JP2017156281A

JP2017156281A - 装置および方法

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Publication number: JP2017156281A
Application number: JP2016041490A
Authority: JP
Inventors: 宏深田; Hiroshi Fukada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-09-07
Also published as: US10209358B2; US20170254899A1

Abstract

【課題】反射波により物体を検出するセンサによる物体検出の精度を向上させる装置を提供する。
【解決手段】発信波を発信する発信部から第１の発信波と、第１の発信波による検出距離より短い検出距離において物体を検出するための第２の発信波と、を発信部に発信させる。第１の発信波と第２の発信波のそれぞれに応じて受信部から出力される受信信号に基づいて、物体の検出を判定するための信号を生成する。そして、物体の検出を判定するための信号に基づいて、装置の外部に物体を検出したか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体からの反射波により物体を検出するセンサを備える装置および方法に関する。

超音波発振器から超音波を出力する超音波発信器と、物体からの反射波を検出する超音波受信器とから成る超音波センサが知られている。超音波センサは、反射波の検出によって物体を検出し、その検出時間から物体までの距離を測定することが可能である。一方、超音波発振器は、発振動作を止めても暫くは減衰しながら残響波を出す特徴を有する。

超音波発振器の発信波と残響波とから成る直接波が有る間は、超音波受信器はこの直接波を受信してしまうので、物体からの反射波を検出することができない。つまり、近距離に物体が存在していたとしても、超音波受信器が残響波を直接受信しているのか、あるいは、近距離に存在する物体からの反射波を受信しているのかを区別することができない。

特許文献１には、近距離に位置する物体を検出するために、超音波を発振する期間を短くする近距離判定モードを設けることが記載されている。

特開平６−７６１９９号公報

しかしながら、特許文献１においては、近距離判定モードで物体を検出する場合、近距離判定モードで固定されてしまい、その間は遠距離に存在する物体を検出できなくなる。例えば、複合機に搭載される人物検出を主目的とした超音波センサ装置の場合、仮に複合機の直近に固定物が有るとすると、特許文献１による構成では、その固定物より遠くに位置する人物の検出ができなくなってしまう。

本発明の目的は、このような従来の問題点を解決することにある。上記の点に鑑み、本発明は、反射波により物体を検出するセンサによる物体検出の精度を向上させる装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る装置は、物体を検出するための発信波を発信する発信部と、外部から受信波を受信する受信部と、を含むセンサを備える装置であって、前記発信部から第１の発信波と、前記第１の発信波による検出距離より短い検出距離において物体を検出するための第２の発信波と、を前記発信部に発信させる発信制御手段と、前記第１の発信波と前記第２の発信波のそれぞれに応じて前記受信部から出力される受信信号に基づいて、前記物体の検出を判定するための信号を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された前記物体の検出を判定するための信号に基づいて、前記装置の外部に前記物体を検出したか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、反射波により物体を検出するセンサによる物体検出の精度を向上させることができる。

超音波センサ装置の構成を示す図である。超音波センサ装置の他の構成を示す図である。超音波発信器の発振時の残響特性を示す図である。超音波発信器の発振時の残響特性を示す他の図である。超音波センサ装置の各信号のタイミングチャートを示す図である。超音波センサ装置の各信号のタイミングチャートを示す図である。超音波センサ装置の判定動作を説明するための図である。超音波センサ装置の判定制御処理を示すフローチャートである。複合機の超音波センサ装置の検出範囲を示す図である。サブコントローラの構成を示す図である。複合機の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。

［第１の実施形態］
図９は、本実施形態における複合機１０とユーザとの位置関係を示す図である。本実施形態において、複合機１０は、プリント機能、スキャナ機能、コピー機能、ＦＡＸ機能などの複数の機能を実行可能な画像形成装置である。また、複合機１０は、接近する人物（ユーザ）を検出するための超音波センサ装置１００を備える。超音波センサ装置１００は、外部の物体を検出するための超音波等の発信波を発信する発信部と、外部からの受信波を受信する受信部とを有し、超音波センサ装置１００は、図９の下段の点線で示されるような扇型の検出範囲を有する。受信部が受信する受信波が、発信波が検出範囲内にある物体に反射した反射波である場合に、複合機１０に接近する人物を検出可能である。

ここで、複合機１０は、スリープ状態であるとする。スリープ状態とは、複合機１０が実行可能な機能のいずれかが使用可能なスタンバイ状態より、消費電力の小さい状態である。超音波センサ装置１００により接近する人物が検出されると、複合機１０は、スリープ状態からスタンバイ状態に復帰する。本実施形態では、超音波センサ装置１００は、非可聴域の４０ＫＨｚのパルス波を出力し、検出対象の物体から反射した反射波を受信する超音波センサである。超音波センサ装置１００は、物体を検出し、検出された物体と超音波装置１００（複合機１０）の距離を測定可能である。

図１は、超音波センサ装置１００のブロック構成を示す図である。サブコントローラ１０１は、超音波センサ装置１００を統括的に制御する。サブコントローラ１０１は、１チップマイコンなどで構成され、プログラムによって物体の有無の判定を行い、その判定結果は、複合機１０本体とのインタフェースを介して、複合機１０のメインコントローラ１１００に通知される。

超音波発振器１２０は、圧電素子などで構成され、後述するクロックドライバ１０２から入力されるクロック駆動信号により発振し、超音波を出力する。本実施形態では、４０ＫＨｚの公称周波数で音圧効率が最大になるような素子が用いられている。クロックドライバ１０２は、駆動能力が高いバッファＩＣなどで構成され、サブコントローラ１０１から出力されるクロック波形１１０（ＣＬＫＤＲＶ信号）をバッファリングして、超音波発振器１２０に対してクロック駆動信号を出力する。

