JP2012144307A - 重送検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】用紙の厚さや重送状態の用紙間の空気層の厚さによる影響を受け難い重送検知技術を提供する。
【解決手段】用紙の搬送経路を挟んで互いに対向する超音波送信部３０および超音波受信部４０と、周波数ｆ_１の第１の超音波と周波数ｆ_２（ｆ_２＞ｆ_１）の第２の超音波とを送信するように超音波送信部３０を制御する送信信号発生部１０と、超音波受信部４０にて受信された第１の超音波の受信強度Ａ_１と同第２の超音波の受信強度Ａ_２の比（Ａ_１／Ａ_２）が所定の閾値よりも小さい場合に、重送状態であると判定する受信信号処理部６０とを有することを特徴とする重送検知装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリンタ等の画像処理装置において用紙の重送を検知する技術に関し、特に、超音波を用いて重送を検知する技術に関する。

用紙に画像を形成して出力する画像形成装置（例えば、プリンタ）や、用紙に形成されている画像を読み取る画像読み取り装置（例えば、スキャナ装置）、あるいは、両者の機能を合わせ持った装置（例えば、コピー機）などの画像処理装置が一般に普及している。この種の画像処理装置では、用紙トレイに載置された用紙束（或いは原稿束）から用紙を１枚ずつ取り出し、搬送ベルトや搬送ローラ等で形成された搬送路に沿って画像形成部（或いは画像読み取り部）まで用紙を搬送する、といった処理が行われる。

この種の画像処理装置においては、用紙が１枚ずつ搬送されてくることが前提となっているが、湿度や静電気等の影響によって複数枚の用紙が重なり合った状態で搬送されてくることがある。このような現象は「重送」と呼ばれており、重送が発生すると様々な不具合が起こり得る。例えば、２枚の用紙が一部だけ重なりあって搬送されてきた場合（図２（Ｂ）参照）には、本来１枚の用紙に形成されるべき画像が複数枚の用紙に亘って形成される、といった不具合が起こり得る。そこで、搬送される用紙の重送を検知し、処理を停止したり、その旨を画像処理装置の利用者に報知したりする技術が種々提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。

特許文献１および特許文献２に開示された技術は、何れも超音波センサを用いて重送を検知する技術である。ここで、超音波センサとは、用紙の搬送路を挟んで対向するように配置される超音波送信部と超音波受信部を含み、超音波送信部から送信された超音波のうち用紙を透過して超音波受信部へ到達した成分の受信強度を計測するセンサである。特許文献１に開示された技術では、１枚の用紙を透過した超音波の受信強度を予め計測しておき、その計測値よりも小さい値を基準値として定めておく。そして、画像処理装置の運用過程においては、超音波受信部により受信される超音波の受信強度が当該基準値を下回っているか否かによって重送の有無を判定するのである。一方、特許文献２には、周波数を連続的にスイープさせて超音波を送信し、その受信強度にピークが現れた場合には、１枚の用紙であると判定し、ピークが現れない場合には重送状態であると判定する技術が開示されている。ここで、周波数を連続的にスイープさせて超音波を送信するようにしたのは、超音波受信部が受信可能な周波数帯域のばらつきや、定着熱等の影響による超音波受信部の特性の変化に対処するためである。

特開２０００−９５３９０号公報 特開２００６−１６９１号公報

ところで、１または複数枚の用紙を透過した超音波の透過率は、用紙が１枚である場合にはその用紙の厚さに応じて変動し、用紙が複数枚である場合には、それら用紙の間隔（すなわち、用紙間の空気層の厚さ）に応じて変動することが知られている。超音波の透過率が変動すれば、当然に超音波受信部による受信強度も変動する。つまり、超音波受信部による超音波の受信強度は、その超音波が透過した用紙が１枚であればその厚さに応じて変動し、同用紙が複数枚であれば用紙の間隔に応じて変動するのである。このため、特許文献１に開示された技術のように超音波受信部による超音波の受信強度と所定の基準値との比較により重送の有無を判定する態様では、用紙の厚さの変動（例えば、基準値を定める際に用いた用紙と、実際の画像形成に用いる用紙とで厚さが異なる）等に起因して誤判断が起り得る。

