WO2019239536A1 - 移動体の速度計測装置およびエレベータ - Google Patents

移動体の速度計測装置およびエレベータ Download PDF

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義人 大西
瀬尾　欣穂
真輔 井上
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株式会社日立製作所
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    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone

Definitions

  • the present invention relates to a moving body speed measuring device and an elevator for measuring the speed of a moving body.
  • Patent Document 1 discloses an optical car position / speed measurement technique in which an image sensor installed in a car photographs a structure existing in a hoistway and measures the position and speed of the car. .
  • An object of the present invention is to suppress the occurrence of subject shake in the moving direction of a moving body in an image obtained by photographing a stationary structure from the moving body.
  • the present invention transmits a timing control unit that generates a gate signal, and light that illuminates a stationary structure disposed along a moving path of the moving body in response to the gate signal.
  • the reflected light from the stationary structure is taken into the imaging surface including a plurality of pixels for the exposure time specified by the gate signal in response to the gate signal, and the optical signal by the reflected light
  • a gate image sensor that converts the signal into an electrical signal corresponding to the brightness thereof, and the reflected light reflected by the stationary structure, which is disposed opposite to the stationary structure, and that reflects the reflected light.
  • An imaging optical system that forms an image on the imaging surface, an image processing unit that processes the electrical signal output from the gate image sensor as an image, and calculates the speed of the moving body from the processing result; At least the optical transmission unit, the gate image sensor, and the imaging optical system are arranged on the moving body, and the exposure time is a spatial resolution of an image formed on the imaging surface and a movement of the moving body It is characterized by being set to a value smaller than the time obtained from the ratio to the maximum possible movement speed.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that a subject shake generate
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of an elevator optical speed measurement device according to a first embodiment of the present invention.
  • the schematic diagram which is the image imaged with the gate image sensor in Example 1 of this invention, Comprising: The image of the scattering luminance distribution of the stationary structure surface is shown.
  • 5 is a timing chart of a gate signal transmitted from the timing control unit to the gate image sensor in Embodiment 1 of the present invention.
  • 5 is a flowchart showing speed measurement processing of the image processing unit in Embodiment 1 of the present invention.
  • Schematic shows the structure of the imaging optical system in Example 2 of this invention.
  • Schematic which shows the structure of the imaging optical system in Example 3 of this invention.
  • Schematic which shows the structure of the optical transmission part in Example 4 of this invention.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a regular reflection light separation optical system in Example 6 of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a regular reflection light separation optical system in Example 7 of the present invention.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a schematic configuration of a regular reflection light separation optical system according to an eighth embodiment of the present invention. Schematic which shows the whole structure of the elevator optical speed measuring device in Example 9 of this invention.
  • the timing chart of the scattered light which injects into the gate signal by the output of the timing control part in Example 10 of this invention, and a gate image sensor.
  • an elevator car is used as a moving body, and illumination light is irradiated from the elevator car toward the surface of the stationary structure that is the subject, and the reflected light reflected by the surface of the stationary structure is combined. It enters the imaging surface of the gate image sensor via the image optical system, converts the optical signal into an electrical signal by the gate image sensor, and measures the moving speed of the elevator car based on the image generated from the converted electrical signal.
  • the exposure time in the gate image sensor is set to less than 100 ⁇ s.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of an elevator optical speed measurement device according to a first embodiment of the present invention.
  • an elevator optical speed measuring device 10 is disposed on an elevator car 12 that moves up and down in a hoistway (not shown) of a building.
  • a stationary structure 11 including a guide rail is disposed along the hoistway.
  • the elevator optical speed measuring device 10 uses signal information useful for controlling the operation of the elevator car 12, for example, signal information related to the moving speed and position of the elevator car 12, as a control panel for controlling the operation of the elevator car 12 ( (Not shown).
  • the elevator optical speed measurement device 10 includes an optical transmission unit 100, a gate image sensor 101, an image processing unit 102, an overall control unit 103, a timing control unit 104, and an imaging optical system 105.
  • an optical transmission unit 100 for easy understanding, the optical path is indicated by a thick solid arrow, and the electric signal path is indicated by a thin solid arrow.
  • the light transmitting unit 100 includes a light source (not shown), and is disposed so as to irradiate light on the surface of the stationary structure 11 in the elevator hoistway, for example, the guide rail.
  • light refers to electromagnetic waves, and may be, for example, visible light, infrared light, ultraviolet light, or the like.
  • a temporally and spatially incoherent light source such as an LED (Light Emitting Diode) or a halogen lamp may be used, or a temporally and spatially coherent light source such as a laser light source may be used. Also good.
  • the imaging optical system 105 emits scattered light (emitted light) emitted from the light transmitting unit 100 toward the surface of the stationary structure 11 and reflected from the surface of the stationary structure 11. This is configured as an optical system that forms an image on the imaging surface.
  • the gate image sensor 101 is an optical signal from the imaging optical system 105 (an optical signal indicating a scattered luminance distribution on the surface of the stationary structure 11) and is imaged on an imaging surface including a plurality of pixels (pixels). The signal is converted into an electric signal corresponding to the luminance, and the electric signal is transmitted to the image processing unit 102 as an image signal indicating a dark field image.
  • the gate image sensor 101 for example, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor can be used.
  • the gate image sensor 101 may be a two-dimensional area sensor, or may be a one-dimensional line sensor having a function of spatial decomposition in the moving direction of the elevator car 12.
  • a wavelength selective filter such as a bandpass filter may be provided in addition to the imaging optical system 105 in the path of incident light and scattered light to have a role of removing external light other than a desired wavelength.
  • a window member or the like may be provided in the path of incident light and scattered light for the purpose of protecting the elevator optical speed measurement device 10 so as to prevent dust and dirt from entering the elevator optical speed measurement device 10. .
