JPH04142492A - Period determining method for time measuring device - Google Patents
Period determining method for time measuring deviceInfo
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Abstract
Description
本発明は、クロックパルスを用いて、そのクロックパル
スの周期（以下、「クロック周期」という）より小さい
測定誤差の得られる時間計測装置におけるイベントの生
起される周期（以下、「イベント周期」という）とクロ
ック周期とを最適に決定する方法に関する。The present invention uses a clock pulse to obtain a measurement error smaller than the period of the clock pulse (hereinafter referred to as "clock period") in a time measurement device in which an event occurs at a period (hereinafter referred to as "event period"). and a clock period.
従来、イベントの生起期間を測定するのに、クロックパ
ルスを計数する方法が広く知られている。この方法は、
本質的に、クロックパルスの量子化誤差が発生し、クロ
ックパルスの周期以下の測定誤差は得られない。又、測
定誤差を向上させるには、クロックパルスの周期を小さ
くすれば良いことになるが、現実の装置では、発振器、
カウンタ等の回路に応答性の限界があり、測定誤差の改
善にも限界が生じる。
そこで、この量子化誤差を小さくする一方法として、特
開昭６２−４３５８９号公報に記載の時間計測方法が知
られている。
この方法は、複数回生起されるイベントをクロックパル
スで計測して、その累積計数値をその回数で平均化して
イベントの生起期間を計時する方法である。
この方法では、所定周期で繰り返し生起されるイベント
の生起タイミングに対するクロックパルスの相対的位相
を、結果として、（クロック周期／イベント生起回数）
×整数だけ変移させている。そして、この方法は、変位
されたクロックパルスを変位の小さいパルスから順に斂
べた時には、その変位間隔が等間隔になることが特徴で
ある。
この結果、等価的に（クロック周期／イベント生起回数
）の周期を有するクロックパルスでイベントの生起期間
を測定したことになり、測定誤差を（クロック周期／イ
ベント生起回数）以下にすることができる。
さらに、このクロックパルスの相対的位相を変化させる
方法として、位相推移器を用いる方法と、イベントの生
起周期とクロックパルスの周期を決定する発振信号の周
期に所定の関係を持たせた２つの発振器を用いる方法が
ある。Conventionally, a method of counting clock pulses has been widely known to measure the period during which an event occurs. This method is
Essentially, a quantization error of the clock pulse occurs and a measurement error less than the period of the clock pulse cannot be obtained. Also, in order to improve the measurement error, it is possible to reduce the period of the clock pulse, but in actual equipment, the oscillator,
There is a limit to the responsiveness of circuits such as counters, and there is also a limit to the improvement of measurement errors. Therefore, as a method for reducing this quantization error, a time measurement method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-43589 is known. In this method, an event that occurs multiple times is measured using a clock pulse, and the cumulative count value is averaged by the number of times to measure the period during which the event occurs. In this method, the relative phase of a clock pulse with respect to the occurrence timing of an event that occurs repeatedly in a predetermined period is calculated as (clock period/number of event occurrences).
x It is shifted by an integer. This method is characterized in that when the displaced clock pulses are shifted in order of pulses with smaller displacements, the displacement intervals become equal intervals. As a result, the event occurrence period is equivalently measured using a clock pulse having a period of (clock period/number of event occurrences), and the measurement error can be made equal to or less than (clock period/number of event occurrences). Furthermore, as a method for changing the relative phase of this clock pulse, there is a method using a phase shifter, and a method using two oscillators that have a predetermined relationship between the periods of the oscillation signal that determines the event occurrence period and the clock pulse period. There is a method using
しかし、上記方法において、位相推移器を用いる方法は
、正確に、（クロック周期／イベント生起回数）で位相
を推移させる必要があるが、イベント生起回数が大きく
なる程、短時間の時間制御が必要となる。従って、測定
誤差を小さくしようとするほど、高速応答性が要求され
、測定誤差の減少には限界がある。又、短時間の位相推
移を行う程、等分割の位相推移は益々困難となる。
又、２つの発振器を用いる方法は次の条件を満たすよう
に各発振器の周期が設定される。 各イベント周期にお
けるクロックパルス列を各イベント周期に対する位相関
係を保持した状態で、同一のイベント周期に写像した時
に得られるクロックパルス列（以下、「等価クロックパ
ルス列」という）を想定する。この等価クロックパルス
列の周期が正確に（クロック周期／イベントの生起回数
）となり、パルス間隔が等間隔となるように、それぞれ
の発振信号の周期を所定の関係に定めている。即ち、各
イベント周期において、クロックパルスのイベント周期
に対する位相関係は全て異なり、クロック周期の整数倍
がイベント周期の生起回数倍に正確に等しくなるように
定めている。
しかし、現実には、２つの発振器を、その発振信号の周
期を厳格に所定の関係に保持した状態で、製造すること
は困難である。製品間で周期がばらついたり、温度変動
、経年変化により発振信号の周期が変動する。
このような発振信号の周期変動が測定誤差に与える影響
については、従来は全く考察されていない。
本発明者は、この周期変動と測定誤差との関係を精密に
解析した結果、上記の所定の関係に２つの発振信号の周
期を設定することよりは、他の周期の関係の方が、周期
変動に対する測定誤差の安定性が向上することを発見し
た。
従って、本発明の目的は、時間計測装置における測定誤
差の安定化を図ることである。However, in the above method, the method using a phase shifter requires the phase to be accurately shifted by (clock cycle/number of event occurrences), but the larger the number of event occurrences, the shorter the time control is required. becomes. Therefore, the more the measurement error is to be reduced, the faster the response is required, and there is a limit to the reduction of the measurement error. Furthermore, the shorter the phase shift is performed, the more difficult it becomes to equally divide the phase shift. Furthermore, in the method using two oscillators, the period of each oscillator is set so as to satisfy the following conditions. A clock pulse train (hereinafter referred to as an "equivalent clock pulse train") obtained when a clock pulse train in each event period is mapped to the same event period while maintaining the phase relationship with each event period is assumed. The periods of the respective oscillation signals are set in a predetermined relationship so that the period of this equivalent clock pulse train is accurate (clock period/number of occurrences of an event) and the pulse intervals are equal. That is, in each event period, the phase relationship of the clock pulse with respect to the event period is all different, and is determined so that an integral multiple of the clock period is exactly equal to the number of occurrences of the event period. However, in reality, it is difficult to manufacture two oscillators while keeping the periods of their oscillation signals strictly in a predetermined relationship. The period of the oscillation signal varies between products, and the period of the oscillation signal fluctuates due to temperature fluctuations and changes over time. Conventionally, no consideration has been given to the influence of such periodic fluctuations of the oscillation signal on measurement errors. As a result of a precise analysis of the relationship between this period variation and measurement error, the inventor found that other period relationships are better than setting the periods of the two oscillation signals in the above predetermined relationship. We found that the stability of measurement errors against fluctuations is improved. Therefore, an object of the present invention is to stabilize measurement errors in a time measuring device.
