JPWO2019239536A1 - 移動体の速度計測装置およびエレベータ - Google Patents

Abstract

ゲート信号を発生するタイミング制御部と、静止構造物を照明する光を送信する光送信部と、ゲート信号に応答して露光時間だけ、複数の画素を含む撮像面に静止構造物からの反射光を取り込み、反射光による光信号をその輝度に応じた電気信号に変換するゲートイメージセンサと、静止構造物で反射した反射光を取り込み、反射光をゲートイメージセンサの撮像面に結像させる結像光学系と、ゲートイメージセンサからの電気信号を画像として処理し、処理結果から移動体の速度を算出する画像処理部を備え、少なくとも光送信部とゲートイメージセンサ及び結像光学系は、移動体に配置され、露光時間は、撮像面に結像した画像の空間分解能と移動体の移動可能な最大移動速度との比から得られる時間よりも小さい値に設定されている。

Description

本発明は、移動体の速度を計測する移動体の速度計測装置およびエレベータに関する。

エレベータにおけるかごの位置や速度を計測するセンサとして、非接触式の速度センサがある。非接触式の速度センサを用いてかごの位置や速度を計測することにより、昇降速度を監視する安全装置としての役割を果たすガバナロープのような、長尺な構造物が不要となり、接触式の速度センサのような、滑りによる測定誤差も発生しない。特許文献１には、かごに設置されたイメージセンサにより、昇降路内に存在する構造物を撮影し、かごの位置及び速度を計測する光学式のかご位置・速度計測の技術が開示されている。

特開２０１１−７３８８５号公報

しかしながら、高速移動するかごの上から、静止した構造物を撮影すると、かごの移動方向に被写体ぶれが発生し、速度計測精度を悪化させる要因となる。

本発明の目的は、移動体から静止構造物を撮影した画像に、移動体の移動方向に被写体ぶれが発生するのを抑制することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、ゲート信号を発生するタイミング制御部と、前記ゲート信号に応答して、移動体の移動路に沿って配置された静止構造物を照明する光を送信する光送信部と、前記ゲート信号に応答して、前記ゲート信号で規定される露光時間だけ、複数の画素を含む撮像面に前記静止構造物からの反射光を取り込み、前記反射光による光信号をその輝度に応じた電気信号に変換するゲートイメージセンサと、前記静止構造物に相対向して配置されて、前記静止構造物で反射した前記反射光を取り込み、前記反射光を前記ゲートイメージセンサの前記撮像面に結像させる結像光学系と、前記ゲートイメージセンサの出力による前記電気信号を画像として処理し、処理結果から前記移動体の速度を算出する画像処理部と、を備え、少なくとも前記光送信部と前記ゲートイメージセンサ及び前記結像光学系は、前記移動体に配置され、前記露光時間は、前記撮像面に結像した画像の空間分解能と前記移動体の移動可能な最大移動速度との比から得られる時間よりも小さい値に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、移動体から静止構造物を撮影した画像に、移動体の移動方向に被写体ぶれが発生するのを抑制することができ、結果として、移動体の速度の測定精度を高めることができる。

本発明の実施例１におけるエレベータ光学式速度計測装置の全体構成を示すブロック図。 本発明の実施例１におけるゲートイメージセンサで撮像した画像であって、静止構造物表面の散乱輝度分布の画像を示す模式図。 本発明の実施例１におけるタイミング制御部からゲートイメージセンサに送信するゲート信号のタイミングチャート。 本発明の実施例１における画像処理部の速度計測処理を示すフローチャート。 本発明の実施例２における結像光学系の構成を示す概略図。 本発明の実施例３における結像光学系の構成を示す概略図。 本発明の実施例４における光送信部の構成を示す概略図。 本発明の実施例５におけるエレベータ光学式速度計測装置の各部の位置関係を示す概略図。 本発明の実施例６におけるエレベータ光学式速度計測装置の全体構成を示す概略図。 本発明の実施例６における正反射光分離光学系の概略構成を示す概念図。 本発明の実施例７における正反射光分離光学系の概略構成を示す概念図。 本発明の実施例８における正反射光分離光学系の概略構成を示す概念図。 本発明の実施例９におけるエレベータ光学式速度計測装置の全体構成を示す概略図。 本発明の実施例１０におけるタイミング制御部の出力によるゲート信号とゲートイメージセンサに入射する散乱光のタイミングチャート。

以下、図面を用いて実施例を説明する。

本実施例は、移動体として、例えば、エレベータかごを用い、エレベータかごから、被写体である静止構造物の表面に向けて照明光を照射し、静止構造物の表面で反射した反射光を、結像光学系を介してゲートイメージセンサの撮像面に入射し、ゲートイメージセンサで光信号を電気信号に変換し、変換された電気信号から生成された画像を基に、エレベータかごの移動速度を計測するものであって、ゲートイメージセンサにおける露光時間を１００μｓ未満に設定したものである。

図１は、本発明の実施例１におけるエレベータ光学式速度計測装置の全体構成を示す概略図である。図１において、エレベータ光学式速度計測装置１０は、建屋の昇降路（図示せず）内を昇降するエレベータかご１２の上部に配置されている。昇降路（移動体の移動路）内には、ガイドレールを含む静止構造物１１が昇降路に沿って配置されている。エレベータ光学式速度計測装置１０は、エレベータかご１２の運行制御を行うのに有用な信号情報、例えば、エレベータかご１２の移動速度および位置に関する信号情報を、エレベータかご１２の運行制御を行う制御盤（図示せず）に出力する。

具体的には、エレベータ光学式速度計測装置１０は、光送信部１００と、ゲートイメージセンサ１０１と、画像処理部１０２と、全体制御部１０３と、タイミング制御部１０４と、結像光学系１０５を備えている。なお、図１では、説明をわかりやすくするため、光路を太い実線の矢印、電気信号の経路を細い実線の矢印で示している。

光送信部１００は、光源(図示せず)を備え、エレベータ昇降路内の静止構造物１１、例えば、ガイドレールの表面に光を照射するように配置されている。ここで、光とは、電磁波を指し、例えば、可視光であってもよく、赤外線、紫外線などであってもよい。光源としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やハロゲンランプのような時間的かつ空間的にインコヒーレントな光源を用いてもよく、あるいはレーザー光源のような時間的かつ空間的にコヒーレントな光源を用いてもよい。

結像光学系１０５は、光送信部１００から静止構造物１１の表面に向けて照射された出射光線（出射光）であって、静止構造物１１の表面で反射した散乱光をゲートイメージセンサ１０１の撮像面に結像させる光学系として構成されている。ゲートイメージセンサ１０１は、結像光学系１０５からの光信号（静止構造物１１の表面の散乱輝度分布を示す光信号）であって、複数の画素（ピクセル）を含む撮像面に結像した光信号を、その輝度に応じた電気信号に変換し、この電気信号を、暗視野画像を示す画像信号として画像処理部１０２に送信する。ゲートイメージセンサ１０１としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いることができる。また、ゲートイメージセンサ１０１は、二次元のエリアセンサであってもよく、あるいはエレベータかご１２の移動方向に空間分解の機能を有する一次元のラインセンサであってもよい。なお、入射光および散乱光の経路中に、結像光学系１０５以外にバンドパスフィルタなどの波長選択式フィルタを設けて、所望の波長以外の外光を除去する役割を持たせてもよい。また、砂塵や埃等がエレベータ光学式速度計測装置１０に入らないように、エレベータ光学式速度計測装置１０を防護する目的で、入射光および散乱光の経路中に窓材などを設けてもよい。

タイミング制御部１０４は、全体制御部１０３からの情報を基に複数のゲート信号（ゲートパルス信号）を生成し、生成した複数のゲート信号のうち一方のゲート信号を光送信部１００に送信し、他方のゲート信号をゲートイメージセンサ１０１に送信する。一方のゲート信号は、光送信部１００における光源の駆動時間を規定するタイミング信号として用いられ、他方のゲート信号は、ゲートイメージセンサ１０１における露光時間を規定するタイミング信号として用いられる。画像処理部１０２は、ゲートイメージセンサ１０１からの電気信号（暗視野画像を示す画像信号）を、例えば、静止構造物１１の表面の散乱輝度分布に応じた画像であって、空間分解した画像として処理し、この画像処理の結果から、エレベータかご１２に関する信号情報、例えば、エレベータかご１２の移動速度および位置に関する信号情報を算出し、算出した信号情報を全体制御部１０３に出力する。全体制御部１０３は、画像処理部１０２及びタイミング制御部１０４の制御を行うと共に、画像処理部１０２からの信号情報（エレベータかご１２に関する信号情報）を外部（制御盤）に出力する。

