(57)【要約】【課題】マスタとスレーブを有し時計により同期する同期システムを得る。【解決手段】生成部と送受信時間の計測部を有するマスタ１１、第１折返し部を含みリセットを受信すると第１時刻に動作する第１スレーブ１２、第２折返し部を含みリセットを受信すると第２時刻に動作する第２スレーブ１３、第１信号を第１スレーブへ送信する第１ケーブル、それと等長で第１信号をマスタへ送信する第２ケーブル、第２信号を第２スレーブへ送信する第３ケーブル、それと等長で第２信号をマスタへ送信する第４ケーブルを備え、計測部は第１信号が第１信号折返し部を経て受信される時間の半分の第１時間と第２信号が第２信号折返し部を経て受信される時間の半分の第２時間を算出し、生成部は到達時間の中で第２時間が最長の場合は第２時刻を０に第２時間と第１時間の差を第１時刻に設定し、第１時間が最長の場合は第１時刻を０に第１時間と第２時間の差を第２時刻に設定する。【選択図】図１
2012191361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１同期用信号および第２同期用信号を送信する信号生成手段と、第１同期用信号および第２同期用信号の送信から受信までにかかる時間をそれぞれ計測する到達時間計測手段とを有するマスタ装置と、
マスタ装置から第１同期用信号を受信すると当該第１同期用信号をマスタ装置に送信する第１信号折返し手段と、第１動作時刻を保持し信号生成手段からのリセット信号を受信すると０からカウントを開始する第１計時手段とを有し第１計時手段が第１動作時刻になると動作する第１スレーブ装置と、
マスタ装置から第２同期用信号を受信すると当該第２同期用信号をマスタ装置に送信する第２信号折返し手段と、第２動作時刻を保持し信号生成手段からのリセット信号を受信すると０からカウントを開始する第２計時手段とを有し第２計時手段が第２動作時刻になると動作する第２スレーブ装置と、
第１同期用信号およびリセット信号をマスタ装置から第１スレーブ装置へ送信する第１ケーブルと、
第１ケーブルと長さおよび信号伝播速度が等しく第１同期用信号を第１スレーブ装置からマスタ装置へ送信する第２ケーブルと、
第２同期用信号およびリセット信号をマスタ装置から第２スレーブ装置へ送信する第３ケーブルと、
第３ケーブルと長さおよび信号伝播速度が等しく第２同期用信号を第２スレーブ装置からマスタ装置へ送信する第４ケーブルと、
を備え、
到達時間計測手段は、第１同期用信号が信号生成手段から送信されて、第１ケーブル、第１信号折返し手段、第２ケーブルを経て、到達時間計測手段に受信されるまでにかかる時間の半分である第１信号到達時間を算出し、第２同期用信号が信号生成手段から送信されて、第３ケーブル、第２信号折返し手段、第４ケーブルを経て、到達時間計測手段に受信されるまでにかかる時間の半分である第２信号到達時間を算出し、
信号生成手段は、到達時間計測手段が算出したスレーブ装置までの信号到達時間の中で第２信号到達時間が最も長い場合は、第２動作時刻は０に設定し、第２信号到達時間から第１信号到達時間を引いた時間を第１動作時刻として設定し、到達時間計測手段が算出したスレーブ装置までの信号到達時間の中で第１信号到達時間が最も長い場合は、第１動作時刻は０に設定し、第１信号到達時間から第２信号到達時間を引いた時間を第２動作時刻として設定する
ことを特徴とする同期制御システム。
【請求項２】
第１ケーブルと第３ケーブルは物理的に一体のバスケーブルであり、当該バスケーブルを介してマスタ装置と第１スレーブ装置と第２スレーブ装置がバス接続されており、
到達時間計測手段は、
第１同期用信号が信号生成手段から送信されて、第１ケーブル、第１信号折返し手段、第２ケーブルを経てマスタ装置に受信されるまでの時間を計測して第１信号到達時間を算出する第１到達時間計測部と、
第２同期用信号が信号生成手段から送信されて、第３ケーブル、第２信号折返し手段、第４ケーブルを経てマスタ装置に受信されるまでの時間を計測して第２信号到達時間を算出する第２到達時間計測部と
を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の同期制御システム。
【請求項３】
第２ケーブルと第４ケーブルは物理的に一体のバスケーブルであり、当該バスケーブルを介してマスタ装置と第１スレーブ装置と第２スレーブ装置がバス接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の同期制御システム。
【請求項４】
信号生成手段および到達時間計測手段に長さおよび信号伝播速度が等しい２本のケーブルがそれぞれ１本ずつ接続され、当該２本のケーブルの他端に接続された信号折返し手段と計時手段とを備えたスレーブ装置をさらに１つ以上備える
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の同期制御システム。
【請求項５】
マスタ装置は、到達時間計測手段が算出した複数のスレーブ装置までの信号到達時間の中で最も長い時間をマスタ動作時刻として保持し信号生成手段からのリセット信号を受信すると０からカウントを開始するマスタ計時手段を有し、マスタ計時手段がマスタ動作時刻になると動作する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の同期制御システム。
【請求項６】
信号の伝播速度が第１伝播速度である第１ケーブルと、
第１ケーブルと同じ長さで、信号の伝播速度が第１伝播速度より遅い第２伝播速度である第２ケーブルと、
