移动体的速度计测装置以及电梯的制作方法

本发明涉及计测移动体的速度的移动体的速度计测装置以及电梯。

背景技术：

作为计测电梯中的轿厢的位置、速度的传感器，有非接触式的速度传感器。使用非接触式的速度传感器计测轿厢的位置、速度，由此变得不需要如起到作为监视升降速度的安全装置的作用的调速器绳索那样的长条的构造物，也不产生如接触式的速度传感器那样的由滑动造成的测定误差。在专利文献1公开了通过设置在轿厢的图像传感器来拍摄存在于升降通道内的构造物，并计测轿厢的位置以及速度的光学方式的计测轿厢位置、速度的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-73885号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，若从高速移动的轿厢的上方拍摄静止的构造物，则在轿厢的移动方向上产生被摄体抖动，成为使速度计测精度劣化的主要原因。

本发明的目的在于，抑制在从移动体拍摄静止构造物的图像中在移动体的移动方向上产生被摄体抖动。

用于解决课题的技术方案

为了解决所述课题，本发明的特征在于，具备：定时控制部，产生门控信号；光发送部，响应所述门控信号，发送对沿着移动体的移动通道配置的静止构造物进行照明的光；门控图像传感器，响应所述门控信号，以由所述门控信号规定的曝光时间，在包含多个像素的摄像面取入来自所述静止构造物的反射光，并将基于所述反射光的光信号变换为与该亮度对应的电信号；成像光学系统，与所述静止构造物相对置地配置，取入在所述静止构造物反射的所述反射光，并使所述反射光成像于所述门控图像传感器的所述摄像面；以及图像处理部，将基于所述门控图像传感器的输出的所述电信号作为图像进行处理，并根据处理结果算出所述移动体的速度，至少所述光发送部、所述门控图像传感器以及所述成像光学系统配置在所述移动体，所述曝光时间被设定为比根据成像于所述摄像面的图像的空间分辨率与所述移动体的能够移动的最大移动速度之比得到的时间小的值。

发明效果

根据本发明，能够抑制在从移动体拍摄静止构造物的图像中在移动体的移动方向上产生被摄体抖动，其结果是，能够提高移动体的速度的测定精度。

附图说明

图1是示出本发明的实施例1中的电梯光学方式速度计测装置的整体结构的框图。

图2是示出本发明的实施例1中的由门控(gate)图像传感器摄像的图像、即静止构造物表面的散射亮度分布的图像的示意图。

图3是从本发明的实施例1中的定时控制部发送到门控图像传感器的门控信号的时序图。

图4是示出本发明的实施例1中的图像处理部的速度计测处理的流程图。

图5是示出本发明的实施例2中的成像光学系统的结构的概略图。

图6是示出本发明的实施例3中的成像光学系统的结构的概略图。

图7是示出本发明的实施例4中的光发送部的结构的概略图。

图8是示出本发明的实施例5中的电梯光学方式速度计测装置的各部分的位置关系的概略图。

图9是示出本发明的实施例6中的电梯光学方式速度计测装置的整体结构的概略图。

图10是示出本发明的实施例6中的正反射光分离光学系统的概略结构的概念图。

图11是示出本发明的实施例7中的正反射光分离光学系统的概略结构的概念图。

图12是示出本发明的实施例8中的正反射光分离光学系统的概略结构的概念图。

图13是示出本发明的实施例9中的电梯光学方式速度计测装置的整体结构的概略图。

图14是本发明的实施例10中的基于定时控制部的输出的门控信号和入射到门控图像传感器的散射光的时序图。

具体实施方式

以下，使用附图对实施例进行说明。

实施例1

在本实施例中，作为移动体，例如，使用电梯轿厢，从电梯轿厢朝向作为被摄体的静止构造物的表面照射照明光，将在静止构造物的表面反射的反射光经由成像光学系统而入射到门控图像传感器的摄像面，由门控图像传感器将光信号变换为电信号，并根据从变换的电信号生成的图像，计测电梯轿厢的移动速度，并将门控图像传感器中的曝光时间设定为不足100μs。

图1是示出本发明的实施例1中的电梯光学方式速度计测装置的整体结构的概略图。在图1中，电梯光学方式速度计测装置10配置于在建筑物的升降通道(未图示)内升降的电梯轿厢12的上部。在升降通道(移动体的移动通道)内沿着升降通道配置有包含引导导轨的静止构造物11。电梯光学方式速度计测装置10将对于进行电梯轿厢12的运行控制有用的信号信息，例如，与电梯轿厢12的移动速度以及位置相关的信号信息输出到进行电梯轿厢12的运行控制的控制盘(未图示)。

具体地，电梯光学方式速度计测装置10具备光发送部100、门控图像传感器101、图像处理部102、整体控制部103、定时控制部104、以及成像光学系统105。另外，在图1中，为了容易理解说明，用粗实线的箭头示出光路，用细实线的箭头示出电信号的路径。

光发送部100具备光源(未图示)，并配置为对电梯升降通道内的静止构造物11，例如引导导轨的表面照射光。在此，所谓的光，是指电磁波，例如可以是可见光，也可以是红外线、紫外线等。作为光源，可以使用如led(lightemittingdiode，发光二极管)、卤素灯那样的在时间上且空间上不相干的光源，或者也可以使用如激光光源那样的在时间上且空间上相干的光源。