  • the timing control unit 104 generates a plurality of gate signals (gate pulse signals) based on information from the overall control unit 103, transmits one of the generated gate signals to the optical transmission unit 100, The other gate signal is transmitted to the gate image sensor 101.
  • One gate signal is used as a timing signal that defines the driving time of the light source in the optical transmitter 100, and the other gate signal is used as a timing signal that defines the exposure time in the gate image sensor 101.
  • the image processing unit 102 converts the electrical signal from the gate image sensor 101 (image signal indicating a dark field image), for example, as an image according to the scattered luminance distribution on the surface of the stationary structure 11 and as a spatially decomposed image.
  • signal information relating to the elevator car 12 for example, signal information relating to the moving speed and position of the elevator car 12 is calculated from the result of this image processing, and the calculated signal information is output to the overall control unit 103.
  • the overall control unit 103 controls the image processing unit 102 and the timing control unit 104 and outputs signal information (signal information related to the elevator car 12) from the image processing unit 102 to the outside (control panel).
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an image captured by the gate image sensor 101 and an image of the scattered luminance distribution on the surface of the stationary structure.
  • the exposure time of the gate image sensor 101 is set to a time longer (larger) than the time obtained from the ratio between the spatial resolution of the pixels of the gate image sensor 101 and the maximum movement speed of the elevator car 12 (maximum movement speed at which the elevator car 12 can move).
  • the subject shake occurs in the moving direction y of the elevator car 12 (a plurality of images are overlapped). That is, the image 101a is blurred by a width of V (moving speed) ⁇ T (exposure time) proportional to the exposure time T in the gate image sensor 101. If image processing is performed in a state where the image 101a is blurred, the moving speed and position of the elevator car 12 cannot be accurately calculated.
  • the moving speed V of the elevator car 12 is considered. Therefore, it is necessary to sufficiently suppress the exposure time T. Therefore, in this embodiment, the exposure time T of the gate image sensor 101 is a time shorter (smaller) than the time obtained from the ratio between the spatial resolution of the pixels of the gate image sensor 101 and the maximum moving speed Vm of the elevator car 12.
  • the exposure time T of the gate image sensor 101 is a time shorter (smaller) than the time obtained from the ratio between the spatial resolution of the pixels of the gate image sensor 101 and the maximum moving speed Vm of the elevator car 12.
  • the exposure time T of the gate image sensor 101 is less than 100 ⁇ s. That is, if the exposure time T of the gate image sensor 101 is less than 100 ⁇ s (the pulse width of the gate signal transmitted from the timing control unit 104 to the gate image sensor 101 is less than 100 ⁇ s), the elevator car 12 moves at high speed (moving speed V). Therefore, even if the stationary structure 11 is photographed, an image in which the subject shake does not occur in the moving direction y of the elevator car 12 is obtained as the image 101a of the scattered luminance distribution on the subject surface (the stationary structure surface).
  • FIG. 3 is a timing chart of the gate signal transmitted from the timing control unit 104 to the gate image sensor 101.
  • the timing control unit 104 transmits a gate signal G to the gate image sensor 101 every frame period ⁇ t.
  • the average output power per unit time of the optical transmission unit 100 can be lowered, and the power and heat dissipation required for driving can be suppressed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a speed measurement process by the elevator optical speed measurement device 10 in the present embodiment.
  • the speed measurement process using the correlation function method will be described.
  • the speed calculation method is not limited to the correlation function method.
  • the image processing unit 102 starts processing on the condition that a measurement start signal is received from the overall control unit 103 (S501), and acquires a dark field image I (i) from the gate image sensor 101 for each frame i. (S502).
  • the image processing unit 102 stores the acquired dark field image I (i) of the frame i in a storage element (memory) in the image processing unit 102 (S503).
  • a volatile memory such as a register included in the image processing unit 102 or the overall control unit 103 may be used as the storage element, or an external nonvolatile memory may be used.
  • the image processing unit 102 reads the dark field image I (i) of the frame i stored in the storage element in step S502 from the storage element, and also stores the frame (
  • the dark field image I (ik) of ik) is read from the storage element, and the cross-correlation function C between the read dark field image I (i) and the dark field image I (ik) is calculated (S504).
  • the selection method of the dark field image of the previous frame may select the dark field image of the immediately previous frame, or the dark field image of the previous frame may be selected.
  • the image processing unit 102 estimates the peak coordinate position ⁇ x of the cross-correlation function C by calculating the cross-correlation function C, and from the dark-field image I (ik) among the dark-field images read out in step S504.
  • the peak coordinate of the maximum position may be used, or it may be estimated by performing least square fitting using several points near the maximum position, and the method is not limited. .
  • the image processing unit 102 outputs the information on the moving speed V to the overall control unit 103, adds “1” to the frame i (S505), and has received a measurement end signal from the overall control unit 103? It is determined whether or not (S506), and if the measurement end signal is not received from the overall control unit 103, the process returns to step S502, and the processes of steps S502 to S506 are repeated. On the other hand, if it is determined in step S506 that the measurement end signal has been received from the overall control unit 103, the image processing unit 102 ends the processing of this routine (S507).
  • the image processing unit 120 sequentially captures electrical signals from the gate image sensor 101 at a frame period corresponding to the generation period of the gate signal output from the timing control unit 104, and generates a dark field image for each frame from each electrical signal. Then, among the generated dark field images of a plurality of frames, measurement in the first measurement target image (measurement target image including a characteristic image) in the first frame dark field image and measurement in the second frame dark field image A dark field image generated between a target image and a second measurement target image corresponding to the first measurement target image (a measurement target image including the same characteristic image as the first measurement target image) The upper shift is calculated, and the speed of the elevator car (moving body) 12 is calculated from the ratio between the calculated shift on the dark field image and the time indicating the difference between the first frame and the second frame. It can be out.