マスタ計時手段と、第１ケーブルおよび第２ケーブルそれぞれ同時にマスタ計時手段の時刻情報を含んだ同期信号を送信する同期信号出力部とを有するマスタ装置と、
スレーブ計時手段と、第１ケーブルおよび第２ケーブルに接続され、第１ケーブルから受信した同期信号と第２ケーブルから受信した同期信号との到達時間差と、第１および第２伝播速度とに基づいて得られた遅延時間を前記時刻情報に加えた時刻をスレーブ計時手段に設定する同期制御部とを有するスレーブ装置と、
を備えたことを特徴とする同期制御システム。
【請求項７】
前記遅延時間は、到達時間差×第１伝播速度／（第１伝播速度−第２伝播速度）とする
ことを特徴とする請求項６に記載の同期制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置とで構成され、装置に内蔵する計時手段を持つシステムにおいて、装置内の計時手段を調整して、その計時手段に基づいて装置間で同期をとって動作する同期制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数の装置への信号の伝送においては、装置同士を接続するケーブル長や伝送経路の違いにより、送信先への到達時間がばらついてしまう伝送遅延が生じる。１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置とで構成され、装置に内蔵する計時手段を持つシステムにおいて、その計時手段を元に動作している装置は、伝送遅延は装置間の同期の精度に影響するため、伝送路の遅延、または装置内の計時手段を調整する精度の高い手法が必要となる。
【０００３】
このため、従来では、ケーブルの特性から遅延時間を予測し、その値で遅延調整を行い、例えば特許文献１のように、実装基板や半導体パッケージの配線基板の信号伝搬の遅延時間を調整するための遅延回路および遅延時間調整方法として、送信先までの伝搬遅延を計測し、それを入力とする遅延調整装置が信号に付加する遅延を調整することで、到達時間を調整している。
【０００４】
また、デバイス間の複数の信号経路を用いた信号の同時伝送において、例えば特許文献２に開示される技術においては、複数の伝送線路を用いて各伝送線路に信号を同時に伝送する場合に、回路の動作等に必要な本来の信号の伝送を一旦停止し、所定の同期サイクルを実行し、所定の時点を基準に各伝送線路間の信号の位相ずれを検出する。これにより、各伝送線路を経て受信された信号間に１周期を超える位相ずれがあっても、その位相ずれを適切に調整することで、同一周期のサイクルに信号スキューを合わせることにより、マスタデバイス、スレーブデバイスを含めたシステム全体を同期させている。また、遅延計測方法として、マスタデバイスからスレーブデバイスへの信号を折り返す技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０１０９１３号公報
【特許文献２】特開平１１−１６１６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術においては、実装基板や半導体パッケージの配線基板の信号伝搬の遅延時間調整に限定されていた。従って、ケーブルの特性のパラメータの一つとして、長さを求めなければならない。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載の従来技術においては、マスタ装置とスレーブ装置の間の遅延調整を行うためにマスタからスレーブへの送信にスレーブ数の接続を必要とし、スレーブからマスタへの折り返しの経路についてもスレーブ数分のケーブルを備える必要があるため、マスタ側は、スレーブ数分の送信用端子と受信用端子を設けるため配線もスレーブ数に応じて増加する。そのため、配線が複雑になり、また部品が増えることによるシステム全体でのコスト増大という課題が発生する。
【０００８】
また、遅延計測方法として示されている折り返し信号を使用して遅延時間を計測し、デバイス間の複数の信号を遅延調整して同時に信号を到着させるといった方法は知られているが、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で構成され、装置に内蔵する計時手段（時計）を持つシステムにおいて、装置内に内蔵する計時手段を合わせることで装置間の同期動作を実現する方法についての技術は示されていない。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で構成され、装置に内蔵する計時手段を持つシステムにおいて、装置内の計時手段を調整して、その計時手段に基づいて装置間で同期をとって動作する同期制御システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１同期用信号および第２同期用信号を送信する信号生成手段と、第１同期用信号および第２同期用信号の送信から受信までにかかる時間をそれぞれ計測する到達時間計測手段とを有するマスタ装置と、マスタ装置から第１同期用信号を受信すると当該第１同期用信号をマスタ装置に送信する第１信号折返し手段と、第１動作時刻を保持し信号生成手段からのリセット信号を受信すると０からカウントを開始する第１計時手段とを有し第１計時手段が第１動作時刻になると動作する第１スレーブ装置と、マスタ装置から第２同期用信号を受信すると当該第２同期用信号をマスタ装置に送信する第２信号折返し手段と、第２動作時刻を保持し信号生成手段からのリセット信号を受信すると０からカウントを開始する第２計時手段とを