb0を入力することで、常に正しい位相ロック状態動作を補償する。
The initial
第1遅延時間制御回路50、第2遅延時間制御回路52及びタイミング補正用位相比較器54は、第1遅延調整バイアスVb1及び第2遅延調整バイアスVb2の安定後に回路起動シーケンス生成部43により起動する。
The first delay
第1遅延時間制御回路50にはシーケンサ30からの発光基準信号Pe2を入力する。第1遅延時間制御回路50は、発光基準信号Pe2のタイミング(位相)を調整して第1タイミング調整信号Pe3として発光駆動部32に入力する。
The first delay
第2遅延時間制御回路52にはシーケンサ30からの発光基準信号Pe2を入力する。この第2遅延時間制御回路52は、例えば測距システム10の出荷時やその後のキャリブレーションの際に、タイミング補正制御ロジック回路46からのオフセット調整信号S2によって、遅延時間(オフセット時間)を設定(あるいは再設定)する。すなわち、図3Aに示すように、発光基準信号Pe2の例えば立ち下り時(立ち上がり時でもよい)と、発光タイミング信号Pe4の例えば立ち下り時(立ち上がり時でもよい)との間には時間的な一定のずれ、すなわち、オフセット時間Toffsetが存在する。このオフセット時間Toffsetは、測距システム10の経時変化によって変動する。そこで、測距システム10の出荷時やその後に行われる定期的あるいは不定期のキャリブレーションの際に、オフセット時間Toffsetを取得し、取得したオフセット時間Toffsetの情報をタイミング補正制御ロジック回路46に与えて、タイミング補正制御ロジック回路46から新たなオフセット時間Toffsetに対応したオフセット調整信号S2を出力し、第2遅延時間制御回路52に供給することによって、第2遅延時間制御回路52にオフセット時間Toffsetを設定(あるいは再設定)する。従って、第2遅延時間制御回路52に入力された発光基準信号Pe2は、設定されたオフセット時間Toffsetだけ遅延し、オフセット信号Pe5として出力される。
The second delay
タイミング補正用位相比較器54の第1入力端子φe4には発光駆動部32からの発光タイミング信号Pe4を入力し、第2入力端子φe5には第2遅延時間制御回路52からのオフセット信号Pe5を入力する。タイミング補正用位相比較器54は、例えば図3Bに示すように、オフセット信号Pe5の例えば立ち下り時と発光タイミング信号Pe4の例えば立ち下り時との時間差(位相差ΔTchange)を検出し、位相比較結果S1として出力する。特に、タイミング補正用位相比較器54は、オフセット信号Pe5と発光タイミング信号Pe4との時間差(位相差ΔTchange)に応じたデジタル信号に変換し、該デジタル信号を位相比較結果S1として出力し、タイミング補正制御ロジック回路46に入力する。
The light emission timing signal Pe4 from the light
タイミング補正制御ロジック回路46は、位相比較結果S1に基づいた遅延調整信号S3を生成して出力し、第1遅延時間制御回路50に入力する。第1遅延時間制御回路50は、遅延調整信号S3に基づいて発光基準信号Pe2の遅延時間を調整して、タイミング調整信号Pe3として出力する。遅延調整信号S3がアナログ信号であれば、電圧値、電流値等が挙げられる。遅延調整信号S3はデジタル信号であってもよい。なお、タイミング補正制御ロジック回路46の機能は、外部のCPU及びメモリを備える組み込みコンピュータやFPGA等のハードウェアに置き換えて実現させてもよい。
The timing correction
例えば図3Bに示すように、周辺環境の影響によって、発光タイミング信号Pe4が、オフセット時間Toffsetよりもある時間(変動時間と記す)だけ遅延した場合、タイミング補正用位相比較器54において位相差ΔTchange(変動時間)を検出して、位相比較結果S1を出力し、タイミング補正制御ロジック回路46は位相比較結果S1に基づいた遅延調整信号Pe3を出力する。第1遅延時間制御回路50は、発光基準信号Pe2を遅延調整信号S3に基づいた時間だけ遅延して、タイミング調整信号Pe3として出力する。つまり、図3Cに示すように、第1遅延時間制御回路50は、発光基準信号Pe2を上述した位相差ΔTchange(変動時間)と同じ時間(ΔTcontrol)だけ遅延し、発光基準信号Pe2のタイミングを調整して、タイミング調整信号Pe3として発光駆動部32に出力することから、発光タイミング信号Pe4の例えば立ち下り時とオフセット信号Pe5の立ち下り時とが同期するようになり、周辺環境による変動時間分をフィードバック制御により吸収して、タイミング的に正確な発光タイミング信号Pe4として発光部16に供給することができる。これによって測距対象物12までの距離を周辺環境に影響されずに測定することが可能となる。
For example, as shown in FIG. 3B, when the light emission timing signal Pe4 is delayed by a certain time (denoted as a variation time) from the offset time Toffset due to the influence of the surrounding environment, the phase difference ΔTchange ( The phase comparison result S1 is output, and the timing correction
ところで、基準クロックclkとして、クロック周波数が例えば250MHzのクロック信号を想定した場合、クロックの立ち上がり及び立ち下りを回路のトリガタイミングとして使うとしても、その時間分解能は2nsec程度である。放射光14は例えば1nsecで約300mm進むが、測距システム10では、往復の光路を測定するため、測距値に換算すると、150mmに相当する。そのため、2nsecの時間分解能でタイミングを調整すると、測距値300mm単位での調整となり、この測距分解能未満でのタイミング調整ができない。例えば数mmオーダーでの測距性能を得るためには、数10psecのオーダーの時間分解能が必要となる。
By the way, when a clock signal having a clock frequency of, for example, 250 MHz is assumed as the reference clock clk, the time resolution is about 2 nsec even if the rising and falling edges of the clock are used as the trigger timing of the circuit. Although the radiated light 14 travels about 300 mm in 1 nsec, for example, the
そこで、本実施の形態では、第1遅延時間制御回路50、第2遅延時間制御回路52、タイミング補正用位相比較器54を、それぞれ第1遅延線と第2遅延線とを有する回路にて構成し、第1遅延同期ループ回路本体48aで生成された第1遅延調整バイアスVb1(電圧)を各第1遅延線に印加し、第2遅延同期ループ回路本体48bで生成された第2遅延調整バイアスVb2(電圧)を各第2遅延線に印加することで、第1遅延線を構成する複数の遅延素子での各遅延時間τ1と第2遅延線を構成する複数の遅延素子での各遅延時間τ2とを異ならせる。さらに、第1遅延時間制御回路50及び第2遅延時間制御回路52では、第1遅延線から第2遅延線への経路を可変にして、|τ1−τ2|の時間分解能を得るようにし、タイミング補正用位相比較器54では、TDC回路にノギスの原理(バーニアの原理)を用いて、|τ1−τ2|の時間分解能で位相比較を行えるようにしている。これにより、数psec〜数10psecのオーダーの時間分解能を実現することができ、数mmオーダーの測距値精度を補償することが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, the first delay