一方、特許文献２に開示された技術では、受信強度にピークが現れるか否かによって重送の有無を判定しているため、このような不具合が生じないと考えられる。しかし、本出願人の行った理論計算（シミュレーション）によれば、このようなピークは特殊な条件下でのみ現れる得ることが判明した。なお、このシミュレーションの内容および結果については後に詳細に説明する。したがって、特許文献２に開示された技術を用いたとしても常に重送の有無を正しく判定できるとは限らないと考えられる。
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、用紙の厚さや重送状態の用紙の間隔による影響を受け難い重送検知技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、画像処理装置の用紙トレイから画像形成部または画像読み取り部に至る搬送路に沿って搬送される用紙の重送を検知する重送検知装置において、前記搬送経路を挟んで互いに対向する超音波送信部および超音波受信部と、第１の周波数帯域に属する第１の超音波と前記第１の周波数帯域よりも高い周波数の帯域である第２の周波数帯域に属する第２の超音波とを送信するように前記超音波送信部を制御する送信信号発生部と、前記超音波受信部にて受信された前記第１の超音波の受信強度と前記第２の超音波の受信強度の比を予め定められた閾値と比較して重送の有無を判定する受信信号処理部とを有することを特徴とする重送検知装置、を提供する。

本出願人の行ったシミュレーションによれば、周波数の異なる２種類の超音波を１枚の用紙を透過させたときの各超音波の透過率の比（周波数の低い方の超音波の透過率を周波数の高い方の超音波の透過率で除算して得られる値）は用紙の厚さには依存しないことが判明した。また、周波数の異なる２種類の超音波を２枚の用紙を透過させたときの各超音波の透過率の比は２種類の超音波の周波数が高いほど用紙間の空気層の厚さには依存しないこと、および、２枚の用紙を透過させたときの各超音波の透過率の比のほうが１枚の用紙を透過させたときの透過率の比よりも大きいことが判明した。本発明の重送検知装置は、このシミュレーションの結果を利用して重送の検知を行うものである。２種類の超音波の透過率の比は、超音波受信部における各超音波の受信強度の比（周波数の低い方の超音波の受信強度を周波数の高い方の超音波の受信強度で除算して得られる値）に一致するからである。

別の好ましい態様においては、前記重送検知装置の送信信号発生部は、前記第１の超音波として前記第１の周波数帯域内で周波数が変動する第１の周波数変調波を前記超音波送信部に送信させるとともに、前記第２の超音波として前記第２の周波数帯域内で周波数が変動する第２の周波数変調波を前記超音波送信部に送信させ、前記受信信号処理部は、前記第１の周波数変調波についての受信強度の平均値と前記第２の周波数変調波の受信強度の平均値とを算出し、これら２種類の平均値の比を前記閾値と比較して重送の有無を判定することを特徴とする。詳細については後述するが、このような態様によれば、超音波送信部から送信された超音波が用紙や他の周辺部材によって反射され、その反射によって共振が生じるような場合であっても、その共振に起因した重送の誤検知を回避することができる。

本発明の１実施形態である重送検知装置１の構成例を示すブロック図である。 同重送検知装置１の動作概要を説明する概念図である。 本実施形態の原理を説明するための図である。 １枚の用紙を透過した超音波の周波数とその透過率との関係を示す理論曲線の一例である。 ２枚の用紙を透過した超音波の周波数とその透過率との関係を示す理論曲線の一例である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態の重送検知装置１の構成例を示すブロック図である。
この重送検知装置１は、例えばプリンタなどの画像処理装置（図１では図示略）に内蔵され、複数の搬送ローラＲによって形成された搬送路に沿って用紙トレイ（図示略）から画像形成部（図示略）へ搬送される用紙Ｐの重送を検知するためのものである。図１に示すように、重送検知装置１は、送信信号発生部１０、アンプ２０、超音波送信部３０、超音波受信部４０、アンプ５０、および受信信号処理部６０を含んでいる。

超音波送信部３０は、送信信号発生部１０から出力されアンプ２０による信号レベルの増幅を経た電気信号を超音波に変換して出力する装置である。一方、超音波受信部４０は、例えばシリコンマイクロホンであり、超音波送信部３０から送信された超音波を収音し、その波形を示す電気信号に変換して出力する。超音波受信部４０の出力信号はアンプ５０による増幅を経て受信信号処理部６０に与えられる。アンプ５０は、超音波受信部４０の出力信号の信号レベルを受信信号処理部６０における信号処理に適した信号レベルまで増幅するものである。図１に示すように、超音波送信部３０と超音波受信部４０は、用紙の搬送路を挟んで対向するように設置される。このため、超音波送信部３０と超音波受信部４０との間を用紙Ｐが通過しているときに超音波送信部３０に超音波を送信させると、その用紙Ｐを透過した成分が超音波受信部４０によって受信される。