有し第２計時手段が第２動作時刻になると動作する第２スレーブ装置と、第１同期用信号およびリセット信号をマスタ装置から第１スレーブ装置へ送信する第１ケーブルと、第１ケーブルと長さおよび信号伝播速度が等しく第１同期用信号を第１スレーブ装置からマスタ装置へ送信する第２ケーブルと、第２同期用信号およびリセット信号をマスタ装置から第２スレーブ装置へ送信する第３ケーブルと、第３ケーブルと長さおよび信号伝播速度が等しく第２同期用信号を第２スレーブ装置からマスタ装置へ送信する第４ケーブルと、を備え、到達時間計測手段は、第１同期用信号が信号生成手段から送信されて、第１ケーブル、第１信号折返し手段、第２ケーブルを経て、到達時間計測手段に受信されるまでにかかる時間の半分である第１信号到達時間を算出し、第２同期用信号が信号生成手段から送信されて、第３ケーブル、第２信号折返し手段、第４ケーブルを経て、到達時間計測手段に受信されるまでにかかる時間の半分である第２信号到達時間を算出し、信号生成手段は、到達時間計測手段が算出したスレーブ装置までの信号到達時間の中で第２信号到達時間が最も長い場合は、第２動作時刻は０に設定し、第２信号到達時間から第１信号到達時間を引いた時間を第１動作時刻として設定し、到達時間計測手段が算出したスレーブ装置までの信号到達時間の中で第１信号到達時間が最も長い場合は、第１動作時刻は０に設定し、第１信号到達時間から第２信号到達時間を引いた時間を第２動作時刻として設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で構成された同期制御システムにおいて、装置間の精度の高い同期した動作を提供することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る同期制御システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る同期を実現するための手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における、信号到達時間の算出方法の例を説明した図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２に係る同期制御システムの構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３に係る同期制御システムの構成を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３に係る同期を実現するための手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態４に係る同期制御システムの構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態４に係る到達時間差を有して２つの同期信号送信用ケーブルそれぞれを介して同期信号が到着する様子を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態４に係る同期を実現するための手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態４に係る同期を実現するための動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる同期制御システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る同期制御システム１０の構成を示す図である。同期制御システム１０は、内部の装置間で同期をとって動作する構成となっている。同期システム１０は、装置ａ（マスタ）１１と、装置ｂ（スレーブ）１２および装置ｎ（スレーブ）１３を含む複数のスレーブ装置を備えている。装置ａ（マスタ）１１と装置ｂ（スレーブ）１２は、装置ａ（マスタ）１１から装置ｂ（スレーブ）１２へ信号を送信するためのケーブル６１で接続され、さらに当該信号を受け取った装置ｂ（スレーブ）１２が装置ａ（マスタ）１１へ信号を折り返すためのケーブル６１と長さの等しいケーブル６２で接続されている。
【００１５】
また、装置ａ（マスタ）１１と装置ｎ（スレーブ）１３は、装置ａ（マスタ）１１から装置ｎ（スレーブ）１３へ信号を送信するためのケーブル６３で接続され、さらに当該信号を受け取った装置ｎ（スレーブ）１３が装置ａ（マスタ）１１へ信号を折り返すためのケーブル６３と長さの等しいケーブル６４で接続されている。
【００１６】
なお、本実施の形態において、ケーブル６１、６２における信号の伝播速度は同じで、ケーブル６３、６４における信号の伝播速度は同じあるとする。
【００１７】
装置ａ（マスタ）１１は、装置ｂ（スレーブ）１２と装置ｎ（スレーブ）１３へ送信する信号を生成する信号生成手段３１、各々のスレーブ装置ｂ１２および装置ｎ１３から折り返された信号の到達時間を計測する到達時間計測手段（装置ｂ用）５１および到達時間計測手段（装置ｎ用）５２、そして計時手段２１（例えば時計、以下同様）を備えている。装置ａ（マスタ）１１は、計時手段２１に基づいて動作する装置である。
【００１８】
装置ｂ（スレーブ）１２は、装置ａ（マスタ）１１から送出された信号を装置ａ（マスタ）１１へ折り返すための信号折り返し手段４１と計時手段２２を備えている。信号折り返し手段４１はスイッチを備えており、受信した信号を折り返し返信することが可能である。装置ｂ（スレーブ）１２は、計時手段２２に基づいて動作する装置である。装置ｎ（スレーブ）１３は、装置ｂ（スレーブ）１２と同様の構成であり、信号折り返し手段４２と計時手段２３を備えている。
