JP6207792B2 - 移動距離計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体の移動距離を計測する移動距離計測装置及び移動距離計測方法に関する。本発明はさらに、移動距離計測装置を備えたエレベーター及び車両に関する。

エレベーターのかご、車両などの移動体に取り付けられ、電波を用いて移動体の移動距離及び／又は速度を計測する移動距離計測装置が、例えば特許文献１及び２に開示されている。

特許文献１は、移動体（車両）から固定面（地面）に送信信号を電波として照射し、送信信号に対する反射信号の位相差に基づいて移動体の移動距離を算出することを開示している。反射信号の振幅情報を用いずに位相差の積算値（積算位相）に基づいて移動距離を算出するので、固定面の電波の反射状態が急激に変動した場合でも、正確に移動距離を計測できる。

特許文献２は、エレベーターのかごからガイドレール又は壁に電波を照射し、反射波のドップラシフト量からかごの速度を算出するエレベーターの安全装置において、２つのドップラセンサを進行方向に対して前後対称又は左右対称に略同一の照射角度となるように取り付け、両者の検出信号に基づいて照射角度を校正することを開示している。

国際公開第２０１３／１０５３５９号 特開２０１０−１０５７５４号公報

移動距離計測装置は、送信信号に対する反射信号の位相差を算出するために、反射信号の直交検波（ＩＱ検波）を行ってＩＱ平面上における反射信号の座標を算出する。しかしながら、送信信号を発生する発振器及びアンテナの温度特性及び製造ばらつきに起因するＤＣオフセットによって、また、送信アンテナから受信アンテナに直接に入射する直接波によって、反射信号の位相回転の中心、すなわち、ＩＱ平面上における反射信号の座標の回転の中心が原点からずれることがある。この場合、位相差を正確に求められず、移動距離の算出結果に誤差が生じるという課題がある。

特許文献１によれば、反射波の振幅情報を用いずに位相差積算値に基づいて移動距離を算出するので、金属物体の存在によって電波の反射状態が変動しても、移動距離を正確に算出できる。しかし、反射信号の位相回転中心がＩＱ平面の原点からずれている場合に補正する手段を備えていない。

特許文献２は、２つのドップラセンサを備え、両者の検出信号に基づいて照射角度を校正するので、センサの取付誤差による照射角度のずれを容易に校正できる。しかし、反射信号の位相回転の中心がＩＱ平面の原点からずれている場合に補正する手段を備えていない。

本発明の目的は、上記の課題を解決し、反射信号の位相回転の中心がＩＱ平面の原点からずれる場合であっても移動体の移動距離を正確に計測できる移動距離計測装置及び移動距離計測方法を提供することにある。本発明の目的はさらに、移動距離計測装置を備えたエレベーター及び車両を提供することにある。

本発明の一態様に係る移動距離計測装置は、
固定面に沿って移動する移動体に設けられ、当該移動体の移動距離を計測する移動距離計測装置において、前記移動距離計測装置は、
無線周波数を有する送信信号を複数の単位時間区間にわたって発生する発振器と、
前記送信信号を前記固定面に電波として照射する送信アンテナと、
前記送信アンテナから前記固定面に照射されて前記固定面で反射された電波を受信し、前記送信信号に対応する反射信号として取得する受信アンテナと、
前記複数の単位時間区間のそれぞれにおいて前記送信信号を基準信号として用いて前記反射信号を直交検波し、前記複数の単位時間区間にそれぞれ対応する複数のＩＱ信号であって、ＩＱ平面上における前記反射信号の座標をそれぞれ示す複数のＩＱ信号を取得するＩＱ信号取得手段と、
前記ＩＱ平面上における前記反射信号の位相回転中心の座標を検出する位相回転中心検出手段と、
前記ＩＱ平面上における前記反射信号の座標と前記位相回転中心の座標とに基づいて前記送信信号に対する前記反射信号の位相差を算出し、前記位相差に基づいて前記移動体の移動距離を算出する移動距離演算手段とを備え、
前記発振器は、前記移動体が停止しているとき、互いに異なる無線周波数を有する少なくとも２つの送信信号を発生し、
前記ＩＱ信号取得手段は、前記移動体が停止しているとき、前記少なくとも２つの送信信号に対応する少なくとも２つのＩＱ信号を取得し、
前記位相回転中心検出手段は、前記少なくとも２つのＩＱ信号に基づいて、前記ＩＱ平面上における前記反射信号の位相回転中心の座標を検出することを特徴とする。

本発明に係る移動距離計測装置によれば、反射信号の位相回転中心の原点からのずれを、取得された少なくとも２つのＩＱ信号に基づいて算出し、正確な位相回転中心に基づいて送信信号と反射信号の位相差を求めて移動距離を算出するように構成したので、反射信号の位相回転の中心が原点からずれる場合であっても移動体の移動距離を正確に計測することができる。

本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０が取り付けられたエレベーターの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の内部構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０のアンテナ１２の配置例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるかご３の移動に伴って生じるＩＱ復調器１４の出力信号の変化を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるＩＱ復調器１４の出力信号とかご３の移動距離との関係を説明する図である。 本発明の実施の形態１における位相差の算出を説明する図である。 比較例における位相差の算出を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の動作を示すフローチャートである。 図８のステップＳ１の停止判定処理を詳細に示すフローチャートである。 図８のステップＳ３の位相回転中心検出処理を詳細に示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における反射信号の位相回転中心の座標の検出方法を説明する図である。 本発明の実施の形態１における位相回転中心検出処理での送信信号の周波数の決定方法を説明する図である。 図８のステップＳ４の移動距離演算処理を詳細に示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるＩＱ信号の補正方法を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係る移動距離計測装置１０の動作を示すフローチャートである。 図１５のステップＳ４２の位相回転中心検出処理を詳細に示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における位相回転中心検出処理を詳細に示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における反射信号の位相回転中心の座標の検出方法を説明する図である。 本発明の実施の形態３における反射信号の位相回転中心の座標の検出方法を説明する図である。 本発明の実施の形態４に係る移動距離計測装置１０が取り付けられた列車の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態５に係る反射信号の位相回転中心の座標の検出方法を説明する図である。 本発明の実施の形態５に係る反射信号の位相回転中心の座標の検出方法を説明する図である。 本発明の実施の形態５に係る反射信号の位相回転中心の座標の検出方法を説明する図である。

実施の形態１．
実施の形態１では、移動距離計測装置をエレベーターのかごに取り付けた場合について示す。この場合、エレベーターの昇降路が固定面であり、エレベーターのかごが移動体であり、移動距離計測装置は昇降路に沿って移動するかごの移動距離を計測する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０が取り付けられたエレベーターの構成を模式的に示す図である。図１において、昇降路１内には一対のガイドレール２が設置されている。かご３は、ガイドレール２に案内されて昇降路１内を昇降する。かご３は、駆動装置４に掛けられた主ロープ５によって吊り下げられ、主ロープ５の反対側には釣合おもり６が吊り下げられている。かご３の上面には、取付治具７を介して移動距離計測装置１０が取り付けられている。なお、移動距離計測装置１０は、かご３の側面又は底面に取り付けられてもよい。

図２は、本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の内部構成を示す図である。移動距離計測装置１０は、かご３の移動距離を計測する。図２において、移動距離計測装置１０は、発振器１１、送信アンテナ１２ａ、受信アンテナ１２ｂ、増幅器１３、ＩＱ復調器１４、位相回転中心検出回路１５、移動距離演算回路１６、入力端子１７、出力端子１８、停止判定回路１９、及び制御回路２０を備えて構成される。