送信信号発生部１０は、第１の周波数帯域（本実施形態では、８０〜１２０［ｋＨｚ］の周波数帯域）に属する第１の超音波と、第１の周波数帯域よりも高い周波数の帯域である第２の周波数帯域（本実施形態では、１００〜１６０［ｋＨｚ］の周波数帯域）に属する第２の超音波とを超音波送信部３０に送信させる処理を実行する。本実施形態では、第１および第２の超音波として固定周波数の超音波が使用される。具体的には、第１の超音波として周波数ｆ_１＝１２０［ｋＨｚ］の超音波が使用され、上記第２の超音波として周波数ｆ_２＝１６０［ｋＨｚ］の超音波が使用される。なお、本実施形態では第１の周波数帯域の一部と第２の周波数帯域の一部とが重なりあっているが、両者が周波数軸上で互いに離間していても勿論良い。図１の送信信号発生部１０は、所謂発振回路であり上記第１および第２の超音波の波形を表す電気信号を発生させアンプ２０に出力する。より詳細に説明すると、送信信号発生部１０は、第１の超音波を表す電気信号として周波数ｆ_１の電気信号を発生させるとともに第２の超音波を表す電気信号として周波数ｆ_２の電気信号を発生させ、これら２種類の電気信号の各々を以下の要領で出力する。

すなわち、送信信号発生部１０は、用紙トレイから画像形成部への用紙の搬送が開始された時点を起算点として計時を行い、時間Ｔ１が経過した時点で第１の超音波を示す電気信号を出力し、さらにその後、時間ΔＴが経過した時点（すなわち、上記起算点から時間Ｔ１＋ΔＴが経過した時点）で第２の超音波を示す電気信号を出力する。ここで、時間Ｔ１は、用紙Ｐの搬送が開始されてからその用紙Ｐの中央部が超音波送信部３０と超音波受信部４０の間を通過するまでに要する時間であり、この時間Ｔ１は、用紙Ｐの搬送速度ＶＲ、用紙トレイから超音波送信部３０および超音波受信部４０の配置位置までの搬送路の長さＲＬおよび搬送方向の用紙の長さＰＬに応じて定まる（具体的には、Ｔ１＝（ＲＬ＋ＰＬ／２）／ＶＲ）。また、時間ΔＴは時間Ｔ１に比較して十分に短い時間（より正確には、ＰＬ／２ＶＲに比較して十分短い時間。）である。このような時間間隔で各電気信号を出力するようにしたのは、用紙の中央部を対象として重送判定を行うようにするためである。

ここで、用紙の中央部を対象として重送判定を行うようにしたのは、以下の理由による。本来、一枚の用紙Ｐ１が搬送されてくるべきところ、図２（Ａ）に示すように、用紙Ｐ１に用紙Ｐ２が完全に重なって搬送されてきた場合には、用紙のどの部分で重送判定を行っても特段の問題は生じない。しかし、図２（Ｂ）に示すように、２枚の用紙が一部だけ重なりあって搬送されてくる場合に、用紙Ｐ１の先端部（或いは用紙Ｐ２の後端部）で重送判定を行うと、実際には重送状態であるにも関わらず１枚の用紙であると誤判断されてしまう。つまり、用紙の中央部を対象として重送判定を行うようにしたのは、用紙の重なり具合に起因した誤判断を回避するためである。

受信信号処理部６０は、超音波受信部４０の出力信号を解析し、超音波受信部４０による第１の超音波の受信強度Ａ_１を同第２の超音波の受信強度Ａ_２で除算して得られる値Ａ_１／Ａ_２（すなわち、前者の受信強度Ａ_１と後者の受信強度Ａ_２の比）を算出するとともに、当該値Ａ_１／Ａ_２と予め定められた閾値ｔｈとの大小比較を行う。詳細については後述するが閾値ｔｈは第１および第２の超音波の各々の周波数に応じて定まる値である。この閾値ｔｈの定め方についても後に詳細に説明する。そして、受信信号処理部６０は、第１および第２の超音波の受信強度の比Ａ_１／Ａ_２が閾値ｔｈを上回っている場合には重送状態であると判定し、その判定結果を示す判定結果信号を画像処理装置の制御部（図示省略）に与える。この判定結果信号を受け取った制御部は用紙の搬送等を停止し、さらにエラーメッセージ等の出力を行ってその旨を利用者に報知する処理を実行する。

