JPS6243589A - 時間計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （本発明の技術分野） 本発明は、第１の時点から第２の時点の間（イベント）
のクロックツ母ルス数を計数して、その計数値から上記
イベントの継続時間を計測するようＫした時間計測方式
に於いて、通常はクロックパルスカウンタの能力によっ
て決定される計測の分解能を当該能力以上に高めること
を可能とした時間計測方式Ｖｃ―するものである。

（本発明の技術背景） 例えば目標物までの距離を、光を投射した時点から当該
光が目標物で反射して入射する時点までの時間を計測す
ること罠よって求めるような測距システムで、例えば１
ｍ（メートル）の分解能を必要とする場合には計測時間
の分解能を約６．６７ｎＳ（ナノセカンド）とする必要
があり、このためにはクロック・４ルスの周波数を約１
５０ＭＨｚ（周期べして約６．６７　ｎＳ　）とすれば
クロックパルス数から直ちに分解能６．６７ｎＳの時間
測定が可能である。

しかし、カウンタの計数能力は最適に構成されたＴＴＬ
　、　Ｃ−ＭＯＳ　ｏシックの場合であっても１５ＭＨ
ｚ強であるので、従来の技術、すなわちクロ、クツ母ル
ス数から直ちに時間を求める方式では分解能は高々６７
　ｎｓであり、前記測距システムにして約１０ｍの分割
能しか得ることができない。

（本発明の目的） 本発明は以上の問題点に鑑み、相対的に低速のカウンタ
を使用して、よい高速のカウンタを使用したときと同等
の分解能が得られる時間計測方式、すなわち、相対的に
低い周波数のクロックパルスでより高い周波数のクロッ
クパルスを使用したときと同等の分解能が得られる時間
計測方式の提供を目的とするものである。

（本発明の概要） この目的のために本発明では複数回のイベントについて
、クロックパルスと上記イベントとの間の位相関係が各
々のイベントで異なるようにクロックパルスの周期とイ
ベントの発生周期との関係を設定し、Ｎ回（ＮはＮ２２
の自然数）のイベントについてクロックツ４ルス数を積
算して平均値、すなわち「総クロック／４’ルス数／Ｎ
Ｊを求め、当該平均値に基いて上記イベントの継続時間
を求めるようにした。

（本発明の実施例） 以下、図面によって本発明の詳細な説明する。

第１図〜第３図は本発明の第１実施例〜第３実施例のプ
ｏ、り図、第４図及び第５図は第１実施例の動作を示す
タイムチャート、第６図は第２実施例の動作を示すタイ
ムチャート、第７図及び第８図は第３実施例の動作を示
すタイムチャートである。尚、この第１実施例〜第３実
施例はいずれも本発明を前記測距システムの光伝達時間
計測部に実施した例である。

最初に第１図、第４図及び第５図により第１実施例を説
明する。

第１図に於いて、１はクロックパルス発振器（以下、り
筒ツク発振器という。）、２はイベント周期設定タイマ
ー（以下、イベントタイマーという、）、３は発光素子
駆動部（以下、ドライバとい５．）、４は発光素子、５
は受光素子、６は反射光受信部（以下、レシーノ々とい
う。）、７はセットリセット（Ｒ−８）フリッグフロッ
デ回路（以下、７リツデフロツグという。）、８はイベ
ント回数計数カウンタ（以下、ヒツトカウンタという。

）９は位相操作部（以下、フェーズシフタという。）、
１０はアンドｒ−ト、１１はクロックツやルス数積算カ
クンタ（以下、カウンタという。）、１２は除算演算部
（以下、デバイダという。）である。

まず、各ブロックの機能等について説明する。

クロック発振器１は一定周期のクロ、り・ぐルスを発生
するもので、このクロックパルスの周期は後述のヒツト
カウンタ８に設定された積算イベント数とで計測時間の
分解能を決定する。すなわち、クロックパルスの周期を
ｔ１積算イベント数をＮ（ＮはＮ２２の自然数）、必要
とする計測時間分層能をｔムとすると、”ｔ＝Ｎ−ｔ、
Ｗの関係にあり、当該クロック発振器１の周期は分解能
のＮ倍の長さに設定すれば充分である。

イベントタイマー２はクロックパルスを基にしてイベン
トの発生周期を設定するもので、例えば１／ｎ分周器（
ｎはｎ≧２の自然数）でなり、クロックパルスをｎ個計
数する毎に１個の・セルスを出力する。