  • the overall control unit 103 stores the received information in a storage element, or transmits information related to the moving speed V to a management device (not shown). .
  • the management device may notify the elevator manager by displaying information on the speed vector. Note that the image processing unit 102 may calculate only the car moving speed in the moving direction of the elevator car 12.
  • the exposure time T of the gate image sensor 101 is shortened to less than 100 ⁇ s, subject blurring occurs in the moving direction of the elevator car 12 in the image obtained by photographing the stationary structure 11 from the elevator car 12. Can be suppressed. That is, an image in which subject shake does not occur in the moving direction of the elevator car 12 can be obtained, and as a result, the measurement accuracy of the moving speed of the elevator car 12 can be increased.
  • the present embodiment has a robust imaging optical system 105 that keeps the imaging magnification unchanged with respect to the fluctuation of the elevator car 12 in the z-axis direction as compared with the imaging optical system 105 of the first embodiment.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing the configuration of the imaging optical system 105 in Embodiment 2 of the present invention.
  • scattered rays (scattered light) L11 to L19 from the stationary structure 11 are indicated by dotted arrows.
  • the imaging optical system 105 is disposed opposite to the stationary structure 11, an objective lens (first lens) 81 that collects scattered light reflected by the stationary structure 11, and an objective lens A diaphragm 82 is provided that restricts the amount of scattered light collected at 81 and sends the limited amount of scattered light toward the imaging surface of the gate image sensor 101.
  • the imaging optical system 105 is configured such that the stationary structure 11 serving as a subject (detection target) is relative to the elevator car 12 with respect to the z-axis direction (the movement direction of the elevator car 12 (y-axis direction)).
  • the optical arrangement is telecentric on the object side (stationary structure 11 side).
  • the imaging optical system 105 in the present embodiment is arranged so that the center of the imaging surface of the gate image sensor 101, the center of the stop 82, and the center of the optical axis of the objective lens 81 are located on the same straight line.
  • the diaphragm 82 is disposed at the focal position of the objective lens 81 on the gate image sensor 101 side.
  • the scattered lights L11 to L19 from the stationary structure 11 pass through the objective lens 81 and then form an image on the imaging surface of the gate image sensor 101.
  • the scattered lights L12, L15, and L18 have a larger amount of light than the other scattered lights and become chief rays, which are always parallel to the optical axis of the objective lens 81 and are objective.
  • the light enters the lens 81.
  • the y axis and the z axis are virtual axes formed in the stationary structure 11, the y axis indicates an axis parallel to the moving direction of the elevator car 12, and the z axis indicates the movement of the elevator car 12.
  • An axis perpendicular to the direction and parallel to the optical axis of the imaging optical system 105 is shown.
  • the scattered lights L12, L15, and L18 from the stationary structure 11 become chief rays and are always incident on the objective lens 81 in parallel with the optical axis of the objective lens 81. Even if the image of the stationary structure 11 is shifted in the optical axis (z-axis) direction with respect to the z-axis direction of the car 12, the magnification of the image formed on the imaging surface of the gate image sensor 101 is constant, and the elevator The measured value of the movement amount ⁇ y in the y direction of the car 12 can be kept constant with respect to the z-axis direction fluctuation of the elevator car 12.
  • the objective lens 81 is arranged 50 mm or more away from the stationary structure 11.
  • the objective lens 81 is arranged at a distance of 50 mm or more from the stationary structure 11 to prevent the elevator car 12 from moving in the z-axis direction. It is possible to suppress the out-of-focus image.
  • the material of the objective lens 81 can also be made of glass. By using the objective lens 81 as a glass lens, sufficiently high durability can be obtained as compared with a plastic lens.
  • the shape of the surface of the objective lens 81 through which the light beam passes can be configured such that both sides are spherical or one side is spherical and the other side is flat. With this configuration, even if the objective lens 81 is a glass lens, the imaging optical system 105 can be configured at a lower cost than an aspherical shape.
  • This embodiment is a more robust imaging optical system that keeps the imaging magnification in the gate image sensor 101 unchanged with respect to the z-axis direction fluctuation of the elevator car 12 than the imaging optical system 105 of the first embodiment.
  • the image forming optical system 105 that suppresses the geometric aberration generated in the gate image sensor 101 is provided as compared with the second embodiment, and the other configuration is the same as that of the first embodiment, so that the description thereof is omitted. .
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing the configuration of the imaging optical system 105 in the third embodiment.
  • scattered light (scattered light) L11 to L19 from the stationary structure 11 are indicated by dotted arrows.
  • the imaging optical system 105 is disposed opposite to the stationary structure 11, an objective lens (first lens) 81 that collects scattered light reflected by the stationary structure 11, and an objective lens A diaphragm 82 for limiting the amount of scattered light collected at 81, and is disposed between the diaphragm 82 and the gate image sensor 101, condenses the scattered light from the diaphragm 82, and gates the collected scattered light.
  • a condensing lens (second lens) 83 that is sent out toward the imaging surface of the image sensor 101 is provided.
  • the imaging optical system 105 eliminates the influence of the change in magnification when the stationary structure 11 serving as a subject (detection target) is moved relative to the elevator car 12 in the z-axis direction.
  • the object side (stationary structure 11 side) is arranged in a telecentric optical arrangement
  • the image side (gate image sensor 101 side) is also arranged in a telecentric optical arrangement in order to suppress the geometric aberration generated in the gate image sensor 101. .
  • the center of the imaging surface of the gate image sensor 101, the optical axis of the condensing lens 83, the center of the stop 82, and the optical axis of the objective lens 81 are arranged on the same straight line, and
  • the stop 82 is disposed at the focal position of the objective lens 81 on the gate image sensor 101 side, and is disposed at the focal position of the condenser lens 83 on the objective lens side.