このように、本実施形態では、各々周波数の異なる第１および第２の超音波の受信強度の比Ａ_１／Ａ_２が閾値ｔｈを上回っているか否かによって、重送の有無を判定する点に特徴がある。以下、周波数の異なる２種類の超音波の受信強度の比Ａ_１／Ａ_２と閾値ｔｈとの大小比較により重送の有無を判定できることの理論的な裏づけ（換言すれば、本実施形態の原理）について説明する。

図３は、第０層から第４層の５つの媒質層を第０層から第４層に向けて伝搬する音波の様子をモデル化した図である。超音波送信部３０から送信され、１乃至複数枚の用紙を透過して超音波受信部４０に至る音波の伝搬過程は、図３に示すようにモデル化される。例えば、図３の第０層、第２層、第３層および第４層を空気層とし、第１層のみを用紙とすれば、１枚の用紙を透過する音波の伝搬過程がモデル化されることになる。同様に、図３の第０層、第２層、および第４層を空気層とし、第１層および第３層を用紙とすれば、２枚の用紙を透過する音波の伝搬過程がモデル化されることになる。

図３に示すように、第ｉ（ｉ＝０〜４）層における音波の波数をｋ_ｉ、媒質の密度をρ_ｉ、当該音波の角速度をωとすると、第ｉ層における音波の入射方向の速度ポテンシャルＩ_ｉおよび反射方向の速度ポテンシャルＲ_ｉ（すなわち、第ｉ層と第ｉ＋１層の境界で反射する音波の速度ポテンシャル）は、一般に以下の数１で表される。なお、数１においてｊは虚数単位である。また、上記各速度ポテンシャルの定式化にあたっては、第０層についてはその左端（すなわち、第１層との境界）を位置座標ｘの原点とし、第１〜第４層の各々においては、その右端（すなわち、第ｉ（１≦i≦４）層については第ｉ−１層との境界）を位置座標ｘの原点とした。

一般に、速度ポテンシャルφと粒子速度ｖ、および音圧ｐの間には、以下の数２の関係がある。ここで、第ｉ層と第ｉ＋１層（０≦i≦３）の境界において粒子速度ｖおよび音圧ｐが各々連続でなければならないという境界条件に留意しつつ、数１を数２の各々に代入すると、以下の数３に示す関係式が得られる。この数３は、さらに、数４に示す行列形式に書き改めることができる。なお、数３において、ｉ＝０を別扱いとしたのは、第０層における原点の取り方が他の層とは異なるからである（数４および数６においても同じ）。また、数３のｄ_ｉは第ｉ（１≦ｉ≦３）層の厚さである（数４および数５においても同じ）。

ここで、以下の数５に示す２行２列の行列Ｂ_ｉとＤ_ｉを用いると、第ｉ層と第ｉ＋１層との各々における速度ポテンシャルの振幅の関係を以下の数６のように表すことができる。なお、数６の右辺における行列Ｂ_ｉ ^−１は行列Ｂ_ｉの逆行列である。

したがって、第０層から第４層までの階層構造を考慮すると、以下の数７が得られ、さらに、この数７は、数値計算を容易にすること考慮して以下の数８のようにまとめ直すことができる。ここで、各層の密度ρ_i、各層の厚さｄ_iおよび各層における波数ｋ_iをパラメータとし、さらに、Ａ_０ ^（Ｉ）＝１、Ａ_４ ^（Ｒ）＝０として数８を解くと、第０層から第４層の５つの媒質層を透過した音波の透過率Ａ_４ ^（Ｉ）と第０層表面での反射率Ａ_０ ^（Ｒ）が求まる。

図４は、０〜２００[ｋＨｚ]の周波数帯域の音波の透過率の理論曲線を表すグラフであり、これら理論曲線は、以下の表１に示すパラメータを数８に代入して得られたものである。表１において第２層および第３層の厚さがゼロとされていることから明らかように、図４に示す３本の理論曲線の各々は、１枚の用紙を透過した音波の透過率とその音波の周波数との関係を示している。具体的には、図４にて、実線、一点鎖線および二点鎖線で描画された理論曲線の各々は、夫々、厚さが０．１[ｍｍ]、０．２[ｍｍ]および０．４[ｍｍ]の用紙を透過した音波の透過率とその音波の周波数との関係を示している。