上記課題を解決するための発明の構成は、各イベント周
期Ｔｐ内で生起されるクロックパルスの列を同一イベン
ト周期内に写像した等価クロックパルス列を想定し、
その等価クロックパルス列における各等価クロックパル
スの周期Ｔｃ／ｎの等間隔パルス列における各パルスに
対する各変位に基づいて、測定誤差を評価する評価関数
を、イベント周期ｉｐ、クロック周期Ｔｃ、イベントの
生起回数ｎの関数として求め、さらに、イベント周期Ｔ
ｐの許容誤差、クロックパルス周期Ｔｃの許容誤差の範
囲において、評価関数の値が要求された測定誤差を満た
すところのイベント周期Ｔｐとクロック周期Ｔｃを決定
することである。The configuration of the invention for solving the above problem assumes an equivalent clock pulse train in which a train of clock pulses occurring within each event period Tp is mapped within the same event period, and each equivalent clock pulse in the equivalent clock pulse train is An evaluation function for evaluating the measurement error is determined as a function of the event period ip, the clock period Tc, and the number of event occurrences n based on the displacement for each pulse in the equally spaced pulse train with a period Tc/n, and further, the event period T
The objective is to determine the event period Tp and clock period Tc at which the value of the evaluation function satisfies the required measurement error within the tolerance range of p and the clock pulse period Tc.
量子化誤差は、等価クロックパルス列の周期Ｔｃ／ｎの
等間隔パルス列における各パルスに対する各変位によっ
て決定される。一般的には、等価クロックパルス列の各
パルスの変位は、一定でなく、一定の関数で分布する。
よって、量子化誤差も測定回数に対して分布することに
なり、この分布を考慮して、測定誤差の評価関数が求め
られる。この評価関数は、イベント周期Ｔｐ、クロック
周期Ｔｃ、イベントの生起回数ｎの関数となる。
次に、この評価関数に、さらに、イベント周期Ｔｐ、ク
ロック周期Ｔｃの許容誤差範囲が考慮される。即ち、イ
ベント周期Ｔｐ、クロック周期Ｔｃの許容誤差範囲にお
ける評価関数の最大値を持って、設計上のイベント周期
Ｔｐ、クロック周期Ｔｃにおける測定誤差と評価される
。
この測定誤差が要求された測定誤差を満たすようなイベ
ント周期Ｔｐ、クロック周期Ｔｃが設計上の周期として
決定される。The quantization error is determined by each displacement for each pulse in the equally spaced pulse train of period Tc/n of the equivalent clock pulse train. Generally, the displacement of each pulse of the equivalent clock pulse train is not constant, but is distributed according to a constant function. Therefore, the quantization error will also be distributed with respect to the number of measurements, and the evaluation function of the measurement error is determined by taking this distribution into consideration. This evaluation function is a function of the event period Tp, the clock period Tc, and the number of occurrences n of the event. Next, the permissible error ranges of the event period Tp and the clock period Tc are further taken into consideration in this evaluation function. That is, the maximum value of the evaluation function within the allowable error range of the event period Tp and clock period Tc is evaluated as the measurement error in the designed event period Tp and clock period Tc. The event period Tp and clock period Tc such that this measurement error satisfies the required measurement error are determined as the designed period.
以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。
１、時間計測装置
第１図は時間計測装置を示した回路図である。
パルス発生器１は、イベント周期Ｔｐの矩形波を遅延回
路２、フリップフロップ回路（以下、「ＦＦ回路」と記
す）３及びパルスカウンタ６に出力している。遅延回路
２は、入力した矩形波を所定時間遅延させた矩形波をＦ
Ｆ回路３のリセット端子Ｒに出力している。従って、Ｆ
Ｆ回路３はパルス発生器１の出力する矩形波の立ち上が
りに同期してセットされ、遅延回路２の出力する矩形波
の立ち上がりに同期してリセットされる。この結果、Ｆ
Ｆ回路３の出力端子Ｑからは、遅延回路２で設定された
所定の遅延時間をパルス輻とし、イベント周期Ｔｐを周
期とするパルス信号がクロックカウンタ５の一方のイネ
ーブル端子ＥＮＩに出力される。以下、ＦＦ回路３の出
力端子Ｑから出力される時間計測の対象となっている信
号をイベント信号という。本実施例の時間計測装置は、
イベント信号の高レベル期間、即ち、イベントの生起期
間Ｔｘ（遅延回路２による遅延時間）を計測する装置で
ある。
クロック発生回路４はクロック周期Ｔｃのクロックパル
スをクロックカウンタ５の入力端子に出力している。
一方、パルスカウンタ６は、初期リセットされた後、パ
ルス発生器１の出力する矩形波をその立ち上りに同期し
て、イベント生起回数ｎだけ計数し、その間だけ高レベ
ル信号をクロックカウンタ５の他方のイネーブル端子Ｅ
Ｎ２に出力している。