  • the scattered lights L11 to L19 from the stationary structure 11 pass through the objective lens 81 and then form an image on the imaging surface of the gate image sensor 101 via the condenser lens 83.
  • the scattered lights L12, L15, and L18 have a larger amount of light than the other scattered lights and become chief rays, which are always parallel to the optical axis of the objective lens 81 and are objective.
  • the light enters the lens 81 and enters the gate image sensor 101 in parallel with the optical axis of the condenser lens 83.
  • the magnification of the image formed on the imaging surface of the gate image sensor 101 is unchanged even when the image of the stationary structure 11 is shifted in the optical axis (z-axis) direction.
  • the magnification of the image formed on the imaging surface of the gate image sensor 101 can be made unchanged even with respect to the displacement of the mounting position of the gate image sensor 101 in the z-axis direction.
  • a large dimensional tolerance can be obtained when the imaging optical system 105 and the gate image sensor 101 are attached, and a more robust optical system can be configured.
  • two lenses including the objective lens 81 and the condenser lens 83 are used for the imaging optical system 105, the influence of geometric aberration of the imaging optical system 105 can be reduced.
  • the objective lens 81 is arranged at a distance of 50 mm or more from the stationary structure 11, and the objective lens 81 is spherical on both sides or spherical on one side and the other side is flat. It can also be configured as a glass lens.
  • the condensing lens 83 can also be configured as a glass lens having a spherical surface on either side or a spherical surface on one side and a flat surface on the other side. With this configuration, it is possible to configure the imaging optical system 105 that is inexpensive and highly durable.
  • the optical transmission unit 100 is configured to efficiently illuminate the stationary structure 11 that is a subject (detection target), and includes a gate image sensor 101, a timing control unit 104,
  • the configurations of the image processing unit 102 and the overall control unit 103 are the same as those of the first embodiment, and the configuration of the imaging optical system 105 is the same as that of the second or third embodiment. .
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a configuration of the optical transmission unit 100 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • outgoing light rays from the light source 21 (incident light incident on the stationary structure 11) L1 to L3 are indicated by solid arrows.
  • the light transmission unit 100 includes a light source 21 and an illumination lens 22 that condenses the light from the light source 21 and diffuses and irradiates the collected light toward the stationary structure 11.
  • the illumination lens 22 is disposed between the light source 21 and the stationary structure 11 that is a subject (a target to be detected).
  • the illumination lens 22 may be made of glass or plastic.
  • the shape of the surface through which the light beam passes in the illumination lens 22 may be either a spherical surface, a flat surface, or an aspherical surface.
  • the illumination lens 22 is comprised by one convex lens, the lens group comprised by the combination of several sheets may be sufficient.
  • the illumination lens 22 is not limited to a transmission / refraction type condensing optical element such as a lens, but may be a reflection type condensing optical element such as a concave mirror.
  • the illumination lens 22 can collect the light rays L1 to L3 emitted from the light source 21 and illuminate the surface of the stationary structure 11 over a wide range. And the area
  • the optical transmission is used as an arrangement relationship for obtaining a sufficiently high contrast image.
  • the positional relationship between the unit 100 and the imaging optical system 105 is set, and the configurations of the gate image sensor 101, the timing control unit 104, the image processing unit 102, and the overall control unit 103 are the same as those in the first embodiment.
  • the configuration of the imaging optical system 105 is the same as that of the second or third embodiment. Further, the configuration in the optical transmission unit 100 is the same as that of the first or fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the positional relationship of each part of the elevator optical speed measurement device 10 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • outgoing light rays (incident light incident on the stationary structure 11) L1 to L3 from the light transmitting unit 100 are solid arrows, and regular reflection light rays (regular reflection light) L51 from the stationary structure 11.
  • ⁇ L53 are indicated by dashed arrows, and scattered light (scattered light) L11 ⁇ L13 are indicated by dotted arrows.
  • the optical transmission unit 100 is configured such that the outgoing light beam L2 that is the optical axis of the light source is incident on the surface of the stationary structure 11 with respect to the surface of the stationary structure 11 (with respect to the y axis that is the transition direction of the elevator car 12) To be arranged.
  • the imaging optical system 105 is disposed in a region that is out of the propagation path of specularly reflected light among the reflected light that is reflected from the surface of the stationary structure 11 and that is where scattered light propagates.
  • the imaging optical system 105 includes the scattered light (scattered light) L11 to L11 among the scattered light (scattered light) L11 to L13 reflected from the surface of the stationary structure 11 and the specularly reflected light (regularly reflected light) L51 to L53. It arrange
  • the outgoing light beams L1 to L3 enter the surface of the stationary structure 11 at an oblique incidence as illumination light, and the regular reflection lights L51 to L53 are taken into the imaging optical system 105. Configured as a dark field illumination system to suppress.
  • the optical transmitter 100 has a characteristic feature that exists on the stationary structure 11 in order to suppress generation of specularly reflected light in the direction of the imaging optical system 105 due to the scratch 11a existing on the surface of the stationary structure 11. Illumination is performed so that the incident surfaces (yz plane in FIG. 8) of the emitted light beams L1 to L3 are positioned in a direction parallel to the direction of the scratch 11a (y-axis direction in FIG. 8).
  • the characteristic scratch 11a may be, for example, a scratch due to polishing performed in the finishing process of the stationary structure 11.
  • the present embodiment since the incorporation of the specularly reflected light component into the imaging optical system 105 is suppressed, a sufficiently high contrast image can be obtained even if the exposure time T is shortened to less than 100 ⁇ s. Also, the positional relationship in the optical system before the image is generated by the gate image sensor 101, and the positional relationship between the imaging optical system 105 and the optical transmitter 100 can be obtained in advance as an optically high contrast image. By making the positional relationship possible, even if the exposure time T is shortened to less than 100 ⁇ s by the timing control unit 104, the scattered luminance corresponding to the irregularities on the surface of the stationary structure 11 due to the electric noise generated by the gate image sensor 101. It is possible to avoid the pattern being buried.