図４からは、以下の３つのことがわかる。第１に、０〜２００[ｋＨｚ]の何れの周波数においても１枚の用紙を透過した音波の透過率はその用紙が厚いほど大きく減少することである。第２に、用紙の厚さが０．１[ｍｍ]、０．２[ｍｍ]および０．４[ｍｍ]の何れであっても、１枚の用紙を透過した音波の透過率は周波数が高いほど大きく減少することである。これら２点は、経験的に得られる事実とも一致する。そして、第３に、周波数が一定の値を超えると各理論曲線の勾配が略一定となっていることである。例えば、図４では、周波数が８０[ｋＨｚ]以上になると各理論曲線の勾配が略一定になっている。このことは、周波数が一定値以上であり、かつ、各々周波数が異なる２種類の音波を１枚の用紙を透過させたときのそれら音波の透過率の比ｒは、その用紙の厚さによらず略一定の値となることを意味している。ここで、透過率の比とは、周波数の低い方の超音波の透過率を周波数の高い方の超音波の透過率で除算して得られる値のことである。表２は、用紙の厚さｄが０．１[ｍｍ]，０．２[ｍｍ]および０．４[ｍｍ]の各々の場合における、ｆ_１＝８０[ｋＨｚ]かつｆ_２＝１００[ｋＨｚ]の場合（以下、ケース１）、ｆ_１＝８０[ｋＨｚ]かつｆ_２＝１２０[ｋＨｚ]の場合（以下、ケース２）、ｆ_１＝１００[ｋＨｚ]かつｆ_２＝１２０[ｋＨｚ]の場合（以下、ケース３）、ｆ_１＝１２０[ｋＨｚ]かつｆ_２＝１６０[ｋＨｚ]の場合（以下、ケース４）の透過率の比ｒのシミュレーション結果を示したものである。表２を参照すれば明らかように、ケース１、ケース２、ケース３およびケース４の各々の場合において、透過率の比ｒが用紙の厚さによらず略一定となっていることが判る。この第３点目の事項は本出願人が行ったシミュレーションにより明らかになったものである。

さて、ここで注目すべき点は、図４に示す３本の理論曲線には、何れも明確なピークが現れていないということである。表１を参照すれば明らかように、上記理論計算に用いたパラメータ（各層の厚さや密度、音速等）は必ずしも特別な値ではなく、画像処理装置の使用環境において一般的に想定し得る値である。つまり、一般的な条件の下で画像処理装置を使用する場合、１枚の用紙を透過した音波の透過率（或いは透過率に応じて定まる受信強度）には明確なピークは現れないと考えられる。なお、本出願人がさらに別のパラメータを用いて理論計算を行ったところ、第１層（すなわち、用紙）の厚さが１００［ｍｍ］程度であれば、１００［ｋＨｚ］近辺にピークが現れ得ることが判明した。しかし、用紙の厚さが１００［ｍｍ］というのは現実とはかけ離れた特殊な条件である。したがって、用紙を透過した超音波の受信強度にピークが現れるか否かを重送の判定基準とすることは、一般的な条件化で使用される画像処理装置における重送判定には有効ではないと考えられる。

一方、図５は、０〜２００[ｋＨｚ]の周波数帯域の音波の透過率の理論曲線を表すグラフであり、これら理論曲線は、以下の表３に示すパラメータを数８に代入して得られたものである。表３を参照すれば明らかように、図５に示す３本の理論曲線は、空気層（第２層）を隔てて重ね合わされた２枚の用紙を透過した音波の透過率とその音波の周波数との関係を示している。具体的には、図５の実線、一点鎖線および二点鎖線の各々で描画された理論曲線の各々は、夫々、間隔０．１[ｍｍ]、０．０５[ｍｍ]および０．０２[ｍｍ]の空気層（第２層）を隔てて重ね合わせた２枚の用紙を透過した音波の透過率とその音波の周波数との関係を示している。なお、図５に示す各理論曲線には、夫々明確なピークが現れているが、これらのピークは理論計算における近似により強調されていると考えられ、実験等を行えば、よりなだらかなピーク、或いは透過率―周波数曲線の肩として観測されると考えられる。