成像光学系统105构成为使从光发送部100朝向静止构造物11的表面照射的出射光线(出射光)、即在静止构造物11的表面反射的散射光成像于门控图像传感器101的摄像面的光学系统。门控图像传感器101将来自成像光学系统105的光信号(示出静止构造物11的表面的散射亮度分布的光信号)、即成像于包含多个像素(像素(pixel))的摄像面的光信号，变换为与该亮度对应的电信号，将该电信号作为示出暗场图像的图像信号发送到图像处理部102。作为门控图像传感器101，例如能够使用ccd(chargecoupleddevice，电荷耦合器件)图像传感器、cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器。此外，门控图像传感器101可以是二维的区域传感器，或者也可以是在电梯轿厢12的移动方向上具有空间分辨的功能的一维的线传感器。另外，也可以在入射光以及散射光的路径中，除了成像光学系统105以外，还设置带通滤波器等波长选择式滤波器，使得具有去除所希望的波长以外的外光的作用。此外，出于防护电梯光学方式速度计测装置10的目的，也可以在入射光以及散射光的路径中设置窗口材料等，使得沙尘、灰尘等不能进入电梯光学方式速度计测装置10。

定时控制部104根据来自整体控制部103的信息生成多个门控信号(门控脉冲信号)，将生成的多个门控信号中的一个门控信号发送到光发送部100，并将另一个门控信号发送到门控图像传感器101。一个门控信号用作规定光发送部100中的光源的驱动时间的定时信号，另一个门控信号用作规定门控图像传感器101中的曝光时间的定时信号。图像处理部102将来自门控图像传感器101的电信号(示出暗场图像的图像信号)作为例如与静止构造物11的表面的散射亮度分布对应的图像、即进行了空间分辨的图像来进行处理，根据该图像处理的结果，算出与电梯轿厢12相关的信号信息，例如算出与电梯轿厢12的移动速度以及位置相关的信号信息，并将算出的信号信息输出到整体控制部103。整体控制部103进行图像处理部102以及定时控制部104的控制，并且将来自图像处理部102的信号信息(与电梯轿厢12相关的信号信息)输出到外部(控制盘)。

接着，对拍摄静止构造物表面而得到的散射亮度分布的图像进行说明。图2是示出由门控图像传感器101拍摄的图像、即静止构造物表面的散射亮度分布的图像的示意图。若将比根据门控图像传感器101的像素的空间分辨率与电梯轿厢12的最大移动速度(电梯轿厢12能够移动的最大移动速度)之比得到的时间长(大)的时间作为门控图像传感器101的曝光时间t，并从高速移动(移动速度v)的电梯轿厢12拍摄作为被摄体的静止构造物11，则如图2所示，在被摄体表面(静止构造物表面)的散射亮度分布的图像101a在电梯轿厢12的移动方向y上产生被摄体抖动(多个图像重叠模糊)。即，在图像101a产生与门控图像传感器101中的曝光时间t成比例的v(移动速度)×t(曝光时间)的宽度的相应量的模糊。若在图像10la中产生了模糊的状态下进行图像处理，则不能正确地算出电梯轿厢12的移动速度、位置。

为了抑制降低由图像101a的模糊造成的速度分辨率、位置检测分辨率，并抑制在图像101a中在电梯轿厢12的移动方向y上产生被摄体抖动，需要考虑电梯轿厢12的移动速度v，并充分地抑制曝光时间t。因此，在本实施例中，将比根据门控图像传感器101的像素的空间分辨率与电梯轿厢12的最大移动速度vm之比得到的时间短(小)的时间作为门控图像传感器101的曝光时间t，并从高速移动(移动速度v)的电梯轿厢12拍摄静止构造物11，结果作为被摄体表面(静止构造物表面)的散射亮度分布的图像101a而得到了在电梯轿厢12的移动方向y上不产生被摄体抖动的图像。

此时，对于所要求的空间分辨率δx，在曝光时间t和电梯轿厢12的最大移动速度vm之间存在t＜δx/vm的关系。在此，例如，对于以最大移动速度5m/s移动的电梯轿厢12，为了得到0.5mm的空间分辨率δx，门控图像传感器101的曝光时间t变得不足100μs。即，如果使门控图像传感器101的曝光时间t＝不足100μs(从定时控制部104发送到门控图像传感器101的门控信号的脉冲宽度＝不足l00μs)，则即使从高速移动(移动速度v)的电梯轿厢12拍摄静止构造物11，也可以作为被摄体表面(静止构造物表面)的散射亮度分布的图像101a而得到在电梯轿厢12的移动方向y上不产生被摄体抖动的图像。

图3是从定时控制部104发送到门控图像传感器101的门控信号的时序图。定时控制部104对门控图像传感器101按每个帧周期δt发送门控信号g。该门控信号g的脉冲宽度w被设定为相当于曝光时间t＝不足100μs的值。即，门控图像传感器101响应来自定时控制部104的门控信号g的脉冲，进行脉冲宽度w的时间(曝光时间t＝不足100μs)的相应量的曝光。此时，也可以将从定时控制部104发送到光发送部100的门控信号g的脉冲宽度w设定为相当于曝光时间t＝不足l00μs的值，并进行曝光时间t期间的相应量的光源的点亮期间。由此，能够降低光发送部100的每单位时间的平均输出功率，能够抑制驱动所需的功率以及散热。

接着，对图像处理部102中的速度计测处理进行说明。图4是示出根据本实施例中的电梯光学方式速度计测装置10的速度计测处理的流程图。在本实施例中，为了容易理解，使用基于相关函数法的速度计测处理来进行说明，但是速度的算出方法并不限定于相关函数法。

图像处理部102首先以从整体控制部103接收到测定开始的信号为条件开始处理(s501)，按每帧i从门控图像传感器101取得暗场图像i(i)(s502)。

接着，图像处理部102将取得的帧i的暗场图像i(i)存储在图像处理部102内的存储元件(存储器)(s503)。另外，存储元件可以使用图像处理部102、整体控制部103内包含的寄存器等易失性存储器，或者也可以使用配置在外部的非易失性存储器。