次に、静止構造物表面を撮像して得られた散乱輝度分布の画像について説明する。図２は、ゲートイメージセンサ１０１で撮像した画像であって、静止構造物表面の散乱輝度分布の画像を示す模式図である。ゲートイメージセンサ１０１の画素の空間分解能とエレベータかご１２の最大移動速度（エレベータかご１２が移動可能な最大移動速度）との比から得られる時間より長い（大きい）時間を、ゲートイメージセンサ１０１の露光時間Ｔとして、高速移動（移動速度Ｖ）するエレベータかご１２から、被写体である静止構造物１１を撮影すると、図２に示すように、被写体表面（静止構造物表面）の散乱輝度分布の画像１０１ａには、エレベータかご１２の移動方向ｙに被写体ぶれが発生する（複数の画像が重なりぼける）。すなわち、ゲートイメージセンサ１０１における露光時間Ｔに比例したＶ（移動速度）×Ｔ（露光時間）の幅だけ、画像１０１ａにぼけが発生する。画像１０１ａにぼけが発生した状態で画像処理すると、エレベータかご１２の移動速度や位置を正確に算出することができない。

画像１０１ａのぼけによる、速度分解能・位置検出分解能を低減し、画像１０１ａに、エレベータかご１２の移動方向ｙに被写体ぶれが発生するのを抑制するためには、エレベータかご１２の移動速度Ｖを考慮して、露光時間Ｔを十分に抑える必要がある。そこで、本実施例では、ゲートイメージセンサ１０１の画素の空間分解能とエレベータかご１２の最大移動速度Ｖｍとの比から得られる時間よりも短い（小さい）時間を、ゲートイメージセンサ１０１の露光時間Ｔとして、高速移動（移動速度Ｖ）するエレベータかご１２から、静止構造物１１を撮影したところ、被写体表面（静止構造物表面）の散乱輝度分布の画像１０１ａとして、エレベータかご１２の移動方向ｙに被写体ぶれが発生しない画像が得られた。

この際、要求される空間分解能δｘに対し、露光時間Ｔと、エレベータかご１２の最大移動速度Ｖｍとの間には、Ｔ＜δｘ／Ｖｍの関係がある。ここで、例えば、最大移動速度５ｍ／ｓで移動するエレベータかご１２に対して、０．５ｍｍの空間分解能δｘを得るには、ゲートイメージセンサ１０１の露光時間Ｔは、１００μｓ未満となる。すなわち、ゲートイメージセンサ１０１の露光時間Ｔ＝１００μｓ未満（タイミング制御部１０４からゲートイメージセンサ１０１に送信するゲート信号のパルス幅＝１００μｓ未満）とすれば、高速移動（移動速度Ｖ）するエレベータかご１２から、静止構造物１１を撮影しても、被写体表面（静止構造物表面）の散乱輝度分布の画像１０１ａとして、エレベータかご１２の移動方向ｙに被写体ぶれが発生しない画像が得られる。

図３は、タイミング制御部１０４からゲートイメージセンサ１０１に送信するゲート信号のタイミングチャートである。タイミング制御部１０４は、ゲートイメージセンサ１０１に対して、フレーム周期Δｔ毎にゲート信号Ｇを送信する。このゲート信号Ｇのパルス幅Ｗは、露光時間Ｔ＝１００μｓ未満に相当する値に設定されている。すなわち、ゲートイメージセンサ１０１は、タイミング制御部１０４からのゲート信号Ｇのパルスに応答して、パルス幅Ｗの時間（露光時間Ｔ＝１００μｓ未満）だけ露光を行う。この際、タイミング制御部１０４から光送信部１００に送信するゲート信号Ｇのパルス幅Ｗを、露光時間Ｔ＝１００μｓ未満に相当する値に設定し、光源の点灯期間を露光時間Ｔの間だけ行ってもよい。これにより、光送信部１００の単位時間当たりの平均出力パワーを下げることが可能であり、駆動に必要なパワー及び放熱を抑えることが可能である。

次に、画像処理部１０２における速度計測処理について説明する。図４は、本実施例におけるエレベータ光学式速度計測装置１０による速度計測処理を示すフローチャートである。本実施例では、わかりやすさのため、相関関数法による速度計測処理で説明するが、速度の算出方法は、相関関数法には限定されない。

画像処理部１０２は、まず、全体制御部１０３から測定開始の信号を受信したことを条件に処理を開始し（Ｓ５０１）、フレームｉごとに暗視野画像Ｉ（ｉ）をゲートイメージセンサ１０１から取得する（Ｓ５０２）。

次に、画像処理部１０２は、取得したフレームｉの暗視野画像Ｉ（ｉ）を、画像処理部１０２内の記憶素子（メモリ）に格納する（Ｓ５０３）。なお、記憶素子は、画像処理部１０２や全体制御部１０３内に含まれるレジスタなどの揮発性メモリを用いてもよく、あるいは外部に配置した不揮発性メモリを用いてもよい。

次に、画像処理部１０２は、ステップＳ５０２で記憶素子に格納した、フレームｉの暗視野画像Ｉ（ｉ）を記憶素子から読み出すと共に、フレームｉよりも前に、記憶素子に格納されたフレーム（ｉ−ｋ）の暗視野画像Ｉ（ｉ−ｋ）を記憶素子から読み出し、読み出した暗視野画像Ｉ（ｉ）と暗視野画像Ｉ（ｉ−ｋ）との相互相関関数Ｃを計算する（Ｓ５０４）。なお、前のフレームの暗視野画像の選択方法いついては、直前の１フレーム前の暗視野画像を選択してもよいし、あるいは複数フレーム前の暗視野画像を選択してもよい。また、相互相関関数の計算方法についても他の計算方法を採用してもよい。

次に、画像処理部１０２は、相互相関関数Ｃの計算により、相互相関関数Ｃのピーク座標位置Δｘを推定し、ステップＳ５０４で読み出した暗視野画像のうち暗視野画像Ｉ（ｉ−ｋ）から暗視野画像Ｉ（ｉ）までの時間ｋ×Δｔを算出し、ピーク座標位置Δｘと時間ｋ×Δｔとの比から、エレベータかご１２の移動速度Ｖ＝Δｘ／（ｋ×Δｔ）を計算する。なお、ピーク座標位置Δｘの推定方法に関しても、最大位置のピーク座標としてもよいし、あるいは最大位置近傍の数点を用いて最小二乗フィッティングを行って推定してもよく、その方法については限定しない。

次に、画像処理部１０２は、移動速度Ｖの情報を全体制御部１０３に出力し、フレームｉに「１」を加算し（Ｓ５０５）、全体制御部１０３からの測定終了の信号を受信したか否かを判定し（Ｓ５０６）、全体制御部１０３から測定終了の信号を受信しいてない場合、ステップＳ５０２に戻り、ステップＳ５０２〜Ｓ５０６の処理を繰り返す。一方、画像処理部１０２は、ステップＳ５０６で全体制御部１０３から測定終了の信号を受信したと判定した場合、このルーチンの処理を終了する（Ｓ５０７）。

また、画像処理部１２０は、ゲートイメージセンサ１０１から、タイミング制御部１０４の出力によるゲート信号の発生周期に相当するフレーム周期で電気信号を順次取り込み、各電気信号からフレーム毎の暗視野画像を生成し、生成した複数フレームの暗視野画像のうち第１のフレームの暗視野画像における第１の計測対象画像（特徴的な画像を含む計測対象画像）と、第２のフレームの暗視野画像における計測対象画像であって、第１の計測対象画像に対応した第２の計測対象画像（第１の計測対象画像と同一の特徴的な画像を含む計測対象画像）との間に生じる、暗視野画像上のずれを算出し、算出した暗視野画像上のずれと、第１のフレームと第２のフレームとの差を示す時間との比から、エレベータかご（移動体）１２の速度を算出することができる。