したがって、クロックカウンタ５は、パルスカウンタ６
の出力信号が高レベル、かつ、ＦＦ回路３の出力端子Ｑ
から出力されるイベント信号が高レベルの間において、
クロック発生回路４から出力されるクロックパルスを計
数する。ディバイダ７はクロックカウンタ５の累積計数
値をイベントの生起回数ｎで除して、１イベント周期に
おけるイベントの生起期間Ｔｘの時間を平均値として演
算する回路である。
このような構成の時間計測装置において、本発明は、パ
ルス発生器１の出力する信号のイベント周期Ｔｐ及びク
ロック発生器４の出力するクロックパルスのクロック周
期Ｔｃを最適に決定する方法である。
尚、遅延回路２はイベント信号を生起させる一例である
。
実際には、対象物体までの距離を、対象物体に光を投射
した時点から反射光を受光した時点までの時間の計測で
測定する測距装置への応用が考えられる。この装置の場
合には、この遅延回路２に代えて、ドライバー及びレー
ザダイオードと、対象物体からの反射光を受光するホオ
トダイオード及びレシーバ−とで構成される。そして、
パルス発生器１の出力する矩形波信号でドライバーが駆
動されて矩形波信号の光が投射され、矩形波信号の反射
光に対応する電気信号がレシーバ−からＦＦ回路３に出
力される。よって、ＦＦ回路３から出力されるイベント
信号の生起期間ＴｘＣ高レベル期間）は光の投射時点か
ら光の受光時点までの時間とすることができる。
２、時間計測
イベント信号は第２図の＜８）に示すように、イベント
周期７ｐで生起回数ｎだけ繰り返し生起される。そして
、イベント信号が高レベルをとる生起期間Ｔｘが測定対
象の時間である。このイベント信号の各イベント周期に
おける各生起期間ＴＸが、第２図（ｂ）に示すクロック
周期Ｔｃのクロックパルスによって累積計数される。そ
の累積計数値を２とすると、イベント信号の生起期間Ｔ
ｘにおけるクロックパルスの生起数Ｗは平均値（Ｚ／ｎ
）で求められる。
従って、イベントの生起期間Ｔｘは次式で求められる。
Ｔｘ＝Ｔｃ −（Ｚ／ｎ）
−（１）尚、第２図で示すように、第１イベント周
期のイベント信号の立上がりとクロックパルスとを同期
させる必要はない。
３、等価クロックパルス列（等間隔パルス列）各イベン
ト周期におけるクロックパルス列をイベント信号との位
相関係を保持した状態で、第１イベント周期に全て写像
する。この写像により得られたパルス列が等価クロック
パルス列である。
今、イベント周期Ｔｐ、 クロック周期Ｔｃ、生起回数
ｎとの間に、次式の関係が成立するとする。
ｎ４ｐ＝ｒ−Ｔｃ −
（２）但し、ｎ、ｒは互いに素である。
ここで、ｒは全イベント周期ｎ４ｐにおけるクロックパ
ルス数を示している。偉）式の関係を満たすクロックパ
ルス列のイベント信号との位相関係は、全イベント周期
ｎ−Ｔｐを最小の１周期とする完全な周期関数である。
即ち、＜２）式の関係を満たす場合には、クロックパル
スとイベント信号との位相関係は、全てのイベント周期
で異なる。よって、（２）式の関係がある場合には、等
価クロックパルス列は、第３図に示すように、周期Ｔｃ
／ｎの等間隔のパルス列となる。
従って、クロック周期Ｔｃ及びイベント周期Ｔｐが完全
に正確で変動が全くない場合には、量子化誤差、即ち、
測定誤差はＴｃ／ｎとなる。
４、等価クロックパルス列（不等間隔パルス列）ところ
が、現実の回路においては、クロック周期Ｔｃ及びイベ
ント周期Ｔｐを、（２）式を正確に満たすように設定す
ることは不可能である。即ち、発振器の発振周波数は温
度変動や他の要因により変動し、発振器を構成する回路
素子の回路定数の誤差等により正確に設計値通りにはな
らない。
そこで、測定誤差を（２）式の厳格な関係を満たすイベ
ント周期Ｔｐとクロック周期Ｔｃとの点における値で評
価するのではなく、ある許容誤差範囲における測定誤差
を評価する必要がある。
それには、（２）式による厳格な制約を解いて、任意の
関係にあるイベント周期Ｔｐとクロック周期Ｔｃにおけ
る量子化誤差の変化特性を改めて評価する必要がある。
任意の関係として、次式を導入する。
ｎ ４ｐ＝ｒ ４ｃ＋ｑ
−（３）但し、Ｏ≦ｑ≦Ｔｃ
さらに、（３）式は次式に変形できる。
７ｐ＝ （ａｄｄ） Ｔｃ
・・−（４）但し、ｍは自然数、Ｏ≦ｄ≦１である
。
（４）式は、（２）式の厳格な制約と異なり、ｍ、ｄに
よりイベント周期Ｔｐとクロック周期Ｔｃとはどのよう
な関係でも取り得ることを示している。
この−膜状態における！１図に示すクロックパルス列を
イベント周期きの位相関係を保持して、第１イベント周
期に写像する。その結果、得られる等価クロックパルス
列は、第４図に示すように不等間隔のパルス列となる。
しかし、もとのクロックパルス列はクロック周期Ｔｃの
完全な周期関数であるので、等価クロックパルス列もク
ロック周期Ｔｃの周期関数となる。
従って、等価クロックパルス列の並び方を検討する場合
には、１周期Ｔｃ内における等価クロックパルス列の註
び方のみを考慮すれば良いことになる。
５、測定誤差の評価関数
第４図の等価クロックパルス列が不等間隔になると、量
子化誤差は第３図に示す等間隔の等価クロックパルス列
に比べて大きくなる。
そこで、等価クロックパルス列による測定誤差の評価関
数を次のように求める。
（１）等価クロックパルス列の位置の決定。
第１イベントの第１クロツクパルスを始点とするＴｃの
区間に存在するｎ個の等価クロックパルスの存在位置ａ
ｉを、始点を原点として求める。但し、説明のしやすさ
のために、始点が第１イベントの始点と一致する場合で
計算する。
第１クロック周期に存在する等価パルス列は、各イベン
ト周期において最初に現れるクロックパルスを写像して
得られたものである。
従って、まず、各イベント周期において最初に現しル各
クロックパルスのその周期の始めから測定された位置ａ
ｔが次式で求められる。
ａ 、＝Ｔｃ−（ｉ−１）Ｔｐ＋Ｔｃ・［（ｉ−１）Ｔ
ｐ／Ｔｅｌ −（５）但し、［Ｘ］はＸを越え
ない最大の整数であり、ｉはイベント周期の番号を示し
ｉ＝２．−、 ｎである。
なお、！＝１の場合はａ ｌ＝０である。
（５）式の各項の意味は、第５図に示されている。
［（ｉ−１）Ｔｐ／Ｔｃ］は、第（ｉ−１）イベント周
期（但し右端の境界は含まない）までのクロックパルス
の区間数を示す。
従って、Ｔｃ・Ｃ（ｉ−１）Ｔｐ／Ｔｃコは、第（ｉ−
１）イベント周期の最後に現れるクロックパルスの第１
イベント周期の始めから測定した存在位置を示す。
よって、（ｉ−１）Ｔｐ−Ｔｃ・［（ｉ−１）Ｔｐ／Ｔ
ｅｌは、第（１−１）イベント周期の最後に現れるクロ
ックパルスから第１イベント周期の始めまでの経過時間
であるよって、（５）式は、第１イベント周期の最初に
現れるクロッパルスの第１イベント周期の始めから測定
した経過時間となる。また、この式はｉ＝１の場合も成
立する。
以上のように得られるａｌは区間Ｔｃの始点と第１イベ
ントの始点が一致しない場合でも同じ値である。
Ｃ）評価関数の導入
この数列ａｔを昇順に整列し直した数列をｂｌとする。
次に、第４図に示されているように、各等価パルスの周
期Ｔｃ／ｎの等間隔パルス列に対する変位Δ１が次式で
演算される。
Δ＋＝ｂ ＋−（ｉ−１）Ｔｃ／ｎ
−（ａ）この変位Δ、は、クロックパルスが右方に
変位している時正値をとり、クロックパルスが左方に変
位している時負値をとる。第１クロック周期における全
右方変位の中での最大値をｉａｗ−＋全左方変位の中で
の絶対値の最大値をｔＬＭ□とする。
等価クロックパルス列が９４４図に示すように不等間隔
の場合には、量子化誤差は、イベント信号の立ち上がり
と立ち下がりが存在するところの等価クロックパルスの