【００１９】
図２は、同期制御システム１０における装置間の同期を実現するための手順を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って説明する。
【００２０】
まず、装置ａ（マスタ）１１は、信号生成手段３１で生成した信号をケーブル６１を介して装置ｂ（スレーブ）１２に送信する（ステップＳ８１）。同時に、到達時間計測手段（装置ｂ用）５１で時間計測を開始する（ステップＳ８２）。装置ｂ（スレーブ）１２は、装置ａ（マスタ）１１から送信された信号を信号折返し手段４１によりケーブル６２を介して装置ａ（マスタ）１１へ折り返す（ステップＳ８３）。装置ａ（マスタ）１１は、折り返された信号を到達時間計測手段５１で受信すると、折り返し信号到達時間の計測を完了する（ステップＳ８４）。
【００２１】
ステップＳ８１からＳ８４までの手順を装置ごと、即ち装置ｂ、装置ｎに対して同時に行う。なお、図１の構成では複数のスレーブ装置に対して同時計測が可能であるが、同時計測でなく順次計測を実行することも可能である。
【００２２】
計測した結果に基づいて装置ａ（マスタ）１１から装置ｂ（スレーブ）１２までの片道の時間である信号到達時間を算出する（ステップＳ８５）。信号到達時間は、ケーブル６１とケーブル６２が等しい長さなので到達時間計測手段５１による計測結果である往復にかかった折り返し信号到達時間の２分の１である。
【００２３】
ここで、図３は信号到達時間の算出方法の例を示したものである。図３において、装置ａ（マスタ）１１から信号を出力した時刻（信号送信時刻）をＴａとする。装置ｂ（スレーブ）１２を経由して再び装置ａに入力された時刻（折り返し信号到達時刻）をＴａｂａとすると、装置ａ（マスタ）１１から装置ｂ（スレーブ）１２までの片道の時間（信号到達時間）Ｔａｂは、折り返し信号到達時刻から信号送信時刻を引いた時間である折り返し信号到達時間の２分の１となる。即ち、（Ｔａｂａ−Ｔａ）÷２で算出できる。同様に装置ａ（マスタ）１１から装置ｎ（スレーブ）１３までの片道の時間（信号到達時間）Ｔａｎは、（Ｔａｎａ−Ｔａ）÷２で算出できる。他にスレーブ装置がある場合も同様にして信号到達時間が算出可能である。
【００２４】
ここで例えば、装置ｎ（スレーブ）１３への信号が複数のスレーブ装置の中で一番遅く到達すると仮定する。装置ａ（マスタ）１１から装置ｎ（スレーブ）１３へ動作指令信号が到達した時に全てのスレーブ装置が同期して動作するようにするためには、例えば装置ｂ（スレーブ）１２の計時手段２２は動作時刻として（Ｔａｎ−Ｔａｂ）をセットする（ステップＳ８６）。他にスレーブ装置がある場合も同様にして当該装置内の計時手段に動作時刻をセットする。また、装置ｎ（スレーブ）１３の計時手段２３は動作時刻として０をセットする（ステップＳ８６）。装置ａ（マスタ）１１から各スレーブ装置に対して動作時刻をセットする方法としては、例えば、装置ｂ（スレーブ）１２に対しては信号生成手段３１から信号折返し手段４１を介して計時手段２２に上記した動作時刻（Ｔａｎ−Ｔａｂ）をセットし、装置ｎ（スレーブ）１３に対しては信号生成手段３１から信号折返し手段４２を介しての計時手段２３に上記した動作時刻０をセットすればよい。
【００２５】
各スレーブ装置毎の計時手段に動作時刻をセットした後、装置ａ（マスタ）１１から各スレーブ装置毎の計時手段をリセットする（０にする）リセット信号をケーブル６１および６３に同時に送信する（ステップＳ８７）。装置ｂ（スレーブ）１２はリセット信号が到達すると計時手段２２が０にリセットされただちに０からカウントを開始し、セットされた動作時刻（Ｔａｎ−Ｔａｂ）になると動作する。他にスレーブ装置がある場合も同様である。最後にリセット信号が到達する装置ｎ（スレーブ）１３は、動作時刻が０にセットされているので、リセット信号が到達して計時手段２３が０にリセットされるとただちに動作する（ステップＳ８８）。これにより全てのスレーブ装置を同時に同期させて動作させることが可能となる。
【００２６】
なお、装置ａ（マスタ）１１は、さきに求めた装置ａ（マスタ）１１から装置ｎ（スレーブ）１３までの信号到達時間Ｔａｎを動作時刻として計時手段２１にセットしておく。上記リセット信号を送信すると同時に計時手段２１を時刻０からカウントを開始させて動作時刻Ｔａｎで装置ａ（マスタ）１１も動作するようにすれば、装置ｂ（スレーブ）１２および装置ｎ（スレーブ）１３と同時に動作させることが可能である。
【００２７】
以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる同期制御システム１０は、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で構成され、各装置に内蔵する時計を持つシステムであって、マスタ装置内に信号を生成する手段を備え、その信号を各々のスレーブ装置に送信する手段と、その信号をマスタ装置からスレーブ装置へ伝送する複数本のケーブルを備え、当該信号をスレーブ装置で折り返す手段と、当該信号をスレーブ装置からマスタ装置へ伝送する上記ケーブルとスレーブ装置毎にそれぞれ長さの等しい複数本のケーブルを備えている。マスタ装置は、上記信号を送信してからスレーブ装置を経由して、マスタ装置に戻ってくるまでの時間を計測する手段と、その計測時間から同期用信号がマスタ装置からスレーブ装置に到達する片道までの時間を求め、各々の時計に同期用信号の到達時間を考慮した動作時刻をセットする手段とを備え、マスタ装置からスレーブ装置へ伝送するケーブルを使用して、マスタ装置から同期用信号を送信して、各々のスレーブ装置内の時計を合わせて、マスタ装置と複数のスレーブ装置は各々が備える時計に基づいて同期して動作する。