図５からは、以下の３つのことがわかる。第１に、６０〜２００[ｋＨｚ]の周波数では、空気層を挟んで重ねられた２枚の用紙を透過した音波の透過率はその空気層が厚いほど大きく減少することである。第２に、８０〜２００[ｋＨｚ]の周波数では、空気層を挟んで重ねられた２枚の用紙を透過した音波の透過率は周波数が高いほど大きく減少することである。これらは経験的に得られる事実とも一致する。そして、第３に、周波数が一定の値（図５に示す例では、１２０［ｋＨｚ］）を超えると各理論曲線の勾配が略一定となることである。このことは、一定値以上の周波数を有し、かつ各々の周波数が異なる２種類の音波を２枚の用紙を透過させたときのそれら音波の透過率の比ｒはそれら用紙間の空気層の厚さによらず略一定の値となることを意味している。表４は、２枚の用紙間の空気層の厚さｄが０．１［ｍｍ］，０．０５［ｍｍ］および０．０２［ｍｍ］の各々の場合における、前述したケース１、ケース２、ケース３およびケース４の各々の場合の透過率の比ｒのシミュレーション結果を示したものである。表４を参照すれば明らかように、ケース１の場合には透過率の比ｒは空気層の厚さｄに依存しているものの、ケース２、ケース３の順に透過率の比ｒの空気層の厚さｄに対する依存の度合いは小さくなり、ケース４の場合には透過率の比ｒは空気層の厚さｄに依存せず略一定となっていることが判る。この第３点目の事項は本出願が行ったシミュレーションにより明らかになったものである。

さらに、表２と表４とを対比すれば明らかように、周波数の異なる２種類の超音波の透過率の比ｒは、１枚の用紙を透過した場合のほうが２枚の用紙を透過した場合よりも小さくなっていることが判る。具体的には、１枚の用紙を透過させた場合の透過率の比ｒは、ケース１〜ケース４の何れにおいても、用紙の厚さが０．１［ｍｍ］のときに最大となっており、その最大値はケース１の場合には１．６６６、ケース２の場合には１．５００、ケース３の場合には１．４００、ケース４の場合には１．３３３である。一方、２枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最小値は、ケース１の場合には５．５６０（空気層の厚さｄ＝０．０２［ｍｍ］）、ケース２の場合には３．７１０（空気層の厚さｄ＝０．１［ｍｍ］）、ケース３の場合には２．８７９（空気層の厚さｄ＝０．１［ｍｍ］）、ケース４の場合には２．４３２（空気層の厚さｄ＝０．１［ｍｍ］）である。このように、ケース１〜ケース４の何れにおいても、１枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最大値は、２枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最小値よりも小さくなっているのであるから、周波数の異なる２種類の超音波の透過率の比ｒは、１枚の用紙を透過した場合のほうが２枚の用紙を透過した場合よりも小さくなると言えるのである。これは、第２層（用紙間の空気層）における第２の超音波（周波数ｆ２の超音波）の減衰が第１の超音波（周波数ｆ１の超音波）の減衰よりも大きいことに起因していると考えられる。したがって、３枚以上の用紙を透過した場合の上記比ｒは、いっそう大きな値になると考えられる。

本実施形態の重送検知装置１では、周波数の異なる２種類の超音波の透過率の比ｒは、１枚の用紙を透過した場合のほうが２枚の用紙を透過した場合よりも小さくなることを利用して重送判定を行うのである。具体的には、周波数ｆ_１およびｆ_２の組み合わせとして表２および表４に示すケース１〜ケース４の何れを用いる場合であっても、閾値ｔｈとして一枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最大値を上回り、かつ２枚の用紙を透過した場合の最小値を下回る値を用いるようにすれば、周波数ｆ_１の超音波の受信強度Ａ_１と周波数ｆ_２の超音波の受信強度Ａ_２の比Ａ_１／Ａ_２が上記閾値ｔｈ以下であれば重送状態ではないと判定することができ、逆に、当該閾値ｔｈよりも大きければ重送状態であると判定することができる。周波数ｆ_ｉの超音波の受信強度Ａ_ｉは同超音波の透過率に比例するため、受信強度の比Ａ_１／Ａ_２は透過率の比ｒと等しくなるからである。前述したように、１枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最大値はケース１〜ケース６の何れにおいても２．０を上回ることはなく、２枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最小値は２．０を下回ることはないのであるから、上記閾値ｔｈを２．０とすることが考えられる。
以上が本実施形態の原理である。