  • the image processing unit 102 processes the image signal of the gate image sensor 101. In doing so, it is difficult to distinguish between the electrical noise generated in the gate image sensor 101 and the scattered luminance pattern corresponding to the irregularities on the surface of the stationary structure 11.
  • the image signal of the gate image sensor 101 is subjected to image processing. When processing is performed by the unit 102, it is possible to easily identify the electrical noise generated by the gate image sensor 101 and the scattered luminance pattern corresponding to the unevenness of the surface of the stationary structure 11.
  • a specular reflection light separation optical system 106 is added as an optical system, and by suppressing the incorporation of the specular reflection light component into the imaging optical system 105, the exposure time T can be shortened to less than 100 ⁇ s.
  • a sufficiently high-contrast image is obtained, and the configurations of the gate image sensor 101, the timing control unit 104, the image processing unit 102, and the overall control unit 103 are the same as those in the first embodiment.
  • the configuration of the imaging optical system 105 is the same as that of the second or third embodiment. Further, the configuration in the optical transmission unit 100 is the same as that of the first or fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the overall configuration of the elevator optical speed measurement device 10 according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the elevator optical speed measurement device 10 includes a regular reflection light separation optical system 106 as an optical system added to the optical system of the first embodiment.
  • the regular reflection light separation optical system 106 is disposed between the optical transmitter 100 and the stationary structure 11 and between the imaging optical system 105 and the stationary structure 11, and is reflected by the surface of the stationary structure 11. Of the light, specular reflection light and scattered light can be separated.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the regular reflection light separation optical system 106 in Embodiment 6 of the present invention.
  • the light beams L1 to L3 emitted from the light transmitting unit 100 to the stationary structure 11 are solid arrows, and the specularly reflected light beams (regularly reflected light) L51 to L53 from the stationary structure 11 are broken arrows and scattered.
  • Light rays (scattered light) L11 to L13 are indicated by dotted arrows.
  • Example 5 attention was paid to the feature of the uneven pattern on the surface of the stationary structure 11 to be detected, and generation of specularly reflected rays (regularly reflected light) L51 to L53 was suppressed.
  • a polarizer 61 and an analyzer 62 are used as the regular reflection light separating optical system 106, and the polarizer 61 is disposed between the light transmitting unit 100 and the stationary structure 11, The analyzer 62 is disposed between the stationary structure 11 and the imaging optical system 105.
  • the regular reflection light separating optical system 106 includes a polarizer 61 that aligns the polarization direction of light transmitted from the light transmission unit 100 in a certain direction, and propagation of regular reflection light among reflected light reflected from the surface of the stationary structure 11.
  • the analyzer 62 is arranged in a region off the path where the scattered light belonging to the reflected light propagates, removes light in the same direction as the polarization direction of the specularly reflected light, and transmits the scattered light.
  • the light transmitting unit 100 is arranged so that its optical axis is opposed to the polarizer 61 and is inclined with respect to the y axis, and the light that illuminates the surface of the stationary structure 11 is It arrange
  • the polarizer 61 is disposed at a position where the outgoing light beams L1 to L3 from the optical transmitter 100 are incident on the surface of the stationary structure 11 in an oblique direction.
  • the polarization direction of L3 is limited in advance to a certain direction.
  • the analyzer 62 is arranged so that its optical axis is positioned on the same straight line as the straight line connecting the optical axis of the imaging optical system 105 and the center of the imaging surface of the gate image sensor 101. Further, the analyzer 62 detects scattered light L11 ⁇ in a direction perpendicular to the polarization direction of the outgoing light beams L1 to L3 when detecting the reflected light reflected by the stationary structure 11 from the outgoing light beam polarized by the polarizer 61. It is arranged so as to transmit only L13, and transmit the transmitted scattered lights L11 to L13 to the imaging optical system 105 to suppress the capture of specularly reflected light rays (regularly reflected light) L51 to L53.
  • the position where the analyzer 62 is disposed may be between the stationary structure 11 and the imaging optical system 105 or between the imaging optical system 105 and the gate image sensor 101.
  • the polarizer 61 and the analyzer 62 may be a polarizing film using the orientation direction of liquid crystal, a polarizing prism using the birefringence of a crystal, or a wire grid polarizer.
  • a light source element whose output is previously polarized, such as a laser may be used as the light source in the optical transmission unit 100.
  • the present embodiment it is possible to suppress the capturing of specularly reflected light with high efficiency by the polarization detection method as compared with the fifth embodiment, and as a result, it is possible to obtain a higher contrast image.
  • a liquid such as oil
  • the influence of the regular reflection by the liquid can be removed by selecting the polarization direction for detecting the influence of the regular reflection by the liquid. Is possible.
  • the regular reflection light separating optical system 106 is added with a function of keeping the illumination position on the stationary structure 11 unchanged with respect to the z-axis direction of the elevator car 12.
  • 101, the timing control unit 104, the image processing unit 102, and the overall control unit 103 are the same as those in the first embodiment.
  • the configuration of the imaging optical system 105 is the same as that of the second or third embodiment. Further, the configuration in the optical transmission unit 100 is the same as that of the first or fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the regular reflection light separation optical system 106 according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the outgoing light beam L1 from the light transmitting unit 100 to the stationary structure 11 is indicated by a solid line arrow
  • the specularly reflected light beam (regularly reflected light) L51 from the stationary structure 11 is indicated by a broken line arrow
  • the scattered light beam (scattered light). ) L11 to L13 are indicated by dotted arrows.