発振器１１は無線周波信号を発生する。ここで、発振器１１は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を水晶発振器などの温度特性の優れた基準信号源に同期させることで、連続波の無線周波信号を安定的に発生する。発振器１１は、位相回転中心検出回路１５によって設定された無線周波数を有する無線周波信号を、複数の単位時間区間にわたって発生する。発振器１１によって複数の単位時間区間にわたって発生された無線周波信号は、複数の単位時間区間にそれぞれ対応する複数の送信信号として送信アンテナ１２ａ及びＩＱ復調器１４に送られる。移動距離を計測するために、発振器１１は、例えば、１０ＧＨｚ帯、２４ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯、７７ＧＨｚ帯などのマイクロ波帯の無線周波信号を発生してもよい。

送信アンテナ１２ａは、発振器１１によって発生された複数の送信信号を固定面に電波（送信波）として照射する送信手段である。ここで、固定面は、かご３の移動方向と略平行であり、かつ、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂと対向する面である。送信アンテナ１２ａが電波を照射する固定面は、ガイドレール２でもよいし、昇降路１の壁でもよい。また、固定面に反射体を設けて、反射体に電波を照射してもよい。

受信アンテナ１２ｂは、送信アンテナ１２ａの近傍に設置され、送信アンテナ１２ａから固定面に照射されて固定面で反射した電波（反射波）を受信し、送信信号に対応する反射信号として取得する受信手段である。受信アンテナ１２ｂで取得された反射信号は、増幅器１３に送られる。

送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂの偏波方向は水平偏波であるとする。すなわち、ガイドレール２の短手方向と平行であり、ガイドレール２の長手方向とは直交する。なお、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂの偏波方向を垂直偏波としてもよい。

送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂは、同一基板上に形成されたパッチアンテナとして構成されてもよい。この場合、部品としては１つのアンテナ１２として扱うことができ、機能としては１つのアンテナ１２が送信アンテナ１２ａと受信アンテナ１２ｂを含むことができる。また、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂは、移動距離計測装置１０の別個の位置に設けられてもよい。この場合、送信アンテナ１２ａから固定面までの電波の伝搬距離と、固定面から受信アンテナ１２ｂまでの電波の伝搬距離とは異なる可能性がある。以下、本明細書では、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂは互いの近傍に設置され、固定面への往復の伝搬距離が互いに等しい場合を例として説明する。

増幅器１３は、受信アンテナ１２ｂから送られた反射信号を所定の振幅レベルまで増幅する。増幅器１３で増幅された反射信号はＩＱ復調器１４に送られる。

ＩＱ復調器１４は、反射信号を直交検波（ＩＱ検波）して複数のＩＱ信号を取得するＩＱ信号取得手段である。前述のように送信信号が連続波なので、反射信号も連続波である。ただし、ＩＱ復調器１４は、単位時間区間ごとに反射信号をサンプリングして直交検波することにより、連続波の反射信号を、複数の単位時間区間（すなわち複数の送信信号）にそれぞれ対応する複数の反射信号として処理する。ＩＱ復調器１４は、複数の単位時間区間のそれぞれにおいて、発振器１１によって発生された送信信号を基準信号として用いて、増幅器１３から送られた当該送信信号に対応する反射信号を直交検波する。これにより、ＩＱ復調器１４は、複数の単位時間区間にそれぞれ対応する複数のＩＱ信号であって、ＩＱ平面上における反射信号の座標をそれぞれ示す複数のＩＱ信号を取得する。ＩＱ復調器１４で取得されたＩＱ信号は、位相回転中心検出回路１５、移動距離演算回路１６、及び停止判定回路１９に送られる。

位相回転中心検出回路１５は、ＩＱ復調器１４で取得された複数のＩＱ信号のうちの少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、ＩＱ平面上における反射信号（すなわち、少なくとも３つのＩＱ信号）の位相回転中心の座標を検出する位相回転中心検出手段である。位相回転中心検出回路１５は、制御回路２０からの指示に応じて位相回転中心検出処理を実行し、位相回転中心検出回路１５で検出された位相回転中心の座標を示す信号を移動距離演算回路１６に送り、位相回転中心検出処理が完了したことを示す信号を制御回路２０に送る。また、位相回転中心検出回路１５は、発生させる送信信号の周波数を発振器１１に設定する。また、位相回転中心検出回路１５は、発振器１１に設定した送信信号の周波数を通知する信号を停止判定回路１９に送る。

移動距離演算回路１６は、ＩＱ平面上における反射信号の座標と位相回転中心の座標とに基づいて送信信号に対する反射信号の位相差を算出し、位相差に基づいてかご３の移動距離を算出する移動距離演算手段である。移動距離演算回路１６は、位相差を算出する前に、位相回転中心の座標に基づいてＩＱ平面上における反射信号の座標を補正し、補正された座標に基づいて送信信号に対する反射信号の位相差を算出してもよい。移動距離演算回路１６は、制御回路２０からの指示に応じて移動距離演算処理を実行し、この移動距離演算回路１６で算出された移動距離を示す信号を制御回路２０及び出力端子１８に送る。なお、移動距離演算回路１６は、入力端子１７を介して外部からリセット信号が入力された場合には、移動距離をゼロに戻す。

停止判定回路１９は、ＩＱ復調器１４から送られたＩＱ信号と位相回転中心検出回路１５から通知された送信信号の周波数とに基づいて、かご３が停止しているか否かを判定する停止判定手段である。停止判定回路１９は、かご３が停止していると判定すると、このことを示す停止中信号を制御回路２０に送る。

制御回路２０は、位相回転中心検出回路１５及び移動距離演算回路１６を制御する。制御回路２０は、停止判定回路１９から停止中信号を受信する。また、制御回路２０は、位相回転中心検出処理の実行を指示する信号を位相回転中心検出回路１５に送るとともに、位相回転中心検出処理が完了したことを示す信号を位相回転中心検出回路１５から受信する。また、制御回路２０は、移動距離演算処理の実行を指示する信号を移動距離演算回路１６に送るともに、算出された移動距離を示す信号を移動距離演算回路１６から受信する。

図３は、本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０のアンテナ１２の配置例を示す図である。図３は、移動距離計測装置１０を側面から見た模式図である。図３において、破線２１は、固定面（ガイドレール２の面）に対する垂線である。破線２１は、移動距離計測装置１０の上下を対称に二等分してもよい。また、破線２２は、かご３の進行方向の上斜め方向に破線２１から角度θだけ傾いた線である。角度θは、例えば４５度とする。図３に示すように、アンテナ１２は、電波の照射方向が破線２２に一致するように配置されている。このとき、アンテナ１２の中点から固定面までの距離は、図３に示す長さｈとなる。また、アンテナ１２から固定面までの電波の伝搬距離は、図３に示す長さＬとなる。ｈとＬの関係は次式（１）で表される。

Ｌ＝ｈ／ｃｏｓθ ・・・（１）

ここで、ＩＱ復調器１４の出力信号の変化に基づいてかご３の移動距離を算出する方法と、そのときに生じる課題について説明する。

図４は、本発明の実施の形態１におけるかご３の移動に伴って生じるＩＱ復調器１４の出力信号の変化を説明する図である。まず、図４を参照して、かご３の移動に伴って生じるＩＱ復調器１４の出力信号の変化と、それに基づくかご３の移動距離の算出方法について説明する。ここでは、電波の照射方向（破線２２の方向）と同じ角度で到来した反射信号に基づいてかご３の移動距離を算出する場合について説明するが、反射信号の強度が最大となる方向を求めて、その方向から到来した反射信号に基づいて算出してもよい。反射信号の強度が最大となる方向は、アンテナ１２の指向性パターン、アンテナ１２から固定面まで距離ｈ、及びアンテナ１２の取付角度θから求めることができる。

図４において、ベクトルΔｓは、固定面であるガイドレール２が微小単位時間当りに見かけ上進む方向と大きさを示している。実際には、かご３の移動に伴って移動距離計測装置１０が移動するが、ここでは移動距離計測装置１０を基準に考える。また、微小単位時間は、かご３が最高速度のときに進む距離が送信信号の波長より十分に小さい値（例えば１／１０以下）となる時間間隔である。そして、アンテナ１２から固定面までの電波の伝搬距離の変化量ΔＬは次式（２）で表される。