ここで、タイミング補正部36の具体的な回路構成例について図4A〜図7を参照しながら説明する。
Here, a specific circuit configuration example of the
先ず、第1遅延同期ループ回路本体48aは、図4Aに示すように、基準クロックclkを入力とする第1遅延線DL1と、第1遅延段数制御信号Sprec1に基づいて第1遅延線DL1の遅延段数を設定する複数の第1セレクタ66aと、第1遅延線DL1からの出力と基準クロックclkとの位相差を検出する第1クロック位相比較器68aと、第1クロック位相比較器68aからの出力信号に基づき、加算あるいは減算電荷を生成する第1チャージポンプ70aと、第1チャージポンプ70aの出力電荷を累算し、第1遅延調整バイアスVb1(電圧)として出力する第1ローパスフィルタ72aとを有する。この第1遅延調整バイアスVb1は、第1遅延線DL1に供給し、第1遅延同期ループ回路本体48aのフィードバックループを形成し、且つ、外部に第1遅延調整バイアスVb1を出力可能になっている。
First, as shown in FIG. 4A, the first delay locked loop circuit
第1遅延線DL1は、複数の第1遅延素子74aを直列に接続して構成し、各第1遅延素子74aの前段には、それぞれ第1セレクタ66aが接続されている。各第1遅延素子74aは、第1遅延調整バイアスVb1によって遅延時間が制御される例えばインバータ遅延素子により構成する。各第1セレクタ66aは、第1遅延段数制御信号Sprec1のそれぞれ対応するバイナリ値(「1」又は「0」)に応じて経路を選択するようになっている。例えば入力側から見て1番目の第1セレクタ66aは、第1遅延段数制御信号Sprec1の例えばMSB(最上位ビット)のバイナリ値に応じて基準クロックclkと接地電圧Vssのいずれかを選択する。この例では、バイナリ値が「1」のとき、基準クロックclkを選択し、バイナリ値が「0」のとき、接地電圧Vssを選択する。入力側から見て2番目以降の第1セレクタ66aは、バイナリ値が「1」のとき、基準クロックclkを選択し、バイナリ値が「0」のとき、1つ前の第1遅延素子74aからの出力を選択する。すなわち、複数の第1セレクタ66aによって、遅延段数を制御している。
The first delay line DL1 is configured by connecting a plurality of
従って、例えば16個の第1遅延素子74aがそれぞれ第1セレクタ66aを介在させて直列に接続されている場合を想定したとき、第1遅延線DL1として、14個の第1遅延素子74aを使用する場合は、第1遅延段数制御信号Sprec1として、
MSB LSB
↓ ↓
「0010000000000000」
を時間分解能設定部53から供給する。これにより、出力側から見て14番目の第1セレクタ66aが基準クロックclkを選択し、出力側から見て1番目〜13番目の第1セレクタ66aがそれぞれ1つ前の第1遅延素子74aの出力を選択することになり、14個の連続した第1遅延素子74aによる第1遅延線DL1が構成されることになる。なお、第1遅延線DL1としては、実際には、100個以上の第1遅延素子74aを用いてもよい。
Therefore, for example, assuming that 16
MSB LSB
↓ ↓
"0010000000000000"
Is supplied from the time
この第1遅延同期ループ回路本体48aでは、第1遅延線DL1が、基準クロックclkを1周期遅らせるように動作し、第1遅延線DL1の出力と基準クロックclkとの立ち上がりタイミングあるいは立ち下りタイミングを第1クロック位相比較器68aで比較する。比較結果に基づき、第1チャージポンプ70aや第1ローパスフィルタ72aが動作することで、第1遅延線DL1の出力と基準クロックclkの位相差を相殺するように常にフィードバック制御する。これにより、第1遅延素子74aの遅延値(τ1)を生成するための第1遅延調整バイアスVb1を得る。第1遅延素子74aの数を増やすほど、各第1遅延素子74aでの遅延時間(τ1)は短くなる。なお、第1遅延同期ループ回路本体48aは、集積回路の製造ばらつきや周辺環境の変動等に対して安定した基準クロックclkを基準にして、自律的な自己フィードバックの機能を有しているため、製造ばらつきや周辺環境変動に対応した第1遅延調整バイアスVb1を生成することができる。
In the first delay locked loop circuit
第2遅延同期ループ回路本体48bは、上述した第1遅延同期ループ回路本体48aと同様の構成を有し、図4Bに示すように、基準クロックclkを入力とする第2遅延線DL2と、第2遅延段数制御信号Sprec2に基づいて第2遅延線DL2の遅延段数を設定する複数の第2セレクタ66bと、第2遅延線DL2からの出力と基準クロックclkとの位相差を検出する第2クロック位相比較器68bと、第2クロック位相比較器68bからの出力信号に基づき、加算あるいは減算電荷を生成する第2チャージポンプ70bと、第2チャージポンプ70bの出力電荷を累算し、第2遅延調整バイアスVb2(電圧)として出力する第2ローパスフィルタ72bとを有する。この第2遅延調整バイアスVb2は、第2遅延線DL2に供給し、第2遅延同期ループ回路本体48bのフィードバックループを形成し、且つ、外部に第2遅延調整バイアスVb2を出力可能になっている。
The second delay locked loop circuit
第2遅延線DL2は、複数の第2遅延素子74bを直列に接続して構成し、各第2遅延素子74bの前段には、それぞれ第2セレクタ66bが接続されている。各第2遅延素子74bは、第2遅延調整バイアスVb2によって遅延時間が制御される例えばインバータ遅延素子により構成する。これら第2遅延素子74b、第2セレクタ66b及び第2遅延段数制御信号Sprec2の構成については、上述した第1遅延素子74a、第1セレクタ66a及び第1遅延段数制御信号Sprec1と同じであるため、その重複説明を省略する。
The second delay line DL2 is configured by connecting a plurality of
この第2遅延同期ループ回路本体48bにおいても、第2遅延線DL2は、基準クロックclkを1周期遅らせるように動作し、第2遅延線DL2の出力と基準クロックclkとの立ち上がりタイミングあるいは立ち下りタイミングを第2クロック位相比較器68bで比較する。比較結果に基づき、第2チャージポンプ70bや第2ローパスフィルタ72bが動作することで、第2遅延線DL2の出力と基準クロックclkの位相差を相殺するように常にフィードバック制御する。これにより、第2遅延素子74bの遅延値(τ2)を生成するための第2遅延調整バイアスVb2を得る。第2遅延素子74bの数を増やすほど、各第2遅延素子74bでの遅延時間(τ2)は短くなる。
Also in the second delay locked loop circuit
ところで、第1遅延素子74aと第2遅延素子74bの回路構成と回路を構成するトランジスタサイズ等は互いに同じである。従って、第1遅延線DL1で選択した第1遅延素子74aの数と、第2遅延線DL2で選択した第2遅延素子74bの数が同じであれば、各第1遅延素子74aの遅延時間(第1遅延時間τ1)と各第2遅延素子74bの遅延時間(第2遅延時間τ2)は同じになる。
By the way, the circuit configurations of the