【００２８】
これによりマスタ装置と全てのスレーブ装置を同時に同期させて動作させることが可能となる。即ち、本実施の形態においては、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で構成されたシステムにおいて、信号の到達時間を計測するときに、マスタ装置に到達時間の計測と算出を任せ、マスタ装置の時計とずれた時計を持つスレーブ装置で受信処理をしないことで、精度の高い到達時間の計測が可能になる。この結果、装置間の同期した動作を提供することが可能となる。
【００２９】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る同期制御システム１１０の構成を示す図である。実施の形態２に係る同期制御システム１１０は、実施形態１に係る同期制御システム１０において、装置ａ（マスタ）１１から信号を送信するケーブルがケーブル６１および６３と複数本であったものをバス接続構成による１本のケーブルであるケーブル１６１に変更し、装置間で同期をとって動作する構成となっている。
【００３０】
同期制御システム１１０は、装置ａ（マスタ）１１１と、装置ｂ（スレーブ）１１２および装置ｎ（スレーブ）１１３を含む複数のスレーブ装置を備えている。装置ａ（マスタ）１１１と装置ｂ（スレーブ）１１２は、装置ａ（マスタ）１１１から装置ｂ（スレーブ）１１２および装置ｎ（スレーブ）１１３へ信号を送信するためバス接続構成にしたケーブル１６１で接続され、さらに装置ａ（マスタ）１１１から当該信号を受け取った装置ｂ（スレーブ）１１２が装置ａ（マスタ）１１１へ信号を折り返すために、ケーブル１６１の装置ａ（マスタ）１１１−装置ｂ（スレーブ）１１２間の長さと長さが等しいケーブル１６２で接続されている。
【００３１】
また、装置ａ（マスタ）１１１と装置ｎ（スレーブ）１１３は、装置ａ（マスタ）１１１から装置ｂ（スレーブ）１１２および装置ｎ（スレーブ）１１３へ信号を送信するためバス接続構成にしたケーブル１６１で接続され、さらに装置ａ（マスタ）１１１から当該信号を受け取った装置ｎ（スレーブ）１１３が装置ａ（マスタ）１１１へ信号を折り返すために、ケーブル１６１の装置ａ（マスタ）１１１−装置ｎ（スレーブ）１１３間の長さと長さが等しいケーブル１６４で接続されている。
【００３２】
なお、本実施の形態において、ケーブル１６１、１６２、１６４における信号の伝播速度は全て同じであるとする。
【００３３】
実施の形態１と同様に、装置ａ（マスタ）１１１は、装置ｂ（スレーブ）１１２と装置ｎ（スレーブ）１１３へ送信する信号を生成する信号生成手段１３１、各々のスレーブ装置ｂ１１２および装置ｎ１１３から折り返された信号の到達時間を計測する到達時間計測手段（装置ｂ用）１５１および到達時間計測手段（装置ｎ用）１５２、そして計時手段１２１を備えている。装置ａ（マスタ）１１１は、計時手段１２１に基づいて動作する装置である。
【００３４】
またスレーブ装置についても実施の形態１と同様に、装置ｂ（スレーブ）１１２は、装置ａ（マスタ）１１１から送出された信号を装置ａ（マスタ）１１１へ折り返すための信号折り返し手段１４１と計時手段１２２を備えている。信号折り返し手段１４１はスイッチを備えており、受信した信号を折り返し返信することが可能である。装置ｂ（スレーブ）１１２は、計時手段１２２に基づいて動作する装置である。装置ｎ（スレーブ）１１３は、装置ｂ（スレーブ）１１２と同様の構成であり、信号折り返し手段１４２と計時手段１２３を備えている。
【００３５】
同期制御システム１１０におけるマスタ−スレーブ装置間の同期を実現するための手順は、図２に示したフローチャートと同じであるが、図２のステップＳ８６における計時手段の動作時刻のセット方法が実施の形態１とは異なる。従って、ステップＳ８６の動作のみ以下に説明する。
【００３６】
本実施の形態においては、装置ａ（マスタ）１１１から各スレーブ装置の計時手段にセットする動作時刻をバス接続構成にしたケーブル１６１を用いて送信する時、各動作時刻は当該動作時刻が設定されるべきスレーブ装置を含めたすべてのスレーブ装置に送信されてしまう。従って、ケーブル１６１を介して送信された各動作時刻をスレーブ装置側で識別しなければならない。そのため、各動作時刻に、当該動作時刻がセットされるべき計時手段を備えたスレーブ装置を識別する信号も同時に付加し、スレーブ装置側で自分宛の動作時刻か否かを判別し、自分宛であれば自らの計時手段に当該動作時刻をセットし、他のスレーブ装置宛であれば無視する。これにより全てのスレーブ装置を同時に同期させて動作させることが可能となる。さらに、実施の形態１と同様に装置ａ（マスタ）１１１を、全てのスレーブ装置を同時に同期させて動作させることも可能である。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施の形態２にかかる同期制御システム１１０は、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で構成され、各装置に内蔵する時計を持つシステムであって、マスタ装置内に信号を生成する手段を備え、その信号を各々のスレーブ装置に送信する手段と、その信号をマスタ装置からスレーブ装置へ伝送するバス接続構成による１本のケーブルを備えている。