ΔＬ＝Δｓ・ｓｉｎθ ・・・（２）

また、送信信号の波長をλとすると、微小単位時間での反射信号の位相変化量Δψは次式（３）で表される。

Δψ＝２（２π／λ）・ΔＬ ・・・（３）

この位相変化量ΔψがＩＱ復調器１４の出力信号の変化として現れる。この際、ＩＱ復調器１４は、反射信号と送信信号との直交検波により、Ｉ成分（同相成分）及びＱ成分（直交成分）からなる２つの成分を有するＩＱ信号を出力する。そして、移動距離演算回路１６は、ａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）を求めることで、当該ＩＱ信号の位相を得ることができる。ａｒｃｔａｎは逆正接関数である。そして、微小単位時間前との位相の差分を求めると、この値がΔψとなるので、式（２）及び式（３）から微小単位時間当りの移動距離Δｓを算出することができる。

上記の方法で微小単位時間当りの移動距離Δｓを求めて積分することで、ある時間におけるかご３の移動距離ｓを求めることができる。一方、微小単位時間当りの位相変化量Δψを積算した積算位相を求めて、積算位相から直接的に移動距離ｓを求めることもできる。この方法について、図５を参照して説明する。

図５は、本発明の実施の形態１におけるＩＱ復調器１４の出力信号とかご３の移動距離との関係を説明する図である。図５は、ＩＱ復調器１４の出力信号のＩ成分（ｘ軸）及びＱ成分（ｙ軸）と、かご３の移動距離（ｚ軸）との関係を示す。図５において、円３１は、ｘｙ平面（ＩＱ平面）上の位相の回転軌跡を示している。螺旋３２は、円３１をｚ軸に引き伸ばして示した螺旋である。なお、位相は時計回りに回り、時計回りの位相の回転を正とする。

ＩＱ復調器１４の出力信号から求めた位相変化量Δψを積算した積算位相は、螺旋３２上の１点となる。積算位相をψとすると、移動距離ｓは次式（４）で求められる。

ｓ＝ψ・λ／（４π・ｓｉｎθ） ・・・（４）

図５において、螺旋３２上の点３３は、位相が螺旋３２上を０から２πまで一周した点である。ここで、位相は、螺旋３２上をさらに一周するとき、２πから０に戻って再び２πまで進むのではなく、そのまま２πから４πまで進むものとして計算する。このように位相の不連続点を生じさせることなく連続に積み上げることはフェーズアンラップとして知られ、ここではその方法を用いる。すなわち、位相変化量を２π以上にわたって積算し、その積算位相から移動距離を求める。なお、移動距離演算回路１６は、入力端子１７を介して外部からリセット信号が入力された場合には、積算位相をゼロに戻す。

上記の方法でかご３の移動距離を求めるとき、反射信号の位相回転の中心がＩＱ平面上の原点Ｏからずれていると、位相変化量及び積算位相を正確に求められず、移動距離の算出結果に誤差が生じる。実際には、発振器１１及びアンテナ１２の温度特性及び製造ばらつきに起因するＤＣオフセットによって、また、送信アンテナ１２ａから受信アンテナ１２ｂに直接に入射する直接波によって、反射信号の位相回転の中心が原点Ｏからずれることがある。図６及び図７を参照して、反射信号の位相回転の中心が原点Ｏからずれている場合に生じる移動距離の計測誤差について説明する。

図６は、本発明の実施の形態１における位相差の算出を説明する図である。図７は、比較例における位相差の算出を説明する図である。図６及び図７において、点Ｐ_１１〜点Ｐ_１４はＩＱ復調器１４で取得されたＩＱ信号を示している。この例では、ＩＱ信号の位相は、原点Ｏとは異なる点Ｐ_１０を中心に回転し、点Ｐ_１１〜Ｐ_１４は点Ｐ_１０を中心とする円４１の円周上にある。点Ｐ_１１のＩＱ信号が取得されてから点Ｐ_１２のＩＱ信号が取得されるまでの間にかご３が移動した距離と、点Ｐ_１３のＩＱ信号が取得されてから点Ｐ_１４のＩＱ信号が取得されるまでの間にかご３が移動した距離とは等しいとする。

図６に示すように点Ｐ_１０を位相回転中心として位相差を求めた場合、点Ｐ_１１及びＰ_１２の間の位相差φ１と、点Ｐ_１３及びＰ_１４の間の位相差φ２とは等しくなる。ゆえに、上記の方法で位相差φ１から算出される移動距離と、位相差φ２から算出される移動距離も等しくなり、移動距離を正しく計測できる。

しかしながら、図７に示すように原点Ｏを位相回転中心として位相差を求めた場合は、点Ｐ_１１及びＰ_１２の間の位相差φ１’と、点Ｐ_１３及びＰ_１４の間の位相差φ２’とは等しくならない。ゆえに、上記の方法で位相差φ１’から算出される移動距離と、位相差φ２’から算出される移動距離も等しくならず、移動距離の計測結果に誤差が生じる。

このように、位相回転の中心がＩＱ平面上の原点Ｏからずれている場合、移動距離演算回路１６において、ＩＱ復調器１４から送られたＩＱ信号をそのまま用い、原点Ｏを位相回転中心と見なして位相変化量及び積算位相を求めると、移動距離の計測結果に誤差が生じるという課題がある。この課題を解決するため、実施の形態１に係る移動距離計測装置１０は、反射信号の位相回転中心の座標を検出する位相回転中心検出回路１５と、検出された位相回転中心の座標に基づいてＩＱ復調器１４から送られたＩＱ信号を補正し、補正したＩＱ信号に基づいてかご３の移動距離を算出する移動距離演算回路１６とを備えて構成される。この構成により、反射信号の位相回転の中心が原点Ｏからずれる場合であっても、計測誤差を低減し、かご３の移動距離を高精度に計測することが可能となる。

実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の動作について以下に説明する。

図８は、本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の動作を示すフローチャートである。まず、停止判定回路１９は停止判定処理を実行し、かご３が停止していると判定すると、このことを示す停止中信号を制御回路２０に送る（ステップＳ１）。制御回路２０は、かご３が停止しているか否かを判定し（ステップＳ２）、ＹＥＳのときはステップＳ３に進み、ＮＯのときはステップＳ４に進む。制御回路２０は、停止判定回路１９から停止中信号を受信していれば、かご３が停止していると判定する。かご３が停止していると判定した場合は、制御回路２０は、位相回転中心検出回路１５に位相回転中心検出処理の実行を指示する（ステップＳ３）。制御回路２０は、位相回転中心検出回路１５から処理が完了したことを示す信号を受信し、かご３が移動中であると判断すると、移動距離演算回路１６に移動距離演算処理の実行を指示する（ステップＳ４）。

なお、ステップＳ３の位相回転中心検出処理は、かご３が停止している場合に常に行わなくてもよい。例えば、かご３が停止している状態において、所定の時間間隔で実行してもよい。