変位によって決定される。イベント信号の立ち上がり、
立ち下がりと等価クロックパルスの位相関係は、全く、
任意となるので、量子化誤差は時間計測の度に変化する
。
従って、先ずは、最悪状態を想定して、測定誤差を量子
化誤差の最大値で評価する。
次に、その量子化誤差の最大値を決定する評価関数Ｒを
求める。
この評価関数Ｒは、上記の議論からイベント生起回数ｎ
、クロック周期Ｔｃ、 イベント周期Ｔｐの関数とな
る。
Ｒ（ｎ、Ｔｐ、ＴＣ）４Ｃ／ｎ＋ｔｉＩＩＡｘ ＋ｔｔ
ｘａｘ （７）＝Ｔｃ／ｎ＋１４ａｘ （Δ
ｔ）−Ｍｉｎ（Δｔ） −（Ｓ）＝Ｔｃ／ｎ＋Ｍａ
ｘ（ｂ ｔ−（ｉ−１）Ｔｃ／ｎ）−Ｍｉｎ（ｂ ｔ
−（ｉ−１）Ｔｃ／ｎ） −（９）尚、Ｍａｘ （ｘ
） 、 Ｍ ｉｎ （Ｘ）は、符号を含めた真の最大値
、最小値を示す関数である。また、（８）、 （９）式
はΔ１が全て正数あるいは全て負数となる場合も成立す
る。
６、評価関数の特性
一例として、ｎ＝５０． Ｔｃ＝１０ｎｓｅｃに固定す
ると、評価関数はイベント周期Ｔｐのみの関数となる。
Ｒ（５０、Ｔｐ、 １０）を数値解析により演算した結
果を第６図に示す。
第６図に示す評価関数の意味は次の通りである。先ず、
Ｔｐ＝１０００ｎｓｅｃ、 １０１０ｎｓｅｃで評価関
数の値が１０ｎｓｅｃであるのは、イベント周期とクロ
ックパルスとの位相関係が、５０回繰り返される全ての
イベント周期において等しくなり、等価パルス列におい
てクロックパルスが５０個重なり、その間隔がクロック
周期Ｔｃになるからである。又、例えば、イベント周期
Ｔｐが■式を満たす所、例えば、Ｔｐ−１０００、２ｎ
ｓｅｃ等では、評価関数の値が０．２ｎｓｅｃとなるの
は、５０回繰り返される全てのイベント周期において、
クロックパルス列とイベント周期との位相関係が全て異
なるためで、等価クロックパルス列の間隔が可能最小値
Ｔｃ／ｎの等間隔となるからである。イベント周期Ｔｐ
が他の値をとる場合には、それらの中間値をとることに
なる。
評価関数の特性をまとめると次のようになる。
■等価クロックパルス列が等間隔となるイベント周期で
は、評価関数の値は、その等価クロックパルスのパルス
間隔となる。尚、この場合には、量子化誤差は変化しな
い単一の値となる。
■等価クロックパルス列が不等間隔となるイベント周期
では、評価関数の値は、その等価クロックパルスの右方
変位の最大値、左変位の最大値、Ｔｃ／ｎで決定される
。尚、等価クロックパルスの変位に分布を生じているイ
ベント周期の場合には、量子化誤差は変化し、等価クロ
ックパルスの変位が一定であるイベント周期の場合には
、量子化誤差も一定である。
■評価関数のイベント周期ＴＩ）に関する変化率は、イ
ベント周期Ｔｐによって顕著に異なる。
例えば、Ｔｐ＝１０００．２ｎｓｅｃの場合には、評価
関数のその付近の特性は第７図に示す特性となり、Ｔｐ
＝１００９．２ｎｓｅｃ ｌ、：おける評価関数のその
付近の特性は第８図に示す特性となる。この両図を比較
すれば明らかなように、Ｔｐ＝１０００．２ｎｓｅｃの
場合には評価関数の値が急峻に変化し、Ｔｐ−１００９
，２ｎｓｅｃの場合には、評価関数の値は余り変化しな
い。例えば、Ｔｐ＝ｌＯＯ０，２ｎｓｅｃの場合には、
イベント周期Ｔｐが中心Ｔｐ＝１０００．２ｎｓｅｃに
対して±１０ｐｐｍ （０，０１ｎｓｅｃ）変化すると
、評価関数の値は０．７〜０．２の範囲で変化する。そ
れに対して、Ｔｐ＝１００９．２ｎｓｅｃの場合には、
中心Ｔｐ＝１０００．２ｎｓｅｃに対して±１０ｐｐｍ
（±０゜０１ｎｓｅｃ）変化すると、評価関数の値は
０．５〜０．４の範囲で変化する。
換言すれば、イベント周期をＴｐ＝１０００．２ｎｓｅ
ｃに設定するよりは、Ｔｐ＝１００９．２ｎｓｅｃに設
定した方が、測定誤差の安定性は向上することになる。
このこきは、時間測定装置の製品毎の測定誤差のばらつ
きを減少させ、温度変動、その他の要因に伴う周波数変
動に対する測定誤差の拡大が少ないことを意味している
。
現実には、イベント周期Ｔｐを設計値通りにすることは
不可能であるから、現実の装置を設計するには、周期の
許容誤差の範囲を考慮した上で、その誤差範囲内におい
て測定誤差を評価する必要がある。イベント周期の許容
誤差の範囲±Ｏ，０１ｎｓｅｃを考慮すると、イベント
周期Ｔｐを１００９．２ｎｓｅｃに設定した方が、１０
００．２ｎｓｅｃに設定するよりは、測定誤差の安定性
及びばらつきの観点から優れていると結論できる。
このイベント周期Ｔｐが１００９．２ｎｓｅｃＯ時は、
等価クロックパルス列は不等間隔パルス列である。
７、評価関数の一般化
第６１項では、生起回数ｎとクロック周期Ｔｃを固定し
た場合のイベント周期Ｔｐに対する評価関数の特性につ
いて述べた。
しかし、上述したように、測定誤差はイベント周期Ｔｐ
及びクロック周期Ｔｃの許容誤差範囲の全体で評価され
るべきものである。例えば、許容誤差範囲における量子
化誤差の最大値をもって測定誤差を評価すべきである。
そこで、イベント周期Ｔｐの変動率α、クロック周期Ｔ
ｃの変動率βを導入して、周期の許容誤差範囲における
量子化誤差の最大値を測定誤差の新たな評価関数Ｓとす
る。
Ｓ （ｎ、 Ｔｐ、 Ｔｃ、 ａ ａ、β。）＝Ｍａｘ
（Ｒ（ｎ、Ｔｐ（１＋α）、Ｔｃ（１＋β＞）−ａＯａ
Ｏ式は次のように変形できる。
Ｓ （ｎ、 Ｔｐ、 Ｔｃ、α。、β。）ｈＭａｘ（Ｒ
（ｎ、Ｔｐ（１＋α）／（１＋β）、Ｔｃ）） −
ｒＪｆＪ＆９Ｍａｘ （Ｒ（ｎ、↑Ｐ（１＋ａ−β）、
Ｔｃ） ） −（Ｊ２ｒ但し、−α。≦α
≦α。、−β。≦β≦β。
である。又、Ｍａｘはパラメータα、βを所定範囲で変
化させた時の最大値を示す関数である。
正確な解析を行うには、設計上要求された周期の許容誤
差範囲を決定するパラメータα。、β。をを用いて、０
０式により新たな評価関数Ｓを数値解析して、その関数
値が要求される測定誤差よりも小さくなるところのイベ
ント周期Ｔｐ、 クロック周期Ｔｃ、生起回数ｎを決
定することになる。
しかし、−次近似により、評価関数Ｓは、次のように簡
約化できる。
測定誤差の評価関数Ｒは、上述したように等価クロック
パルス列の並び方によって決定される。
この等価クロックパルス列の並び方は、イベント周期７
ｐとクロック周期７ｐとの相対的位相関係によって決定
される。
従って、イベント周期Ｔｐとクロック周期Ｔｃとの両方
が変動すると見なす代わりに、許容誤差範囲が狭い場合
には、−次近似として、クロック周期Ｔｃを固定して、
クロック周期Ｔｃの変動をイベント周期Ｔｐの変動で置
き換えることが可能である。上記０式は、−次近似によ
る新たな評価関数である結局、イベント周期Ｔｐの許容
誤差範囲を±（α。＋β。）Ｔｐに拡大して、その許容
範囲における量子化誤差の最大値として測定誤差の新た
な評価関数Ｓを求めれば良い。
そして、この評価関数を上述した式により数値解析して
求め、評価関数Ｓの値が要求される測定誤差を満たすよ
うに、イベント周期Ｔｐ、生起回数ｎを決定すれば良い
。
尚、近似方法としては、イベント周期Ｔｐを固定して、
クロック周期Ｔｃにイベント周期Ｔｐの許容誤差範囲を
含めるようにしても良い。
８、評価関数の他の検討例
■ｎ＝１０００． Ｔｃ＝１０ｎｓｅｃ、 Ｔｐ＝
１０００．０１ｎｓｅｃ。
α。、βｏ＝５０ｐｐｍ （ｐｐｍ＝ｘ １Ｏ−１）
（α。＋β５）Ｔｐ＝０．１ｎｓｅｃ の場合。
新たな評価関数Ｓの値＝ １Ｑｎｓｅｃ又、評価関数Ｒ
の値＝ Ｏ，０１ｎｓｅｃ （＝Ｔｃ／ｎ＞即ち、本条
件のＴｃ、 Ｔｐは（２）式を満たす値である。従って
、Ｔｃ、 Ｔｐの変動が全くない場合には、測定誤差は
Ｑ、Ｑｌｎｓｅｃと可能最低値となる。