ドライバ３は発光素子４に発光電力を供給するもので、
イベントタイマ２から・９ルスが出力される毎に発光素
子４を設定時間巾だけ発光させる。

発光素子４は、例えば半導体レーザー発光素子（レーザ
ーダイオード）でなり、時間計測１終的には目標物まで
の距離計測）のための光を投射する。光の投射周期はイ
ベントタイマー２の出カッ等ルスの周期、すなわちイベ
ントの発生周期と一致し、１ｎｔｎである。

受光素子５は、例えばフォトダイオードでなり、目標物
で反射した発光素子４からの投射光、すなわち反射光を
受光する。

レシーバ６は受光素子５で反射光を受光すると、これを
検出して電気信号（パルス信号）Ｋ変換する。

７リツプフロツプ７はイベントタイマ−２０信号でセッ
トされて出力Ｑのレベルを立ち上げ、レシーバ６の信号
でリセットされ出力Ｑのレベルを立ち下げることＫより
、発光素子４の発光時点から受光素子５の受光時点まで
、すなわちイベントを検出する。

ヒツトカウンタ８は、フリップフロップ７の出力Ｑのレ
ベルの立ち上りを計数することＫよってイベント発生回
数を計数し、フェーズシフタ９には計数毎にそれぞれの
計数データを、カウンタ１１にはＯ計数から設定回数を
計数するまで当該カウンタ１１を動作状態とするイネー
ブル信号をそれぞれ出力する。

フェーズシフタ９はヒツトカウンタ８の１計数出力毎に
クロックパルスの位相を設定量Δｔずつ偏移させる。こ
の位相変移量Δｔは’ｌ　ｔ／Ｎ　Ｉ　Ｋ設定される。

アンドｆ−）１０はイベントの継続中、７エーズシフタ
９で位相操作を受けたクロックパルスをカウンタ１１に
入力させるためのものである。

カウンタ１１はアンドゲート１０を通過したクロックパ
ルスを計数するもので、ヒツトカウンタ８からの前記イ
ネーブル信号が存在する間、クロックパルスを積算計数
する。すなわち、設定された回数Ｎのイベントについて
クロックパルス数を積算計数する。

デバイダ１２はカウンタ１１から出力される積算パルス
数を積算イベント数Ｎで除算処理するものである。

次に第４図及び第５図を参照して第１実施例の動作を説
明する。

クロック発振器１は常時周期ｔのクロックル４ルスを発
振している。このクロック発振器１からのクロックツぐ
ルスはイベントタイマー２に入力され、１／ｎ分周され
て当該イベントタイマー２からはクロックパルスのｎ周
期毎、すなわち時間ｎｔ毎に・母ルス信号が出力され、
このノ５ルス信号がドライツク３に入力される毎に当該
ドライバ３から発光素子４に駆動ノ母ルス電流が供給さ
れ、当該発光素子４は目標物に光を投射する。

一方１上記イベントタイマー２から出力されたパルス信
号はフリ、グフロ、グアのセット端子ＳＫも入力されて
その出力Ｑのレベルを立ち上らせイベントの開始が検出
される。

上記発光素子４から投射された光は目標物で反射し、受
光素子５に入射される。受光素子５に反射光が入射され
るとレシーバ６はそれを検出してフリップフロップ７の
リセット端子ＲＫ−母ルス信号を送出し、その出力Ｑの
レベルを立ち下らせ、イベントの終了が検出される。

ヒツトカウンタ８はフリ、プフロップ７の出力Ｑの立ち
上り毎、すなわちイベントの始点毎（終点毎でもよい。

）に歩進し、積算すべきイベントの数を設定数Ｎまで計
数する。第４図の動作例では初回のイベントで当該ヒツ
トカウンタ８の計数値がＩＩ□Ｉ＋となり、以後イベン
トの始点の入力毎に計数値が（Ｎ−１）になるまで歩進
する。

このヒツトカウンタ８の計数値はフェーズシフタ９に入
力され、フェーズシフタ９は、そこに入力されているク
ロックパルスの位相を上記ヒツトカウンタ８の計数値に
対応して偏移させる。位相偏移量は”　ｔ／Ｎ　’　Ｋ
設定した最少の偏移量（これを単位位相偏移量Δｔとす
る。）の整数倍（０を含む。）Ｋ設定される。実施例で
は当該位相偏移量をＩ＋ヒツトカウンタ８の計数値×Δ
ｔｌ＋になるようＫしてあり、一般にに回目のイベント
では’　（Ｋ−１）Δｔ″だけクロックパルスの位相が
偏移する。具体的には、例えば初回のイベントでは位相
偏移量がＩＩ□Ｉ＋であり、又、例えば３回目イベント
では位相偏移量は１２Δｔ＋１となる。