以上本実施形態の原理について説明したが、重送検知装置１を画像処理装置に組み込んで実際に重送の検知を行わせる場合には、周波数ｆ_１およびｆ_２を具体的にどのような値とするのかについて種々の態様が考えられる。前述したように、本実施形態では、周波数ｆ_１＝１２０［ｋＨｚ］かつ周波数ｆ_２＝１６０［ｋＨｚ］であるから、表２および表４に示すケース４の値が採用されている。ケース４においては１枚の用紙を透過させたときの透過率の比ｒは用紙の厚さには依存せずに略一定となり、２枚の用紙を透過させたときの透過率の比ｒも用紙間の空気層の厚さに依存せずに略一定となるのであるから、用紙の厚さや重送状態の用紙の間隔による影響を受けずに重送の有無を判定することができると考えられるからである。ただし、実際の計測ではノイズの影響を受けることに加えて超音波送信部３０の送信出力および超音波受信部４０の受信感度には制約があり、超音波の周波数が高くなるほど透過率が低下し、超音波受信部４０における受信強度が低下する。このため、超音波送信部３０および超音波受信部４０のデバイス特性を考慮し、受信強度の比（すなわち、透過率の比）を正しく計測できる範囲の上限で周波数ｆ_１およびｆ_２を設定する必要がある。

ここで注目すべき点は、超音波送信部３０および超音波受信部４０のデバイス特性を考慮した結果、表２および表４に示すケース１〜ケース３の何れかを採用する場合であっても、閾値ｔｈを適切に設定すれば、用紙の厚さや重送状態の用紙の間隔による影響を受けずに重送を正確に検出することができる、という点である。前述したように、ケース１〜ケース３においては、２枚を用紙を透過した場合の透過率の比ｒは用紙間の空気層の厚さｄに依存する。しかし、表２および表４を参照すれば明らかように、ケース１〜ケース３の何れにおいても、１枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最大値が２枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最小値を下回っていることに変わりはなく、閾値ｔｈを適切に設定すれば、用紙の厚さや重送状態の用紙の間隔による影響を受けずに重送を正確に検出することができる。閾値ｔｈについては、ノイズにより受信強度の比Ａ_１／Ａ_２が変動し得ることを考慮して設定することが好ましい。また、ノイズにより受信強度の比Ａ_１／Ａ_２が変動し得ることを考慮し、重送状態ではないことを検出するための閾値ｔｈ１（閾値ｔｈ１は、１枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最大値を上回り、かつ２枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最小値を下回っている値）と、重送状態であることを検出するための閾値ｔｈ２（２枚の用紙を透過した場合の透過率の比ｒの最小値を下回り、かつ閾値ｔｈ１よりは大きな値）とを用意し、超音波受信部４０により受信した超音波の受信強度の比≦閾値ｔｈ１であれば重送状態ではないと判定し、同受信強度の比＞閾値ｔｈ２であれば重送状態であると判定し、閾値ｔｈ１＜同受信強度の比≦閾値ｔｈ２であれば、判定不能とすることも考えられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、２種類の周波数の超音波の受信強度の比と閾値ｔｈとの大小比較により重送の有無が判定されるため、用紙の厚さ等に起因した誤判断が生じ難い。つまり、本実施形態によれば、用紙の厚さや用紙間の空気層の厚さによらずに正確に重送の有無を判定することができるのである。

以上本発明の実施形態について説明したが、この実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
（１）上述した実施形態では、互いに周波数の異なる２種類の超音波の受信強度の比ｒと閾値ｔｈとの大小比較により重送の有無を判定した。しかし、このような固定周波数の超音波を用いるのではなく、第１の周波数帯域内で周波数が変動する第１の周波数変調波（以下、ＦＭ変調波）と同第２の周波数帯域内で周波数が変動する第２のＦＭ変調波を用いて重送の有無を判定しても良い。具体的には、送信信号発生部１０には、以下の数９で周波数ｆ_１´が表される第１のＦＭ変調波と周波数が同ｆ_２´で表される第２のＦＭ変調波とを超音波送信部３０に送信させる処理を実行させる。ただし、数９におけるΔｆは、周波数（ｆ_１−Δｆ）と周波数（ｆ_１＋Δｆ）が共に第１の周波数帯域に属し、周波数（ｆ_２−Δｆ）と周波数（ｆ_２＋Δｆ）が共に第２の周波数帯域に属し、かつ、ｆ_１＋Δｆ＜ｆ_２−Δｆとなるように定める必要がある。そして、受信信号処理部６０には、第１のＦＭ変調波の周波数帯域（すなわち、ｆ_１−Δｆからｆ_１＋Δｆの周波数帯域）における受信強度の平均値Ｍ_１と第２のＦＭ変調波の周波数帯域（すなわち、ｆ_２−Δｆからｆ_２＋Δｆの周波数帯域）の受信強度の平均値Ｍ_２を算出させ、両者の比（Ｍ_１／Ｍ_２）と閾値ｔｈとを比較して重送の有無を判定するのである。