しかし、各周期に５０ｐｐｍの許容誤差範囲を設定する
と、その範囲の最大量子化誤差は１０ｎｓｅｃとなる。
従って、現実の装置としては、測定誤差をベストモード
の０．０１ｎｓｅｃとすべきではなく、最悪状態の１０
ｎｓｅｃとすべきである。
換言すれば、上記条件で装置を作成すれば、装置の測定
誤差がＱ、Ｑｌｎｓｅｃから１０ｎｓｅｃの範囲で変動
し得ることを意味している。即ち、測定誤差に安定性が
ないと言える。
■ｎ＝１０００． Ｔｃ＝１０ｎｓｅｃ、 Ｔｐ＝１０
００．１８５６ｎｓｅｃ。
α。、βｏ＝５０ｐｐｍ （ｐｐｍ＝Ｘ １０−”）
（α。＋βｏ）Ｔｐ＝０．１ｎｓｅｃ の場合。
新たな評価関数Ｓの値＝ ０．３６ｎｓｅｃ又、評価関
数Ｒの値＝ ０．１６ｎｓｅｃ即ち、本条件は、（２）
式の条件を満たさない。
しかし、現実に周期に５０ｐｐｍの許容誤差範囲を設定
した場合には、測定誤差の変動範囲は０．１６ｎｓｅｃ
から０．３６ｎｓｅｃである。従って、現実の装置とし
ては、測定誤差は０．３６ｎｓｅｃより大きくなること
はない。
■、■の場合を比較すれば、■の条件で装置を設計した
方が、■の場合に比べて、測定誤差の安定性に優れ、測
定誤差は約２８倍に改善されることが理解される。
９、評価関数の生起回数に対する特性
■生起回数ｎを無限に大きくすれば、評価関数Ｒは無限
に小さくなる。
■生起回数ｎを無限に大きくしても、評価関数Ｓは無限
に小さくならず、変動範囲α。２β。で決定されるある
値に収束する。
１０、評価関数の他の形式
上記の測定誤差の評価関数Ｒは、等価クロックパルスの
変位の最大変位、即ち、量子化誤差の最大値によって決
定した。しかし、等価クロックパルスの変位はある分布
を持っているので、時間計測の回数に対する量子化誤差
もある分布を持つ事になる。
従って、評価関数Ｒを量子化誤差の最大値とするのでは
なく、量子化誤差の分布におるけ標準偏差としても良い
。そして、周期の許容誤差範囲を考慮した新たな評価関
数Ｓをその許容誤差範囲におけるその標準偏差の最大値
として−も良い。
要するに、許容誤差範囲において、測定誤差が小さくな
るような周期決定を行うのが目的であるから、評価関数
Ｒとしては、量子化誤差を統計的に評価できる関数であ
れば良い。同様に新たな評価関数ＳもＲの最大値ではな
くＲの標準偏差などを用いても良い。
（発明の効果］
本発明は、等価クロックパルス列における各等価クロッ
クパルスの周期Ｔｃ／ｎの等間隔パルス列における各パ
ルスに対する各変位に基づいて、測定誤差を評価する評
価関数を、イベント周期Ｔｐ、クロック周期Ｔｃ、イベ
ントの生起回数ｎの関数として求め、さらに、イベント
周期Ｔｐの許容誤差、クロックパルス周期Ｔｃの許容誤
差の範囲において、評価関数の値が要求された測定誤差
を満たすところのイベント周期Ｔｐとクロック周期Ｔｃ
を決定するようにしている。
従って、等価クロックパルス列を等間隔且つ可能最小間
隔が得られるように設計する従来の決定方法と異なり、
本発明では、周期変動の許容誤差範囲の全体に渡って量
子化誤差が評価されている。即ち、周期に対する量子化
誤差の変化率が考慮されることになるので、測定誤差の
安定性を向上させることができる。
本発明の周期決定方法により製造された時間測定装置は
製品毎の測定誤差のばらつきが少なくなると共に、温度
変動等、経年変化による測定誤差の変動も小さくなる。The present invention will be described below based on a specific example. 1. Time Measuring Device FIG. 1 is a circuit diagram showing a time measuring device. The pulse generator 1 outputs a rectangular wave having an event period Tp to a delay circuit 2, a flip-flop circuit (hereinafter referred to as "FF circuit") 3, and a pulse counter 6. The delay circuit 2 outputs a rectangular wave obtained by delaying the input rectangular wave by a predetermined time.
It is output to the reset terminal R of the F circuit 3. Therefore, F
The F circuit 3 is set in synchronization with the rise of the rectangular wave outputted by the pulse generator 1, and reset in synchronization with the rise of the rectangular wave outputted by the delay circuit 2. As a result, F
From the output terminal Q of the F circuit 3, a pulse signal whose pulse intensity is a predetermined delay time set by the delay circuit 2 and whose period is the event period Tp is outputted to one enable terminal ENI of the clock counter 5. Hereinafter, the signal that is output from the output terminal Q of the FF circuit 3 and is the subject of time measurement will be referred to as an event signal. The time measuring device of this example is
This device measures the high level period of the event signal, that is, the event occurrence period Tx (delay time due to the delay circuit 2). The clock generation circuit 4 outputs a clock pulse having a clock period Tc to the input terminal of the clock counter 5. On the other hand, after initial reset, the pulse counter 6 counts the number n of event occurrences in synchronization with the rise of the rectangular wave output from the pulse generator 1, and only during that time passes a high level signal to the other clock counter 5. Enable terminal E
It is output to N2. Therefore, the clock counter 5 is the same as the pulse counter 6.