図９は、図８のステップＳ１の停止判定処理を詳細に示すフローチャートである。図９は停止判定回路１９の動作を示す。

まず、停止判定回路１９は、位相回転中心検出処理を実行中であるか否かを判断し（ステップＳ１１）、ＹＥＳのときは図８のステップＳ２に進み、ＮＯのときは図９のステップＳ１２に進む。位相回転中心検出処理を実行中であるか否かを判断するために、停止判定回路１９は、位相回転中心検出回路１５から通知された送信信号の周波数が、位相回転中心検出処理に使用される予め決められた周波数であるか否かを確認する。位相回転中心検出処理を実行中でない場合（例えば、移動距離演算処理に使用される周波数が発振器１１に設定されている場合）、停止判定回路１９は、ＩＱ復調器１４から第１のＩＱ信号を取得し（ステップＳ１２）、予め決められた時間（時間期間）の経過後にＩＱ復調器１４から第２のＩＱ信号を取得し（ステップＳ１３）、ＩＱ信号の変化量を算出する（ステップＳ１４）。次いで、停止判定回路１９は、予め決められた時間期間にわたるＩＱ信号の変化量が予め決められたしきい値以下であるか否かを確認し（ステップＳ１５）、ＹＥＳのときはステップＳ１６に進み、ＮＯのときは図８のステップＳ２に進む。ＩＱ信号の変化量が予め決められたしきい値以下である場合、停止判定回路１９は、移動体が停止していると判定し、制御回路２０に停止中信号を送る（ステップＳ１６）。

詳細後述するように、位相回転中心検出回路１５は、位相回転中心検出処理において、発振器１１に対して複数の周波数を順次に設定する。位相回転中心検出処理の実行中に取得されたＩＱ信号を停止判定処理に使用しないようにするため、停止判定回路１９は、ステップＳ１１において、位相回転中心検出回路１５から通知された送信信号の周波数を確認し、移動距離演算処理に使用される周波数が発振器１１に設定されている場合のみ、ＩＱ信号を取得して停止判定を行う。

かご３が停止中は固定面の状態が変化しないので、ＩＱ復調器１４から送られるＩＱ信号は略一定となる。それゆえ、停止判定回路１９は、予め決められた時間期間にわたるＩＱ信号の変化量を算出し、変化量が予め決められたしきい値以下であればかご３が停止していると判定する。このように停止判定を行うことで、反射信号の位相回転の中心が原点からずれていれる場合であっても、かご３が停止しているか否かを正確に判定することができる。

なお、停止判定回路１９は、入力端子１７を介して外部（例えばエレベーター制御装置）から、かご３が停止していることを示す信号を受信し、その信号に基づいて停止判定を行うように構成されてもよい。また、入力端子１７を介して外部から制御回路２０に直接に停止中信号を入力するように構成してもよい。このように構成した場合、停止判定回路１９は不要となる。また、制御回路２０は、移動距離演算回路１６により算出された移動距離からかご３の速度を算出して、かご３の速度がゼロ又は所定速度未満であれば停止していると判定するように構成されてもよい。かご３の速度は、算出された移動距離をその移動時間で除算することにより算出される。

図１０は、図８のステップＳ３の位相回転中心検出処理を詳細に示すフローチャートである。

まず、位相回転中心検出回路１５は、発生させる送信信号の周波数として、予め決められた複数の周波数のうちの１つを発振器１１に設定する（ステップＳ２１）。位相回転中心検出回路１５は、少なくとも３つの互いに異なる周波数を発振器１１に順次に設定する。このとき、位相回転中心検出回路１５は、発振器１１に設定した周波数を通知する信号を停止判定回路１９に送る。設定する周波数の決定方法については詳細後述する。

次いで、発振器１１は、設定された周波数を有する送信信号を発生し、送信アンテナ１２ａは、発振器１１によって発生された送信信号をガイドレール２に電波として照射する（ステップＳ２２）。次いで、受信アンテナ１２ｂは、送信アンテナ１２ａからガイドレール２に照射されてガイドレール２で反射された電波を受信して反射信号として取得し、増幅器１３は、この反射信号を所定の振幅レベルまで増幅する（ステップＳ２３）。次いで、ＩＱ復調器１４は、増幅器１３から送られた反射信号を、発振器１１によって発生された送信信号を基準信号として用いて直交検波（ＩＱ検波）し、ＩＱ信号を取得する（ステップＳ２４）。

位相回転中心検出回路１５は、ＩＱ復調器１４から送られたＩＱ信号を取得する。次いで、位相回転中心検出回路１５は、予め決められたすべての周波数について、送信信号を発生し、送信信号に対応する反射信号のＩＱ信号を取得したか否かを判定し（ステップＳ２５）、ＹＥＳのときはステップＳ２６に進み、ＮＯのときはステップＳ２１に戻る。位相回転中心検出回路１５は、発振器１１に周波数を設定した時点から時間ｔが経過して以降に取得したＩＱ信号を、当該周波数に対応するＩＱ信号として取得する。ここで、時間ｔは、発振器１１に周波数を設定した時点から送信アンテナ１２ａにより電波が照射されるまでに要する時間ｔ_１と、照射された電波が伝搬距離Ｌを往復するのに要する時間ｔ_２との合計時間である。時間ｔ_２は、電波の速度をｃとすると次式（５）で表される。

ｔ_２＝２Ｌ／ｃ ・・・（５）

予め決められたすべての周波数についてＩＱ信号が取得されていない場合は、ステップＳ２１に戻り、位相回転中心検出回路１５は、発振器１１に次の周波数を設定する。発振器１１は、互いに異なる無線周波数を有する少なくとも３つの送信信号を発生し、送信アンテナ１２ａは、少なくとも３つの送信信号をガイドレール２に電波として照射し、受信アンテナ１２ｂは、少なくとも３つの送信信号に対応する少なくとも３つの反射信号を取得し、ＩＱ復調器１４は、少なくとも３つの反射信号に対応する少なくとも３つのＩＱ信号を取得する。一方、予め決められたすべての周波数についてＩＱ信号が取得された場合には、位相回転中心検出回路１５は、取得された少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、ＩＱ平面上における反射信号の位相回転中心の座標を検出する（ステップＳ２６）。

位相回転中心検出回路１５は、位相回転中心の座標の検出が完了すると、予め決められた１つの周波数を発振器１１に設定する（ステップＳ２７）。この周波数は、ステップＳ２１〜Ｓ２５で発振器１１に設定される周波数とは異なる周波数であり、ステップＳ４の移動距離演算処理において使用される周波数である。次いで、位相回転中心検出回路１５は、検出された位相回転中心の座標を示す信号を移動距離演算回路１６に送り（ステップＳ２８）、さらに、位相回転中心検出処理が完了したことを示す信号を制御回路２０に送る（ステップＳ２９）。

図１１は、本発明の実施の形態１における反射信号の位相回転中心の座標の検出方法を説明する図である。図１１は、かご３の停止中に、送信信号の周波数を２４．０５ＧＨｚから２４．２５ＧＨｚまで０．０１ＧＨｚ刻みで変化させて順次に取得したＩＱ信号をＩＱ平面上にプロットした例を示している。送信信号の周波数が変わると波長が変わるので、伝搬距離が一定であれば、位相が異なるＩＱ信号が得られる。図１１において、点Ｐ_{２４．０５ＧＨｚ}は、周波数を２４．０５ＧＨｚに設定して取得したＩＱ信号の座標を示し、点Ｐ_{２４．０６ＧＨｚ}は、周波数を２４．０６ＧＨｚに設定して取得したＩＱ信号の座標を示し、以後、同様である。反射信号の強度が一定の場合、送信信号の周波数を変化させて順次に取得したＩＱ信号の軌跡５１は円弧又は円となる。そして、円弧５１の中心５２が、位相回転の中心に相当する。

円の中心は、取得した３つ以上のＩＱ信号から求めることができる。３つのＩＱ信号のＩＱ平面上での座標を、Ｐ_１（ｘ_１，ｙ_１）、Ｐ_２（ｘ_２，ｙ_２）、Ｐ_３（ｘ_３，ｙ_３）とする。円の中心の座標をＰ_０（ｘ_０，ｙ_０）とし、半径をｒとし、円周上の点の座標を（ｘ，ｙ）とすると、円の方程式は次式（６）で表される。