このようにＦＭ変調波を用いる態様には、以下の利点がある。超音波センサを含む重送検知装置を備えた画像形成装置においては、超音波センサの超音波送信部から送信された超音波が搬送経路上の用紙或いは画像形成装置の他の部材によって反射され、その反射波に起因して特定の周波数で共振が生じ、受信強度に増減が生じる場合がある。上述した第１実施形態のように固定周波数の超音波の受信強度の比と閾値との比較により重送の有無を判定する態様では、上記共振周波数が何れかの超音波の周波数と一致すると、上記比が正しく算出されなくなる虞がある。これに対して、ＦＭ変調波を用いる態様では、周波数がある幅をもって平均化されるため、特定の周波数で共振が発生したとしても、その影響は軽減される。つまり、ＦＭ変調波を用いる態様は固定周波数の超音波を用いる態様に比較して安定的に重送検知を行うことができる、といった利点があるのである。なお、本変形例ではＦＭ変調波の周波数を連続的に変化させた。しかし、第１および第２の周波数帯域の各々について、中心周波数付近で離散的にいくつかの周波数を選び出し、それら周波数を有する複数種の超音波を用いても良い。

（２）上述した実施形態では、搬送路に沿って用紙トレイから画像形成部へ搬送される用紙の重送検知に本発明を適用した。しかし、スキャナ装置やファクシミリ装置において、原稿トレイ（読み取り対象の画像が形成された用紙（原稿）が載置されるトレイ）から搬送路に沿って画像読み取り部へ搬送される用紙の重送検知に本発明を適用しても勿論良い。また、上述した実施形態では、超音波送信部３０に互いに周波数が異なる２種類の超音波を順次送信させたが、超音波毎に異なる送信装置により送信させる、さらに、それら送信装置に同時に超音波を送信させるようにしても良い。同様に、超音波受信部についても各々周波数の異なる超音波を受信する超音波受信部を超音波毎に設けても良い。また、上述した実施形態では、用紙が一枚ずつ搬送されてくるとした場合における用紙の中央部を対象として重送判定を行ったが、用紙の先端部から後端部までの間の複数の箇所を対象として重畳判定を行い、それら複数個所のうちの一箇所でも重送状態であると判定された場合には、エラーメッセージ出力による重送状態の報知や用紙の搬送の停止を行っても良い。

１…重送検知装置、１０…送信信号発生部、２０，５０…アンプ、３０…超音波送信部、４０…超音波受信部、６０…受信信号処理部。

Claims (2)

1. 画像処理装置の用紙トレイから画像形成部または画像読み取り部に至る搬送路に沿って搬送される用紙の重送を検知する重送検知装置において、
   前記搬送経路を挟んで互いに対向する超音波送信部および超音波受信部と、
   第１の周波数帯域に属する第１の超音波と前記第１の周波数帯域よりも高い周波数の帯域である第２の周波数帯域に属する第２の超音波とを送信するように前記超音波送信部を制御する送信信号発生部と、
   前記超音波受信部にて受信された前記第１の超音波の受信強度と前記第２の超音波の受
   信強度の比を予め定められた閾値と比較して重送の有無を判定する受信信号処理部と、
   を有することを特徴とする重送検知装置。
2. 前記送信信号発生部は、前記第１の超音波として前記第１の周波数帯域内で周波数が変動する第１の周波数変調波を前記超音波送信部に送信させるとともに、前記第２の超音波として前記第２の周波数帯域内で周波数が変動する第２の周波数変調波を前記超音波送信部に送信させ
   前記受信信号処理部は、前記第１の周波数変調波についての受信強度の平均値と前記第２の周波数変調波の受信強度の平均値とを算出し、これら２種類の平均値の比を前記閾値と比較して重送の有無を判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の重送検知装置。

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