output signal is high level, and output terminal Q of FF circuit 3
While the event signal output from is at a high level,
The clock pulses output from the clock generation circuit 4 are counted. The divider 7 is a circuit that divides the cumulative count value of the clock counter 5 by the number n of event occurrences and calculates the time of the event occurrence period Tx in one event period as an average value. In a time measurement device having such a configuration, the present invention is a method for optimally determining the event cycle Tp of the signal output from the pulse generator 1 and the clock cycle Tc of the clock pulse output from the clock generator 4. Note that the delay circuit 2 is an example of generating an event signal. In practice, an application to a distance measuring device that measures the distance to a target object by measuring the time from the time when light is projected onto the target object to the time when reflected light is received can be considered. In the case of this device, instead of the delay circuit 2, it is composed of a driver, a laser diode, a photodiode for receiving reflected light from an object, and a receiver. and,
A driver is driven by a rectangular wave signal output from the pulse generator 1 to project light of the rectangular wave signal, and an electric signal corresponding to the reflected light of the rectangular wave signal is output from the receiver to the FF circuit 3. Therefore, the occurrence period (TxC high level period) of the event signal output from the FF circuit 3 can be the time from the time of light projection to the time of light reception. 2. As shown in <8) in FIG. 2, the time measurement event signal is repeatedly generated the number of occurrences n at an event period of 7p. The occurrence period Tx in which the event signal is at a high level is the time to be measured. Each occurrence period TX of this event signal in each event period is cumulatively counted by a clock pulse having a clock period Tc shown in FIG. 2(b). Assuming that the cumulative count value is 2, the event signal occurrence period T
The number W of clock pulses occurring at x is the average value (Z/n
). Therefore, the event occurrence period Tx is determined by the following equation. Tx=Tc-(Z/n)
-(1) As shown in FIG. 2, it is not necessary to synchronize the rise of the event signal in the first event cycle with the clock pulse. 3. Equivalent clock pulse train (equally spaced pulse train) All the clock pulse trains in each event cycle are mapped onto the first event cycle while maintaining the phase relationship with the event signal. The pulse train obtained by this mapping is an equivalent clock pulse train. Now, it is assumed that the following relationship holds between the event period Tp, the clock period Tc, and the number of occurrences n. n4p=r−Tc −
(2) However, n and r are relatively prime. Here, r indicates the number of clock pulses in the total event period n4p. The phase relationship between the clock pulse train and the event signal that satisfies the relationship shown in equation (1) is a complete periodic function with the minimum one period being the total event period n-Tp. That is, when the relationship of formula <2) is satisfied, the phase relationship between the clock pulse and the event signal is different in all event cycles. Therefore, if there is a relationship in equation (2), the equivalent clock pulse train has a period Tc as shown in FIG.
This results in a pulse train with equal intervals of /n. Therefore, if the clock period Tc and the event period Tp are completely accurate and have no variations, the quantization error, i.e.
The measurement error is Tc/n. 4. Equivalent clock pulse train (unequally spaced pulse train) However, in an actual circuit, it is impossible to set the clock period Tc and the event period Tp so as to accurately satisfy equation (2). That is, the oscillation frequency of the oscillator fluctuates due to temperature fluctuations and other factors, and does not accurately match the designed value due to errors in the circuit constants of circuit elements constituting the oscillator. Therefore, instead of evaluating the measurement error based on the value at the point between the event period Tp and the clock period Tc that satisfies the strict relationship of equation (2), it is necessary to evaluate the measurement error within a certain allowable error range. To do so, it is necessary to solve the strict constraints of equation (2) and reevaluate the change characteristics of the quantization error between the event period Tp and the clock period Tc, which have an arbitrary relationship. The following equation is introduced as an arbitrary relationship. n 4p=r 4c+q
-(3) However, O≦q≦Tc Furthermore, equation (3) can be transformed into the following equation. 7p= (add) Tc
...-(4) However, m is a natural number and O≦d≦1. Equation (4) shows that, unlike the strict constraints of Equation (2), m and d allow any relationship between the event period Tp and the clock period Tc. In this -membrane state! The clock pulse train shown in FIG. 1 is mapped to the first event period while maintaining the phase relationship between the event periods. As a result, the resulting equivalent clock pulse train becomes a pulse train with irregular intervals as shown in FIG. However, since the original clock pulse train is a complete periodic function of the clock period Tc, the equivalent clock pulse train is also a periodic function of the clock period Tc. Therefore, when considering the arrangement of the equivalent clock pulse trains, it is only necessary to consider the arrangement of the equivalent clock pulse trains within one cycle Tc. 5. Evaluation function of measurement error When the equivalent clock pulse train shown in FIG. 4 has irregular intervals, the quantization error becomes larger than the equivalent clock pulse train with equal intervals shown in FIG. Therefore, the evaluation function of the measurement error due to the equivalent clock pulse train is determined as follows. (1) Determining the position of the equivalent clock pulse train. Existence position a of n equivalent clock pulses existing in the interval Tc starting from the first clock pulse of the first event
Find i with the starting point as the origin. However, for ease of explanation, the calculation is performed assuming that the starting point coincides with the starting point of the first event. The equivalent pulse train present in the first clock period is obtained by mapping the clock pulse that first appears in each event period. Therefore, first, in each event period, the position a of each clock pulse measured from the beginning of that period is
t is determined by the following formula. a,=Tc-(i-1)Tp+Tc・[(i-1)T
p/Tel - (5) However, [X] is the largest integer that does not exceed X, and i indicates the event cycle number, i=2. −, n. In addition,! When =1, a l=0. The meaning of each term in equation (5) is shown in FIG. [(i-1)Tp/Tc] indicates the number of clock pulse sections up to the (i-1)th event period (excluding the rightmost boundary). Therefore, Tc・C(i-1)Tp/Tc is the (i-th
1) The first of the clock pulses appearing at the end of the event period
Indicates the location measured from the beginning of the event cycle. Therefore, (i-1)Tp-Tc・[(i-1)Tp/T
el is the elapsed time from the clock pulse that appears at the end of the (1-1)th event period to the beginning of the first event period. This is the elapsed time measured from the beginning of the event cycle. Further, this formula also holds true when i=1. al obtained as described above has the same value even if the starting point of the interval Tc and the starting point of the first event do not match. C) Introduction of evaluation function Let bl be a number sequence obtained by rearranging this number sequence at in ascending order. Next, as shown in FIG. 4, the displacement Δ1 of each equivalent pulse with respect to an equally spaced pulse train with a period Tc/n is calculated using the following equation. Δ+=b +-(i-1)Tc/n
(a) This displacement Δ takes a positive value when the clock pulse is displaced to the right, and takes a negative value when the clock pulse is displaced to the left. Let the maximum value of all rightward displacements in the first clock period be iaw-+the maximum absolute value of all leftward displacements be tLM□. If the equivalent clock pulse train is non-uniformly spaced as shown in Figure 944, the quantization error is determined by the displacement of the equivalent clock pulse where the rising and falling edges of the event signal are present. rising of the event signal,
The phase relationship between the falling edge and the equivalent clock pulse is exactly as follows.