接着，图像处理部102从存储元件读取在步骤s502中存储在存储元件的帧i的暗场图像i(i)，并且从存储元件读取在帧i前存储在存储元件的帧(i-k)的暗场图像i(i-k)，并计算读取的暗场图像i(i)和暗场图像i(i-k)的相互相关函数c(s504)。另外，对于之前的帧的暗场图像的选择方法，可以选择紧前的一帧前的暗场图像，或者也可以选择多个帧前的暗场图像。此外，对于相互相关函数的计算方法，也还可以采用其他计算方法。

接着，图像处理部102通过相互相关函数c的计算来推定相互相关函数c的峰值坐标位置δx，算出从在步骤s504中读取的暗场图像中的暗场图像i(i-k)到暗场图像i(i)的时间k×δt，并根据峰值坐标位置δx与时间k×δt之比，计算电梯轿厢12的移动速度v＝δx/(k×δt)。另外，关于峰值坐标位置δx的推定方法，可以设为最大位置的峰值坐标，或者也可以使用最大位置附近的几点进行最小二乘拟合来推定，对于该方法没有限定。

接着，图像处理部102将移动速度v的信息输出到整体控制部103，并对帧i加上“1”(s505)，判断是否接收到来自整体控制部103的测定结束的信号(s506)，在从整体控制部103未接收测定结束的信号的情况下，返回步骤s502，并重复步骤s502～s506的处理。另一方面，图像处理部102在判断为在步骤s506中接收到从整体控制部103的测定结束的信号的情况下，结束该例程的处理(s507)。

此外，图像处理部120能够从门控图像传感器101在相当于基于定时控制部104的输出的门控信号的产生周期的帧周期中依次取入电信号，根据各电信号生成每个帧的暗场图像，并算出在生成的多个帧的暗场图像中的第1帧的暗场图像中的第1计测对象图像(包含特征性图像的计测对象图像)与第2帧的暗场图像中的计测对象图像、即与第1计测对象图像对应的第2计测对象图像(包含与第1计测对象图像相同的特征性图像的计测对象图像)之间产生的暗场图像上的偏移，并根据算出的暗场图像上的偏移与示出第1帧与第2帧之差的时间之比，算出电梯轿厢(移动体)12的速度。

整体控制部103在从图像处理部102接收到与移动速度v相关的信息的情况下，将接收到的信息存储在存储元件，或者，将与移动速度v相关的信息向管理装置(未图示)发送。此时，管理装置可以通过显示与速度矢量相关的信息来向电梯的管理者进行通知。另外，图像处理部102也可以仅算出电梯轿厢12的移动方向上的轿厢移动速度。

根据本实施例，将门控图像传感器101的曝光时间t缩短到不足l00μs，因此能够抑制在从电梯轿厢12拍摄静止构造物11的图像中，在电梯轿厢12的移动方向上产生被摄体抖动。即，能够得到在电梯轿厢12的移动方向上不产生被摄体抖动的图像，其结果是，能够提高电梯轿厢12的移动速度的测定精度。

实施例2

与实施例1的成像光学系统105相比，本实施例具有相对于电梯轿厢12的z轴方向上的晃动，保持成像倍率不变的稳健(robust)的成像光学系统105，其他结构与实施例1同样，因此省略它们的说明。

图5是示出本发明的实施例2中的成像光学系统105的结构的概念图。另外，在图5中，用点线的箭头示出来自静止构造物11的散射光线(散射光)l11～l19。在图5中，成像光学系统105具备：物镜(第1透镜)81，与静止构造物11相对置地配置，并对在静止构造物11反射的散射光进行聚光；以及光阑82，对由物镜81聚光的散射光的光量进行限制，并将光量被限制的散射光朝向门控图像传感器101的摄像面送出。此时，成像光学系统105为了消除成为被摄体(检测对象)的静止构造物11相对于电梯轿厢12相对地在z轴方向(相对于电梯轿厢12的移动方向(y轴方向)正交的方向)上抖动时的倍率的变化的影响，在物体侧(静止构造物11侧)成为远心的光学配置。

即，本实施例中的成像光学系统105配置为门控图像传感器101的摄像面的中心、光阑82的中心、以及物镜81的光轴的中心位于同一直线上，并且光阑82配置在物镜81的门控图像传感器101侧的焦点位置。来自静止构造物11的散射光l11～l19透射物镜81，然后成像于门控图像传感器101的摄像面。此时，在散射光l11～l19中，散射光l12、l15、l18比其他散射光光量多，并成为主光线，始终会与物镜81的光轴平行而入射到物镜81。另外，y轴和z轴是在静止构造物11形成的虚拟的轴，y轴示出与电梯轿厢12的移动方向平行的轴，z轴示出与电梯轿厢12的移动方向正交的轴、即与成像光学系统105的光轴平行的轴。

根据本实施例，来自静止构造物11的散射光l12、l15、l18成为主光线，始终会与物镜81的光轴平行而入射到物镜81，因此相对于电梯轿厢12的z轴方向上的晃动，即使静止构造物11的图像在光轴(z轴)方向上抖动，在门控图像传感器101的摄像面成像的像的倍率也会固定，而能够将电梯轿厢12的y方向上的移动量δy的计测值相对于电梯轿厢12的z轴方向上的晃动始终保持固定。

此外，在本实施例中，将物镜81配置为从静止构造物11离开50mm以上。例如，在电梯轿厢12在进深方向(z轴方向)上抖动±5mm左右的情况下，将物镜81配置为从静止构造物11离开50mm以上，由此能够抑制相对于电梯轿厢12的z轴方向上的抖动而产生的图像的焦点模糊。此外，也可以使物镜81的材质为玻璃。通过使物镜81为玻璃透镜，从而与塑料透镜相比，能够得到充分高的耐久性。此外，也能够将物镜81中的光线通过的面的形状构成为两侧为球面或一侧为球面，另一侧为平面。根据本结构，即使将物镜81作为玻璃透镜，与非球面形状相比，也能够廉价地构成成像光学系统105。