しかし、本実施の形態では、ノギスの原理を利用するため、第1遅延時間τ1と第2遅延時間τ2は差を持つ。そのため、第1遅延線DL1で選択する第1遅延素子74aの数と、第2遅延線DL2で選択する第2遅延素子74bの数は差を持つ。例えば第1遅延素子74aの数を第2遅延素子74bの数よりも多くして、第1遅延時間τ1を数100psec、第2遅延時間τ2を(数100+数10)psecとする。このとき、遅延時間の差|τ1−τ2|は数10psec程度となる。
However, in the present embodiment, since the caliper principle is used, the first delay time τ1 and the second delay time τ2 have a difference. Therefore, there is a difference between the number of
第1遅延時間制御回路50は、図5に示すように、第1遅延同期ループ回路本体48aの第1遅延線DL1と同様の構成を有し、発光基準信号Pe2を入力とする第1遅延線DL1と、第2遅延同期ループ回路本体48bの第2遅延線DL2と同様の構成を有し、同じく発光基準信号Pe2もしくは、発光基準信号Pe2の第1遅延線DL1を経由した信号を入力とする第2遅延線DL2と、遅延調整信号S3に基づいて第1遅延線DL1から第2遅延線DL2への経路を切り替える複数の第2セレクタ66bとを有する。
As shown in FIG. 5, the first delay
第1遅延線DL1は、複数の第1遅延素子74aを直列に接続して構成し、各第1遅延素子74aの前段には、それぞれ第1セレクタ66aを接続する。各第1セレクタ66aは特性ダミーであって、第2遅延線DL2と負荷をそろえるために接続する。入力側から見て1番目の第1セレクタ66aは発光基準信号Pe2を固定で選択し、入力側から見て2番目以降の第1セレクタ66aは、1つ前の第1遅延素子74aからの出力を固定で選択するようになっている。なお、第1遅延線DL1の出力側端(終端)も遅延線最終段の負荷特性を最終段以前の特性とあわせるための特性ダミーインバータ遅延回路を接続する。
The first delay line DL1 is configured by connecting a plurality of
第2遅延線DL2は、複数の第2遅延素子74bを直列に接続して構成し、各第2遅延素子74bの前段には、それぞれ第2セレクタ66bを接続する。各第2セレクタ66bは、遅延調整信号S3のそれぞれ対応するバイナリ値(「1」又は「0」)に応じて経路を選択するようになっている。例えば入力側から見て1番目の第2セレクタ66bは、遅延調整信号S3の例えばMSB(最上位ビット)のバイナリ値に応じて発光基準信号Pe2と接地電圧Vssのいずれかを選択する。この例では、バイナリ値が「1」のとき、発光基準信号Pe2を選択し、バイナリ値が「0」のとき、接地電圧Vssを選択する。入力側から見て2番目以降の第2セレクタ66bは、バイナリ値が「1」のとき、1つ前の第1遅延素子74aからの出力を選択し、バイナリ値が「0」のとき、1つ前の第2遅延素子74bからの出力を選択する。
The second delay line DL2 is configured by connecting a plurality of
従って、例えば16個の第1遅延素子74aがそれぞれ第1セレクタ66aを介在させて直列に接続され、16個の第2遅延素子74bがそれぞれ第2セレクタ66bを介在させて直列に接続されている場合を想定したとき、第1遅延線DL1として2個の第1遅延素子74aを選択し、第2遅延線DL2として14個の第2遅延素子74bを選択する場合は、遅延調整信号S3として、
MSB LSB
↓ ↓
「0010000000000000」
がタイミング補正制御ロジック回路46から供給する。これにより、入力側から見て2番目の第1遅延素子74aから入力側から見て3番目の第2遅延素子74bへの経路が選択され、その結果、発光基準信号Pe2が遅延時間{(2×τ1)+(14×τ2)}だけ遅延されたタイミング調整信号Pe3として出力される。同様に、第1遅延線DL1として3個の第1遅延素子74aを選択し、第2遅延線DL2として13個の第2遅延素子74bを選択した場合は、入力側から見て3番目の第1遅延素子74aから入力側から見て4番目の第2遅延素子74bへの経路が選択され、その結果、発光基準信号Pe2が遅延時間{(3×τ1)+(13×τ2)}だけ遅延されたタイミング調整信号Pe3として出力される。前者と後者の遅延時間の差は、|{(2×τ1)+(14×τ2)}−{(3×τ1)+(13×τ2)}|=|τ2−τ1|となり、第2セレクタ66bによって経路を切り替えることにより、|τ2−τ1|の時間分解能を得ることができる。なお、上述の例では、16個の第1遅延素子74a及び16個の第2遅延素子74bの場合を示したが、実際には、100個以上の第1遅延素子74a及び100個以上の第2遅延素子74bを用いてもよい。
Accordingly, for example, 16
MSB LSB
↓ ↓
"0010000000000000"
Is supplied from the timing correction
第2遅延時間制御回路52は、上述した第1遅延時間制御回路50(図5参照)と同様の構成を有するため、その重複説明を省略するが、第2セレクタ66bは、オフセット調整信号S2のそれぞれ対応するバイナリ値(「1」又は「0」)に応じて経路を選択するようになっている。この第2遅延時間制御回路52においても、第2セレクタ66bによって経路を切り替えることにより、|τ2−τ1|の時間分解能を得ることができる。
Since the second delay
タイミング補正用位相比較器54は、図6に示すように、発光タイミング信号Pe4を入力とする第1遅延線DL1と、オフセット信号Pe5を入力とする第2遅延線DL2と、遅延素子に応じて配列された複数のフリップフロップ回路76(ここではD型フリップフロップ)を有する位相判定回路78と、デコーダ80とを有する。
As shown in FIG. 6, the timing
第1遅延線DL1は、それぞれ第1遅延調整バイアスVb1により遅延時間を制御可能な複数の第1遅延素子74aを直列に接続して構成している。第2遅延線DL2も、それぞれ第2遅延調整バイアスVb2により遅延時間が制御可能な複数の第2遅延素子74bを直列に接続し構成している。なお、第1遅延線DL1及び第2遅延線DL2の最終段には、それぞれ最終段の負荷特性が最終段以前の特性と差が出ないように特性ダミー用遅延素子を接続する。
The first delay line DL1 is configured by connecting a plurality of
第1遅延調整バイアスVb1及び第2遅延調整バイアスVb2によって、第2遅延素子74bの遅延時間τ2を、第1遅延素子74aの遅延時間τ1よりも長く設定すると、発光タイミング信号Pe4が周辺環境の影響によって遅延して、オフセット信号Pe5に対して発光タイミング信号Pe4が位相遅れとなって入力された場合、上述した遅延時間の違いにより、オフセット信号Pe5に対して発光タイミング信号Pe4は位相遅れが徐々に小さくなり、第1遅延線DL1及び第2遅延線DL2の途中から、今度は、オフセット信号Pe5に対して発光タイミング信号Pe4が位相進みとなり、位相進みは徐々に拡大する。
If the delay time τ2 of the