Since it is arbitrary, the quantization error changes every time the time is measured. Therefore, first, assuming the worst case, the measurement error is evaluated using the maximum value of the quantization error. Next, an evaluation function R that determines the maximum value of the quantization error is determined. From the above discussion, this evaluation function R is determined by the number of event occurrences n
, clock period Tc, and event period Tp. R(n, Tp, TC)4C/n+tiIIIAx +tt
xax (7)=Tc/n+14ax (Δ
t)-Min(Δt)-(S)=Tc/n+Ma
x(b t-(i-1)Tc/n)-Min(b t
-(i-1)Tc/n) -(9) Furthermore, Max (x
), M in (X) are functions indicating the true maximum value and minimum value including the sign. Furthermore, equations (8) and (9) also hold true when Δ1 is all positive numbers or all negative numbers. 6. As an example of the characteristics of the evaluation function, n=50. When Tc is fixed at 10 nsec, the evaluation function becomes a function only of the event period Tp. FIG. 6 shows the results of calculating R(50, Tp, 10) by numerical analysis. The meaning of the evaluation function shown in FIG. 6 is as follows. First of all,
The reason why the value of the evaluation function is 10 nsec when Tp = 1000 nsec and 1010 nsec is because the phase relationship between the event period and the clock pulse is equal in all event periods repeated 50 times, and 50 clock pulses overlap in the equivalent pulse train. This is because the interval becomes the clock period Tc. Also, for example, where the event period Tp satisfies the formula (2), for example, Tp-1000, 2n
sec etc., the value of the evaluation function is 0.2 nsec in all event cycles that are repeated 50 times.
This is because the phase relationships between the clock pulse trains and the event periods are all different, and the intervals between the equivalent clock pulse trains are equal to the minimum possible value Tc/n. Event period Tp
If it takes any other value, it will take the intermediate value between them. The characteristics of the evaluation function are summarized as follows. (2) In an event period in which the equivalent clock pulse train is at equal intervals, the value of the evaluation function is the pulse interval of the equivalent clock pulses. Note that in this case, the quantization error becomes a single value that does not change. (2) In an event period in which the equivalent clock pulse train is irregularly spaced, the value of the evaluation function is determined by the maximum value of the rightward displacement, the maximum value of the leftward displacement, and Tc/n of the equivalent clock pulse. Note that in the case of an event period in which the displacement of the equivalent clock pulse has a distribution, the quantization error changes, and in the case of an event period in which the displacement of the equivalent clock pulse is constant, the quantization error is also constant. . (2) The rate of change of the evaluation function with respect to the event period TI) differs significantly depending on the event period Tp. For example, in the case of Tp=1000.2 nsec, the characteristics of the evaluation function in the vicinity become the characteristics shown in FIG. 7, and Tp
=1009.2nsec l, : The characteristics of the evaluation function in the vicinity thereof are the characteristics shown in FIG. As is clear from comparing these two figures, when Tp = 1000.2 nsec, the value of the evaluation function changes sharply, and Tp - 1009
, 2 nsec, the value of the evaluation function does not change much. For example, in the case of Tp=lOOO, 2nsec,
When the event period Tp changes by ±10 ppm (0.01 nsec) with respect to the center Tp=1000.2 nsec, the value of the evaluation function changes in the range of 0.7 to 0.2. On the other hand, when Tp=1009.2nsec,
±10ppm for center Tp=1000.2nsec
(±0°01 nsec), the value of the evaluation function changes within the range of 0.5 to 0.4. In other words, the event period is Tp=1000.2nse
The stability of the measurement error is improved by setting Tp=1009.2 nsec than by setting Tp=1009.2 nsec. This reduction reduces the variation in measurement errors between products of time measurement devices, and means that measurement errors are less likely to expand due to frequency fluctuations caused by temperature fluctuations and other factors. In reality, it is impossible to set the event period Tp to the designed value, so in order to design an actual device, the range of permissible error of the period must be taken into consideration, and the measurement error must be minimized within that error range. It needs to be evaluated. Considering the permissible error range of the event cycle ±O, 01nsec, it is better to set the event cycle Tp to 1009.2nsec.
It can be concluded that this setting is better than setting 00.2 nsec from the viewpoint of stability and variation in measurement errors. When this event period Tp is 1009.2nsecO,
The equivalent clock pulse train is a non-uniformly spaced pulse train. 7. Generalization of the evaluation function In Section 61, the characteristics of the evaluation function with respect to the event period Tp when the number of occurrences n and the clock period Tc are fixed are described. However, as mentioned above, the measurement error is due to the event period Tp
and clock period Tc should be evaluated within the entire allowable error range. For example, the measurement error should be evaluated using the maximum value of the quantization error within the tolerance range. Therefore, the fluctuation rate α of the event period Tp, the clock period T
A variation rate β of c is introduced, and the maximum value of the quantization error in the period allowable error range is set as a new evaluation function S of the measurement error. S (n, Tp, Tc, a a, β.)=Max
(R(n, Tp(1+α), Tc(1+β>)−aOa
Equation O can be transformed as follows. S (n, Tp, Tc, α., β.) hMax(R
(n, Tp(1+α)/(1+β), Tc)) −
rJfJ&9Max (R(n, ↑P(1+a-β),
Tc) ) −(J2rHowever, −α.≦α
≦α. , −β. ≦β≦β. It is. Further, Max is a function indicating the maximum value when the parameters α and β are changed within a predetermined range. For accurate analysis, the parameter α determines the tolerance range for the period required in the design. ,β. using 0
The new evaluation function S is numerically analyzed using Equation 0 to determine the event period Tp, clock period Tc, and number of occurrences n at which the function value is smaller than the required measurement error. However, by the −th order approximation, the evaluation function S can be simplified as follows. The measurement error evaluation function R is determined by the arrangement of the equivalent clock pulse trains as described above. This equivalent clock pulse train is arranged with an event period of 7
It is determined by the relative phase relationship between p and the clock period 7p. Therefore, instead of assuming that both the event period Tp and the clock period Tc vary, if the tolerance range is narrow, the clock period Tc is fixed as a -order approximation,
It is possible to replace the variation in the clock period Tc with the variation in the event period Tp. The above equation 0 is a new evaluation function based on −th order approximation.In the end, the allowable error range of the event period Tp is expanded to ±(α.+β.)Tp, and it is measured as the maximum value of the quantization error within that allowable range. What is necessary is to find a new evaluation function S for the error. Then, this evaluation function is numerically analyzed and determined using the above-mentioned formula, and the event period Tp and the number of occurrences n are determined so that the value of the evaluation function S satisfies the required measurement error. In addition, as an approximation method, the event period Tp is fixed,
The clock period Tc may include a tolerance range of the event period Tp. 8. Other study examples of evaluation functions■n=1000. Tc=10nsec, Tp=
1000.01nsec. α. , βo=50ppm (ppm=x 1O-1)
(α.+β5) When Tp=0.1 nsec. Value of new evaluation function S = 1Qnsec Also, evaluation function R
= O, 01nsec (=Tc/n> That is, Tc and Tp under this condition are values that satisfy equation (2). Therefore, if there is no variation in Tc and Tp, the measurement error is Q, Qlnsec is the lowest possible value. However, if a tolerance range of 50 ppm is set for each period, the maximum quantization error in that range will be 10 nsec. Therefore, in an actual device, the measurement error should be set to 0. It should not be 01nsec, but 10 in the worst case.
It should be nsec. In other words, if the device is manufactured under the above conditions, the measurement error of the device can vary within the range of Q, Qlnsec to 10 nsec. In other words, it can be said that the measurement error is not stable. ■n=1000. Tc=10nsec, Tp=10
00.1856nsec. α. , βo=50ppm (ppm=X 10-”)
(α.+βo) When Tp=0.1 nsec. The value of the new evaluation function S = 0.36 nsec, and the value of the evaluation function R = 0.16 nsec. In other words, this condition is (2)
The condition of the expression is not satisfied. However, if a tolerance range of 50 ppm is actually set for the period, the variation range of measurement error is 0.16 nsec.