（ｘ−ｘ_０）^２＋（ｙ−ｙ_０）^２＝ｒ^２ ・・・（６）

３点Ｐ_１、Ｐ_２、及びＰ_３を通る円の中心の座標を求めるためには、式（６）のｘ及びｙに３点の座標を代入して得られる３元２次連立方程式を解いて、ｘ_０及びｙ_０を求めればよい。なお、円の中心の求め方はこの方法に限らず、線分Ｐ_１−Ｐ_２の垂直二等分線と、線分Ｐ_２−Ｐ_３の垂直二等分線とを求め、それら２本の垂直二等分線の交点を求める方法を用いてもよく、又は、Ｈｏｕｇｈ変換等の画像上の円の検出を行う一般的な方法を用いてもよい。

かご３が停止中は固定面の状態が変化しないので、反射信号の強度が一定であることが期待できる。それゆえ、かご３の停止中に、予め決められた少なくとも３つの互いに異なる周波数の送信信号に対応する少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、上記の方法を適用することにより、反射信号の位相回転中心の座標を正確に検出することができる。

図１２は、本発明の実施の形態１における位相回転中心検出処理での送信信号の周波数の決定方法を説明する図である。図１２を参照して、上記の方法で位相回転中心の座標を検出するうえでの送信信号の周波数の決定方法について説明する。図１２において、点Ｐ_２１及び点Ｐ_２２は、送信信号の周波数をそれぞれｆ_１及びｆ_２に設定して取得したＩＱ信号の座標を示している。周波数ｆ_１の送信信号の波長λ_１、及び、周波数ｆ_２の送信信号の波長λ_２は、電波の速度をｃとすると、それぞれ次式（７）及び（８）で表される。

λ_１＝ｃ／ｆ_１ ・・・（７）
λ_２＝ｃ／ｆ_２ ・・・（８）

点Ｐ_２１及びＰ_２２の間の位相差φは次式（９）で表される。

φ＝（２Ｌ／λ_１）・２π−（２Ｌ／λ_２）・２π ・・・（９）

ここで、Ｌはアンテナ１２からガイドレール２までの電波の伝搬距離である。式（９）に式（１）、式（７）、及び式（８）を代入して整理すると、次式（１０）が得られる。

ｆ_２＝ｆ_１−ｃ・φ・ｃｏｓθ／（４π・ｈ） ・・・（１０）

上記の方法で３点を通る円の中心の座標を求める際に、各２点間の位相差が非常に小さい３点、すなわち、近接した３点を基準とすると、円の中心の座標を正しく求められない可能性がある。そこで、送信信号の周波数は式（１０）を用いて選択する。式（１０）を用いることで、少なくとも３つの送信信号の無線周波数は、少なくとも３つのＩＱ信号が予め決められた位相差を互いに有するように、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂの主ビーム方向と、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂからガイドレール２までの距離とに基づいて決定される。第１の周波数及び適切な位相差（例えばπ／３）を任意に決定し、それらを式（１０）のｆ_１及びφにそれぞれ代入して求められるｆ_２を第２の周波数として選択する。同様に、第１の周波数ｆ_１又は第２の周波数ｆ_２と適切な位相差とに基づいて、式（１０）を用いて第３の周波数を選択する。このようにして送信信号の周波数を選択することで、適度な位相差を有する３つ以上のＩＱ信号を取得できるので、それらのＩＱ信号に基づいて上記の方法を適用することにより、位相回転中心の座標を正確に検出することができる。

図１３は、図８のステップＳ４の移動距離演算処理を詳細に示すフローチャートである。

図１３において、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理は、図１０に示すフローチャートのステップＳ２２〜Ｓ２４の処理と同一であるので、それらの各処理の説明は省略する。まず、移動距離演算回路１６は、送信信号を発生させ、反射信号のＩＱ信号を取得する（ステップＳ３１〜Ｓ３３）。前述のとおり、位相回転中心検出処理の完了時に、位相回転中心検出回路１５は、予め決められた１つの周波数を発振器１１に設定する（図１０のステップＳ２７）ので、移動距離演算処理中は常に、発振器１１はこの周波数の送信信号を発生する。

次いで、移動距離演算回路１６は、位相回転中心検出回路１５から直近に受信した位相回転中心の座標を示す信号に基づいて、ＩＱ平面上における反射信号の座標を補正する（ステップＳ３４）。次いで、移動距離演算回路１６は、補正された座標に基づいて送信信号に対する反射信号の位相差を算出し、算出された位相差からかご３の移動距離を算出する（ステップＳ３５）。次いで、移動距離演算回路１６は、算出された移動距離を示す信号を制御回路２０及び出力端子１８に出力する（ステップＳ３６）。

なお、図１３の移動距離演算処理において、移動距離演算回路１６は、位相差を算出する前に、位相回転中心の座標に基づいてＩＱ平面上における反射信号の座標を補正したが（ステップＳ３４）、反射信号の座標を補正することなく、反射信号の座標と位相回転中心の座標とに基づいて直接に位相差を算出してもよい。位相回転中心の座標が既知であれば、ＩＱ平面上における反射信号の座標を正確に算出することができ、従って、正確な位相変化量及び積算位相を算出することができる。

図１４は、本発明の実施の形態１におけるＩＱ信号の補正方法を説明する図である。図１４を参照して、移動距離演算回路１６がＩＱ信号を補正する方法について説明する。図１４において、点ＰはＩＱ復調器１４で取得された補正前のＩＱ信号を示している。この例では、ＩＱ信号の位相は、原点とは異なる点Ｐ_０を中心に回転し、点Ｐは点Ｐ_０を中心とする円６１の円周上の点である。

位相回転中心検出回路１５は、前述の位相回転中心検出処理により、位相回転中心、すなわち点Ｐ_０の座標（ｘ_０，ｙ_０）を検出して、その座標を移動距離演算回路１６に通知する。移動距離演算回路１６は、受信した点Ｐ_０の座標に基づいて点Ｐの座標を補正する。補正前の点Ｐの座標を（ｘ，ｙ）、補正後の点Ｐ’の座標を（ｘ’，ｙ’）とすると、ｘ’及びｙ’はそれぞれ次式（１１）及び（１２）で表される。

ｘ’＝ｘ−ｘ_０ ・・・（１１）
ｙ’＝ｙ−ｙ_０ ・・・（１２）

補正後のＩＱ信号を示す点Ｐ’は、原点を中心とする破線円６２の円周上の点となる。よって、補正後のＩＱ信号を用いると位相変化量及び積算位相を正確に求められるので、かご３の移動距離を正しく計測することができる。ＩＱ信号に基づいて位相変化量及び積算位相を算出し、かご３の移動距離を算出する方法の詳細は前述のとおりである。

図８の移動距離計測処理では、かご３が移動している限り、ステップＳ４の移動距離演算処理が反復的に実行される。

以上のような実施の形態１に係る移動距離計測装置１０によれば、反射信号の位相回転中心の原点からのずれを、取得された少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて算出し、正確な位相回転中心の座標及びＩＱ信号の座標から送信信号及び反射信号の位相差を求めて移動距離を算出するように構成したので、反射信号の位相回転の中心が原点からずれる場合であってもかご３の移動距離を正確に計測することができる。

また、かご３が停止しているか否かを、ＩＱ信号の変化量に基づいて判定するように構成したので、反射信号の位相回転の中心が原点からずれる場合であっても、かご３が停止しているか否かを正確に判定できる。それゆえ、かご３の状態に応じた位相回転中心の座標の検出を正確に行うことができ、かご３の移動距離の計測精度を向上できる。

また、かご３の停止中に、予め決められた少なくとも３つの周波数の送信信号に対応する少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出するように構成したので、反射信号の位相回転中心の座標を正確に検出することができ、かご３の移動距離の計測精度を向上できる。

また、少なくとも３つのＩＱ信号が予め決められた位相差を互いに有するように、少なくとも３つの送信信号の無線周波数を決定するように構成したので、反射信号の位相回転中心の座標を正確に検出することができ、かご３の移動距離の計測精度を向上できる。