また、上記ヒツトカウンタ８はイベントをＮ回計数する
間、すなわちその計数値がＩＩ□ｎからＷＮ　１１１で
ある間、カウンタ１１のイネーブル端子ＥＮＡＢＬＥ　
Ｋイネーブル信号を供給し、これによってカウンタ１１
は次に述べるクロックパルス数の積算計数動作を行なう
。

カウンタ１１の入力端子ＩＮにはイベント毎に７エーズ
シフタ９で位相操作されたクロックパルスが入力される
。すなわち、イベント毎に７リツグフロツｆ７の出力Ｑ
のレベルがハイレベルドナってアンドｆ−）１０が開く
ので、フェーズシフタ９から出力されるクロックツぐル
スはカウンタ１１の入力端子ＩＮに伝達される。カウン
タ１１は以上のようにして入力されたクロックパルスの
数を、Ｎ回のイベントについて積算計数し、Ｎ回目のイ
ベントの終了をまって、その出力端子ＯＵＴに積算計数
値を出力する。

以上のようにして積算計数されたＮ回のイベント中の総
りロックノルス数は次にデ・々イダ１２に入力されてＩ
Ｉ　Ｎ　ｎで除算され、１イベント中のクロック／４ル
ス数の平均値が求められる。イベントの継続時間はこの
平均値にクロックパルスの周期ｔを掛けた値となる。こ
のようにして求めたイベントの継続時間の分解能ｔムは
ｌ　ｔ、ｍ　ＩＩであり、従来に比べて分解能がＮ倍に
向上して（・る。

第５図は第４図に於いて横方向（時間軸方向）に表示し
たイベントとカウンタ入カクロックノ量ルスの関係を、
理解し易くするために各イベントに於けるカウンタ入力
クロック・ｆルスについて縦方向に並べ、かつ時間軸を
拡大して表わしたものである。以下、この第５図により
第１実施例の時間計測に於ける位相関係を詳述する。尚
、この第５図では、カウンタ１１はクロックパルスの前
縁（立ち上り）で歩進するものとしている。

一般ＫＫ回目（Ｋはに≦Ｎの自然数）のイベントに於け
る当該イベントとクロックパルスとの間の位相差（イベ
ントの立ち上りと当該イ４ント中の最初のクロックパル
スの立ち上りとの間の時間差）はＩＩ（Ｋｌ）Δｔｌ′
であり、１１Δｔ　＝　ｔ／Ｎ　”の関係から当該位相
差は”（Ｋ−１）・ｔ／′Ｎｎとなる。

また、上記関係から位相偏移Ｉの最大値は”（（Ｎ−１
）／Ｎ）・ｔＩであって位相偏移量がクロック・臂ルス
の１周期ｔを越えることはないことから、クロックパル
ス数の計数値が異なるイベント相互間での当該クロック
／４ルス数の違い（差）は１個である。

第５図の動作例では、初回乃至に回目のイベント継続時
間ＴそれぞれにＰ個のクロック・臂ルスが計数され、（
Ｋ＋１）回目乃至Ｎ回目のイベント継続時間Ｔそれぞれ
Ｋ（Ｐ−１）個のクロックパルスが計数されている。従
ってカウンタ１１のクロックパルス数の積算計数値Ａは Ａ＝に−Ｐ＋（Ｎ−Ｋ）　（Ｐ−１）＝（Ｐ−１）Ｎ＋
Ｋ　（個）・・・・・・（１） である。

一方、初回イベントの最後（Ｐ個目）のクロックパルス
が計数されるイベントは初回乃至に回目までであること
により、第５図に示した時間ＴＢはＩＩ（Ｋ−１）Δｔ
ｌｌとＩＩ　ＫΔｔ１１の間の値となる。また、第５図
に示した時間Ｔムは”（Ｐ−１）ｔ’であることにより
イベント継続時間Ｔは ’ｒ＝’ｒム＋Ｔｒ＃（Ｐ−１）ｔ＋にΔｔ　　　　　
　　・・・・・・（２）であり、前記欝Δｔ　”　ｔ／
Ｎ　”の関係から（２）式は更にとなる。（１）式と（
３）式から更にイベント継続時間Ｔは となる。