各々のスレーブ装置はこのケーブルにバス接続され、当該信号をスレーブ装置で折り返す手段と、当該信号をスレーブ装置からマスタ装置へ伝送する上記バス接続したケーブルのマスタ装置と当該スレーブ装置との間の長さと長さの等しいスレーブ装置分の複数本のケーブルを備えている。マスタ装置は、上記信号を送信してからスレーブ装置を経由して、マスタ装置に戻ってくるまでの時間を計測する手段と、その計測時間から同期用信号がマスタ装置からスレーブ装置に到達する片道までの時間を求め、各々の時計に同期用信号の到達時間を考慮した動作時間をセットする手段とを備え、マスタ装置からスレーブ装置へ伝送するケーブルを使用して、マスタ装置から同期用信号を各スレーブ装置が自分宛か否かが判別できるような識別信号を付加して送信して、各々のスレーブ装置内の時計を合わせて、マスタ装置と複数のスレーブ装置は各々が備える時計に基づいて同期して動作することを特徴とする。
【００３８】
これにより、スレーブ装置からマスタ装置への経路については、スレーブ装置分のケーブル本数となるが、マスタ装置からスレーブ装置へは、１本のケーブルによる構成となるため、配線が簡素化され、部品点数が増加するのを抑えた上で、マスタ装置および全てのスレーブ装置を同時に同期させて動作させることが可能となる。
【００３９】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る同期制御システム２１０の構成を示す図である。実施の形態３に係る同期制御システム２１０は、実施形態１に係る同期制御システム１０において、スレーブ装置からの折り返し信号を送信するケーブルがケーブル６２および６４と複数本であったものをバス接続構成による１本のケーブルであるケーブル２６２とし、装置間で同期をとって動作する構成となっている。
【００４０】
同期制御システム２１０は、装置ａ（マスタ）２１１と、装置ｂ（スレーブ）２１２および装置ｎ（スレーブ）２１３を含む複数のスレーブ装置を備えている。装置ａ（マスタ）２１１と装置ｂ（スレーブ）２１２は、装置ａ（マスタ）２１１から装置ｂ（スレーブ）２１２へ信号を送信するためのケーブル２６１で接続され、さらに、この信号を折り返すためのバス接続構成にしたケーブル２６２が接続されている。ケーブル２６２の装置ｂ（スレーブ）２１２−装置ａ（マスタ）２１１間の長さはケーブル２６１と長さが等しくなっている。
【００４１】
また、装置ａ（マスタ）２１１と装置ｎ（スレーブ）２１３は、装置ａ（マスタ）２１１から装置ｎ（スレーブ）２１３へ信号を送信するためのケーブル２６３で接続され、さらに、この信号を折り返すためにケーブル２６２が接続されている。ケーブル２６２の装置ｎ（スレーブ）２１３−装置ａ（マスタ）２１１間の長さはケーブル２６３と長さが等しくなっている。
【００４２】
なお、本実施の形態において、ケーブル２６１、２６２、２６３における信号の伝播速度は全て同じであるとする。
【００４３】
装置ａ（マスタ）２１１は、装置ｂ（スレーブ）２１２と装置ｎ（スレーブ）２１３へ送信する信号を生成する信号生成手段２３１、各々のスレーブ装置ｂ２１２および装置ｎ２１３から折り返された信号の到達時間を計測する到達時間計測手段（装置共通）２５１、そして計時手段２２１を備えている。到達時間計測手段２５１がスレーブ装置毎ではなく共通に１つ設けられているところが、実施の形態１および２と異なる。装置ａ（マスタ）２１１は、計時手段２２１に基づいて動作する装置である。
【００４４】
装置ｂ（スレーブ）２１２は、装置ａ（マスタ）２１１から送出された信号を装置ａ（マスタ）２１１へ折り返すための信号折り返し手段２４１と計時手段２２２を備えている。装置ｂ（スレーブ）２１２は、計時手段２２２に基づいて動作する装置である。装置ｎ（スレーブ）２１３は、装置ｂ（スレーブ）２１２と同様の構成であり、信号折り返し手段２４２と計時手段２２３を備えている。
【００４５】
同期制御システム１１０におけるマスタ−スレーブ装置間の同期を実現するための手順は、図２に示したフローチャートと基本的には同じであるが、本実施の形態においては、到達時間計測手段２５１と折り返し信号のためのケーブル２６２をすべてのスレーブ装置で共通化しているので、実施の形態１ではすべてのスレーブ装置に対して同時に実行可能であったステップＳ８１〜Ｓ８４までを、スレーブ装置の数だけ繰り返し行わなければならない。従って、同期制御システム２１０における装置間の同期を実現するための手順を示すフローチャートは図６に示したものとなる。
【００４６】
図６にて、まず、装置ａ（マスタ）２１１は、信号生成手段２３１で生成した信号をケーブル２６１を介して装置ｂ（スレーブ）２１２に送信する（ステップＳ８１）。同時に、到達時間計測手段（装置共通）２５１で計測を開始する（ステップＳ８２）。装置ｂ（スレーブ）２１２は、装置ａ（マスタ）２１１から送信された信号を信号折返し手段２４１によりケーブル２６２を介して装置ａ（マスタ）２１１へ折り返す（ステップＳ８３）。装置ａ（マスタ）２１１は、折り返された信号を到達時間計測手段２５１で受信すると、折り返し信号到達時間の計測を完了する（ステップＳ８４）。さらに装置ａ（マスタ）２１１は、信号生成手段２３１で生成した信号をケーブル２６３を介して装置ｎ（スレーブ）２１３に送信する（ステップＳ９１）。同時に、到達時間計測手段（装置共通）２５１で計測を開始する（ステップＳ９２）。装置ｎ（スレーブ）２１３は、装置ａ（マスタ）２１１から送信された信号を信号折返し手段２４２によりケーブル２６２を介して装置ａ（マスタ）２１１へ折り返す（ステップＳ９３）。装置ａ（マスタ）２１１は、折り返された信号を到達時間計測手段２５１で受信すると、折り返し信号到達時間の計測を完了する（ステップＳ９４）。スレーブ装置がさらに増えた場合は、スレーブ装置数分ステップＳ８１〜Ｓ８４と同様の手順を繰り返して、各スレーブ装置までの信号到達時間を計測する。これにより全てのスレーブ装置を同時に同期させて動作させることが可能となる。さらに、実施の形態１と同様に装置ａ（マスタ）２１１を、全てのスレーブ装置を同時に同期させて動作させることも可能である。