  • Example 6 in order to suppress the capture of the specularly reflected light component, the outgoing light beam (illumination light) from the light transmission unit 100 is obliquely incident on the stationary structure 11 and further reflected by the stationary structure 11. An optical arrangement for polarization detection of reflected light is shown. On the other hand, in the present embodiment, the optical arrangement of the coaxial epi-illumination that irradiates the illumination light perpendicularly to the stationary structure 11 after sufficiently suppressing the capture of regular reflection light by polarization detection.
  • the regular reflection light separation optical system 106 in this embodiment includes a polarizer 61 that aligns the polarization direction of light transmitted from the light transmission unit 100 in a certain direction, the imaging optical system 105, and the stationary structure 11.
  • the light transmitted through the polarizer 61 is reflected in a direction orthogonal to the y-axis, the reflected light is irradiated toward the surface of the stationary structure 11, and the surface of the stationary structure 11
  • the beam splitter 63 that transmits the reflected light reflected in the direction of crossing the y-axis, and at least the scattered light of the reflected light that has passed through the beam splitter 63 is disposed in the region where the scattered light propagates.
  • An analyzer 62 that removes light in the same direction as the polarization direction and transmits scattered light is provided.
  • the optical transmission unit 100 is arranged with its optical axis facing the polarizer 61 and in a direction parallel to the y-axis.
  • the optical axis of the optical transmitter 100 may be a direction parallel to the x axis perpendicular to the z axis as long as it is a direction perpendicular to the z axis, and any direction within the xy plane. Good.
  • the optical axis of the polarizer 61 is collinear with the optical axis of the optical transmitter 100 (the optical axis of the outgoing light beam L1), and is parallel to the stationary structure 11 (parallel to the y-axis).
  • the polarization direction with respect to the outgoing light beam L1 is limited to a certain direction in advance.
  • the analyzer 62 is arranged such that its optical axis is positioned on the same straight line as the straight line connecting the optical axis of the imaging optical system 105 and the center of the imaging surface of the gate image sensor 101.
  • the center of the beam splitter 63 is arranged at a position where the optical axis of the polarizer 61 and the optical axis of the analyzer 62 intersect.
  • the beam splitter 63 reflects the light transmitted through the polarizer 61 toward the stationary structure 11 in the direction perpendicular to the incident angle of the light (the negative direction of the z-axis) and reflects the reflected light. Incidently incident on the surface of the stationary structure 11. Further, the beam splitter 63 transmits reflected light (including scattered light and regular reflected light) reflected on the surface of the stationary structure 11 to the analyzer 62 side.
  • the analyzer 62 transmits only scattered light (scattered light) L11 to L13 among the reflected light transmitted through the beam splitter 63.
  • the analyzer 62 may be provided between the imaging optical system 105 and the gate image sensor 101. Further, the arrangement of the optical transmission unit 100, the imaging optical system 105, and the gate image sensor 101 may be interchanged. That is, the outgoing light beam L1 from the light transmitting unit 100 is transmitted through the beam splitter 63 via the analyzer 62, and then incident on the stationary structure 11, and the reflected light reflected on the surface of the stationary structure 11 is converted into a beam.
  • the optical arrangement may be such that the splitter 63 reflects the light toward the imaging optical system 105 side.
  • the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained, and the outgoing light beam L1 from the light transmitting unit 100 is vertically incident on the surface of the stationary structure 11, so that the elevator car 12 With respect to the fluctuation in the z-axis direction, the illumination position on the stationary structure 11 can be kept unchanged, and as a result, the temporal variation of the illumination intensity can be minimized.
  • the illumination position on the stationary structure 11 is kept unchanged with respect to the z-axis direction of the elevator car 12, and the coaxial incident type dark field illumination optics is inexpensively used without using an expensive polarizer.
  • the configuration of the gate image sensor 101, the timing control unit 104, the image processing unit 102, and the overall control unit 103 is the same as that of the first embodiment.
  • the configuration of the imaging optical system 105 is the same as that of the second or third embodiment. Further, the configuration in the optical transmission unit 100 is the same as that of the first or fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the regular reflection light separation optical system 106 according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the outgoing light beams L1 to L3 from the light transmitting unit 100 to the stationary structure 11 are solid arrows, and the specularly reflected light beams (regularly reflected light) L51 and L52 from the stationary structure 11 are dashed arrows.
  • Light rays (scattered light) L11 to L13 are indicated by dotted arrows.
  • Example 6 and Example 7 show an optical arrangement in which regular reflection light and scattered light are separated by a polarizing element including a polarizer 61 and an analyzer 62.
  • this embodiment shows an optical arrangement for spatially separating regular reflection light and scattered light.
  • the regular reflection light separating optical system 106 converts a light transmitted from the light transmitting unit 100 into a light beam having a hollow illuminance distribution in a direction orthogonal to the optical axis of the light transmitting unit 100, and An annular mirror disposed in a direction intersecting the optical axis of the optical transmitter 100, and a perforated mirror 73 that reflects the light beam transmitted through the ring stop 71 in a direction perpendicular to the y-axis, and a perforated mirror A ring-shaped condensing lens that is disposed between the stationary structure 11 and the stationary structure 11, collects the light beam reflected by the perforated mirror 73, and irradiates the condensed light beam toward the surface of the stationary structure 11. 72.
  • the optical transmission unit 100 is arranged such that its optical axis is opposed to the ring diaphragm 71 and is perpendicular to the z axis (y-axis direction or x-axis direction).
  • the ring-shaped condensing lens 72 is arranged so that the center of the space portion is collinear with the optical axis of the imaging optical system 105, and reflects regular reflected light out of the reflected light reflected from the surface of the stationary structure 11. The light is collected in a region outside the space and the scattered light belonging to the reflected light is sent to the imaging optical system 105 through the space.