また、エレベーター分野において、電波を用いて非接触でかご３の移動距離及び速度を正確に計測することができるので、エンコーダと昇降路全長にわたるロープとで構成された従来の調速機を撤廃することができ、設置コスト及びメンテナンスコストを抑えることができる。

実施の形態２．
実施の形態１に係る移動距離計測装置１０では、位相回転中心検出回路１５は、かご３の停止中に、予め決められた少なくとも３つの周波数の送信信号に対応する少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出するように構成していた。これに対して、本発明の実施の形態２では、かごの移動中に、一定の周波数の送信信号を発生しているときに取得した少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出するように構成する場合について示す。

実施の形態２に係る移動距離計測装置１０の内部構成は、図２に示す実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の内部構成と同様であるので説明を省略する。

図１５は、本発明の実施の形態２に係る移動距離計測装置１０の動作を示すフローチャートである。実施の形態２に係る移動距離計測装置１０では、位相回転中心検出回路１５は、常に、予め決められた一定の無線周波数を発振器１１に設定する。

まず、制御回路２０は、かご３が予め決められたしきい値以上の速度で移動しているか否かを判定し（ステップＳ４１）、ＹＥＳのときはステップＳ４２に進み、ＮＯのときはステップＳ４３に進む。かご３の速度は、移動距離演算回路１６が算出した移動距離をその移動時間で除算することにより算出する。なお、算出した速度が予め決められたしきい値以上であり、かつ、停止判定回路１９から停止中信号を受信していなければ、かご３が予め決められたしきい値以上の速度で移動していると判定してもよい。

かご３が予め決められたしきい値以上の速度で移動していると判定した場合は、制御回路２０は、位相回転中心検出回路１５に位相回転中心検出処理の実行を指示する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２の位相回転中心検出処理の詳細は、図１６を参照して後述する。

制御回路２０は、かご３が停止しているか否かを判断し（ステップＳ４３）、ＹＥＳのときは移動距離計測処理を終了し、ＮＯのときはステップＳ４４に進む。制御回路２０は、位相回転中心検出回路１５から処理が完了したことを示す信号を受信し、かつ、かご３が移動中であると判断すると、移動距離演算回路１６に移動距離演算処理の実行を指示する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４の移動距離演算処理の詳細は、図１３に示すフローチャートと同一であるので説明を省略する。

なお、ステップＳ４２の位相回転中心検出処理は、かご３が予め決められたしきい値以上の速度で移動している場合に常に行わなくてもよい。例えば、かご３が予め決められたしきい値以上の速度で移動している状態において、所定の時間間隔で実行してもよい。

図１６は、図１５のステップＳ４２の位相回転中心検出処理を詳細に示すフローチャートである。

まず、位相回転中心検出回路１５は、発生させる送信信号の周波数として、予め決められた１つの周波数を発振器１１に設定する（ステップＳ５１）。図１６において、ステップＳ５２〜Ｓ５４の処理は、図１０に示すフローチャートのステップＳ２２〜Ｓ２４の処理と同一であるので、それらの各処理の説明は省略する。

位相回転中心検出回路１５は、ＩＱ復調器１４から送られたＩＱ信号を取得する。次いで、位相回転中心検出回路１５は、予め決められた個数（少なくとも３つ）の異なる時点（すなわち、かご３が異なる距離まで移動した時点）において、それぞれＩＱ信号を取得したか否かを判断し（ステップＳ５５）、ＹＥＳのときはステップＳ５６に進み、ＮＯのときはステップＳ５２に戻る。

予め決められた個数のＩＱ信号が取得されていない場合は、位相回転中心検出回路１５は、ステップＳ５２に戻り、ステップＳ５２〜Ｓ５５を繰り返す。発振器１１は、同じ無線周波数を有する送信信号を少なくとも３つの単位時間区間にわたって発生し、送信アンテナ１２ａは、これらの単位時間区間にそれぞれ対応する送信信号（少なくとも３つの送信信号）をガイドレール２に電波として照射し、受信アンテナ１２ｂは、少なくとも３つの送信信号に対応する少なくとも３つの反射信号を取得し、ＩＱ復調器１４は、少なくとも３つの単位時間区間（すなわち少なくとも３つの反射信号）にそれぞれ対応する少なくとも３つのＩＱ信号を取得する。一方、予め決められた個数のＩＱ信号が取得された場合は、位相回転中心検出回路１５は、直近に取得された少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、ＩＱ平面上における反射信号の位相回転中心の座標を検出する（ステップＳ５６）。

位相回転中心検出回路１５は、位相回転中心の座標の検出が完了すると、検出された位相回転中心の座標を移動距離演算回路１６に通知し（ステップＳ５７）、さらに、位相回転中心検出処理の完了を制御回路２０に通知する（ステップＳ５８）。

反射信号の位相回転中心の座標の検出方法について、以下に説明する。かご３の移動中に、一定の周波数の送信信号を発生しているときに順次に取得した複数のＩＱ信号の軌跡は円又は円弧となる。そして、その円又は円弧の中心が位相回転中心に相当する。すなわち、実施の形態１で説明した、かご３の停止中に送信信号の周波数を変化させて順次に取得したＩＱ信号の軌跡と同様となる。従って、かご３が予め決められたしきい値以上の速度で移動中に直近に取得された３つ以上のＩＱ信号に基づいて、実施の形態１で説明した円の中心を求める方法を適用することにより、位相回転中心の座標を検出することができる。

ここで、図１５のステップＳ４１のしきい値の決定方法について説明する。実施の形態１で説明したとおり、３点を通る円の中心の座標を求める際に、各２点間の位相差が非常に小さい３点、すなわち、近接した３点を基準とすると、円の中心の座標を正しく求められない可能性がある。そこで、ステップＳ４２の位相回転中心検出処理を実行する条件となるかご３の速度のしきい値は、実施の形態１で示した式（４）を用いて定める。式（４）は、積算位相（位相差）ψと移動距離ｓとの関係を表している。式（４）を用いることで、ステップＳ４１のしきい値は、少なくとも３つのＩＱ信号が予め決められた位相差を互いに有するように、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂの主ビーム方向と、送信信号の電波の波長とに基づいて決定される。適切な位相差（例えばπ／３）を任意に定め、それを式（４）の積算位相ψに代入して移動距離ｓを求める。そして、ＩＱ信号を取得する単位時間当りに、かご３が距離ｓ以上にわたって移動する速度を、速度のしきい値として定める。このようにして定めたしきい値以上の速度でかご３が移動しているときに取得した３つ以上のＩＱ信号は、互いに適度な位相差を有しているので、それらのＩＱ信号に基づいて上記の方法を適用することにより、位相回転中心の座標を正確に検出することができる。

図１５の移動距離計測処理では、かご３が移動している限り、ステップＳ４４の移動距離演算処理が反復的に実行される。

以上のような実施の形態２に係る移動距離計測装置１０によれば、かご３の移動中に、一定の周波数の送信信号を発生しているときに取得した少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出するように構成したので、かご３の移動中にも、反射信号の位相回転中心の座標を正確に検出することができ、かご３の移動距離の計測精度を向上できる。

また、少なくとも３つのＩＱ信号が予め決められた位相差を互いに有するように、位相回転中心検出処理を実行するときのかご３の速度のしきい値を決定するように構成したので、反射信号の位相回転中心の座標を正確に検出することができ、かご３の移動距離の計測精度を向上できる。

なお、実施の形態１に示した位相回転中心検出処理と組み合わせて、かご３が停止中の場合及び予め決められたしきい値未満の速度で移動中の場合は、停止中に検出した位相回転中心の座標に基づいて移動距離を算出し、かご３が予め決められたしきい値以上の速度で移動中の場合は、移動中に検出した位相回転中心の座標に基づいて移動距離を算出するように構成してもよい。