上記（４）式から明らかなように、計測しようとするイ
ベント継続時間Ｔはクロックパルス数の積算計数値Ａを
積算イベント数Ｎで割った値、すなわち平均値にクロツ
ク／４’ルス周期を掛けた値となる。

次に第２図及び第６図によって第２実施例を説明する。

第２実施例は前記第１実施例でクロックパルスの位相を
偏移させたのに代え、イベントの位相を偏移させるよう
にしたものである。すなわち、７エーズシフタ９は７リ
ツデフロツｆ７の出力ＱＫ接続されていてヒツトカウン
タ８の１計数出力毎にイベントの位相を設定量Δｔ（単
位位相偏移量）ずつ偏移させる。またクロック／４’ル
スは直接アンドｒ　−）　１０に入力され、上記位相操
作を受けたイベントの継続中に当該クロック・マルスが
カウンタ１１に入力される。

第６図に示すようにに回目のイベントは当該イベントが
実際に発生した時点から”（Ｋ−１）・ｔ／Ｎ　”だけ
位相が偏移する。従ってクロック・９ルスとイベントと
の間の位相関係は前記第１実施例の場合と全く同じであ
り、その動作は前記第１実施例の動作から容易に理解で
きる。

次置第３図、第７図及び第８図によって第３実施例を説
明する。

第３図に於いて、１３はイベント用／４’ルス発振器（
以下、イベント発振器という。）で、他は前記第１図と
同じである。

イベント発振器１３はイベントの発生周期の基礎となる
一定周期の・ぐルス（以下、イベントタイマーという。

）を生成するもので、このイベント・やルスの周期ｔｚ
はクロ、クツ９ルスの周期ｔと若干具った値に設定され
る。

イベントタイマー２は前記第１実施例と異なり、上記イ
ペン）　ｚＪ？ルスを基にしてイベントの発生周期を設
定する。すなわち、イベン）　ｐ４ルスをｎ個計数する
毎Ｅ１個のノンルスを出力するもので、イベントの発生
周期はＩＩ　ｎ　ｔ、　ＴＩである。

ヒツトカウンタ８は前記第１実施例と異なり、１計数毎
の出力を必要とせず、イネーブル信号のみを出力する。

すなわち、フリップフロラ！７の出力Ｑのレベルの立ち
上りを計数することによってイベント発生回数を計数し
、設定回数（Ｎ回）を計数するまでカウンタ１１を動作
状態とするイネーブル信号を当該カウンタ１１に出力す
る。

以上の他の部分の機能は前記第１実施例と同じである。

但し、第３実施例では前記第１実施例のフェーズシフタ
９は存在しない。

第７図を参照し、前記第１実施例の動作と対比しながら
第３実施例の動作を説明する。

イベントは前記第１実施例がｎｎｔＩ＋毎に発生したの
く対し、第３実施例ではｎ　ｎｔ、　ｌｌ毎に発生する
。クロックパルスの周期ｔとイベントタイマーの周期１
．とが若干具なることによりクロックパルスとイベント
の始点との位相関係はイベント毎に互に異なることとな
る。このように第３実施例ではイベントパルスとクロッ
クパルスの周期設定で位相関係が異なるようにしである
ので、前記第１実施例又は第２実施例のようにクロック
／４’ルス又はイベントの位相操作は必要でなく、クロ
ックパルス及びイベントは直接アンドデート１０に入力
されている。

以上の他の動作は前記第１実施例の動作から容易１／１
１解できるので改めてここで説明はしない。

第８図は前記第１実施例の第５図と同主旨のタイムチャ
ートである。以下、この第８図により第３実施例の時間
計測に於ける位相関係を説明する。

尚、第８図は理解し易いように初回イベントで当該イベ
ントの立ち上り（始点）とクロックパルスの立ち上りを
一致させであるが、クロック発振器１とイベント発振器
１３とは互に無関係に発振動作を行りているので上記の
ようにイベントとクロ、クノヤルスの立ち上りが一致す
ることは、むしろ稀である。然しなから、イベントとク
ロックパルスの立ち上りのいずれに相当する時間だけイ
ベントの時間軸をずらせて考えれば、以下の説明は全て
理解できる。

既に説明したようにＮ回のイベント中のクロック）４ル
ス数の積算値から分解能ｔ／Ｎの時間計測を行うにはイ
ベントの立ち上りとクロックパルスとの位相差がＮ回の
イベントについて全て異ならせる必要がある。このため
にはイベントの周期ｎｔΣが ｎｔ鳶＝ｍＨｔ＋β（ｍｌは自然数、０くβ＜１）を満
足し、ｍ！をＮの約数の整数倍以外に設定する。