位相判定回路78は、例えば第1遅延素子74a(又は第2遅延素子64b)の個数+1個分のフリップフロップ回路76を有する。各フリップフロップ回路76はそれぞれD型フリップフロップにて構成する。そのうち、第1遅延素子74a(又は第2遅延素子74b)の個数分のフリップフロップ回路76を、第1遅延素子74a(又は第2遅延素子74b)に対応して配置し、D端子には、対応する第1遅延素子74aの出力を入力し、CK端子には、対応する第2遅延素子74bの出力を入力する。入力側から見て1番目のフリップフロップ回路76は、D端子に発光タイミング信号Pe4を入力し、CK端子に、第1オフセット信号Pe5を入力する。本実施の形態では、第1遅延素子74aとしてインバータ遅延素子を用いているため、発光タイミング信号Pe4を反転し遅延させた信号波形を出力する第1遅延素子74aが存在する。例えば入力側から見て奇数番目の第1遅延素子74aの出力波形は、発光タイミング信号Pe4を反転し遅延させた信号波形となり、入力側から見て偶数番目の第1遅延素子74aの出力波形は、発光タイミング信号Pe4をそのまま遅延させた信号波形となる。これは、第2遅延線DL2においても同様であり、入力側から見て奇数番目の第2遅延素子74bの出力波形は、オフセット信号Pe5を反転し遅延させた信号波形となり、入力側から見て偶数番目の第2遅延素子74bの出力波形は、オフセット信号Pe5をそのまま遅延させた信号波形となる。
The phase determination circuit 78 includes, for example, flip-
従って、発光タイミング信号Pe4が周辺環境の影響によって遅延した場合、発光タイミング信号Pe4がオフセット信号Pe5よりも位相遅れとなっている例えば入力側から2j+1(奇数)番目のフリップフロップ回路76では、図7に示すように、CK端子の入力が2値論理のHighになった時点で、D端子の入力が2値論理のLowであることから、Q端子からは論理値「0」を出力し、例えば入力側から2j+2(偶数)番目のフリップフロップ回路76では、CK端子の入力がLowになった時点で、D端子の入力がHighであることから、Q端子から論理値「1」を出力する。すなわち、位相遅れを示す論理値が奇数番目と偶数番目とで互いに反転した論理値となる。
Therefore, when the light emission timing signal Pe4 is delayed due to the influence of the surrounding environment, for example, in the 2j + 1 (odd number) flip-
同様に、第1遅延線DL1及び第2遅延線DL2の途中から発光タイミング信号Pe4がオフセット信号Pe5よりも位相進みとなる例えば入力側から2j+4(偶数)番目のフリップフロップ回路76では、CK端子の入力がLowになった時点で、D端子の入力がLowであることから、Q端子からは論理値「0」を出力し、例えば入力側から2j+5(偶数)番目のフリップフロップ回路76では、CK端子の入力がHighになった時点で、D端子の入力がHighであることから、Q端子から論理値「1」を出力する。すなわち、位相進みを示す論理値が奇数番目と偶数番目とで互いに反転した論理値となる。
Similarly, in the 2j + 4 (even number) flip-
そこで、例えば偶数番目のフリップフロップ回路76からの出力を反転(ビット反転)するNOTゲート82(図6参照)を接続して、発光タイミング信号Pe4がオフセット信号Pe5よりも位相遅れを示す論理値が奇数番目と偶数番目とで共に論理値「0」、位相進みを示す論理値が奇数番目と偶数番目とで共に論理値「1」となるようにしている。これにより、オフセット信号Pe5に対して位相遅れで入力した発光タイミング信号Pe4が第1遅延線DL1の途中でオフセット信号Pe5を追い抜いた時点で論理値が「0」から「1」に反転(ビット反転)する形態の位相判定信号Dbを得る。デコーダ80は、位相判定回路78からの位相判定信号Dbをデコードし、タイミング補正制御ロジック回路46に受け渡す。
Therefore, for example, a NOT gate 82 (see FIG. 6) that inverts (bit inverts) the output from the even-numbered flip-
デコーダ80でのデコード手法としては、以下の2つの手法が挙げられる。
As a decoding method in the
第1デコード手法は、下記表1に示すように、位相判定回路68からの位相判定信号Dbを最下位ビットから1が並ぶ数で1対1に変換(温度計コード変換)し、位相差値S1(第1位相比較結果)として出力する。 In the first decoding method, as shown in Table 1 below, the phase determination signal Db from the phase determination circuit 68 is converted into one-to-one (the thermometer code conversion) by the number of 1s arranged from the least significant bit, and the phase difference value Output as S1 (first phase comparison result).
第2デコード手法は、下記表2に示すように、位相判定回路78からの位相判定信号Dbのうち、論理値が「1」のビットの数をデジタル値に変換し、位相差値S1として出力する。この場合、0と1が仮にノイズ等の揺らぎで連続でない場合でも、デコードすることができるため、上述の第1デコード手法よりも好ましいが、デコーダ80に1の個数をカウントする回路を必要とする。
As shown in Table 2 below, the second decoding method converts the number of bits having a logical value “1” in the phase determination signal Db from the phase determination circuit 78 into a digital value, and outputs it as a phase difference value S1. To do. In this case, since 0 and 1 can be decoded even if they are not continuous due to fluctuations in noise or the like, it is preferable to the first decoding method described above, but the
タイミング補正部36では、第1遅延時間制御回路50及び第2遅延時間制御回路52において、複数の第1遅延素子74a(遅延時間τ1)を直列に配置した第1遅延線DL1と第1遅延線DL1に対応して複数の第2遅延素子74b(遅延時間τ2)を直列に配置した第2遅延線DL2との間で経路を選択可能にして、|τ1−τ2|の時間分解能を得るようにしており、また、タイミング補正用位相比較器54では、第1遅延線DL1と、第2遅延線DL2と、フリップフロップ回路76及び位相判定回路78を用いてノギスの原理(バーニアの原理)を適応して、|τ1−τ2|の時間分解能で位相比較を行うようにしている。これにより、数10psecのオーダーの時間分解能を実現することができ、数mmの測距値精度を補償することが可能となる。
In the
次に、タイミング補正制御ロジック回路46の回路起動シーケンス生成部43での2つの処理動作(第1動作シーケンス及び第2動作シーケンス)について、図8〜図15を参照しながら説明する。
Next, two processing operations (first operation sequence and second operation sequence) in the circuit activation
最初に、第1動作シーケンスについて図8〜図14を参照しながら説明する。 First, the first operation sequence will be described with reference to FIGS.