実施の形態３．
実施の形態２に係る移動距離計測装置１０では、位相回転中心検出回路１５は、かごが予め決められたしきい値以上の速度で移動中に、一定の周波数の送信信号を発生しているときに取得した少なくとも３つのＩＱ信号のＩＱ平面上での軌跡に基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出するように構成していた。これに対して、本発明の実施の形態３では、かごが予め決められたしきい値以上の速度で移動中に、一定の周波数の送信信号を発生しているときに取得した反射信号のパワースペクトルに基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出するように構成した場合について示す。

実施の形態３に係る移動距離計測装置１０の内部構成は、図２に示す実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の内部構成と同様であるので説明を省略する。

実施の形態３に係る移動距離計測装置１０の動作は、図１５に示すフローチャートと同様であり、ステップＳ４２の位相回転中心検出処理の詳細が実施の形態２と異なる。

図１７は、本発明の実施の形態３における位相回転中心検出処理を詳細に示すフローチャートである。図１７において、ステップＳ６１〜Ｓ６５の処理は、図１６に示すフローチャートのステップＳ５１〜Ｓ５５の処理と同一であるので、それらの各処理の説明は省略する。位相回転中心検出回路１５は、直近に取得された少なくとも３つのＩＱ信号に対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行うことにより、少なくとも３つの反射信号のパワースペクトルを算出する（ステップＳ６６）。ここで、反射信号のパワースペクトルを算出するために使用するＩＱ信号は、かご３が予め決められたしきい値以上の速度で移動しているとき、直近の所定時間期間中に取得されたものである。次いで、位相回転中心検出回路１５は、算出されたパワースペクトルに基づいて反射信号の直接波成分を検出する（ステップＳ６７）。次いで、位相回転中心検出回路１５は、ＩＱ平面上における反射信号の直接波成分の座標に基づいて、実施の形態１及び２と同様に、反射信号の位相回転中心の座標を検出する（ステップＳ６８）。位相回転中心検出回路１５は、位相回転中心の座標の検出が完了すると、検出された位相回転中心の座標を移動距離演算回路１６に通知し（ステップＳ６９）、さらに、位相回転中心検出処理の完了を制御回路２０に通知する（ステップＳ７０）。

図１８及び図１９を参照して、反射信号のパワースペクトルに基づいて反射信号の位相回転中心の座標を検出する方法について説明する。図１８及び図１９は、本発明の実施の形態３における反射信号の位相回転中心の座標の検出方法を説明する図である。図１８及び図１９において、横軸は周波数を示し、縦軸は反射信号強度を示す。図１８は、かご３が停止中における反射信号のパワースペクトルの波形を示し、図１９は、かご３が移動中における反射信号のパワースペクトルの波形を示している。かご３が停止中の場合は、反射波の周波数と、送信アンテナ１２ａから受信アンテナ１２ｂに直接に入射する直接波ｆ_０の周波数が一致するので、パワースペクトルは周波数ｆ_０のみ信号強度が高い波形となる。一方、かご３が移動中の場合は、反射波の周波数がかご３の移動速度を反映するドップラ周波数ｆ_ｄとなるので、反射波成分及び直接波成分の周波数が分離し、パワースペクトルは両周波数の信号強度が高い波形となる。よって、パワースペクトルの波形において、ドップラ周波数ｆ_ｄ以外で信号強度が高い周波数を直接波成分として抽出する。そして、抽出された直接波成分のＩＱ平面上での座標に基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出する。

かご３が移動中は、かご３の振動などによって反射信号の強度が変化する可能性がある。それゆえ、かご３の移動中に取得した少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、上記の方法を適用することにより、かご３が移動中でも反射信号の位相回転中心の座標を正確に検出することができる。

以上のような実施の形態３に係る移動距離計測装置１０によれば、実施の形態２における効果と同様の効果が得られる。

また、かご３の移動中に、一定の周波数の送信信号を発生しているときに取得した反射信号のパワースペクトルに基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出するように構成したので、かご３の振動などによって反射信号の強度が変化する場合であっても、反射信号の位相回転中心の座標を正確に検出することができ、かご３の移動距離の計測精度を向上できる。

なお、実施の形態１に示した位相回転中心検出処理と組み合わせて、かご３が停止中の場合及び予め決められたしきい値未満の速度で移動中の場合は、停止中に検出した位相回転中心の座標に基づいて移動距離を算出し、かご３が予め決められたしきい値以上の速度で移動中の場合は、移動中に検出した位相回転中心の座標に基づいて移動距離を算出するように構成してもよい。

実施の形態４．
実施の形態４では、移動距離計測装置を列車の車両に取り付けた場合について示す。この場合、列車の車両が移動体であり、移動距離計測装置は車両の移動距離を計測する。

図２０は、本発明の実施の形態４に係る移動距離計測装置１０が取り付けられた列車の構成を模式的に示す図である。図２０において、車両７１が走行する軌道には、レール７２が敷かれ、その下にレール７２を支える枕木７３が所定の間隔で敷かれている。また、枕木７３の間には砂利石（バラスト）７４が敷き詰められている。一方、車両７１の底面の前後には、接続軸７５を介して台車７６が接続され、台車７６には車輪７７が取り付けられている。また、車両７１の底面の略中央には、艤装治具７８を介して移動距離計測装置１０が取り付けられている。

実施の形態４に係る移動距離計測装置１０の内部構成は、図２に示す実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の内部構成と同様であるので説明を省略する。なお、送信アンテナ１２ａは、固定面である軌道（地面）に電波（送信波）を照射する。

実施の形態４に係る移動距離計測装置１０の動作は、図８に示すフローチャートと同様であるので説明を省略する。

以上のような実施の形態４に係る移動距離計測装置１０によれば、実施の形態１における効果と同様の効果が得られる。

また、鉄道分野において、車両７１の移動距離を正確に計測することができるので、移動距離を補正するために設置する地上子の個数を削減又は全廃することができ、設置コスト及びメンテナンスコストを抑えることができる。

なお、移動距離計測装置は、列車に限らず、固定面に沿って移動する移動体、例えば自動車の車両に取り付けられてもよい。

実施の形態５．
実施の形態１では、移動体の停止中に、予め決められた少なくとも３つの周波数の送信信号に対応する少なくとも３つのＩＱ信号に基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出する場合を説明した。これに対して、実施の形態５では、移動体の停止中に、予め決められた少なくとも２つの互いに異なる周波数の送信信号に対応する少なくとも２つのＩＱ信号に基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出する場合について説明する。

実施の形態５に係る移動距離計測装置１０の内部構成は、図２に示す実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の内部構成と同様であるので説明を省略する。

実施の形態５に係る移動距離計測装置１０の動作は、図８に示すフローチャートと同様であり、ステップＳ３の位相回転中心検出処理の詳細が実施の形態１と異なる。実施の形態５における位相回転中心検出処理は、図１０に示すフローチャートと同様であり、設定する周波数の個数（すなわち、取得するＩＱ信号の個数）及び位相回転中心の座標の検出方法が実施の形態１と異なる。実施の形態５に係る移動距離計測装置１０では、位相回転中心検出回路１５は、ステップＳ２１において、予め決められた少なくとも２つの互いに異なる周波数を発振器１１に順次に設定する。そして、ステップＳ２６において、位相回転中心検出回路１５は、取得された少なくとも２つのＩＱ信号に基づいて、ＩＱ平面上における反射信号の位相回転中心の座標を検出する。

図２１〜図２３は、実施の形態５に係る反射信号の位相回転中心の座標の検出方法を説明する図である。図２１において、点Ｐ_３１及び点Ｐ_３２は、送信信号の周波数を予め決められた２つの周波数ｆ１及びｆ２に設定して取得したＩＱ信号の座標を示す。周波数ｆ１及びｆ２の関係は、ｆ１＜ｆ２であるとする。点Ｐ_３１と点Ｐ_３２との間の位相差φは、実施の形態１で示した式（９）を用いて求めることができる。