全体制御部１０３は、画像処理部１０２から移動速度Ｖに関する情報を受信した場合、受信した情報を記憶素子に格納するか、あるいは、移動速度Ｖに関する情報を管理装置（図示せず）へ送信する。この際、管理装置は、速度ベクトルに関する情報を表示することにより、エレベータの管理者へ通知してもよい。なお、画像処理部１０２は、エレベータかご１２の移動方向のかご移動速度のみを算出してもよい。

本実施例によれば、ゲートイメージセンサ１０１の露光時間Ｔを１００μｓ未満に短縮したので、エレベータかご１２から静止構造物１１を撮影した画像に、エレベータかご１２の移動方向に被写体ぶれが発生するのを抑制することができる。すなわち、エレベータかご１２の移動方向に被写体ぶれが発生しない画像を得ることができ、結果として、エレベータかご１２の移動速度の測定精度を高めることができる。

本実施例は、実施例１の結像光学系１０５よりも、エレベータかご１２のｚ軸方向のゆれに対して結像倍率を不変に保つ、ロバストな結像光学系１０５を有するものであり、他の構成は、実施例１と同様であるので、それらの説明は省略する。

図５は、本発明の実施例２における結像光学系１０５の構成を示す概念図である。なお、図５では、静止構造物１１からの散乱光線（散乱光）Ｌ１１〜Ｌ１９を点線の矢印で示している。図５において、結像光学系１０５は、静止構造物１１に相対向して配置されて、静止構造物１１で反射した散乱光を集光する対物レンズ（第１のレンズ）８１と、対物レンズ８１で集光された散乱光の光量を制限し、光量の制限された散乱光をゲートイメージセンサ１０１の撮像面に向けて送出する絞り８２を備えている。この際、結像光学系１０５は、被写体（検出対象）となる静止構造物１１が、エレベータかご１２に対して、相対的にｚ軸方向（エレベータかご１２の移動方向（ｙ軸方向）に対して直交する方向）にぶれたときの倍率の変化の影響をなくすために、物体側（静止構造物１１側）にテレセントリックな光学配置となっている。

すなわち、本実施例における結像光学系１０５は、ゲートイメージセンサ１０１の撮像面の中心と、絞り８２の中心と、対物レンズ８１の光軸の中心が同一直線上に位置するように配置され、且つ、絞り８２は、対物レンズ８１のゲートイメージセンサ１０１側の焦点位置に配置されている。静止構造物１１からの散乱光Ｌ１１〜Ｌ１９は、対物レンズ８１を透過した後、ゲートイメージセンサ１０１の撮像面に結像される。この際、散乱光Ｌ１１〜Ｌ１９のうち、散乱光Ｌ１２、Ｌ１５、Ｌ１８は、他の散乱光よりも光量が多く、主光線となって、常に、対物レンズ８１の光軸と平行となって対物レンズ８１に入射する。なお、ｙ軸とｚ軸は、静止構造物１１に形成される仮想の軸であって、ｙ軸は、エレベータかご１２の移動方向と平行な軸を示し、ｚ軸は、エレベータかご１２の移動方向と直交する軸であって、結像光学系１０５の光軸と平行な軸を示す。

本実施例によれば、静止構造物１１からの散乱光Ｌ１２、Ｌ１５、Ｌ１８は、主光線となって、常に、対物レンズ８１の光軸と平行となって対物レンズ８１に入射するので、エレベータかご１２のｚ軸方向のゆれに対して、静止構造物１１の画像が光軸（ｚ軸）方向にぶれても、ゲートイメージセンサ１０１の撮像面で結像する像の倍率は一定となり、エレベータかご１２のｙ方向の移動量Δｙの計測値を、エレベータかご１２のｚ軸方向のゆれに対して、常に一定に保つことができる。

また、本実施例では、対物レンズ８１を、静止構造物１１から５０ｍｍ以上離して配置している。例えば、エレベータかご１２が奥行き方向（ｚ軸方向）に±５ｍｍ程度ぶれる場合、対物レンズ８１を、静止構造物１１から５０ｍｍ以上離して配置することによって、エレベータかご１２のｚ軸方向のぶれに対して発生する画像のピントぼけを抑えることが可能である。また、対物レンズ８１の材質をガラスにすることもできる。対物レンズ８１をガラスレンズとすることにより、プラスチックレンズに比べ、十分高い耐久性を得ることができる。また、対物レンズ８１のうち光線が通過する面の形状を、両側が球面もしくは片側が球面でもう一方の側を平面として構成することもできる。本構成により、対物レンズ８１をガラスレンズとしても、非球面形状に比べ、安価に結像光学系１０５を構成することが可能である。

本実施例は、実施例１の結像光学系１０５よりも、エレベータかご１２のｚ軸方向のゆれに対して、ゲートイメージセンサ１０１における結像倍率を不変に保つ、ロバストな結像光学系であって、実施例２よりも、ゲートイメージセンサ１０１で生じる幾何収差を抑える結像光学系１０５を有するものであり、他の構成は、実施例１と同様であるので、それらの説明は省略する。

図６は、実施例３における結像光学系１０５の構成を示す概念図である。なお、図６では静止構造物１１からの散乱光線（散乱光）Ｌ１１〜Ｌ１９を点線の矢印で示している。図６において、結像光学系１０５は、静止構造物１１に相対向して配置されて、静止構造物１１で反射した散乱光を集光する対物レンズ（第１のレンズ）８１と、対物レンズ８１で集光された散乱光の光量を制限する絞り８２と、絞り８２とゲートイメージセンサ１０１との間に配置されて、絞り８２からの散乱光を集光し、集光した散乱光をゲートイメージセンサ１０１の撮像面に向けて送出する集光レンズ（第２のレンズ）８３を備えている。

この際、結像光学系１０５は、被写体（検出対象）となる静止構造物１１が、エレベータかご１２に対して、相対的にｚ軸方向にぶれたときの倍率の変化の影響をなくするために、物体側（静止構造物１１側）をテレセントリックな光学配置にすると共に、ゲートイメージセンサ１０１で生じる幾何収差を抑えるために、像側（ゲートイメージセンサ１０１側）もテレセントリックな光学配置にしている。

すなわち、ゲートイメージセンサ１０１の撮像面の中心と、集光レンズ８３の光軸と、絞り８２の中心と、対物レンズ８１の光軸が、それぞれ同一直線上に位置するように、配置され、且つ、絞り８２は、対物レンズ８１のゲートイメージセンサ１０１側の焦点位置に配置されていると共に、集光レンズ８３の対物レンズ側の焦点位置に配置されている。また、静止構造物１１からの散乱光Ｌ１１〜Ｌ１９は、対物レンズ８１を透過した後、集光レンズ８３を介してゲートイメージセンサ１０１の撮像面に結像される。この際、散乱光Ｌ１１〜Ｌ１９のうち、散乱光Ｌ１２、Ｌ１５、Ｌ１８は、他の散乱光よりも光量が多く、主光線となって、常に、対物レンズ８１の光軸と平行となって対物レンズ８１に入射すると共に、集光レンズ８３の光軸と平行となってゲートイメージセンサ１０１に入射する。

本実施例によれば、実施例２と同様に、静止構造物１１の画像が、光軸（ｚ軸）方向にぶれても、ゲートイメージセンサ１０１の撮像面で結像する像の倍率を不変にでき、さらにゲートイメージセンサ１０１のｚ軸方向の取り付け位置のずれに対しても、ゲートイメージセンサ１０１の撮像面で結像する像の倍率を不変にできる。結果として、結像光学系１０５やゲートイメージセンサ１０１の取り付け時の寸法公差を大きく取ることができ、よりロバストな光学系を構成することができる。また、結像光学系１０５に、対物レンズ８１と集光レンズ８３を含む２つのレンズを用いているので、結像光学系１０５の幾何収差の影響を小さくすることも可能となる。

また、本実施例では、実施例２と同様に、対物レンズ８１を静止構造物１１から５０ｍｍ以上離して配置し、対物レンズ８１を、両側が球面もしくは片側が球面でもう一方の側を平面とするガラスレンズとして構成することもできる。集光レンズ８３も、光線が通過する面の形状を、両側が球面もしくは片側が球面でもう一方の側を平面である、ガラスレンズとして構成することができる。本構成により、安価で高い耐久性を有する結像光学系１０５を構成することが可能となる。