先ず、図8のステップS1において、図9に示すように、回路起動シーケンス生成部43は、起動トリガ信号Stg(図11参照)をタイミング補正制御ロジック回路46のイネーブル端子に出力して、該タイミング補正制御ロジック回路46を起動する。
First, in step S1 of FIG. 8, as shown in FIG. 9, the circuit
ステップS2において、タイミング補正制御ロジック回路46は、遅延調整信号S3の値を初期値に設定して、第1遅延時間制御回路50に出力する。例えば第1遅延時間制御回路50で設定可能な最長遅延時間と最短遅延時間との差の半分の時間を最短遅延時間に加算した時間を初期値としてもよい。
In step S2, the timing correction
図8のステップS3において、回路起動シーケンス生成部43は、遅延同期ループ回路部44及び遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部45を起動する。すなわち、図10及び図11に示すように、先ず、回路起動シーケンス生成部43は、第1起動信号Sd1を遅延同期ループ回路部44の第1イネーブル端子に出力する。遅延同期ループ回路部44は、第1起動信号Sd1の入力をトリガとして初期バイアス設定回路47を駆動する。該初期バイアス設定回路47は、正常なロック状態に収束するバイアス範囲Zbにある初期バイアスVb0を設定して第1遅延同期ループ回路本体48a及び第2遅延同期ループ回路本体48bに供給する。また、回路起動シーケンス生成部43は、初期バイアスVb0の設定後に、第2起動信号Sd2を遅延同期ループ回路部44の第2イネーブル端子に出力する。遅延同期ループ回路部44は、第2起動信号Sd2の入力をトリガとして第1遅延同期ループ回路本体48a及び第2遅延同期ループ回路本体48bを駆動する。第1遅延同期ループ回路本体48a及び第2遅延同期ループ回路本体48bは、初期バイアスVb0から第1遅延調整バイアスVb1及び第2遅延調整バイアスVb2を生成し出力する。また、回路起動シーケンス生成部43は、第1遅延調整バイアスVb1及び第2遅延調整バイアスVb2が安定する段階で、第3駆動信号Sd3を遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部45のイネーブル端子に出力する。該遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部45の第1遅延時間制御回路50、第2遅延時間制御回路52及びタイミング補正用位相比較器54は、第3駆動信号Sd3をトリガとして起動する。
In step S3 of FIG. 8, the circuit activation
図8のステップS4において、タイミング補正制御ロジック回路46は、オフセット値を更新する。図12に示すように、タイミング補正制御ロジック回路46(特に、オフセット調整信号生成部60)は、タイミング補正用位相比較器54からの位相比較結果S1に基づいてオフセット値を生成して、オフセット調整信号S2として第2遅延時間制御回路52に出力する。初期段階で、例えば第2遅延時間制御回路52は最短遅延時間に設定すると、オフセット信号Pe5は発光タイミング信号Pe4よりも位相進みとなる。タイミング補正制御ロジック回路46は、この位相遅れを打ち消すためのオフセット値を生成して、第2遅延時間制御回路52に出力し、第2遅延時間制御回路52でのオフセット値を更新する。
In step S4 of FIG. 8, the timing correction
図8のステップS5において、タイミング補正制御ロジック回路46は、位相比較結果S1が検知範囲(位相遅れ方向及び位相進み方向)の中央値になるオフセット値となった段階で、図13に示すように、オフセット値で固定(ロック)する。すなわち、オフセット値の更新を止める。
In step S5 of FIG. 8, the timing correction
図8のステップS6において、タイミング補正制御ロジック回路46は、図14に示すように、温度変動等の環境変化に対しても常に位相比較結果S1が同じになるように第1遅延時間制御回路50を補正制御する。すなわち、位相比較結果S1と前記中央値との差分から第1遅延時間制御回路50でのタイミング調整量(位相遅れ方向及び位相進み方向)を求め、該タイミング調整量に応じた遅延調整信号S3を生成して第1遅延時間制御回路50に出力する。第1遅延時間制御回路50は、供給された遅延調整信号S3に基づいて発光基準信号Pe2のタイミングを調整し、タイミング調整信号Pe3として出力する。
In step S6 of FIG. 8, the timing correction
そして、図8のステップS7において、測距タイミング補正の終了要求(電源OFF、補正機能のOFF要求)があるか否かが判別される。終了要求がなければ、ステップS6の処理を繰り返し、終了要求があれば、このタイミング補正制御ロジック回路46での処理動作が終了する。再び、電源がONされた場合や、測距の開始が行われた場合は、ステップS1以降の処理が行われる。
Then, in step S7 of FIG. 8, it is determined whether or not there is a distance measurement timing correction end request (power OFF, correction function OFF request). If there is no termination request, the processing in step S6 is repeated. If there is a termination request, the processing operation in this timing correction
ここで、第1遅延時間制御回路50、第2遅延時間制御回路52及びタイミング補正用位相比較器54は、第1遅延同期ループ回路本体48a及び第2遅延同期ループ回路本体48bで生成する環境変動に対応した遅延調整バイアスを用いるため、温度等の周辺環境の影響を受け難い。また、発光駆動部32からの発光タイミング信号Pe4をオフセット信号Pe5と位相比較することにより、発光タイミング信号Pe4のタイミングずれをフィードバック制御によりタイミング調整値で吸収することができ、発光タイミングを補償することができる。
Here, the first delay
次に、第2動作シーケンスについて図15のフローチャートを参照しながら説明する。 Next, the second operation sequence will be described with reference to the flowchart of FIG.
先ず、図15のステップS101〜ステップS103において、上述したステップS1〜ステップS3と同様の動作が行われる。すなわち、ステップS101において、タイミング補正制御ロジック回路46を起動し、ステップS102において、タイミング補正制御ロジック回路46は、遅延調整信号S3の値を初期値に設定し、ステップS103において、遅延同期ループ回路部44及び遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部45を起動する。
First, in steps S101 to S103 in FIG. 15, the same operations as in steps S1 to S3 described above are performed. That is, in step S101, the timing correction
その後、ステップS104において、タイミング補正制御ロジック回路46は、今回の調整操作がオフセット値を変更するか判別する。この判別は、オフセット値の変更が必要な場合とは、製品出荷時、あるいはキャリブレーションの実施等が挙げられる。
Thereafter, in step S104, the timing correction
オフセット値の変更が必要であれば、次のステップS105に進み、上述したステップS4と同様に、タイミング補正制御ロジック回路46は、タイミング補正用位相比較器54からの位相比較結果S1に基づいてオフセット値を生成して、第2遅延時間制御回路52に出力し、第2遅延時間制御回路52でのオフセット値を更新する。
If the offset value needs to be changed, the process proceeds to the next step S105, and the timing correction
ステップS106において、タイミング補正制御ロジック回路46は、位相比較結果S1が検知範囲(位相遅れ方向及び位相進み方向)の中央値になるオフセット値となった段階で、該オフセット値で固定(ロック)する。すなわち、オフセット値の更新を止める。オフセット値は第2遅延時間制御回路52に記憶保持される。
In step S106, the timing correction
上述のステップS104において、オフセット値の変更をしない場合、あるいは、ステップS106での処理が終了した段階で、次のステップS107に進み、タイミング補正制御ロジック回路46は、上述したステップS6と同様に、常に位相比較結果S1が同じになるように第1遅延時間制御回路48を補正制御する。
When the offset value is not changed in the above-described step S104, or when the processing in step S106 is completed, the process proceeds to the next step S107, and the timing correction
そして、ステップS108において、測距タイミング補正の終了要求(電源OFFあるいは補正機能OFFの要求)があるか否かを判別する。終了要求がなければ、ステップS107の処理を繰り返し、終了要求があれば、このタイミング補正制御ロジック回路46での処理動作が終了する。再び、電源がONされた場合や、測距の開始が行われた場合は、ステップS101以降の処理が行われ、例えば製品出荷時、あるいはキャリブレーションの実施等でなければ、ステップS105及びステップS106の処理は行われずに、ステップS107に遷移する。
In step S108, it is determined whether or not there is a distance measurement timing correction end request (power OFF or correction function OFF request). If there is no termination request, the processing in step S107 is repeated. If there is a termination request, the processing operation in the timing correction
この第2動作シーケンスにおいては、上述した第1動作シーケンスと同様に、発光タイミング信号Pe4のタイミングずれをタイミング調整値で吸収することができ、発光タイミングを補償することができる。しかも、製品出荷時(あるいはキャリブレーションの実施時)において、オフセット値を記憶保持するようにしたので、製品出荷後の実動作時でも、製品出荷時と同じ発光タイミングを補償することができる。 In the second operation sequence, similarly to the first operation sequence described above, the timing shift of the light emission timing signal Pe4 can be absorbed by the timing adjustment value, and the light emission timing can be compensated. In addition, since the offset value is stored and held at the time of product shipment (or at the time of calibration), the same light emission timing as that at the time of product shipment can be compensated even during actual operation after product shipment.