円周上の２点の座標がわかり、その２点と円の中心とを結ぶ２本の半径がなす中心角がわかれば、円の中心座標は２通りに定まる。点Ｐ_３１と点Ｐ_３２との２点を通り、点Ｐ_３１及び点Ｐ_３２と中心とを結ぶ２本の半径がなす中心角がφ（０°＜φ＜１８０°）である円は、点Ｐ_ａを中心とする円８１と、点Ｐ_ｂを中心とする円８２である。

実施の形態１の図１１に示したように、移動体の停止中に、送信信号の周波数を順に大きくなるように変化させていった場合、各周波数で取得したＩＱ信号の軌跡は時計回り（右回り）となる。したがって、ｆ１＜ｆ２より、点Ｐ_３１から点Ｐ_３２への軌跡は時計回りとなる。

図２２に示すように、円８１の円周上において、点Ｐ_３１から点Ｐ_３２への時計回りの軌跡は、位相差がφとなり妥当である。一方、図２３に示すように、円８２の円周上において、点Ｐ_３１から点Ｐ_３２への時計回りの軌跡は、位相差が３６０°−φとなり妥当でない。よって、円８１の中心Ｐ_ａを、反射信号の位相回転中心の座標として検出する。

上記の方法で、２つの互いに異なる周波数の送信信号に対応する２つのＩＱ信号に基づいて位相回転中心の座標を検出するためには、２つのＩＱ信号の位相差φが０°＜φ＜１８０°となるように、送信信号の周波数を設定する必要がある。そこで、実施の形態１で説明した送信信号の周波数の決定方法を用いて、２つのＩＱ信号が０°より大きくかつ１８０°より小さい位相差を有するように、第１の周波数及び第２の周波数を選択する。

以上のように構成された実施の形態５に係る移動距離計測装置によれば、かご３の停止中に、予め決められた少なくとも２つの互いに異なる周波数の送信信号に対応する少なくとも２つのＩＱ信号に基づいて、反射信号の位相回転中心の座標を検出するように構成したので、電波を送信する回数をより少なくして、反射信号の位相回転中心の座標を迅速かつ正確に検出することができる。

１ 昇降路、２ ガイドレール、３ かご、４ 駆動装置、５ 主ロープ、６ 釣合おもり、７ 取付治具、１０ 移動距離計測装置、１１ 発振器、１２ アンテナ、１２ａ 送信アンテナ、１２ｂ 受信アンテナ、１３ 増幅器、１４ ＩＱ復調器、１５ 位相回転中心検出回路、１６ 移動距離演算回路、１７ 入力端子、１８ 出力端子、１９ 停止判定回路、２０ 制御回路、７１ 車両、７２ レール、７３ 枕木、７４ 砂利石（バラスト）、７５ 接続軸、７６ 台車、７７ 車輪、７８ 艤装治具。

Claims (8)

1. 固定面に沿って移動する移動体に設けられ、当該移動体の移動距離を計測する移動距離計測装置において、前記移動距離計測装置は、
   無線周波数を有する送信信号を複数の単位時間区間にわたって発生する発振器と、
   前記送信信号を前記固定面に電波として照射する送信アンテナと、
   前記送信アンテナから前記固定面に照射されて前記固定面で反射された電波を受信し、前記送信信号に対応する反射信号として取得する受信アンテナと、
   前記複数の単位時間区間のそれぞれにおいて前記送信信号を基準信号として用いて前記反射信号を直交検波し、前記複数の単位時間区間にそれぞれ対応する複数のＩＱ信号であって、ＩＱ平面上における前記反射信号の座標をそれぞれ示す複数のＩＱ信号を取得するＩＱ信号取得手段と、
   前記ＩＱ平面上における前記反射信号の位相回転中心の座標を検出する位相回転中心検出手段と、
   前記ＩＱ平面上における前記反射信号の座標と前記位相回転中心の座標とに基づいて前記送信信号に対する前記反射信号の位相差を算出し、前記位相差に基づいて前記移動体の移動距離を算出する移動距離演算手段とを備え、
   前記発振器は、前記移動体が停止しているとき、互いに異なる無線周波数を有する少なくとも２つの送信信号を発生し、
   前記ＩＱ信号取得手段は、前記移動体が停止しているとき、前記少なくとも２つの送信信号に対応する少なくとも２つのＩＱ信号を取得し、
   前記位相回転中心検出手段は、前記少なくとも２つのＩＱ信号に基づいて、前記ＩＱ平面上における前記反射信号の位相回転中心の座標を検出することを特徴とする移動距離計測装置。
2. 前記移動距離演算手段は、前記位相回転中心の座標に基づいて前記ＩＱ平面上における前記反射信号の座標を補正し、前記補正された座標に基づいて前記送信信号に対する前記反射信号の位相差を算出し、前記位相差に基づいて前記移動体の移動距離を算出することを特徴とする請求項１記載の移動距離計測装置。
3. 前記少なくとも２つの送信信号の無線周波数は、前記少なくとも２つのＩＱ信号が予め決められた位相差を互いに有するように、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの主ビーム方向と、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナから前記固定面までの距離とに基づいて決定されることを特徴とする請求項１又は２記載の移動距離計測装置。
4. 前記少なくとも２つの送信信号の無線周波数は、前記少なくとも２つのＩＱ信号が０度より大きくかつ１８０度より小さい位相差を有するように決定されることを特徴とする請求項３記載の移動距離計測装置。
5. 前記移動距離計測装置は、前記ＩＱ信号に基づいて前記移動体が停止しているか否かを判定する停止判定手段をさらに備え、
   前記停止判定手段は、予め決められた時間期間にわたる前記ＩＱ信号の変化量が予め決められた第１のしきい値以下である場合、前記移動体が停止していると判定することを特徴とする請求項１から４のうちの１つに記載の移動距離計測装置。
6. 請求項１から５のうちの１つに記載の移動距離計測装置を備えたことを特徴とするエレベーター。
7. 請求項１から５のうちの１つに記載の移動距離計測装置を備えたことを特徴とする車両。
8. 固定面に沿って移動する移動体に設けられた移動距離計測装置を用いて前記移動体の移動距離を計測する移動距離計測方法において、前記移動距離計測方法は、
   無線周波数を有する送信信号を複数の単位時間区間にわたって発生するステップと、
   前記送信信号を前記固定面に電波として照射するステップと、
   前記固定面に照射されて前記固定面で反射された電波を受信し、前記送信信号に対応する反射信号として取得するステップと、
   前記複数の単位時間区間のそれぞれにおいて前記送信信号を基準信号として用いて前記反射信号を直交検波し、前記複数の単位時間区間にそれぞれ対応する複数のＩＱ信号であって、ＩＱ平面上における前記反射信号の座標をそれぞれ示す複数のＩＱ信号を取得するステップと、
   前記ＩＱ平面上における前記反射信号の位相回転中心の座標を検出するステップと、
   前記ＩＱ平面上における前記反射信号の座標と前記位相回転中心の座標とに基づいて前記送信信号に対する前記反射信号の位相差を算出し、前記位相差に基づいて前記移動体の移動距離を算出するステップとを含み、
   前記位相回転中心の座標を検出するステップは、前記移動体が停止しているとき、
   互いに異なる無線周波数を有する少なくとも２つの送信信号を発生するステップと、
   前記少なくとも２つの送信信号に対応する少なくとも２つのＩＱ信号を取得するステップと、
   前記少なくとも２つのＩＱ信号に基づいて、前記ＩＱ平面上における前記反射信号の位相回転中心の座標を検出するステップとを含むことを特徴とする移動距離計測方法。

Images