  • the ring diaphragm 71 is arranged such that the center thereof is collinear with the optical axis of the optical transmission unit 100 and parallel to the surface of the stationary structure 11 (parallel to the y-axis direction).
  • the outgoing rays L1 to L3 from 100 are converted into light beams (L1, L3) having a hollow illuminance distribution in the cross-sectional direction (perpendicular direction) with respect to the optical axis, and sent to the perforated mirror 73 side.
  • the perforated mirror 73 is a mirror having a hole (space) at the center, and the center of the hole is collinear with the optical axis of the optical transmitter 100 and is the same as the optical axis of the imaging optical system 105.
  • the optical axis of the optical transmitter 100 and the optical axis of the imaging optical system 105 are arranged in a direction (oblique direction) as a whole.
  • the perforated mirror 73 reflects the light beam (L1, L3) from the ring stop 71 toward the ring-shaped condenser lens 72 side.
  • the ring-shaped condensing lens 72 is a ring-shaped lens having a space at the center, and is arranged so that its optical axis is located on the same straight line as the optical axis of the imaging optical system 105.
  • the ring-shaped condensing lens 72 condenses the light beams (L 1, L 3) from the ring diaphragm 71 and irradiates the surface of the stationary structure 11.
  • the specularly reflected light beam (specularly reflected light) L 51 passes through the ring-shaped condensing lens 72 and is then sent to the perforated mirror 73 side.
  • scattered light rays (scattered light rays) L11 to L13 are transmitted through the space portion of the ring-shaped condensing lens 72 and the hole (space portion) of the perforated mirror 73.
  • the light enters the imaging optical system 105.
  • the emitted light beams L1 to L3 from the light transmitting unit 100 are converted into light beams having a hollow illuminance distribution by the ring diaphragm 71, the emitted light beams L1 to L3 may be converted into Laguerre Gaussian beams. Further, the emitted light beams L1 to L3 from the light transmitting unit 100 may or may not be parallel light.
  • the regular reflection light beam (regular reflection light) L 51 on the surface of the stationary structure 11 is reflected by the perforated mirror 73 and does not enter the imaging optical system 105. It shall be designed to.
  • the illumination position on the stationary structure 11 remains unchanged with respect to the swing of the elevator car 12 in the z-axis direction, and the coaxial incident-type dark field is inexpensive without using an expensive polarizer.
  • An illumination optical system can be configured.
  • a position reset processing unit 107 that resets the absolute position of the elevator car 12 is provided to increase the accumulated position accuracy of the elevator car 12, and the gate image sensor 101, the timing control unit 104, and the image processing are performed.
  • the configurations of the unit 102 and the overall control unit 103 are the same as those in the first embodiment.
  • the configuration of the imaging optical system 105 is the same as that of the second or third embodiment. Further, the configuration in the optical transmission unit 100 is the same as that of the first or fourth embodiment. Further, the positional relationship among the light transmitting unit 100, the stationary structure 11, and the imaging optical system 105 may be the same as in the fifth embodiment, or the regular reflection light separating optical system 106 may be configured. , Same as Example 6, Example 7 or Example 8.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the overall configuration of the elevator optical speed measurement device 10 according to the ninth embodiment of the present invention.
  • a position reset processing unit 107 is added to the elevator optical speed measurement device 10 with respect to the configuration of the first embodiment, and the position reset processing unit 107 is connected to the overall control unit 103. .
  • the position reset processing unit 107 transmits / receives information to / from the overall control unit 103, and when the absolute position set on the surface of the stationary structure 11 is detected based on information about the image from the overall control unit 103, the overall control unit 107 A reset signal for resetting the absolute position serving as a reference position when calculating the position of the elevator car 12 is output to the unit 103.
  • the position reset processing unit 107 stores information on an image (absolute position reference image) related to the concave / convex pattern in advance in the storage element in the position reset processing unit 107, and as the elevator car 12 moves, This is information related to the image from the control unit 103, for example, every time information related to an image of a concavo-convex pattern having a characteristic and high periodicity such as a seam existing on the surface of the stationary structure 11 is received.
  • the overall control unit 103 resets the absolute position on the condition that the reset signal is received, and then lifts and lowers the elevator car 12 based on the reset absolute position based on the signal information from the image processing unit 102.
  • the position on the road (relative position) is calculated, and the calculation result is transmitted to the control panel. Therefore, the overall control unit 103 can accurately calculate the position (relative position) of the elevator car 12 in the hoistway even if the moving direction of the elevator car 12 randomly changes up or down.
  • the accumulated position accuracy of 12 can be increased.
  • the function of the overall control unit 103 and the function of the position reset processing unit 107 can be added to the image processing unit 102.
  • the image processing unit 102 for example, an absolute position detection image obtained by processing the electrical signal output from the gate image sensor 101 (characteristic and periodicity such as a seam existing on the surface of the stationary structure 11). High-concave pattern image) and an absolute position reference image (absolute position reference image using a concavo-convex pattern) stored in advance as an image for specifying the absolute position in the stationary structure 11 is compared to detect the absolute position.
  • the reference time (measurement start time period) for measuring the position of the elevator car 12 is reset, and the elapsed time from the reset reference time and the elevator car 12 are reset.
  • the position of the elevator car 12 indicating the movement distance from the absolute position of the elevator car 12 is calculated based on the speed of the It can be output to 3.
  • the image processing unit 102 can accurately calculate the position (relative position) of the elevator car 12 in the hoistway with fewer elements than when the overall control unit 103 and the position reset processing unit 107 are used.
  • the accumulated position accuracy of the elevator car 12 can be increased.
  • an existing concavo-convex pattern may be used for the stationary structure 11, or when a marker having a concavo-convex pattern is attached to the surface of the stationary structure 11, the concavo-convex pattern of this marker is used. May be.