上述の例では、タイミング補正部36において、発光駆動部32からの発光タイミング信号Pe4とオフセット信号Pe5とを位相比較するようにしたが、その他、受光駆動部34からの受光タイミング信号Pr4とオフセット信号Pe5とを位相比較するようにして、受光タイミングを補償するようにしてもよい。もちろん、発光駆動部32と受光駆動部34の各前段にそれぞれタイミング補正部36を設置して、発光タイミングと受光タイミングを補償するようにしてもよい。
In the above example, the
次に、タイミング補正制御ロジック回路46のサンプリング間隔調整部55及び、ジッタ量計測部56について図16〜図22を参照しながら説明する。
Next, the sampling
サンプリング間隔調整部55は、ジッタ量計測部56にて計測したジッタ量から求めた必要サンプリング数に基づき、位相比較結果S1のサンプリングの間隔(サンプリング間隔Tsp)を調整する。
The sampling
先ず、サンプリング間隔調整部55の動作を説明する。オフセット調整信号生成部60は、オフセット調整信号S2を第2遅延時間制御回路52に出力する。遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部45は、サンプリング間隔で位相比較結果S1を出力する。サンプリング間隔調整部55は、各サンプリング間隔Tspにおいて取り込んだ位相比較結果S1をサンプリング値として、更新間隔調整部57に出力する。更新間隔調整部57はタイミング調整の更新間隔Ttcの間の期間での複数のサンプリング値の平均値を求め、遅延調整信号生成部62は、平均値に基づいて遅延調整信号S3を生成して、第1遅延時間制御回路50に出力する。
First, the operation of the sampling
タイミング補正用位相比較器54は、各発光基準信号Pe2の立ち下り時(あるいは立ち上がり時)から遅延制御回路あるいはタイミング補正用位相比較器45等の回路遅延時間分だけ遅延した時点以降からそれぞれ位相比較結果S1を出力するので、サンプリング間隔調整部は、回路遅延時間を考慮して位相比較結果S1からサンプリング値を取り込む。
The
サンプリング間隔調整部55は、ジッタ量に基づき必要なサンプリング回数を求め、更新間隔Ttcと必要サンプリング回数から導かれるタイミング更新間隔Ttcで位相比較結果S1のサンプリングを実施する。上述したように、更新間隔調整部57は、更新間隔Ttcの間の期間でのサンプリング値の平均値を求め、遅延調整信号生成部62は、平均値に基づいて遅延調整信号S3を生成して、第1遅延時間制御回路50に供給する。図16の例では、1更新間隔Ttcでのサンプリング回数を4回とした場合を示している。
The sampling
通常、図17に示すように、測距の開始段階では、定常状態に落ち着く過渡状態であるため、平均値の変動が大きくなる傾向がある。その後、時間の経過に伴って徐々に平均値の変動が小さくなる傾向がある。また、ジッタ量は周辺環境の温度等に依存し増減する。本実施の形態は、これらの変動に対応して必要最小限のサンプリング数・更新回数で回路動作させることで、安定して、且つ、回路の消費電力を抑制することを目的とする。 Normally, as shown in FIG. 17, at the start of distance measurement, since it is a transient state that settles in a steady state, the variation of the average value tends to increase. After that, there is a tendency that the average value gradually decreases with time. Further, the jitter amount increases or decreases depending on the temperature of the surrounding environment. The object of the present embodiment is to stably operate the circuit and reduce the power consumption of the circuit by operating the circuit with the minimum number of samplings / updates corresponding to these fluctuations.
そして、サンプリング間隔調整部55は、上述のサンプリング間隔Tspを、ジッタ量計測部56にて計測したジッタ量に応じて変更しサンプリングを行う。また、遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部45も同様に、サンプリング間隔Tspで回路動作を実施する。図18に示すように、ジッタ量計測部56は一定のサンプリング回数毎のジッタ量を計測する。ジッタ量は、一般に、標準偏差σやPeak to Peakジッタにて表現される。例えば標準偏差σを用いる場合は、ジッタ量を求めるための一定のサンプリング回数をN、Nでの平均の位相比較結果をTave、i番目(i=1,2,3,・・・N)のサンプリングでの位相比較結果をTiとしたとき、以下の式(1)にて求めることができる。
Then, the sampling
このジッタ量(標準偏差)分だけ計測値が揺らぐため、計測値は真の理想的な位相比較結果からずれる。そのため、サンプリング値の平均を求めることで、計測値の揺らぎ(ジッタ量)の影響を抑制する。具体的には、ジッタ量をσjitterとしたとき、√(σjitter 2/Nave)の割合で平均値は真の位相比較結果に近づく。ここで、Naveは平均値を導出するためのサンプリング数である。 Since the measured value fluctuates by this amount of jitter (standard deviation), the measured value deviates from the true ideal phase comparison result. Therefore, by obtaining the average of the sampling values, the influence of fluctuation (jitter amount) of the measurement values is suppressed. Specifically, when the amount of jitter was Shigumajitter, the average value at a rate of √ (σ jitter 2 / N ave ) approaches the true phase comparison result. Here, N ave is the number of samplings for deriving an average value.
この割合が予め設定した許容ずれ量以下となるように、更新間隔Ttc毎で平均に必要なサンプリング回数Nkを求める。サンプリング間隔は、Ttc/Nkを演算することによって求める。従って、ジッタ量が大きい環境だと、平均に必要なサンプリング回数Nkも大きくなり、それに応じてサンプリング間隔は短くなる。その結果、図17に示すように、例えばジッタ量が大きい「a」の状態において、サンプリング間隔が密になる。図19の例では、図16の例よりもサンプリング間隔を密にした例、すなわち、各更新間隔Ttcでのサンプリング回数を8回とした場合を示している。 The number of samplings Nk required for averaging is obtained every update interval Ttc so that this ratio is equal to or less than the preset allowable deviation amount. The sampling interval is obtained by calculating Ttc / Nk. Therefore, in an environment where the amount of jitter is large, the number of samplings Nk required for averaging also increases, and the sampling interval decreases accordingly. As a result, as shown in FIG. 17, for example, in the state of “a” where the jitter amount is large, the sampling interval becomes dense. In the example of FIG. 19, an example in which the sampling interval is closer than that of the example of FIG. 16, that is, a case where the number of times of sampling at each update interval Ttc is 8 is shown.
反対にジッタ量が小さい環境だとサンプリング回数Nkも小さくなり、それに応じてサンプリング間隔が長くなる。その結果、図17に示すように、ジッタ量が小さい「b」の状態において、サンプリング間隔が疎になる。図20の例では、図16の例よりもサンプリング間隔を疎にした例、すなわち、各更新間隔Ttcでのサンプリング回数を2回とした場合を示している。 Conversely, in an environment where the amount of jitter is small, the number of samplings Nk is also reduced, and the sampling interval is increased accordingly. As a result, as shown in FIG. 17, the sampling interval becomes sparse in the state of “b” where the jitter amount is small. In the example of FIG. 20, an example in which the sampling interval is made sparser than the example of FIG. 16, that is, the case where the number of times of sampling at each update interval Ttc is two is shown.
従って、ジッタ量が大きい環境だと、一定の更新間隔Ttcでのサンプリング回数を大きくし、遅延調整信号S3を生成するための平均値の精度を上げる。これにより、ジッタが大きい環境でのフィードバック制御の安定性を確保することが可能となる。反対に、ジッタ量が小さい環境だと、平均値の精度を上げなくても、フィードバック制御の安定性は確保されるため、一定の更新間隔Ttcでのサンプリング回数が少なくなり、低消費電力に寄与することとなる。 Therefore, in an environment where the amount of jitter is large, the number of times of sampling at a constant update interval Ttc is increased, and the accuracy of the average value for generating the delay adjustment signal S3 is increased. This makes it possible to ensure the stability of feedback control in an environment where jitter is large. On the other hand, in an environment where the amount of jitter is small, the stability of feedback control is ensured without increasing the accuracy of the average value, so the number of samplings at a constant update interval Ttc is reduced, contributing to low power consumption. Will be.