实施例3

与实施例1的成像光学系统105相比，本实施例具有相对于电梯轿厢12的z轴方向上的晃动，保持门控图像传感器101中的成像倍率不变的稳健的成像光学系统、即与实施例2相比，抑制在门控图像传感器101中产生的几何像差的成像光学系统105，其他结构与实施例1同样，因此省略它们的说明。

图6是示出实施例3中的成像光学系统105的结构的概念图。另外，在图6中，用点线的箭头示出来自静止构造物11的散射光线(散射光)l11～l19。在图6中，成像光学系统105具备：物镜(第1透镜)81，与静止构造物11相对置地配置，并对在静止构造物11反射的散射光进行聚光；光阑82，对由物镜81聚光的散射光的光量进行限制；以及聚光透镜(第2透镜)83，配置在光阑82与门控图像传感器101之间，对来自光阑82的散射光进行聚光，并将聚光的散射光朝向门控图像传感器101的摄像面送出。

此时，成像光学系统105为了消除成为被摄体(检测对象)的静止构造物11相对于电梯轿厢12相对地在z轴方向上抖动时的倍率的变化的影响，使物体侧(静止构造物11侧)为远心的光学配置，并且为了抑制在门控图像传感器101中产生的几何像差，也使像侧(门控图像传感器101侧)为远心的光学配置。

即，配置为门控图像传感器101的摄像面的中心、聚光透镜83的光轴、光阑82的中心、以及物镜81的光轴分别位于同一直线上，并且光阑82在配置在物镜81的门控图像传感器101侧的焦点位置的同时配置在聚光透镜83的物镜侧的焦点位置。此外，来自静止构造物11的散射光l11～l19透射物镜81，然后经由聚光透镜83成像于门控图像传感器101的摄像面。此时，在散射光l11～l19中，散射光l12、l15、l18比其他散射光光量多，并成为主光线，始终会与物镜81的光轴平行而入射到物镜81，并且会与聚光透镜83的光轴平行而入射到门控图像传感器101。

根据本实施例，与实施例2同样地，即使静止构造物11的图像在光轴(z轴)方向上抖动，也能够使在门控图像传感器101的摄像面成像的像的倍率不变，进而也能够相对于门控图像传感器101的z轴方向上的安装位置的偏移，使在门控图像传感器101的摄像面成像的像的倍率不变。其结果是，能够较大地采取成像光学系统105、门控图像传感器101的安装时的尺寸公差，能够构成更稳健的光学系统。此外，在成像光学系统105使用包含物镜81和聚光透镜83的两个透镜，因此也能够减小成像光学系统105的几何像差的影响。

此外，在本实施例中，与实施例2同样地，也能够将物镜81配置为从静止构造物11离开50mm以上，并将物镜81构成为两侧为球面或一侧为球面，另一侧为平面的玻璃透镜。聚光透镜83也能够构成为如下的玻璃透镜，即，光线通过的面的形状为两侧为球面或一侧为球面，另一侧为平面。根据本结构，能够构成廉价且具有高耐久性的成像光学系统105。

实施例4

在本实施例中，作为光发送部100，构成了有效率地照明作为被摄体(被检测对象)的静止构造物11的光发送部100，门控图像传感器101、定时控制部104、图像处理部102、以及整体控制部103的结构与实施例1同样，成像光学系统105的结构与实施例2或实施例3同样，因此省略它们的说明。

图7是示出本发明的实施例4中的光发送部100的结构的概念图。另外，在图7中，用实线的箭头示出来自光源21的出射光线(对静止构造物11入射的入射光)l1～l3。在图7中，光发送部100具备：光源21；以及照明透镜22，对来自光源21的光进行聚光，并使聚光的光朝向静止构造物11扩散而进行照射。照明透镜22配置在光源21与作为被摄体(被检测对象)的静止构造物11之间。对于照明透镜22，其材质可以是玻璃，也可以是塑料。此外，在照明透镜22中，光线通过的面的形状的任一面都可以是球面，也可以是平面，还可以是非球面。此外，照明透镜22虽然由一个凸透镜构成，但是也可以是由多枚的组合构成的透镜组。此外，照明透镜22并不限于如透镜那样的透射折射型的聚光光学元件，也可以是如凹面镜那样的反射型的聚光光学元件。

根据本实施例，照明透镜22能够对来自光源21的出射光线l1～l3进行聚光，并遍及大范围而对静止构造物11的表面进行照明，因此能够有效率地对通过成像光学系统105以及门控图像传感器101来检测的静止构造物11表面的区域进行照明。进而，适当地设计照明透镜22的形状，由此也能够降低静止构造物11中的照度不均。此外，抑制光源21的输出强度，由此能够减小光源21的消耗功率且还能够抑制来自所希望的检测范围外的区域的杂散光的产生。

实施例5

本实施例抑制向成像光学系统105的正反射光分量的取入，由此即使将曝光时间t缩短到不足100μs，也将光发送部100与成像光学系统105的位置关系设定为用于得到充分高对比度的图像的配置关系，门控图像传感器101、定时控制部104、图像处理部102、以及整体控制部103的结构与实施例1相同。此外，成像光学系统105的结构与实施例2或实施例3相同。此外，光发送部100内的结构与实施例1或实施例4相同。

图8是示出本发明的实施例5中的电梯光学方式速度计测装置10的各部分的位置关系的概略图。另外，在图8中，用实线的箭头示出来自光发送部100的出射光线(对静止构造物11入射的入射光)l1～l3，用虚线的箭头示出来自静止构造物11的正反射光线(正反射光)l51～l53，用点线的箭头示出来自静止构造物11的散射光线(散射光)l11～l13。