  • a combination of position detection sensors of a different type different from the optical type such as a magnetic sensor and an atmospheric pressure sensor can be used.
  • the absolute position is reset every time the absolute position of the elevator car 12 in the hoistway is detected in accordance with the movement of the elevator car 12, so that the accumulated position accuracy of the elevator car 12 is increased. be able to.
  • the time until the outgoing light beam (outgoing light) emitted from the light transmitting unit 100 enters the gate image sensor 101 via the imaging optical system 105 is measured, and the elevator car is based on the measurement result.
  • the distance from 12 to the stationary structure 11 is measured, and the configurations of the gate image sensor 101, the image processing unit 102, and the overall control unit 103 are the same as those in the first embodiment.
  • the configuration of the imaging optical system 105 is the same as that of the second or third embodiment. Further, the configuration in the optical transmission unit 100 is the same as that of the first or fourth embodiment.
  • the positional relationship among the light transmitting unit 100, the stationary structure 11, and the imaging optical system 105 may be the same as in the fifth embodiment, or the regular reflection light separating optical system 106 may be configured. This is the same as Example 6, Example 7, or Example 8. Further, the position reset processing unit 107 may be configured, and the configuration in that case is the same as that of the eighth embodiment.
  • FIG. 14 is a timing chart of the gate signal transmitted from the timing control unit 104 to the light transmission unit 100 and the gate image sensor 101 and the scattered light incident on the gate image sensor 101 from the stationary structure 11.
  • the timing control unit 104 transmits a first gate signal (gate pulse signal) G1 whose period from time t1 to time t3 is high level to the optical transmission unit 100. Then, the outgoing light beam (illumination light) is irradiated from the light transmitting unit 100 to the stationary structure 11, and the scattered light out of the reflected light reflected by the surface of the stationary structure 11 passes through the imaging optical system 105. Incident on the sensor 101.
  • the timing control unit 104 transmits the gate image sensor 101 to the optical transmission unit 100, and the same timing as the first gate signal G1, from time t1 to time t3.
  • the gate image sensor 101 scatters from the imaging optical system 105 with the period from time t1 to time t3 as the exposure time T.
  • the light L12 is taken into the imaging surface (first imaging surface), and an image signal (image signal including the image V1) captured in response to the first gate signal G1 is generated.
  • the period during which the high-level scattered light L12 is incident on the gate image sensor 101 from the imaging optical system 105 is the period from the time t2 to the time t3 in the exposure time T (time t1 to time t3).
  • an image signal (image signal including the image V1) captured during this period is output from the gate image sensor 101 to the image processing unit 102.
  • the second gate signal (gate pulse signal) in which the period from the time t3 to the time t5 becomes high level from the timing control unit 104 to the gate image sensor 101.
  • the gate image sensor 101 captures the scattered light L12 from the imaging optical system 105 into the imaging surface (second imaging surface) with the exposure time T being the period from time t3 to time t4, and the second An image signal (image signal including the image V2) captured in response to the gate signal G2 is generated.
  • the period during which the high-level scattered light L12 is incident on the gate image sensor 101 from the imaging optical system 105 is the period from time t3 to time t4 in the exposure time T (time t3 to time t5).
  • an image signal image signal including the image V2 captured during this period is output to the image processing unit 102.
  • the outgoing light beam emitted from the light transmitting unit 100 toward the stationary structure 11 is reflected by the stationary structure 11, and the scattered light L12 among the reflected light reflected by the surface of the stationary structure 11 is the gate image sensor.
  • the image processing unit 102 receives an image signal including the image V1 and an image including the image V2 from the gate image sensor 101. A signal is taken in and a transmission time T0 is calculated according to the following equation (1).
  • T0 T ⁇ V2 / (V1 + V2) (1)
  • T is an exposure time defined by the first gate signal G1 and the second gate signal G2
  • V1 and V2 are the sizes of images belonging to the image signal output from the gate image sensor 101. The corresponding area.
  • the image processing unit 102 calculates the distance from the elevator car 12 to the stationary structure 11 from the transmission time T0 ⁇ light velocity, and transmits the calculated distance information to the overall control unit 103. At this time, the image processing unit 102 or the overall control unit 103 compares the distance calculated by the image processing unit 102 with a set value (reference value) to determine whether the elevator car 12 is shaken in the z-axis direction. Can be determined.
  • the distance from the elevator car 12 to the stationary structure 11 can be measured, it can be determined from the measurement result whether the elevator car 12 is shaken in the z-axis direction. .
  • the image processing unit 102, the overall control unit 103, and the timing control unit 104 are arranged outside the elevator car 12, information transmission / reception between the timing control unit 104 and the optical transmission unit 100, and the timing control unit 104 and gate image. It is also possible to perform transmission / reception of information between the sensor 101 and transmission / reception of information between the gate image sensor 101 and the image processing unit 102 by wire or wireless. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor. You may implement
  • Information such as programs, tables, and files that realize each function can be stored in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • SSD Solid State Drive
  • SYMBOLS 10 Elevator optical speed measuring device, 11 ... Static structure, 12 ... Elevator car, 21 ... Light source, 22 ... Illumination lens, 61 ... Polarizer, 62 ... Analyzer, 63 ... Beam splitter, 71 ... Ring stop, 72 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Ring-shaped condensing lens, 73 ... Perforated mirror, 81 ... Objective lens, 82 ... Aperture, 83 ... Condensing lens, 100 ... Light transmission part, 101 ... Gate image sensor, 102 ... Image processing part, 103 ... Overall control 104, timing control unit, 105, imaging optical system, 106, regular reflection light separating optical system, 107, position reset processing unit

Landscapes

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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

移動体の速度計測装置およびエレベータ
　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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