次に、タイミング補正制御ロジック回路46の更新間隔調整部57、平均値変動量計測部58について図21を参照しながら説明する。
Next, the update
この更新間隔調整部57は、上述した更新間隔Ttcを、平均値変動量計測部58にて計測した平均値変動量に応じて調整する処理を行う。そこで、図21に示すように、一定期間の平均値を少なくとも2回取り込み、そのうちの最新の期間の平均値と最新の期間よりも過去の期間での平均値の差をとり、その差分(変動量)に応じて更新間隔Ttcを調整する。
The update
具体的には、現在の更新間隔をTtc(t)、差分をΔHとしたとき、新たな更新間隔Ttc(t+1)は例えば、 Specifically, when the current update interval is Ttc (t) and the difference is ΔH, the new update interval Ttc (t + 1) is, for example,
によって求める。ここで、Aは、更新間隔を短くするしきい値であり、Bは更新間隔を長くするしきい値である。ΔTtcは更新時間の加減算値である。ΔTtcはΔHに依存して大きさを変更可能にしてもよい。 Ask for. Here, A is a threshold value that shortens the update interval, and B is a threshold value that lengthens the update interval. ΔTtc is an update time addition / subtraction value. ΔTtc may be changeable in magnitude depending on ΔH.
つまり、差分が一定範囲(AからBの範囲)であれば、現在の更新間隔Ttcが維持する。また差分ΔHがAよりも大きいとき、又は、Aより大きく、且つ、差分ΔHが増加するにつれて、更新間隔Ttcを短くする。更新間隔Ttcを短くすることで、特性変動に対してより早い追従性を得ることができる。ただ、平均値の変動が生じるたびに、更新間隔Ttcが短くなっていくため、予め最短の更新間隔Ttcを設定しておき、該最短の更新間隔Ttcよりも短くならないように制御することが好ましい。また、差分ΔHがBよりも小さい場合、更新間隔Ttcを徐々に長くしていってもよい。ただし、平均値の変動が小さいと、更新期間Ttcが長くなっていくため、予め最長の更新間隔Ttcを設定しておき、最長の更新期間よりも長くならないように制御することで、突然の変動に対しても最低限の応答速度で対応可能にすることが好ましい。 That is, if the difference is within a certain range (A to B range), the current update interval Ttc is maintained. When the difference ΔH is larger than A, or larger than A and the difference ΔH increases, the update interval Ttc is shortened. By shortening the update interval Ttc, it is possible to obtain faster followability with respect to characteristic fluctuations. However, since the update interval Ttc is shortened every time the average value fluctuates, it is preferable to set the shortest update interval Ttc in advance and control so as not to be shorter than the shortest update interval Ttc. . When the difference ΔH is smaller than B, the update interval Ttc may be gradually increased. However, since the update period Ttc becomes longer when the fluctuation of the average value is small, the longest update interval Ttc is set in advance and control is performed so as not to be longer than the longest update period. It is preferable to be able to respond to the above with a minimum response speed.
また、図22に示すように、位相比較結果S1の平均値を求めるためのサンプリングは、受光部20での露光期間において行い、更新間隔Ttcの変更及びサンプリング間隔Tspの変更(更新タイミング)は受光部20での電荷読出期間において行うことが好ましい。露光期間中(=画像確定期間中)にこれらの間隔が変更されると、電荷蓄積量に不測の変動が生じ、距離の測定精度が低下するおそれがあるからである。
As shown in FIG. 22, the sampling for obtaining the average value of the phase comparison results S1 is performed during the exposure period in the
なお、本発明に係る測距システムは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 It should be noted that the distance measuring system according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can of course adopt various configurations without departing from the gist of the present invention.
10…測距システム 12…測距対象物
14…放射光 16…発光部
18…反射光 20…受光部
22…制御部 24…距離演算部
28…基準クロック生成部 30…シーケンサ
32…発光駆動部 34…受光駆動部
36…タイミング補正部 43…回路起動シーケンス生成部
44…遅延同期ループ回路部
45…遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部
46…タイミング補正制御ロジック回路
47…初期バイアス設定回路
48a…第1遅延同期ループ回路本体
48b…第2遅延同期ループ回路本体
50…第1遅延時間制御回路 52…第2遅延時間制御回路
54…タイミング補正用位相比較器 55…サンプリング間隔調整部
56…ジッタ量計測部 57…更新間隔調整部
58…平均値変動量計測部 60…オフセット調整信号生成部
62…遅延調整信号生成部 DL1…第1遅延線
DL2…第2遅延線
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記放射光の前記測距対象物からの反射光を受光し、受光光量に応じた出力を行う受光部と、
前記発光部及び前記受光部を制御する制御部と、
前記受光部の出力を用いてタイム・オブ・フライト法により前記測距対象物までの距離を演算する距離演算部と、を有する測距システムにおいて、
前記制御部は、
前記発光部の発光タイミング及び前記受光部の受光タイミングを規定するシーケンサと、
基準クロックを生成し、前記シーケンサに前記基準クロックを出力する基準クロック生成部と、
前記発光部を駆動する発光駆動部と、
前記受光部を駆動する受光駆動部と、
前記発光駆動部の前段に介在され、前記発光タイミングを補正するタイミング補正部と、を備え、
前記タイミング補正部は回路起動シーケンス生成部と、遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部と、タイミング補正制御ロジック回路とを有し、
前記回路起動シーケンス生成部は、システム起動時に、前記タイミング補正制御ロジック回路に起動トリガ信号を出力して、該タイミング補正制御ロジック回路を起動し、
前記タイミング補正制御ロジック回路は、前記起動トリガ信号に基づいて、前記遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部に初期値を設定し、
前記回路起動シーケンス生成部は、前記遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部に前記初期値が設定された後に、前記遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部に起動信号を出力して、該遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部を起動することを特徴とする測距システム。 A light emitting unit that emits synchrotron radiation toward the object to be measured;
A light receiving unit that receives reflected light from the distance measurement object of the radiated light and performs output according to the amount of received light;
A control unit for controlling the light emitting unit and the light receiving unit;
In a ranging system having a distance calculation unit that calculates a distance to the ranging object by a time-of-flight method using an output of the light receiving unit,
The controller is
A sequencer that defines the light emission timing of the light emitting unit and the light reception timing of the light receiving unit;
A reference clock generation unit that generates a reference clock and outputs the reference clock to the sequencer;
A light emission drive unit for driving the light emission unit;
A light receiving drive unit for driving the light receiving unit;
A timing correction unit that is interposed in a preceding stage of the light emission driving unit and corrects the light emission timing;
The timing correction unit includes a circuit startup sequence generation unit, a delay time control / timing correction phase comparison unit, and a timing correction control logic circuit,
The circuit startup sequence generation unit outputs a startup trigger signal to the timing correction control logic circuit at the time of system startup, and starts the timing correction control logic circuit,
The timing correction control logic circuit sets an initial value in the phase comparison unit for delay time control and timing correction based on the start trigger signal,
The circuit activation sequence generation unit outputs an activation signal to the delay time control / timing correction phase comparison unit, after the initial value is set in the delay time control / timing correction phase comparison unit, A ranging system characterized by activating a phase comparison unit for time control and timing correction.