在图8中，光发送部100配置为成为光源的光轴的出射光线l2相对于静止构造物11的表面(相对于成为电梯轿厢12的移行方向的y轴)，倾斜地入射。成像光学系统105配置在从在静止构造物11的表面反射的反射光中的正反射光的传播路径偏离的区域、即散射光传播的区域。即，成像光学系统105配置为在静止构造物11的表面反射的散射光线(散射光)l11～l13和正反射光线(正反射光)l51～l53中，仅入射散射光线(散射光)l11～l13。光发送部100构成为如下的暗场照明系统，即，对于静止构造物11的表面，出射光线l1～l3作为照明光倾斜入射地进行入射，并对于成像光学系统105，抑制正反射光l51～l53的取入。

此外，光发送部100为了抑制由存在于静止构造物11的表面的伤痕11a造成的向成像光学系统105方向的正反射光的产生，如下地进行照明，即，出射光线l1～l3的入射面(图8中的yz面)位于相对于存在于静止构造物11上的特征性伤痕11a的方向平行的方向(图8中的y轴方向)上。此时，特征性伤痕11a例如可列举由，静止构造物11的加工时的精加工中进行的研磨加工造成的伤痕等。

根据本实施例，由于抑制了向成像光学系统105的正反射光分量的取入，因此即使将曝光时间t缩短到不足100μs，也能够得到充分高对比度的图像。此外，将在门控图像传感器101中生成图像前的光学系统中的位置关系、即成像光学系统105与光发送部100的位置关系设为预先能够得到光学上高对比度的图像的位置关系，由此即使在定时控制部104将曝光时间t缩短到不足100μs，也能够避免因在门控图像传感器101中产生的电噪声而填埋与静止构造物11的表面的凹凸对应的散射亮度图案。

即，在成像光学系统105与光发送部100的位置关系并非预先能够得到光学上高对比度的图像的位置关系的情况下，在由图像处理部102处理门控图像传感器101的图像信号时，难以识别在门控图像传感器101中产生的电噪声和与静止构造物11的表面的凹凸对应的散射亮度图案。相对于此，在成像光学系统105与光发送部100的位置关系为预先能够得到光学上高对比度的图像的位置关系的情况下，在由图像处理部102处理门控图像传感器101的图像信号时，能够容易地识别在门控图像传感器101中产生的电噪声和与静止构造物11的表面的凹凸对应的散射亮度图案。

实施例6

在本实施例中，作为光学系统，追加正反射光分离光学系统106，并抑制向成像光学系统105的正反射光分量的取入，由此即使将曝光时间t缩短到不足100μs，也使得得到充分高对比度的图像，门控图像传感器101、定时控制部104、图像处理部102、以及整体控制部103的结构与实施例1相同。此外，成像光学系统105的结构与实施例2或实施例3相同。此外，光发送部100内的结构与实施例1或实施例4相同。

图9是示出本发明的实施例6中的电梯光学方式速度计测装置10的整体结构的概略图。在图9中，电梯光学方式速度计测装置10具备正反射光分离光学系统106，作为相对于实施例1的光学系统而追加的光学系统。正反射光分离光学系统106配置在光发送部100与静止构造物11之间以及成像光学系统105与静止构造物11之间，并能够分离在静止构造物11的表面反射的反射光中的正反射光和散射光。

图10是示出本发明的实施例6中的正反射光分离光学系统106的概略结构的概念图。另外，在图10中，用实线的箭头示出从光发送部100向静止构造物11的出射光线l1～l3，用虚线的箭头示出来自静止构造物11的正反射光线(正反射光)l51～l53，用点线的箭头示出散射光线(散射光)l11～l13。

在实施例5中，关注被检测对象的静止构造物11中的表面的凹凸图案的特征，抑制了正反射光线(正反射光)l51～l53的产生。相对于此，在本实施例中，作为正反射光分离光学系统106，使用偏振元件61和检偏元件62，将偏振元件61配置在光发送部100与静止构造物11之间，将检偏元件62配置在静止构造物11与成像光学系统105之间。该正反射光分离光学系统106包含：偏振元件61，使从光发送部100发送的光的偏振方向与固定方向一致；以及检偏元件62，配置在从在静止构造物11的表面反射的反射光中的正反射光的传播路径偏离的区域、即属于反射光的散射光传播的区域，去除与正反射光的偏振方向相同的方向上的光，并透射散射光。

此时，在光发送部100中，其光轴与偏振元件61相对置地配置且配置在相对于y轴倾斜的方向上、即对静止构造物11的表面进行照明的光相对于静止构造物11的表面从倾斜方向入射的方向上。进而，偏振元件61配置在来自光发送部100的出射光线l1～l3相对于静止构造物11的表面向倾斜方向入射的位置，且偏振元件61中的出射光线l1～l3的偏振方向被预先限制为固定的方向。此外，检偏元件62配置为其光轴与将成像光学系统105的光轴和门控图像传感器101的摄像面的中心连结的直线位于同一直线上。此外，检偏元件62配置为如下，即，在检测由偏振元件61偏振的出射光线在静止构造物11反射的反射光时，仅透射与出射光线l1～l3的偏振方向垂直的方向上的散射光l11～l13，并将透射的散射光l11～l13送出到成像光学系统105，而抑制正反射光线(正反射光)l51～l53的取入。

配置检偏元件62的位置可以在静止构造物11与成像光学系统105之间，也可以在成像光学系统105与门控图像传感器101之间。作为偏振元件61、检偏元件62，可以是利用了液晶的取向方向的偏振膜、利用了晶体的双折射性的偏振棱镜、或者线栅偏振片。此外，也可以代替使用偏振元件61，而对光发送部100中的光源使用激光等预先使输出偏振的光源元件。

根据本实施例，通过偏振检波的方法，与实施例5相比，能够高效率地抑制正反射光的取入，其结果是，能够得到更高对比度的图像。此外，在静止构造物11的表面涂敷有油等液体的情况下，选择对由液体造成的表面正反射的影响进行检测的偏振方向，由此也能够去除由液体造成的表面正反射的影响。