本実施例は、光送信部１００として、被写体（被検出対象）である静止構造物１１を効率的に照明する光送信部１００を構成したものであり、ゲートイメージセンサ１０１、タイミング制御部１０４、画像処理部１０２、全体制御部１０３の構成は、実施例１と同様であって、結像光学系１０５の構成は、実施例２又は実施例３と同様であるので、それらの説明は省略する。

図７は、本発明の実施例４における光送信部１００の構成を示す概念図である。なお、図７では、光源２１からの出射光線（静止構造物１１に対して入射する入射光）Ｌ１〜Ｌ３を実線の矢印で示している。図７において、光送信部１００は、光源２１と、光源２１からの光を集光し、集光した光を静止構造物１１に向けて拡散させて照射する照明レンズ２２を備えている。照明レンズ２２は、光源２１と、被写体（被検出対象）である静止構造物１１との間に配置されている。照明レンズ２２は、その材質が、ガラスであっても、プラスチックであってもよい。また、照明レンズ２２のうち、光線が通過する面の形状は、どちらの面も球面であっても、平面であっても、非球面であってもよい。また、照明レンズ２２は、１つの凸レンズによって構成されているが、複数枚の組み合わせによって構成されるレンズ組であってもよい。また、照明レンズ２２は、レンズのような透過屈折型の集光光学素子に限らず、凹面鏡のような反射型の集光光学素子であってもよい。

本実施例によれば、照明レンズ２２は、光源２１からの出射光線Ｌ１〜Ｌ３を集光して、静止構造物１１の表面を広範囲に亘って照明することができるので、結像光学系１０５及びゲートイメージセンサ１０１によって検出する、静止構造物１１表面の領域を効率的に照明することができる。さらに、照明レンズ２２の形状を適切に設計することにより、静止構造物１１における照度ムラを低減することも可能である。また、光源２１の出力強度を抑えることにより、光源２１の消費電力を小さくでき、かつ所望の検出範囲外の領域からの迷光の発生も抑えることが可能である。

本実施例は、結像光学系１０５への正反射光成分の取り込みを抑えることにより、露光時間Ｔを１００μｓ未満に短くしても、十分高コントラストな画像を得るための配置関係として、光送信部１００と結像光学系１０５との位置関係を設定したものであり、ゲートイメージセンサ１０１、タイミング制御部１０４、画像処理部１０２、全体制御部１０３の構成は、実施例１と同じである。また、結像光学系１０５の構成は、実施例２又は実施例３と同じである。また、光送信部１００内の構成は、実施例１又は実施例４と同じである。

図８は、本発明の実施例５におけるエレベータ光学式速度計測装置１０の各部の位置関係を示す概略図である。なお、図８では、光送信部１００からの出射光線（静止構造物１１に対して入射する入射光）Ｌ１〜Ｌ３を実線の矢印、静止構造物１１からの正反射光線（正反射光）Ｌ５１〜Ｌ５３を破線の矢印、散乱光線（散乱光）Ｌ１１〜Ｌ１３を点線の矢印で示している。

図８において、光送信部１００は、光源の光軸となる出射光線Ｌ２が、静止構造物１１の表面に対して（エレベータかご１２の移行方向となるｙ軸に対して）、傾斜して入射するように配置される。結像光学系１０５は、静止構造物１１の表面で反射した反射光のうち正反射光の伝搬経路から外れた領域であって、散乱光が伝搬する領域に配置される。すなわち、結像光学系１０５は、静止構造物１１の表面で反射した散乱光線（散乱光）Ｌ１１〜Ｌ１３と正反射光線（正反射光）Ｌ５１〜Ｌ５３のうち、散乱光線（散乱光）Ｌ１１〜Ｌ１３のみが入射するように配置されている。光送信部１００は、静止構造物１１の表面に対して、出射光線Ｌ１〜Ｌ３が、照明光として斜入射で入射し、結像光学系１０５に対して、正反射光Ｌ５１〜Ｌ５３の取り込みを抑える暗視野照明系として構成される。

また、光送信部１００は、静止構造物１１の表面に存在する傷１１ａによる、結像光学系１０５方向への正反射光の発生を抑えるために、静止構造物１１上に存在する特徴的な傷１１ａの方向に対して、平行な方向（図８におけるｙ軸方向）に、出射光線Ｌ１〜Ｌ３の入射面（図８におけるｙｚ面）が位置するように照明する。この際、特徴的な傷１１ａは、例えば、静止構造物１１の加工時の仕上げで行われる研磨加工による傷などが挙げられる。

本実施例によれば、結像光学系１０５への正反射光成分の取り込みを抑えるようにしたので、露光時間Ｔを１００μｓ未満に短くしても、十分高コントラストな画像を得ることができる。また、ゲートイメージセンサ１０１で画像を生成する前の光学系における位置関係であって、結像光学系１０５と光送信部１００との位置関係を、予め光学的に高コントラストな画像を得ることができる位置関係にすることで、タイミング制御部１０４で露光時間Ｔを、１００μｓ未満に短くしても、ゲートイメージセンサ１０１で発生する電気ノイズによって、静止構造物１１の表面の凹凸に対応する散乱輝度パターンが埋もれることを避けることができる。

すなわち、結像光学系１０５と光送信部１００との位置関係が、予め光学的に高コントラストな画像を得ることができる位置関係でない場合、ゲートイメージセンサ１０１の画像信号を画像処理部１０２で処理する際に、ゲートイメージセンサ１０１で発生する電気ノイズと静止構造物１１の表面の凹凸に対応する散乱輝度パターンとを識別することが困難である。これに対して、結像光学系１０５と光送信部１００との位置関係が、予め光学的に高コントラストな画像を得ることができる位置関係である場合、ゲートイメージセンサ１０１の画像信号を画像処理部１０２で処理する際に、ゲートイメージセンサ１０１で発生する電気ノイズと静止構造物１１の表面の凹凸に対応する散乱輝度パターンとを容易に識別することができる。

本実施例は、光学系として、正反射光分離光学系１０６を追加し、結像光学系１０５への正反射光成分の取り込みを抑えることにより、露光時間Ｔを１００μｓ未満に短くしても、十分高コントラストな画像を得るようにしたものであり、ゲートイメージセンサ１０１、タイミング制御部１０４、画像処理部１０２、全体制御部１０３の構成は、実施例１と同じである。また、結像光学系１０５の構成は、実施例２又は実施例３と同じである。また、光送信部１００内の構成は、実施例１又は実施例４と同じである。

図９は、本発明の実施例６におけるエレベータ光学式速度計測装置１０の全体構成を示す概略図である。図９において、エレベータ光学式速度計測装置１０は、実施例１の光学系に対して追加された光学系として、正反射光分離光学系１０６を備えている。正反射光分離光学系１０６は、光送信部１００と静止構造物１１との間及び結像光学系１０５と静止構造物１１との間に配置されて、静止構造物１１の表面で反射した反射光のうち、正反射光と散乱光とを分離することができる。

図１０は、本発明の実施例６における正反射光分離光学系１０６の概略構成を示す概念図である。なお、図１０では、光送信部１００から静止構造物１１への出射光線Ｌ１〜Ｌ３を実線の矢印、静止構造物１１からの正反射光線（正反射光）Ｌ５１〜Ｌ５３を破線の矢印、散乱光線（散乱光）Ｌ１１〜Ｌ１３を点線の矢印で示している。

実施例５では、被検出対象の静止構造物１１における表面の凹凸パターンの特徴に注目し、正反射光線（正反射光）Ｌ５１〜Ｌ５３の発生を抑えた。これに対して、本実施例では、正反射光分離光学系１０６として、偏光子６１と検光子６２を用い、偏光子６１を、光送信部１００と静止構造物１１との間に配置し、検光子６２を、静止構造物１１と結像光学系１０５との間に配置している。この正反射光分離光学系１０６は、光送信部１００から送信される光の偏光方向を一定方向に揃える偏光子６１と、静止構造物１１の表面で反射した反射光のうち正反射光の伝搬経路から外れた領域であって、反射光に属する散乱光が伝搬する領域に配置され、正反射光の偏光方向と同一方向の光を除去し、散乱光を透過する検光子６２とから構成される。