【００４７】
以上説明したように、本発明の実施の形態３にかかる同期制御システム２１０は、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で構成され、各装置に内蔵する時計を持つシステムであって、マスタ装置内に信号を生成する手段を備え、その信号を各々のスレーブ装置に送信する手段と、その信号をマスタ装置からスレーブ装置へ伝送する複数本のケーブルを備えている。各々のスレーブ装置は、この信号をスレーブ装置で折り返す手段と、この信号をスレーブ装置からマスタ装置へ伝送するバス接続された共通の１本のケーブルを備え、スレーブ装置はこの共通の１本のケーブルにバス接続されている。マスタ装置は上記信号をスレーブ装置毎に送信するための切替え手段と、遅延計測のための信号を送信してからスレーブ装置を経由して、マスタ装置に戻ってくるまでの時間を計測する手段と、この計測時間から同期用信号がマスタ装置からスレーブ装置に到達する片道までの時間を求め、各スレーブ装置の各々の時計に同期用信号の到達時間を考慮した遅延時間をセットする手段とを備え、マスタ装置からスレーブ装置へ伝送するケーブルを使用して、マスタ装置から同期用信号を送信して、各々のスレーブ装置内の時計を合わせて、マスタ装置と複数のスレーブ装置を同期して動作させる。
【００４８】
各スレーブ装置からマスタ装置へ折り返すケーブルをバス接続構成による１本の折り返しケーブルとすることにより、マスタ装置から各スレーブ装置への経路については、スレーブ装置分のケーブル本数となるが、スレーブ装置からマスタ装置へは、１本のケーブルによる構成となるため、配線が簡素化され、部品点数が増加するのを抑えた上で、マスタ装置および全てのスレーブ装置を同時に同期させて動作させることが可能となる。
【００４９】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係る同期制御システム３００の構成を示す図である。この同期制御システム３００は、マスタ装置３０１とスレーブ装置３０２を、２本の同期信号送信用ケーブル３３０、３３１で接続し、マスタ装置３０１とスレーブ装置３０２との間の同期をとるシステムである。マスタ装置３０１は、内蔵した計時手段３１０と同期信号出力部３２０を備える。スレーブ装置３０２は、内蔵した計時手段３１１と同期制御部３２１を備える。
【００５０】
計時手段３１０、３１１はマスタ装置３０１およびスレーブ装置３０２が動作タイミングの基準とするための計時手段であり、マスタ装置３０１およびスレーブ装置３０２はそれぞれの計時手段３１０、３１１に基づいて動作する。本同期制御システム３００では、計時手段３１０、３１１の時刻を合わせることで、マスタ装置３０１とスレーブ装置３０２とを同期させる。
【００５１】
同期信号出力部３２０は、スレーブ装置３０２の計時手段３１１を計時手段３１０に同期させるための同期信号を出力する。同期信号には計時手段３１０の時刻情報が含まれており、同期信号送信用ケーブル３３０、３３１を介してスレーブ装置３０２に伝播される。
【００５２】
同期信号送信用ケーブル３３０、３３１は、長さの等しいケーブルであり、同期信号出力部３２０は２本のケーブル両方に同時に同期信号を出力する。また、同期信号の伝播遅延を測定するために、双方のケーブルは信号伝播速度が異なるものを用いる。
【００５３】
同期制御部３２１は、入力される同期信号から得た時刻情報に、同期信号の伝播遅延を加えて計時手段３１１の時刻更新を行う。同期信号の伝播遅延とは、同期信号出力部３２０が同期信号を出力し、同期制御部３２１に入力されるまでの時間である。
【００５４】
ここで、同期制御部３２１が同期信号の伝播遅延時間を求める方法について説明する。同期制御部３２１は、同期信号送信用ケーブル３３０、３３１から入力される同期信号の到達時間差を求める機能を備える。ここで、同期信号送信用ケーブル３３０の伝播速度をＡ１、３３１の伝播速度をＡ２とし、伝播速度の大小関係をＡ１＞Ａ２とする。これらの伝播速度は各ケーブル毎に事前に得られており既知であることを前提とする。
【００５５】
このとき、図８に示すように、２つの同期信号送信用ケーブル３３０、３３１それぞれを介した同期信号の到達時間差をＸ、伝播速度の速い同期信号送信用ケーブル３３０を介した同期信号が同期信号出力部３２０から出力され同期制御部３２１に入力されるまでの遅延時間をＹとする。すると同期信号送信用ケーブル３３０と同期信号送信用ケーブル３３１の長さが等しいことから、以下の関係が成り立つ。
Ａ１×Ｙ  ＝  Ａ２×（Ｙ＋Ｘ）      （式１）
【００５６】
上記（式１）の関係より、遅延時間Ｙは以下の式で求めることが可能となる。
Ｙ  ＝  Ｘ×Ａ２／（Ａ１−Ａ２）      （式２）
【００５７】