It is 0.36 nsec from Therefore, in an actual device, the measurement error will never be larger than 0.36 nsec. Comparing the cases of ■ and ■, it can be seen that designing the equipment under the conditions of ■ has better stability of measurement error than in case of ■, and the measurement error is improved by about 28 times. Ru. 9. Characteristics of the evaluation function with respect to the number of occurrences ■ If the number of occurrences n is made infinitely large, the evaluation function R becomes infinitely small. ■ Even if the number of occurrences n is increased infinitely, the evaluation function S does not become infinitely small, and the fluctuation range α. 2β. converges to a certain value determined by . 10. Other Forms of Evaluation Function The evaluation function R of the measurement error described above was determined by the maximum displacement of the equivalent clock pulse, that is, the maximum value of the quantization error. However, since the displacement of the equivalent clock pulse has a certain distribution, the quantization error with respect to the number of times of time measurement also has a certain distribution. Therefore, instead of setting the evaluation function R as the maximum value of the quantization error, it may be set as the standard deviation in the distribution of the quantization error. Then, a new evaluation function S that takes into account the permissible error range of the period may be set as the maximum value of the standard deviation within the permissible error range. In short, since the purpose is to determine the period such that the measurement error is small within the allowable error range, the evaluation function R may be any function that can statistically evaluate the quantization error. Similarly, for the new evaluation function S, the standard deviation of R or the like may be used instead of the maximum value of R. (Effects of the Invention) The present invention provides an evaluation function for evaluating a measurement error based on each displacement for each pulse in an equidistant pulse train with a period Tc/n of each equivalent clock pulse in an equivalent clock pulse train. The event period Tp is calculated as a function of the period Tc and the number of occurrences n of the event, and the value of the evaluation function satisfies the required measurement error within the tolerance of the event period Tp and the tolerance of the clock pulse period Tc. and clock period Tc
I am trying to decide. Therefore, unlike the conventional determination method of designing an equivalent clock pulse train to obtain equal intervals and the minimum possible intervals,
In the present invention, the quantization error is evaluated over the entire periodic variation tolerance range. That is, since the rate of change of the quantization error with respect to the period is taken into consideration, the stability of the measurement error can be improved. A time measuring device manufactured by the period determination method of the present invention has less variation in measurement error from product to product, and also has less variation in measurement error due to changes over time such as temperature fluctuations.
第１図は本発明方法が適用される時間計測装置の具体的
な構成を示した回路図、第２図はイベント信号とクロッ
クパルスとの一般的関係を示したタイミングチャート、
第３図はイベント信号と等間隔の等価クロックパルスと
の関係を示したタイミングチャート、第４図はイベント
信号と不等間隔の等価クロックパルスとの関係及び等価
クロックパルスの変位を示したタイミングチャート、第
５図は等価クロックパルスの変位演算を説明するための
タイミングチャート、第６図は評価関数の具体例を示し
た特性図、第７図、第８図はその評価関数の部分拡大図
である。
１ パルス発生器 ４ クロック発生器７ クロックカ
ウンタFIG. 1 is a circuit diagram showing a specific configuration of a time measuring device to which the method of the present invention is applied, and FIG. 2 is a timing chart showing the general relationship between event signals and clock pulses.
Figure 3 is a timing chart showing the relationship between an event signal and equally spaced equivalent clock pulses, and Figure 4 is a timing chart showing the relationship between an event signal and unevenly spaced equivalent clock pulses and the displacement of the equivalent clock pulses. , Fig. 5 is a timing chart for explaining the displacement calculation of equivalent clock pulses, Fig. 6 is a characteristic diagram showing a specific example of the evaluation function, and Figs. 7 and 8 are partially enlarged views of the evaluation function. be. 1 Pulse generator 4 Clock generator 7 Clock counter
Claims (1)
ｐで生起回数ｎだけ繰り返し生起させ、クロック周期Ｔ
ｃで連続して生起しているクロックパルスを、前記各イ
ベントの前記各生起期間Ｔｘの間において、累積計数し
、その累積計数値を生起回数ｎによって平均化すること
で、前記イベントの生起期間Ｔｘを前記クロック周期Ｔ
ｃより小さい誤差で測定する装置において、 前記各イベント周期Ｔｐ内で生起される前記クロックパ
ルスの列を同一イベント周期内に写像した等価クロック
パルス列を想定し、 その等価クロックパルス列における各等価クロックパル
スの周期Ｔｃ／ｎの等間隔パルス列における各パルスに
対する各変位に基づいて、測定誤差を評価する評価関数
を、前記イベント周期Ｔｐ、前記クロック周期Ｔｃ、前
記イベントの生起回数ｎの関数として求め、前記イベン
ト周期Ｔｐの許容誤差、前記クロックパルス周期Ｔｃの
許容誤差の範囲において、前記評価関数の値が要求され
た測定誤差を満たすところのイベント周期Ｔｐとクロッ
ク周期Ｔｃを決定することを特徴とする周期決定方法。[Claims] Events having the same occurrence period Tx are defined by an event period T.
It is caused repeatedly by the number of occurrences n at p, and the clock period T
The occurrence period of the event is calculated by cumulatively counting the clock pulses that occur continuously at c during each of the occurrence periods Tx of each of the events, and averaging the cumulative count value by the number of occurrences n. Tx is the clock period T
In a device that measures with an error smaller than c, an equivalent clock pulse train is assumed in which the train of clock pulses occurring within each event period Tp is mapped within the same event period, and each equivalent clock pulse in the equivalent clock pulse train is An evaluation function for evaluating the measurement error is determined as a function of the event period Tp, the clock period Tc, and the number of occurrences n of the event based on the displacement for each pulse in the equally spaced pulse train with a period Tc/n, and A period determination method characterized by determining an event period Tp and a clock period Tc at which the value of the evaluation function satisfies a required measurement error within the range of an allowable error of the period Tp and an allowable error of the clock pulse period Tc. Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26722390A JP2969892B2 (en) | 1990-10-03 | 1990-10-03 | Period determination method in time measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP26722390A JP2969892B2 (en) | 1990-10-03 | 1990-10-03 | Period determination method in time measurement device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04142492A true JPH04142492A (en) | 1992-05-15 |
| JP2969892B2 JP2969892B2 (en) | 1999-11-02 |
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| JP (1) | JP2969892B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006276017A (en) * | 2005-03-25 | 2006-10-12 | Samsung Electronics Co Ltd | Method and device for distance measurement using low-frequency clock signal |
| JP2016006421A (en) * | 2014-06-04 | 2016-01-14 | ランティック ベタイリグングス−ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | Probabilistic digital delay measurement device |
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1990
- 1990-10-03 JP JP26722390A patent/JP2969892B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2006276017A (en) * | 2005-03-25 | 2006-10-12 | Samsung Electronics Co Ltd | Method and device for distance measurement using low-frequency clock signal |
| JP2016006421A (en) * | 2014-06-04 | 2016-01-14 | ランティック ベタイリグングス−ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | Probabilistic digital delay measurement device |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2969892B2 (en) | 1999-11-02 |
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