この際、光送信部１００は、その光軸が、偏光子６１と相対向して配置され、且つｙ軸に対して傾斜した方向であって、静止構造物１１の表面を照明する光が、静止構造物１１の表面に対して斜方向から入射する方向に配置される。さらに、偏光子６１は、光送信部１００からの出射光線Ｌ１〜Ｌ３が、静止構造物１１の表面に対して、斜め方向に入射する位置に配置されており、偏光子６１における出射光線Ｌ１〜Ｌ３の偏光方向は、一定の方向に予め制限されている。また、検光子６２は、その光軸が、結像光学系１０５の光軸とゲートイメージセンサ１０１の撮像面の中心とを結ぶ直線と、同一直線上に位置するように配置される。また、検光子６２は、偏光子６１で偏光された出射光線が静止構造物１１で反射した反射光を検出する際に、出射光線Ｌ１〜Ｌ３の偏光方向とは垂直な方向の散乱光Ｌ１１〜Ｌ１３のみを透過し、透過した散乱光Ｌ１１〜Ｌ１３を結像光学系１０５に送出し、正反射光線（正反射光）Ｌ５１〜Ｌ５３の取り込みを抑えるように配置されている。

検光子６２を配置する位置は、静止構造物１１と結像光学系１０５との間でもよく、結像光学系１０５とゲートイメージセンサ１０１との間でもよい。偏光子６１、検光子６２としては、液晶の配向方向を利用した偏光フィルムや結晶の複屈折性を利用した偏光プリズム、あるいはワイヤグリッドポーラライザでもよい。また、偏光子６１を用いる代わりに、光送信部１００における光源をレーザーなど、予め出力が偏光している光源素子を用いてもよい。

本実施例によれば、偏光検波の方法により、実施例５に比べ正反射光の取り込みを高効率に抑えることができ、結果として、より高コントラストな画像を得ることが可能となる。また、静止構造物１１の表面にオイル等の液体が塗布されている場合、液体による表面正反射の影響を検出する偏光方向を選択することにより、液体による表面正反射の影響を除去することも可能である。

本実施例は、正反射光分離光学系１０６に、エレベータかご１２のｚ軸方向のゆれに対して、静止構造物１１への照明位置を不変に保つ機能を付加したものであり、ゲートイメージセンサ１０１、タイミング制御部１０４、画像処理部１０２、全体制御部１０３の構成は、実施例１と同じである。また、結像光学系１０５の構成は、実施例２又は実施例３と同じである。また、光送信部１００内の構成は、実施例１又は実施例４と同じである。

図１１は、本発明の実施例７における正反射光分離光学系１０６の概略構成を示す概念図である。なお、図１１では、光送信部１００から静止構造物１１への出射光線Ｌ１を実線の矢印、静止構造物１１からの正反射光線（正反射光）Ｌ５１を破線の矢印、散乱光線（散乱光）Ｌ１１〜Ｌ１３を点線の矢印で示している。

実施例６では、正反射光成分の取り込みを抑えるために、光送信部１００からの出射光線（照明光）を、静止構造物１１に対して斜入射し、さらに、静止構造物１１で反射した反射光の偏光検波を行う光学配置を示した。これに対して、本実施例では、偏光検波により十分正反射光の取り込みを抑えた上で、照明光を、静止構造物１１に対して垂直に照射する同軸落射照明の光学配置としている。

具体的には、本実施例における正反射光分離光学系１０６は、光送信部１００から送信される光の偏光方向を一定方向に揃える偏光子６１と、結像光学系１０５と静止構造物１１との間に配置されて、偏光子６１を透過した光を、ｙ軸と直交する方向に反射し、反射した光を静止構造物１１の表面に向けて照射し、且つ静止構造物１１の表面で反射した反射光を、ｙ軸と交差する方向に透過するビームスプリッタ６３と、ビームスプリッタ６３を透過した反射光のうち少なくとも散乱光が伝搬する領域に配置され、反射光に属する正反射光の偏光方向と同一方向の光を除去し、散乱光を透過する検光子６２を備えている。

この際、光送信部１００は、その光軸が、偏光子６１と相対向して配置され、且つｙ軸に対して平行な方向に配置される。なお、光送信部１００の光軸は、ｚ軸に対して垂直な方向であれば、ｚ軸と垂直なｘ軸に対して平行な方向でもよく、ｘｙ面内であれば、いずれの方向でもよい。また、偏光子６１は、その光軸が、光送信部１００の光軸（出射光線Ｌ１の光軸）と同一直線上にあって、且つ静止構造物１１と平行（ｙ軸と平行）となる位置に配置され、出射光線Ｌ１に対する偏光方向が予め一定の方向に制限されている。検光子６２は、その光軸が、結像光学系１０５の光軸とゲートイメージセンサ１０１の撮像面の中心とを結ぶ直線と、同一直線上に位置するように配置される。

ビームスプリッタ６３は、その中心が、偏光子６１の光軸と検光子６２の光軸とが交差する位置に配置される。ビームスプリッタ６３は、偏光子６１を透過した光を、その光の入射角に対して垂直方向（ｚ軸の負の方向）であって、静止構造物１１側に反射し、その反射した光を静止構造物１１の表面に対して垂直に入射させる。さらに、ビームスプリッタ６３は、静止構造物１１の表面で反射した反射光（散乱光と正反射光を含む）を検光子６２側に透過させる。検光子６２は、ビームスプリッタ６３を透過した反射光のうち散乱光線（散乱光）Ｌ１１〜Ｌ１３のみを透過する。

なお、実施例６と同様に、検光子６２は、結像光学系１０５とゲートイメージセンサ１０１との間でもよい。また、光送信部１００と、結像光学系１０５及びゲートイメージセンサ１０１の配置を入れ替えてもよい。すなわち、光送信部１００からの出射光線Ｌ１を、検光子６２を介してビームスプリッタ６３を透過させた後、静止構造物１１に入射させ、静止構造物１１の表面で反射した反射光を、ビームスプリッタ６３で結像光学系１０５側に反射させる光学配置としてもよい。

本実施例によれば、実施例６と同様の効果を奏することができると共に、静止構造物１１の表面には、光送信部１００からの出射光線Ｌ１が垂直に入射されるので、エレベータかご１２のｚ軸方向のゆれに対して、静止構造物１１への照明位置を不変に保つことができ、結果として、照明強度の時間的変動を最小限に抑えることが可能である。

本実施例は、エレベータかご１２のｚ軸方向のゆれに対して、静止構造物１１への照明位置を不変に保ち、かつ高価な偏光子を使わずに安価に同軸落射型の暗視野照明光学系を構成したものであり、ゲートイメージセンサ１０１、タイミング制御部１０４、画像処理部１０２、全体制御部１０３の構成は、実施例１と同じである。また、結像光学系１０５の構成は、実施例２又は実施例３と同じである。また、光送信部１００内の構成は、実施例１又は実施例４と同じである。

図１２は、本発明の実施例８における正反射光分離光学系１０６の概略構成を示す概念図である。なお、図１０では、光送信部１００から静止構造物１１への出射光線Ｌ１〜Ｌ３を実線の矢印、静止構造物１１からの正反射光線（正反射光）Ｌ５１、Ｌ５２を破線の矢印、散乱光線（散乱光）Ｌ１１〜Ｌ１３を点線の矢印で示している。

実施例６と実施例７では、偏光子６１と検光子６２を含む偏光素子により、正反射光と散乱光とを分離する光学配置を示した。これらに対して、本実施例では、正反射光と散乱光とを空間的に分離する光学配置を示す。

正反射光分離光学系１０６は、光送信部１００から送信される光を、光送信部１００の光軸に対して直交方向に中空状の照度分布を有する光ビームに変換するリング絞り７１と、光送信部１００の光軸と交差する方向に配置された環状のミラーであって、リング絞り７１を透過した光ビームを、ｙ軸と直交する方向に反射する穴あきミラー７３と、穴あきミラー７３と静止構造物１１との間に配置されて、穴あきミラー７３で反射した光ビームを集光し、集光した光ビームを静止構造物１１の表面に向けて照射するリング状集光レンズ７２を備えている。