实施例7

本实施例对正反射光分离光学系统106附加了相对于电梯轿厢12的z轴方向上的晃动将向静止构造物11的照明位置保持不变的功能，门控图像传感器101、定时控制部104、图像处理部102、以及整体控制部103的结构与实施例1相同。此外，成像光学系统105的结构与实施例2或实施例3相同。此外，光发送部100内的结构与实施例1或实施例4相同。

图11是示出本发明的实施例7中的正反射光分离光学系统106的概略结构的概念图。另外，在图11中，用实线的箭头示出从光发送部100向静止构造物11的出射光线l1，用虚线的箭头示出来自静止构造物11的正反射光线(正反射光)l51，用点线的箭头示出散射光线(散射光)l11～l13。

在实施例6中，示出了如下的光学配置，即，为了抑制正反射光分量的取入，使来自光发送部100的出射光线(照明光)相对于静止构造物11倾斜地入射，进而，进行在静止构造物11反射的反射光的偏振检波。相对于此，在本实施例中，设为在通过偏振检波充分抑制正反射光的取入的基础上，使照明光相对于静止构造物11垂直地进行照射的同轴落射照明的光学配置。

具体地，本实施例中的正反射光分离光学系统106具备：偏振元件61，使从光发送部100发送的光的偏振方向与固定方向一致；分束器63，配置在成像光学系统105与静止构造物11之间，将透射偏振元件61的光向与y轴正交的方向反射，并将反射的光朝向静止构造物11的表面照射且将在静止构造物11的表面反射的反射光向与y轴交叉的方向透射；以及检偏元件62，配置在透射分束器63的反射光中的至少散射光传播的区域，去除与属于反射光的正反射光的偏振方向相同的方向上的光，并透射散射光。

此时，光发送部100的光轴与偏振元件61相对置地配置且配置在相对于y轴平行的方向上。另外，光发送部100的光轴如果是相对于z轴垂直的方向，则可以是相对于与z轴垂直的x轴平行的方向，如果是在xy面内，则可以是任意方向。此外，在偏振元件61中，其光轴与光发送部100的光轴(出射光线l1的光轴)配置在同一直线上且与静止构造物11平行(与y轴平行)的位置，并相对于出射光线l1的偏振方向被预先限制为固定的方向。检偏元件62配置为其光轴与将成像光学系统105的光轴和门控图像传感器101的摄像面的中心连结的直线位于同一直线上。

在分束器63中，其中心配置在偏振元件61的光轴与检偏元件62的光轴交叉的位置。分束器63将透射了偏振元件61的光向相对于该光的入射角垂直的方向(z轴的负的方向)、即静止构造物11侧反射，使该反射的光相对于静止构造物11的表面垂直地入射。进而，分束器63使在静止构造物11的表面反射的反射光(包含散射光和正反射光)向检偏元件62侧透射。检偏元件62仅对透射了分束器63的反射光中的散射光线(散射光)l11～l13进行透射。

另外，与实施例6同样地，检偏元件62也可以在成像光学系统105与门控图像传感器101之间。此外，也可以调换光发送部100和成像光学系统105以及门控图像传感器101的配置。即，也可以是如下的光学配置，即，使来自光发送部100的出射光线l1经由检偏元件62透射了分束器63，然后使其入射到静止构造物11，并使在静止构造物11的表面反射的反射光由分束器63反射到成像光学系统105侧。

根据本实施例，能够发挥与实施例6同样的效果，并且来自光发送部100的出射光线l1垂直地入射到静止构造物11的表面，因此相对于电梯轿厢12的z轴方向上的晃动，能够将向静止构造物11的照明位置保持不变，其结果是，能够将照明强度的时间上的变动抑制在最小限度。

实施例8

本实施例相对于电梯轿厢12的z轴方向上的晃动，将向静止构造物11的照明位置保持不变，且不使用高价的偏振元件而廉价地构成同轴落射型的暗场照明光学系统，门控图像传感器101、定时控制部104、图像处理部102、以及整体控制部103的结构与实施例1相同。此外，成像光学系统105的结构与实施例2或实施例3相同。此外，光发送部100内的结构与实施例1或实施例4相同。

图12是示出本发明的实施例8中的正反射光分离光学系统106的概略结构的概念图。另外，在图10中，用实线的箭头示出从光发送部100向静止构造物11的出射光线l1～l3，用虚线的箭头示出来自静止构造物11的正反射光线(正反射光)l51、l52，用点线的箭头示出散射光线(散射光)l11～l13。

在实施例6和实施例7中，示出了通过包含偏振元件61和检偏元件62的偏振元件来分离正反射光和散射光的光学配置。相对于此，在本实施例中，示出将正反射光和散射光在空间上分离的光学配置。

正反射光分离光学系统106具备：环形光阑71，将从光发送部100发送的光变换为在相对于光发送部100的光轴正交的方向上具有中空状的照度分布的光束；开孔反射镜73，是配置在与光发送部100的光轴交叉的方向上的环状的反射镜，并将透射了环形光阑71的光束向与y轴正交的方向反射；以及环状聚光透镜72，配置在开孔反射镜73与静止构造物11之间，对由开孔反射镜73反射的光束进行聚光，并将聚光的光束朝向静止构造物11的表面照射。