上記（式２）の関係を用いた同期の手順を図９のフローチャートに沿って説明する。同期処理は、マスタ装置３０１の同期信号出力部３２０が、計時手段３１０から取得した時刻情報を同期信号として出力することで開始される(ステップＳ３４０)。同期信号は同期信号送信用ケーブル３３０、３３１を介して出力され、スレーブ装置３０２の同期制御部３２１は、この同期信号の入力を監視する。即ち、ステップＳ３４１にて同期制御部３２１は同期信号送信用ケーブル３３０を介して同期信号を受信したか否かを監視し、未受信の状態（ステップＳ３４１：Ｎｏ）なら監視を継続し、同期信号を受信すると（ステップＳ３４１：Ｙｅｓ）、同期制御部３２１は時刻の計測を開始する(ステップＳ３４２)。その後は、もう一方のケーブルである同期信号送信用ケーブル３３１を介して同期信号を受信したか否かを監視し（ステップＳ３４３）、未受信の状態なら（ステップＳ３４３：Ｎｏ）受信するまで時刻の計測を続ける。同期信号送信用ケーブル３３１を介して次の同期信号を受信した（ステップＳ３４３：Ｙｅｓ）時点で計測を終了し、受信した２つの同期信号の到達時間の差Ｘを求める(ステップＳ３４４)。
【００５８】
この到達時間差Ｘと上記（式２）より、同期信号の伝播遅延Ｙを求める（ステップＳ３４５）。同期信号送信用ケーブル３３１を介して同期信号を受信したときに当該同期信号に含まれる時刻情報に遅延時間（Ｘ＋Ｙ）を加えた時刻がマスタ装置３０１の計時手段３１０と同じ時刻となる。ここで遅延時間（Ｘ＋Ｙ）を（式２）を用いて計算すると以下の（式３）のようになる。
Ｘ＋Ｙ  ＝  Ｘ×Ａ１／（Ａ１−Ａ２）      （式３）
【００５９】
したがって、同期信号送信用ケーブル３３１を介して同期信号を受信したときに当該同期信号に含まれる計時手段３１０から送られた時刻情報に遅延時間として（式３）の値を加えた時刻に、計時手段３１１の時刻を更新する(ステップＳ３４６)。以上の手順を完了することにより、マスタ装置３０１とスレーブ装置３０２の同期を完了する。以上説明した図９のフローチャートで示した同期動作の様子をタイムチャートにしたものが図１０である。
【００６０】
なお、上記説明においては、図７に示したようにスレーブ装置３０２は一台であるとして説明したが、図７において並列して複数同様なスレーブ装置があっても本実施の形態は実現可能である。この場合、スレーブ装置毎に同一の長さで伝播速度の異なる同期信号送信用ケーブルを２本備えてマスタ装置３０１と接続して図９に示したフローチャートの動作を実行すれば、マスタ装置３０１および全てのスレーブ装置の同期が可能であることは明らかである。
【００６１】
以上説明したように、本発明の実施の形態４にかかる同期制御システム３００は、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で構成され、各装置に内蔵する時計を持つシステムであって、マスタ装置は各々のスレーブ装置に遅延を計測するための同期信号を送信する手段と、同期信号をマスタ装置からスレーブ装置へ伝送する速度係数の異なるケーブルをスレーブ装置毎２本備える。スレーブ装置はこの２本のケーブルで伝送された同期信号がスレーブ装置に到達する時間差を計測する手段を備えることにより、この時間差よりマスタ装置からスレーブ装置までの信号の到達時間を算出し、マスタ装置から送信された時刻情報に、到達時間を加算する手段を備える。これにより、マスタ装置と１つ以上のスレーブ装置が各々の時計に基づいて同期して動作する。
【００６２】
マスタ装置３０１からスレーブ装置３０２までの信号の到達時間を伝播速度（速度係数）の異なる同じ長さの２本の同期信号送信用ケーブル３３０、３３１で伝送された信号の到達時間差の実測値のみで算出するので、ケーブルの長さが未知であっても、マスタ装置３０１とスレーブ装置３０２の同期が可能となる。
【００６３】
更に、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。
【００６４】
例えば、上記実施の形態１乃至４それぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態１乃至４にわたる構成要件を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかる同期制御システムは、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で構成されるシステムに有用であり、特に、マスタ装置およびスレーブ装置が計時手段を備え、各装置内の計時手段を調整してそれに基づいて装置間で同期をとって動作する同期制御システムに適している。
【符号の説明】
【００６６】
１０、１１０、２１０、３００  同期制御システム
１１、１１１、２１１  装置（マスタ）
１２、１３、１１２、１１３、２１２、２１３  装置（スレーブ）
２１〜２３、１２１〜１２３、２２１〜２２３、３１０、３１１  計時手段
３１、１３１、２３１  信号生成手段
４１、４２、１４１、１４２、２４１、２４２  信号折返し手段
５１、５２、１５１、１５２、２５１  到達時間計測手段
６１、６２、６３、６４、１６１、１６２、１６４、２６１、２６２、２６３  ケーブル
３０１  マスタ装置
３０２  スレーブ装置
３２０  同期信号出力部
３２１  同期制御部
３３０、３３１  同期信号送信用ケーブル
Ｓ８１〜Ｓ８８、Ｓ９１〜Ｓ９４、Ｓ３４０〜Ｓ３４６  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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