この際、光送信部１００は、その光軸が、リング絞り７１と相対向して配置され、且つｚ軸に対して垂直な方向（ｙ軸方向又はｘ軸方向）に配置される。また、リング状集光レンズ７２は、その空間部の中心が、結像光学系１０５の光軸と同一直線上に配置され、静止構造物１１の表面で反射した反射光のうち正反射光を空間部から外れた領域で集光し、反射光に属する散乱光を、空間部を介して結像光学系１０５に送出する。また、リング絞り７１は、その中心が、光送信部１００の光軸と同一直線上であって、静止構造物１１の表面と平行（ｙ軸方向に平行）になって配置され、光送信部１００からの出射光線Ｌ１〜Ｌ３を、光軸に対して断面方向（直交する方向）に中空状の照度分布を有する光ビーム（Ｌ１、Ｌ３）に変換して、穴あきミラー７３側に送出する。穴あきミラー７３は、中心部に穴（空間）を有するミラーであって、穴の中心が、光送信部１００の光軸と同一直線上で、且つ、結像光学系１０５の光軸と同一直線上に位置するように配置されると共に、全体として、光送信部１００の光軸及び結像光学系１０５の光軸と交差する方向（斜め方向）に配置されている。穴あきミラー７３は、リング絞り７１からの光ビーム（Ｌ１、Ｌ３）をリング状集光レンズ７２側に反射する。

リング状集光レンズ７２は、中心部に空間を有するリング状のレンズであって、その光軸が、結像光学系１０５の光軸と同一直線上に位置するように配置される。リング状集光レンズ７２は、リング絞り７１からの光ビーム（Ｌ１、Ｌ３）を集光して、静止構造物１１の表面に照射する。静止構造物１１の表面で反射した反射光のうち正反射光線（正反射光）Ｌ５１は、リング状集光レンズ７２を透過した後、穴あきミラー７３側に送出される。静止構造物１１の表面で反射した反射光のうち散乱光線（散乱光線）Ｌ１１〜Ｌ１３は、リング状集光レンズ７２の空間部と、穴あきミラー７３の穴（空間部）を透過した後、結像光学系１０５に入射する。

なお、リング絞り７１で、光送信部１００からの出射光線Ｌ１〜Ｌ３を中空状の照度分布を有する光ビームに変換する場合、出射光線Ｌ１〜Ｌ３をラゲールガウシアンビームに変換してもよい。また、光送信部１００からの出射光線Ｌ１〜Ｌ３は、平行光であっても、そうでなくてもよい。この際、正反射光分離光学系１０６に属する要素は、静止構造物１１の表面での正反射光線（正反射光）Ｌ５１が穴あきミラー７３によって反射され、結像光学系１０５に入射しないように設計されるものとする。

本実施例によれば、エレベータかご１２のｚ軸方向のゆれに対して、静止構造物１１への照明位置を不変に保ち、かつ高価な偏光子を使わずに安価に同軸落射型の暗視野照明光学系を構成することができる。

本実施例は、エレベータかご１２の絶対位置をリセットする位置リセット処理部１０７を設け、エレベータかご１２の累積位置精度を高めるようにしたものであり、ゲートイメージセンサ１０１、タイミング制御部１０４、画像処理部１０２、全体制御部１０３の構成は、実施例１と同じである。また、結像光学系１０５の構成は、実施例２又は実施例３と同じである。また、光送信部１００内の構成は、実施例１又は実施例４と同じである。また、光送信部１００、静止構造物１１、結像光学系１０５の位置関係は、実施例５と同じでもよく、あるいは正反射光分離光学系１０６を構成してもよく、その場合の構成は、実施例６、実施例７又は実施例８と同じである。

図１３は、本発明の実施例９におけるエレベータ光学式速度計測装置１０の全体構成を示す概略図である。図１３において、エレベータ光学式速度計測装置１０には、実施例１の構成に対して、位置リセット処理部１０７が追加されており、位置リセット処理部１０７は、全体制御部１０３に接続されている。

位置リセット処理部１０７は、全体制御部１０３と情報の送受信を行い、全体制御部１０３からの画像に関する情報を基に、静止構造物１１の表面に設定された絶対位置を検出した場合、全体制御部１０３に対して、エレベータかご１２の位置を算出する際の基準位置となる絶対位置をリセットするためのリセット信号を出力する。

この際、位置リセット処理部１０７は、位置リセット処理部１０７内の記憶素子に、予め凹凸パターンに関する画像（絶対位置基準画像）の情報を記憶しており、エレベータかご１２の移動に伴って、全体制御部１０３からの画像に関する情報であって、例えば、静止構造物１１の表面に存在する継ぎ目等の特徴的かつ周期性の高い凹凸パターンの画像に関する情報を受信する毎に、受信した情報であって、凹凸パターンによる絶対位置検出画像に関する情報と記憶素子内に記憶された情報（凹凸パターンによる絶対位置基準画像に関する情報）とを比較し、両者の間に強い相関が現れる（両者の画像が一致する）毎に、全体制御部１０３に対して、リセット信号を出力する。

全体制御部１０３は、リセット信号を受信したことを条件に、絶対位置をリセットし、その後、画像処理部１０２からの信号情報を基に、リセットされた絶対位置を基準に、エレベータかご１２の昇降路における位置（相対位置）を算出し、算出結果を制御盤に送信する。このため、全体制御部１０３は、エレベータかご１２の移動方向が上又は下にランダムに変化しても、エレベータかご１２の昇降路における位置（相対位置）を正確に算出することができ、エレベータかご１２の累積位置精度を高めることができる。

また、本実施例において、全体制御部１０３の機能と位置リセット処理部１０７の機能を画像処理部１０２に付加することができる。この際、画像処理部１０２は、例えば、ゲートイメージセンサ１０１から出力された電気信号を処理して得られた絶対位置検出画像（静止構造物１１の表面に存在する継ぎ目等の特徴的かつ周期性の高い凹凸パターンの画像）と、静止構造物１１における絶対位置を特定する画像として、予め設定されて記憶された絶対位置基準画像（凹凸パターンによる絶対位置基準画像）とを比較し、絶対位置検出画像と絶対位置基準画像とが一致したことを条件に、エレベータかご１２の位置を計測するときの基準時間（計測開始時期間）をリセットし、リセットされた基準時間からの経過時間とエレベータかご１２の速度とを基に、エレベータかご１２の絶対位置からの移動距離を示す、エレベータかご１２の位置を算出し、算出結果を全体制御部１０３に出力することができる。この場合、画像処理部１０２は、全体制御部１０３と位置リセット処理部１０７を用いたときよりも、少ない要素で、エレベータかご１２の昇降路における位置（相対位置）を正確に算出することができ、エレベータかご１２の累積位置精度を高めることができる。

特徴的な凹凸パターンとしては、静止構造物１１に既存の凹凸パターンを利用してもよいし、あるいは静止構造物１１の表面に、凹凸パターンを有するマーカーを取り付ける場合、このマーカーの凹凸パターンを利用してもよい。また、エレベータかご１２の絶対位置を検出する手段としては、磁気センサや大気圧センサ等、光学式とは異なる、別方式の位置検出センサを組み合わせたものを用いることもできる。

本実施例によれば、エレベータかご１２の移動に応じて、エレベータかご１２の昇降路における絶対位置を検出する毎に、絶対位置をリセットするようにしたので、エレベータかご１２の累積位置精度を高めることができる。

本実施例は、光送信部１００から出射された出射光線（出射光）が結像光学系１０５を介してゲートイメージセンサ１０１に入射されるまでの時間を測定し、測定結果を基にエレベータかご１２から静止構造物１１までの距離を計測するものであり、ゲートイメージセンサ１０１、画像処理部１０２、全体制御部１０３の構成は、実施例１と同じである。また、結像光学系１０５の構成は、実施例２又は実施例３と同じである。また、光送信部１００内の構成は、実施例１又は実施例４と同じである。また、光送信部１００、静止構造物１１、結像光学系１０５の位置関係は、実施例５と同じでもよく、あるいは正反射光分離光学系１０６を構成してもよく、その場合の構成は、実施例６又は実施例７或いは実施例８と同じである。また、位置リセット処理部１０７を構成してもよく、その場合の構成は、実施例８と同じである。

図１４は、タイミング制御部１０４から光送信部１００及びゲートイメージセンサ１０１へ送信されるゲート信号と静止構造物１１からゲートイメージセンサ１０１へ入射する散乱光のタイミングチャートである。