此时，光发送部100的光轴与环形光阑71相对置地配置且配置在相对于z轴垂直的方向(y轴方向或x轴方向)。此外，在环状聚光透镜72中，其空间部的中心与成像光学系统105的光轴配置在同一直线上，并使在静止构造物11的表面反射的反射光中的正反射光在从空间部偏离的区域中进行聚光，将属于反射光的散射光经由空间部而送出到成像光学系统105。此外，在环形光阑71中，其中心与光发送部100的光轴配置在同一直线上并与静止构造物11的表面平行(与y轴方向平行)地配置，并将来自光发送部100的出射光线l1～l3变换为在相对于光轴剖面的方向(正交的方向)上具有中空状的照度分布的光束(l1、l3)，送出到开孔反射镜73侧。开孔反射镜73是在中心部具有孔(空间)的反射镜，配置为孔的中心与光发送部100的光轴位于同一直线上且与成像光学系统105的光轴位于同一直线上，并且作为整体，配置在与光发送部100的光轴以及成像光学系统105的光轴交叉的方向(倾斜方向)上。开孔反射镜73将来自环形光阑71的光束(l1、l3)反射到环状聚光透镜72侧。

环状聚光透镜72是在中心部具有空间的环状的透镜，并配置为其光轴与成像光学系统105的光轴位于同一直线上。环状聚光透镜72对来自环形光阑71的光束(l1、l3)进行聚光，照射到静止构造物11的表面。在静止构造物11的表面反射的反射光中的正反射光线(正反射光)l51透射了环状聚光透镜72之后送出到开孔反射镜73侧。在静止构造物11的表面反射的反射光中的散射光线(散射光线)l11～l13透射了环状聚光透镜72的空间部和开孔反射镜73的孔(空间部)之后，入射到成像光学系统105。

另外，在由环形光阑71将来自光发送部100的出射光线l1～l3变换为具有中空状的照度分布的光束的情况下，也可以将出射光线l1～l3变换为拉盖尔高斯光束。此外，来自光发送部100的出射光线l1～l3可以是平行光，也可以不是平行光。此时，属于正反射光分离光学系统106的要素被设计为使得静止构造物11的表面的正反射光线(正反射光)l51被开孔反射镜73反射而不入射到成像光学系统105。

根据本实施例，相对于电梯轿厢12的z轴方向上的晃动，能够将向静止构造物11的照明位置保持不变且不使用高价的偏振元件而廉价地构成同轴落射型的暗场照明光学系统。

实施例9

本实施例设置有复位电梯轿厢12的绝对位置的位置复位处理部107，并能提高电梯轿厢12的累积位置精度，门控图像传感器101、定时控制部104、图像处理部102、以及整体控制部103的结构与实施例1相同。此外，成像光学系统105的结构与实施例2或实施例3相同。此外，光发送部100内的结构与实施例1或实施例4相同。此外，光发送部100、静止构造物11、以及成像光学系统105的位置关系可以与实施例5相同，或者也可以构成正反射光分离光学系统106，该情况下的结构与实施例6、实施例7或实施例8相同。

图13是示出本发明的实施例9中的电梯光学方式速度计测装置10的整体结构的概略图。在图13中，在电梯光学方式速度计测装置10中，相对于实施例1的结构，追加了位置复位处理部107，位置复位处理部107与整体控制部103连接。

位置复位处理部107与整体控制部103进行信息的收发，在根据来自整体控制部103的与图像相关的信息，检测到在静止构造物11的表面设定的绝对位置的情况下，对整体控制部103输出用于复位如下的绝对位置的复位信号，即，该绝对位置成为算出电梯轿厢12的位置时的基准位置。

此时，位置复位处理部107在位置复位处理部107内的存储元件预先存储与凹凸图案相关的图像(绝对位置基准图像)的信息，并伴随着电梯轿厢12的移动，在每次接收到来自整体控制部103的与图像相关的信息、即例如与存在于静止构造物11的表面的接缝等特征性且周期性高的凹凸图案的图像相关的信息时，将接收到的信息、即与基于凹凸图案的绝对位置检测图像相关的信息与存储在存储元件内的信息(与基于凹凸图案的绝对位置基准图像相关的信息)进行比较，并每次在两者之间出现强的相关(两者的图像一致)时，对整体控制部103输出复位信号。

整体控制部103以接收到复位信号为条件，将绝对位置复位，然后，根据来自图像处理部102的信号信息，以复位的绝对位置为基准，算出电梯轿厢12在升降通道中的位置(相对位置)，并将算出结果发送到控制盘。因此，即使电梯轿厢12的移动方向向上或向下随机地进行变化，整体控制部103也能够正确地算出电梯轿厢12在升降通道中的位置(相对位置)，而能够提高电梯轿厢12的累积位置精度。

此外，在本实施例中，能够将整体控制部103的功能和位置复位处理部107的功能附加到图像处理部102。此时，图像处理部102例如能够将对从门控图像传感器101输出的电信号进行处理而得到的绝对位置检测图像(存在于静止构造物11的表面的接缝等特征性且周期性高的凹凸图案的图像)和作为确定静止构造物11中的绝对位置的图像而预先设定并存储的绝对位置基准图像(基于凹凸图案的绝对位置基准图像)进行比较，并以绝对位置检测图像和绝对位置基准图像一致为条件，对计测电梯轿厢12的位置时的基准时间(计测开始时期间)进行复位，并根据从复位的基准时间起经过的时间和电梯轿厢12的速度，算出示出电梯轿厢12距绝对位置移动的距离的电梯轿厢12的位置，并将算出结果输出到整体控制部103。在该情况下，图像处理部102与使用了整体控制部103和位置复位处理部107时相比，能够以更少的要素正确地算出电梯轿厢12在升降通道中的位置(相对位置)，能够提高电梯轿厢12的累积位置精度。

作为特征性凹凸图案，可以利用静止构造物11中已有的凹凸图案，或者在静止构造物11的表面安装具有凹凸图案的标记物的情况下，也可以利用该标记物的凹凸图案。此外，作为检测电梯轿厢12的绝对位置的单元，也能够使用磁传感器、大气压传感器等与光学方式不同的其他方式的位置检测传感器的组合。