前記遅延時間制御・タイミング補正用位相比較部は、第1遅延時間制御回路と、第2遅延時間制御回路と、タイミング補正用位相比較器とを有し、
前記タイミング補正制御ロジック回路は、起動トリガ信号の入力に基づいて、前記第1遅延時間制御回路の初期値を固定にし、前記第1遅延時間制御回路、前記第2遅延時間制御回路及び前記タイミング補正用位相比較器を起動することを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 1, wherein
The delay time control / timing correction phase comparison unit includes a first delay time control circuit, a second delay time control circuit, and a timing correction phase comparator,
The timing correction control logic circuit fixes an initial value of the first delay time control circuit based on an input of a start trigger signal, the first delay time control circuit, the second delay time control circuit, and the timing correction Ranging system characterized by activating a phase comparator for a vehicle.
前記第1遅延時間制御回路、前記第2遅延時間制御回路及び前記タイミング補正用位相比較器のそれぞれは、各々第1遅延線及び第2遅延線を有し、
前記タイミング補正部は、前記各第1遅延線での遅延時間を調整する第1遅延調整バイアスを生成する第1遅延同期ループ回路本体と、前記各第2遅延線での遅延時間を調整する第2遅延調整バイアスを生成する第2遅延同期ループ回路本体とをさらに有し、
前記タイミング補正制御ロジック回路は、前記第1遅延時間制御回路、前記第2遅延時間制御回路及び前記タイミング補正用位相比較器の起動に先立って、前記第1遅延同期ループ回路本体及び前記第2遅延同期ループ回路本体を起動し、前記第1遅延調整バイアス及び前記第2遅延調整バイアスが安定した段階で、前記第1遅延時間制御回路、前記第2遅延時間制御回路及び前記タイミング補正用位相比較器を起動することを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 2,
Each of the first delay time control circuit, the second delay time control circuit, and the timing correction phase comparator has a first delay line and a second delay line, respectively.
The timing correction unit includes a first delay locked loop circuit body that generates a first delay adjustment bias that adjusts a delay time in each first delay line, and a first delay that adjusts a delay time in each second delay line. A second delay locked loop circuit body for generating a two delay adjustment bias;
The timing correction control logic circuit includes the first delay locked loop circuit main body and the second delay prior to activation of the first delay time control circuit, the second delay time control circuit, and the timing correction phase comparator. When the synchronous loop circuit body is activated and the first delay adjustment bias and the second delay adjustment bias are stabilized, the first delay time control circuit, the second delay time control circuit, and the timing correction phase comparator Ranging system characterized by starting up.
前記シーケンサにおいて前記基準クロックと同期した基準信号を生成し、該基準信号を前記第1遅延時間制御回路及び前記第2遅延時間制御回路に入力し、
前記第1遅延時間制御回路は、前記基準信号を前記初期値に基づいて遅延させた信号を、前記発光駆動部に出力し、
前記第2遅延時間制御回路は、前記基準信号を基準として、遅延時間をオフセットしたオフセット信号を出力し、
前記タイミング補正用位相比較器は、前記オフセット信号と前記発光駆動部の出力信号との位相比較を行って位相比較結果として出力し、
前記タイミング補正制御ロジック回路は、前記位相比較結果に基づいてオフセット調整信号を生成して、前記第2遅延時間制御回路においてオフセット値を更新させることを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 2 or 3,
Generating a reference signal synchronized with the reference clock in the sequencer, and inputting the reference signal to the first delay time control circuit and the second delay time control circuit;
The first delay time control circuit outputs a signal obtained by delaying the reference signal based on the initial value to the light emission driving unit,
The second delay time control circuit outputs an offset signal in which a delay time is offset with reference to the reference signal;
The timing correction phase comparator performs phase comparison between the offset signal and the output signal of the light emission drive unit, and outputs the result as a phase comparison result.
The timing correction control logic circuit generates an offset adjustment signal based on the phase comparison result, and causes the second delay time control circuit to update an offset value.
前記タイミング補正制御ロジック回路は、オフセット値を更新し、前記位相比較結果が前記タイミング補正用位相比較器の検知範囲の中央値になった段階で、該オフセット値を更新後オフセット値として固定することを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 4, wherein
The timing correction control logic circuit updates an offset value, and fixes the offset value as an updated offset value when the phase comparison result reaches the median value of the detection range of the timing correction phase comparator. Ranging system characterized by
前記更新後オフセット値を前記第2遅延時間制御回路に記憶保持させることを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 5, wherein
A ranging system characterized in that the updated offset value is stored and held in the second delay time control circuit.
前記タイミング補正制御ロジック回路は、
前記オフセット値を更新し、固定した後に取得した前記位相比較結果に基づいて遅延調整信号を生成し、該遅延調整信号により前記第1遅延時間制御回路を制御して、前記基準信号を遅延し、
前記オフセット信号と前記発光駆動部の出力信号とが同じ位相となるように、前記第1遅延時間制御回路を補正制御することを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 5 or 6,
The timing correction control logic circuit includes:
A delay adjustment signal is generated based on the phase comparison result obtained after updating and fixing the offset value, and the first delay time control circuit is controlled by the delay adjustment signal to delay the reference signal,
The ranging system according to claim 1, wherein the first delay time control circuit is corrected and controlled so that the offset signal and the output signal of the light emission drive unit have the same phase.
前記タイミング補正制御ロジック回路は、任意のサンプリング回数分の前記位相比較結果から、サンプリング毎のジッタ量を計測し、前記ジッタ量に基づいて少なくともサンプリング間隔を調整することを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 7, wherein
The timing correction control logic circuit measures a jitter amount for each sampling from the phase comparison result for an arbitrary number of samplings, and adjusts at least a sampling interval based on the jitter amount.
前記ジッタ量が大きくなるに従って、前記サンプリング間隔を短くし、
前記ジッタ量が小さくなるに従って、前記サンプリング間隔を長くすることを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 8, wherein
As the amount of jitter increases, the sampling interval is shortened,
A ranging system characterized in that the sampling interval is lengthened as the jitter amount becomes smaller.
前記ジッタ量が許容範囲にある場合は、前記サンプリング間隔が適正であるとして、前記サンプリング間隔の調整を行わないことを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 8 or 9,
When the jitter amount is within an allowable range, the sampling interval is not adjusted because the sampling interval is appropriate.
前記タイミング補正制御ロジック回路は、一定期間での前記位相比較結果の変動量に基づいて、前記第1遅延時間制御回路でのタイミング調整の更新間隔を調整することを特徴とする測距システム。 The ranging system according to any one of claims 7 to 10,
The distance measuring system, wherein the timing correction control logic circuit adjusts an update interval of timing adjustment in the first delay time control circuit based on a variation amount of the phase comparison result in a certain period.
前記変動量が大きくなるに従って、前記タイミング調整の更新間隔を短くすることを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 11, wherein
A ranging system characterized in that the update interval of the timing adjustment is shortened as the fluctuation amount increases.
前記変動量が許容範囲にある場合は、前記タイミング調整の更新間隔が適正であるとして、前記タイミング調整の更新間隔の調整を行わないことを特徴とする測距システム。 The ranging system according to claim 11 or 12,
When the variation amount is within an allowable range, the timing adjustment update interval is not adjusted, and the timing adjustment update interval is not adjusted.
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