図１４（ａ）に示すように、タイミング制御部１０４から光送信部１００に対して、時間ｔ１〜時間ｔ３までの期間がハイレベルとなる、第１のゲート信号（ゲートパルス信号）Ｇ１を送信すると、光送信部１００から静止構造物１１に対して出射光線（照明光）が照射され、静止構造物１１の表面で反射した反射光のうち散乱光が結像光学系１０５を介してゲートイメージセンサ１０１に入射する。この際、ゲートイメージセンサ１０１には、図１４（ｂ）に示すように、時間ｔ２〜時間ｔ４までの期間がハイレベルとなる散乱光（輝度がハイレベルとなる散乱光）Ｌ１２が入射する。すなわち、ゲートイメージセンサ１０１には、光送信部１００から出射される出射光線に対して、時間遅れ＝（時間ｔ２−時間ｔ１）を有する散乱光Ｌ１２が入射する。

一方、図１４（ｃ）に示すように、タイミング制御部１０４からゲートイメージセンサ１０１に対して、光送信部１００に送信する、第１のゲート信号Ｇ１と同じタイミングで、時間ｔ１〜時間ｔ３までの期間がハイレベルとなる、第１のゲート信号（ゲートパルス信号）Ｇ１を送信すると、ゲートイメージセンサ１０１は、時間ｔ１〜時間ｔ３の期間を露光時間Ｔとして、結像光学系１０５からの散乱光Ｌ１２を撮像面（第１の撮像面）に取り込み、第１のゲート信号Ｇ１に応答して撮像した画像信号（画像Ｖ１を含む画像信号）を生成する。この際、結像光学系１０５からゲートイメージセンサ１０１に対して、ハイレベルの散乱光Ｌ１２が入射する期間は、露光時間Ｔ（時間ｔ１〜時間ｔ３）のうち、時間ｔ２〜時間ｔ３の期間であり、この期間に撮像された画像信号（画像Ｖ１を含む画像信号）がゲートイメージセンサ１０１から画像処理部１０２に出力される。

次に、図１４（ｄ）に示すように、タイミング制御部１０４からゲートイメージセンサ１０１に対して、時間ｔ３〜時間ｔ５までの期間がハイレベルとなる、第２のゲート信号（ゲートパルス信号）Ｇ２を送信すると、ゲートイメージセンサ１０１は、時間ｔ３〜時間ｔ４の期間を露光時間Ｔとして、結像光学系１０５からの散乱光Ｌ１２を撮像面（第２の撮像面）に取り込み、第２のゲート信号Ｇ２に応答して撮像した画像信号（画像Ｖ２を含む画像信号）を生成する。この際、結像光学系１０５からゲートイメージセンサ１０１に対して、ハイレベルの散乱光Ｌ１２が入射する期間は、露光時間Ｔ（時間ｔ３〜時間ｔ５）のうち、時間ｔ３〜時間ｔ４の期間であり、この期間に撮像された画像信号（画像Ｖ２を含む画像信号）が画像処理部１０２に出力される。

ここで、光送信部１００から静止構造物１１に向けて出射された出射光線が、静止構造物１１で反射し、静止構造物１１の表面で反射した反射光のうち散乱光Ｌ１２がゲートイメージセンサ１０１に入射するまでの伝達時間Ｔ０（＝時間ｔ１〜時間ｔ２までの期間）を算出するに際して、画像処理部１０２は、ゲートイメージセンサ１０１から、画像Ｖ１を含む画像信号と、画像Ｖ２を含む画像信号を取り込み、伝達時間Ｔ０を、次の（１）式に従って算出する。

Ｔ０＝Ｔ・Ｖ２/（Ｖ１＋Ｖ２）・・・・（１）
ここで、Ｔは、第１のゲート信号Ｇ１と第２のゲート信号Ｇ２で規定される露光時間であり、Ｖ１、Ｖ２は、ゲートイメージセンサ１０１から出力される画像信号に属する画像の大きさに相当する面積である。

画像処理部１０２は、伝達時間Ｔ０×光速から、エレベータかご１２から静止構造物１１までの距離を算出し、算出した距離の情報を全体制御部１０３に送信する。この際、画像処理部１０２又は全体制御部１０３において、画像処理部１０２で算出した距離と設定値（基準値）とを比較して、エレベータかご１２にｚ軸方向のぶれがあるか否かを判定することができる。

本実施例によれば、エレベータかご１２から静止構造物１１までの距離を計測することができるので、計測結果からエレベータかご１２に、ｚ軸方向のぶれがあるか否かを判定することができる。

以上述べた各実施例は、本発明を分かりやすく説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、画像処理部１０２、全体制御部１０３、タイミング制御部１０４を、エレベータかご１２の外部に配置し、タイミング制御部１０４と光送信部１００との情報の送受信と、タイミング制御部１０４とゲートイメージセンサ１０１との間の情報の送受信と、ゲートイメージセンサ１０１と画像処理部１０２との間の情報の送受信を有線又は無線で行うことも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１０…エレベータ光学式速度計測装置、１１…静止構造物、１２…エレベータかご、２１…光源、２２…照明レンズ、６１…偏光子、６２…検光子、６３…ビームスプリッタ、７１…リング絞り、７２…リング状集光レンズ、７３…穴あきミラー、８１…対物レンズ、８２…絞り、８３…集光レンズ、１００…光送信部、１０１…ゲートイメージセンサ、１０２…画像処理部、１０３…全体制御部、１０４…タイミング制御部、１０５…結像光学系、１０６…正反射光分離光学系、１０７…位置リセット処理部

Claims (15)