根据本实施例，由于根据电梯轿厢12的移动，在每次检测到电梯轿厢12的升降通道中的绝对位置时，对绝对位置进行复位，因此能够提高电梯轿厢12的累积位置精度。

实施例10

本实施例对从光发送部100出射的出射光线(出射光)经由成像光学系统105而入射到门控图像传感器101为止的时间进行测定，并根据测定结果计测从电梯轿厢12到静止构造物11的距离，门控图像传感器101、图像处理部102、以及整体控制部103的结构与实施例1相同。此外，成像光学系统105的结构与实施例2或实施例3相同。此外，光发送部100内的结构与实施例1或实施例4相同。此外，光发送部100、静止构造物11、以及成像光学系统105的位置关系可以与实施例5相同，或者也可以构成正反射光分离光学系统106，该情况下的结构与实施例6或实施例7或者实施例8相同。此外，也可以构成位置复位处理部107，该情况下的结构与实施例8相同。

图14是从定时控制部104向光发送部100以及门控图像传感器101发送的门控信号和从静止构造物11向门控图像传感器101入射的散射光的时序图。

如图14(a)所示，若从定时控制部104对光发送部100发送时间t1～时间t3为止的期间为高电平的第1门控信号(门控脉冲信号)g1，则从光发送部100对静止构造物11照射出射光线(照明光)，并且在静止构造物11的表面反射的反射光中的散射光经由成像光学系统105而入射到门控图像传感器101。此时，如图14(b)所示，时间t2～时间t4为止的期间为高水平的散射光(亮度成为高水平的散射光)l12入射到门控图像传感器101。即，相对于从光发送部100出射的出射光线，具有时间延迟＝(时间t2-时间t1)的散射光l12入射到门控图像传感器101。

另一方面，如图14(c)所示，若从定时控制部104对门控图像传感器101在与向光发送部100发送的第1门控信号g1相同的定时发送时间t1～时间t3为止的期间为高电平的第1门控信号(门控脉冲信号)g1，则门控图像传感器101将时间t1～时间t3的期间作为曝光时间t，将来自成像光学系统105的散射光l12取入到摄像面(第1摄像面)，并生成响应第1门控信号g1而拍摄的图像信号(包含图像v1的图像信号)。此时，从成像光学系统105对门控图像传感器101入射高水平的散射光l12的期间为曝光时间t(时间t1～时间t3)中的时间t2～时间t3的期间，在该期间拍摄的图像信号(包含图像v1的图像信号)从门控图像传感器101输出到图像处理部102。

接着，如图14(d)所示，若从定时控制部104对门控图像传感器101发送时间t3～时间t5为止的期间为高电平的第2门控信号(门控脉冲信号)g2，则门控图像传感器101将时间t3～时间t4的期间作为曝光时间t，将来自成像光学系统105的散射光l12取入到摄像面(第2摄像面)，并生成响应第2门控信号g2而拍摄的图像信号(包含图像v2的图像信号)。此时，从成像光学系统105对门控图像传感器101入射高水平的散射光l12的期间为曝光时间t(时间t3～时间t5)中的时间t3～时间t4的期间，在该期间拍摄的图像信号(包含图像v2图像信号)输出到图像处理部102。

在此，当算出从光发送部100朝向静止构造物11出射的出射光线在静止构造物11反射并且在静止构造物11的表面反射的反射光中的散射光l12入射到门控图像传感器101为止的传递时间t0(＝时间t1～时间t2为止的期间)时，图像处理部102从门控图像传感器101取入包含图像v1的图像信号和包含图像v2的图像信号，按照下式(1)算出传递时间t0。

t0＝t·v2/(v1+v2)…·(1)

在此，t是由第1门控信号g1和第2门控信号g2来规定的曝光时间，v1、v2是相当于属于从门控图像传感器101输出的图像信号的图像的大小的面积。

图像处理部102根据传递时间t0×光速，算出从电梯轿厢12到静止构造物11的距离，并将算出的距离的信息发送到整体控制部103。此时，在图像处理部102或整体控制部103中，将由图像处理部102算出的距离与设定值(基准值)进行比较，从而能够判断电梯轿厢12中是否有z轴方向上的抖动。

根据本实施例，能够计测从电梯轿厢12到静止构造物11的距离，因此根据计测结果能够判断电梯轿厢12中是否有z轴方向上的抖动。

以上所述的各实施例为了对本发明容易理解进行了说明，而并不限定本发明的范围。例如，也能够将图像处理部102、整体控制部103、以及定时控制部104配置在电梯轿厢12的外部，并通过有线或无线来进行定时控制部104与光发送部100的信息的收发、定时控制部104与门控图像传感器101之间的信息的收发、以及门控图像传感器101与图像处理部102之间的信息的收发。此外，能够对各实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、以及置换。

此外，上述的各结构、功能、处理部、处理单元等，它们的一部分或全部例如也可以通过用集成电路进行设计等用硬件来实现。此外，上述的各结构、功能等也可以通过使处理器解释并执行实现各自的功能的程序，从而用软件来实现。也可以通过解释并执行实现各功能的程序，从而用软件来实现。实现各功能的程序、表格、文件等信息能够放置在存储器、硬盘、ssd(solidstatedrive，固态驱动器)等记录装置或ic卡、sd卡、dvd等记录介质中。

附图标记说明

10：电梯光学方式速度计测装置；

11：静止构造物；

12：电梯轿厢；

21：光源；

22：照明透镜；

61：偏振元件；

62：检偏元件；

63：分束器；

71：环形光阑；

72：环状聚光透镜；

73：开孔反射镜；

81：物镜；

82：光阑；

83：聚光透镜；

100：光发送部；

101：门控图像传感器；

102：图像处理部；

103：整体控制部；

104：定时控制部；

105：成像光学系统；

106：正反射光分离光学系统；

107：位置复位处理部。