具体的には例えばｎ　Ｎ＝１０　ＩＩであれば上記ｎ町
■は２及び５の整数倍以外に設定される。

以上のようにすることで各イベントの立ち上りとクロッ
クパルスとの位相差αＫ（Ｋは１からＮまでの自然数）
は全て異った値となり、 α、＝Ｍ・Δｔ（但しＭは１〜（Ｎ−１）の自然数）と
なる。ＭはＫとは無関係に定まり、従って前記第１実施
例のようにイベントの発生毎に項次Δｔずつ位相のずれ
が生ずるのではなく、互に異なった位相差が順不同で現
われる。これを位相差の少ないイベントから多いイベン
トにｊ＠次配列し直すと前記第１実施例に於ける第５図
の関係と同様となり、前記第１実施例に於ける位相関係
の分析が当該第３実施例でも適用できる。すなわち、第
３実施例でもイベントタイマーＴはクロックパルス数の
積算値Ａをイベント回数Ｎで割った平均値”　Ａ／Ｎ　
”　ｉＣ基いて求めることができる。

（本発明の効果） 以上、詳細に説明したように本発明によれば、クロック
・卆ルスの周期より短時間の分解能で時間計測が可能と
なり、しかもカウンタは上記クロックパルスに追従でき
るカウンタでよいので、従来はカウンタの能力から不可
能であった分解能での時間計測が可能となる等、本発明
は極めて顕著な効果を奏するものである。

尚、実施例では時間計測すべきイベントを光の投光から
受光までとしたが、これに限らず、例えば車両の設定地
点間の通過時間等あらゆるイベントの時間計測に本発明
が実施できることは言うに及ばない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示すブロック図、第
４図〜第８図は本発明の実施例の動作を説明するタイム
チャートである。 １・・・クロ、り・やルス発振器（クロック発振器）２
・・・イベント周期設定タイマー（イベントタイマー）
４・・・発光素子　　　　　５・・・受光素子８・・・
イベント回数計数カウンタ（ヒツトカウンタ）９・・・
位相操作部（フェーズシフタ）１１・・・クロック・臂
ルス数積算カウンタ（カウンタ）１２・・・除算演算部
（デ・々イダ） １３・・・イベント用ｄ’ルス発振器（イベント発振器
）ロー１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　クロックパルスの発生源を備え、イベントの継続時
   間中のクロックパルス数を計数して当該イベントの継続
   時間を計測するようにした時間計測方式に於いて、 上記イベントを一定の周期で複数回発生させ、Ｎ回（Ｎ
   はＮ≧２の自然数）のイベントについてクロックパルス
   とイベントの始点との位相関係がクロックパルスの１周
   期以内の範囲で互いに異なるように設定し、イベント中
   のクロックパルス数を上記Ｎ回について計数積算して平
   均値を求め、この平均値から上記イベントの継続時間を
   求めるようにした時間計測方式。 ２　Ｎ回の各イベントの始点とクロックパルスとの間に
   （Ｋ−１）・ｔ／Ｎ（Ｋは各イベント相互で異なる自然
   数でＫ≦Ｎ、ｔはクロックパルスの周期）の位相差を設
   けるようにした特許請求の範囲第１項に記載の時間計測
   方式。 ３　クロックパルスの位相操作により各イベントの始点
   とクロックパルスとの間の位相差を生成するようにした
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の時間計測方式
   。 ４　各イベントの位相操作により、各イベントの始点と
   クロックパルスとの間の位相差を生成するようにした特
   許請求の範囲第１項又は第２項に記載の時間計測方式。 ５　イベントの周期ｎｔ＿Ｅとクロックパルスとの関係
   が ｎｔ＿Ｅ＝ｍ＿１ｔ＋β（ｎ、ｍ＿１は自然数、０＜β
   ＜ｔ）β＝ｔ／Ｎ・ｍ＿２ を満足するように設定することにより各イベントの始点
   とクロックパルスとの間の位相差を生成するようにした
   特許請求の範囲第１項に記載の時間計測方式。 但しｔ・・・クロックパルスの周期 ｍ＿２・・・Ｎより小さく、Ｎの約数の整数倍以外の自
   然数 ｔ＿Ｅ・・・イベント周期をつくるもとのパルス周期