1. ゲート信号を発生するタイミング制御部と、
   前記ゲート信号に応答して、移動体の移動路に沿って配置された静止構造物を照明する光を送信する光送信部と、
   前記ゲート信号に応答して、前記ゲート信号で規定される露光時間だけ、複数の画素を含む撮像面に前記静止構造物からの反射光を取り込み、前記反射光による光信号をその輝度に応じた電気信号に変換するゲートイメージセンサと、
   前記静止構造物に相対向して配置されて、前記静止構造物で反射した前記反射光を取り込み、前記反射光を前記ゲートイメージセンサの前記撮像面に結像させる結像光学系と、
   前記ゲートイメージセンサの出力による前記電気信号を画像として処理し、処理結果から前記移動体の速度を算出する画像処理部と、を備え、
   少なくとも前記光送信部と前記ゲートイメージセンサ及び前記結像光学系は、
   前記移動体に配置され、
   前記露光時間は、
   前記撮像面に結像した画像の空間分解能と前記移動体の移動可能な最大移動速度との比から得られる時間よりも小さい値に設定されていることを特徴とする移動体の速度計測装置。
2. 請求項１に記載の移動体の速度計測装置において、
   前記空間分解能が、０．５ｍｍであって、前記最大移動速度が、５ｍ／ｓである場合、前記露光時間は、１００μｓ未満であることを特徴とする移動体の速度計測装置。
3. 請求項１に記載の移動体の速度計測装置において、
   前記画像処理部は、
   前記ゲートイメージセンサから、前記ゲート信号の発生周期に相当するフレーム周期で前記電気信号を順次取り込み、前記各電気信号からフレーム毎の暗視野画像を生成し、生成した複数フレームの暗視野画像のうち第１のフレームの暗視野画像における第１の計測対象画像と、第２のフレームの暗視野画像における計測対象画像であって、前記第１の計測対象画像に対応した第２の計測対象画像との間に生じる、暗視野画像上のずれを算出し、算出した前記暗視野画像上のずれと、前記第１のフレームと前記第２のフレームとの差を示す時間との比から、前記移動体の速度を算出することを特徴とする移動体の速度計測装置。
4. 請求項１に記載の移動体の速度計測装置において、
   前記結像光学系は、
   前記静止構造物に相対向して配置されて、前記静止構造物で反射した散乱光を集光する第１のレンズと、
   前記第１のレンズで集光された前記散乱光の光量を制限し、前記光量の制限された前記散乱光を前記ゲートイメージセンサの前記撮像面に向けて送出する絞りと、を備え、
   前記絞りは、
   その中心が、前記第１のレンズの光軸と同一直線上に配置され、且つ前記第１のレンズの焦点位置の配置されていることを特徴とする移動体の速度計測装置。
5. 請求項１に記載の移動体の速度計測装置において、
   前記結像光学系は、
   前記静止構造物に相対向して配置されて、前記静止構造物で反射した散乱光を集光する第１のレンズと、
   前記第１のレンズで集光された前記散乱光の光量を制限する絞りと、
   前記絞りと前記ゲートイメージセンサとの間に配置されて、前記絞りからの前記散乱光を集光し、集光した前記散乱光を前記ゲートイメージセンサの前記撮像面に向けて送出する第２のレンズと、を備え、
   前記絞りは、
   その中心が、前記第１のレンズの光軸と同一直線上に配置され、且つ前記第１のレンズの焦点位置であって、前記第２のレンズの焦点位置に配置され、
   前記第２のレンズは、
   その光軸が、前記第１のレンズの光軸と同一直線上に配置されていることを特徴とする移動体の速度計測装置。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の移動体の速度計測装置において、
   前記光送信部は、
   光源と、前記光源からの光を集光し、集光した前記光を前記静止構造物に向けて拡散させて照射する照明レンズとから構成されることを特徴とする移動体の速度計測装置。
7. 請求項４又は５に記載の移動体の速度計測装置において、
   前記光送信部は、
   その光軸が、前記静止構造物に形成される仮想の軸であって、前記移動体の移動方向と平行な軸に対して傾斜した方向であって、前記静止構造物の表面を照明する前記光が、前記静止構造物の表面に対して斜方向から入射する方向に配置され、
   前記結像光学系は、
   前記静止構造物の表面で反射した前記反射光のうち正反射光の伝搬経路から外れた領域であって、前記散乱光が伝搬する領域に配置されていることを特徴とする移動体の速度計測装置。
8. 請求項４又は５に記載の移動体の速度計測装置において、
   前記光送信部から送信される前記光の偏光方向を一定方向に揃える偏光子と、
   前記静止構造物の表面で反射した前記反射光のうち正反射光の伝搬経路から外れた領域であって、前記反射光に属する前記散乱光が伝搬する領域に配置され、前記正反射光の偏光方向と同一方向の光を除去し、前記散乱光を透過する検光子と、を含む正反射光分離光学系を更に備え、
   前記光送信部は、
   その光軸が、前記偏光子に相対向して配置されていることを特徴とする移動体の速度計測装置。
9. 請求項４又は５に記載の移動体の速度計測装置において、
   前記光送信部から送信される前記光の偏光方向を一定方向に揃える偏光子と、
   前記結像光学系と前記静止構造物との間に配置されて、前記偏光子を透過した光を、前記静止構造物に形成される仮想の軸であって、前記移動体の移動方向と平行な軸と直交する方向に反射し、反射した光を前記静止構造物の表面に向けて照射し、且つ前記静止構造物の表面で反射した前記反射光を、前記仮想の軸と交差する方向に透過するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタを透過した前記反射光のうち少なくとも前記散乱光が伝搬する領域に配置され、前記反射光に属する正反射光の偏光方向と同一方向の光を除去し、前記散乱光を透過する検光子と、を含む正反射光分離光学系を更に備え、
   前記光送信部は、
   その光軸が、前記偏光子と相対向して配置され、
   前記検光子は、
   その中心が、前記結像光学系の光軸と同一直線上に配置されていることを特徴とする移動体の速度計測装置。
10. 請求項４又は５に記載の移動体の速度計測装置において、
    前記光送信部から送信される前記光を、前記光送信部の光軸に対して直交方向に中空状の照度分布を有する光ビームに変換するリング絞りと、
    前記光送信部の光軸と交差する方向に配置された環状のミラーであって、前記リング絞りを透過した前記光ビームを、前記静止構造物に形成される仮想の軸であって、前記移動体の移動方向と平行な軸と直交する方向に反射する穴あきミラーと、
    前記穴あきミラーと前記静止構造物との間に配置されて、前記穴あきミラーで反射した前記光ビームを集光し、集光した前記光ビームを前記静止構造物の表面に向けて照射するリング状集光レンズと、を含む正反射光分離光学系を更に備え、
    前記光送信部は、
    その光軸が、前記リング絞りと相対向して配置され、
    前記リング状集光レンズは、
    その空間部の中心が、前記結像光学系の光軸と同一直線上に配置され、前記静止構造物の表面で反射した前記反射光のうち正反射光を前記空間部から外れた領域で集光し、前記反射光に属する前記散乱光を、前記空間部を介して前記結像光学系に送出することを特徴とする移動体の速度計測装置。
11. 請求項１に記載の移動体の速度計測装置において、
    前記画像処理部は、
    前記ゲートイメージセンサから出力された前記電気信号を処理して得られた絶対位置検出画像と、前記静止構造物における絶対位置を特定する画像として記憶された絶対位置基準画像とを比較し、前記絶対位置検出画像と前記絶対位置基準画像とが一致したことを条件に、前記移動体の位置を計測するときの基準時間をリセットし、リセットされた前記基準時間からの経過時間と前記移動体の速度とを基に、前記移動体の前記絶対位置からの移動距離を示す、前記移動体の位置を算出することを特徴とする移動体の速度計測装置。
12. 請求項１に記載の移動体の速度計測装置において、
    前記タイミング制御部は、
    前記光送信部と前記ゲートイメージセンサに対して、同一のタイミングで第１のゲート信号を出力し、その後、前記ゲートイメージセンサに対して、前記第１のゲート信号とは異なるタイミングで第２のゲート信号を出力し、
    前記ゲートイメージセンサは、
    前記撮像面として、少なくとも前記第１のゲート信号に応答して、前記結像光学系からの前記反射光を前記露光時間だけ結像する第１の撮像面と、前記第２のゲート信号に応答して、前記結像光学系からの前記反射光を前記露光時間だけ結像する第２の撮像面を有し、
    前記画像処理部は、
    前記第１の撮像面に結像した第１の画像と前記第２の撮像面に結像した第２の画像及び前記露光時間を基に、前記光送信部から送信された前記光が、前記反射光として前記ゲートイメージセンサの前記第１の撮像面に入射するまでの伝達時間を算出し、算出した前記伝達時間と前記光の速度とを基に、前記移動体から前記静止構造物までの距離を算出することを特徴とする移動体の速度計測装置。
13. かごが昇降路に沿って移動するエレベータであって、
    前記かごの速度を計測する速度計測装置を有し、
    前記速度計測装置は、
    ゲート信号を発生するタイミング制御部と、
    前記ゲート信号に応答して、前記昇降路に沿って配置された静止構造物を照明する光を送信する光送信部と、
    前記ゲート信号に応答して、前記ゲート信号で規定される露光時間だけ、複数の画素を含む撮像面に前記静止構造物からの反射光を取り込み、前記反射光による光信号をその輝度に応じた電気信号に変換するゲートイメージセンサと、
    前記静止構造物に相対向して配置されて、前記静止構造物で反射した前記反射光を取り込み、前記反射光を前記ゲートイメージセンサの前記撮像面に結像させる結像光学系と、
    前記ゲートイメージセンサの出力による前記電気信号を画像として処理し、処理結果から前記かごの速度を算出する画像処理部と、を備え、
    少なくとも前記光送信部と前記ゲートイメージセンサ及び前記結像光学系は、
    前記かごに配置され、
    前記露光時間は、
    前記撮像面に結像した画像の空間分解能と前記かごの移動可能な最大移動速度との比から得られる時間よりも小さい値に設定されていることを特徴とするエレベータ。
14. 請求項１３に記載のエレベータにおいて、
    前記空間分解能が、０．５ｍｍであって、前記最大移動速度が、５ｍ／ｓである場合、前記露光時間は、１００μｓ未満であることを特徴とするエレベータ。
15. 請求項１３に記載のエレベータにおいて、
    前記画像処理部は、
    前記ゲートイメージセンサから、前記ゲート信号の発生周期に相当するフレーム周期で前記電気信号を順次取り込み、前記各電気信号からフレーム毎の暗視野画像を生成し、生成した複数フレームの暗視野画像のうち第１のフレームの暗視野画像における第１の計測対象画像と、第２のフレームの暗視野画像における計測対象画像であって、前記第１の計測対象画像に対応した第２の計測対象画像との間に生じる、暗視野画像上のずれを算出し、算出した前記暗視野画像上のずれと、前記第１のフレームと前記第２のフレームとの差を示す時間との比から、前記かごの速度を算出することを特徴とするエレベータ。

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