超音波受信器１０３は、圧電素子などで構成され、外部から受信する超音波を検出し、検出した超音波の強度に応じた電圧信号を出力する。電圧アンプ１０４は、オペアンプなどで構成され、超音波受信器１０３から出力される電圧信号を増幅して出力する。検波回路１０５は、ダイオードなどで構成され、電圧アンプ１０４から出力される増幅された電圧信号を後段で処理しやすいようにＧＮＤ基準で全波整流する。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路１０６は、抵抗とコンデンサなどで構成され、検波回路１０５から出力される全波整流信号の高周波リップルをフィルタリングし、滑らかな波形信号１１１（ＣＯＭＰＩＮ信号）を出力する。コンパレータ１０８は、ＣＯＭＰＩＮ信号１１１が閾値生成回路１０７から出力される閾値電圧ＶＴＨに対して大きいか否かの比較をし、その比較結果をデジタル信号１１２（ＣＯＭＰＯＵＴ信号）として出力する。

閾値生成回路１０７は、サブコントローラ１０１から出力される閾値設定信号１１６に応じた閾値電圧１１５を出力する。本実施形態では、コンパレータ１０８は、「ＣＯＭＰＩＮ信号１１１＞ＶＴＨ信号１１５」の条件を満たす場合に、レベルＬＯＷのＣＯＭＰＯＵＴ信号１１２を出力する。負入力のＮＡＮＤゲートは、コンパレータ１０８が出力するＣＯＭＰＯＵＴ信号１１２とサブコントローラ１０１が出力するマスク信号１１３（ＭＡＳＫ信号）とを入力し、ＤＥＴＥＣＴ信号１１４を出力する。本実施形態では、ＤＥＴＥＣＴ信号１１４は、物体の検出時にレベルＬＯＷとなるデジタル信号であり、ＭＡＳＫ１１３は、マスク期間にレベルＨＩＧＨとなるデジタル信号である。

図３は、超音波発信器１２０の発振時の残響特性を示す図である。図３は、サブコントローラ１０１が４０ＫＨｚクロック信号のパルス数１０発をＣＬＫＤＲＶ信号１１０として出力している様子を示している。クロックドライバ１０２は、ＣＬＫＤＲＶ信号１１０に応じて、超音波発振器１２０を駆動して超音波を発生させる。波形３０１は、発生した超音波の音圧を示す波形である。音圧波形は、駆動クロック開始直後から徐々に増え、駆動クロック１０発目で最大音圧となる。駆動クロック１０発目以降は、超音波発生器１２０の特性で音圧が飽和する。駆動クロック１０発目で駆動は停止するが、超音波発生器１２０自体の特性で、発振は直ちには停止せず減衰しながら振動が継続する残響現象が起こる。図３に示すように、例えば、超音波発生器１２０の駆動停止から予め定められた閾値１５０以下に音圧が低下するまでの２５０〜４７５μｓ（２２５μｓ）が残響期間となる。

図４は、超音波発信器１２０の発振時の残響特性を示す他の図である。図４は、サブコントローラ１０１がＣＬＫＤＲＶ信号１１０として４０ＫＨｚクロック信号のパルス数１発だけ出力する点で図３と異なる。波形４０１は、発生した超音波の音圧を表す波形であるが、音圧が低い分、残響の収束は早くなる。図４に示すように、例えば、超音波発生器１２０の駆動停止から予め定められた閾値１５０以下に音圧が低下するまでの２５〜１２５μｓ（１００μｓ）が残響時間となり、図３より残響期間が短くなる。

図３及び図４は、超音波発振器１２０のみの残響特性について示しているが、超音波センサ装置１００の複合機１０への取付状態によっては、複合機１０の筺体にも振動が伝わり、筺体の残響現象も加わる場合がある。そのような場合、全体として残響の収束がより遅くなってしまう。超音波受信器１０３と超音波発振器１２０は通常同じ装置内に存在するので、音響的に完全に遮断するのは困難である。従って、超音波発振波の回折、共振、残響などにより、超音波受信器１０３が超音波発振器１２０の影響を受けてしまう。その結果、超音波発振期間と残響期間における超音波受信器１０３の検出波が、超音波発信波の物体からの反射波であるのか、あるいは、超音波発振波の直接的な影響によるものなのかの区別がつかない。

図５は、通常判定フレームにおける超音波センサ装置１００の各信号のタイミングチャートを示す図である。本実施形態において、通常判定フレームとは、超音波センサ装置１００が物体を検出可能な距離の全区間をカバーするための超音波センサ装置１００の検出モードを表す。図５の縦軸は、各信号の電圧レベルを表し、横軸は、時間を表す。図５に示すように、通常判定フレームにおいて、サブコントローラ１０１は、ＣＬＫＤＲＶ信号１１０として、４０ＫＨｚクロック信号を１０発、出力する。

ＣＯＭＰＩＮ信号１１１は、超音波受信器１０３が受信した超音波について、電圧アンプ１０５、検波回路１０５、ローパスフィルタ回路１０６を介して加工された電圧波形である。ＣＯＭＰＩＮ信号１１１の左側の山型の波形は、超音波発振器１２０の発振波と残響とを含む直接波に対応する波形である。一方、右側の山型の波形は、物体からの反射波に対応する波形である。

ＣＯＭＰＯＵＴ信号１０８は、サブコントローラ１０１の指示により閾値生成回路１０７が出力するＶＴＨ信号１１５とＣＯＭＰＩＮ信号１１１との比較結果を示す。コンパレータ１０８は、「ＣＯＭＰＩＮ１１１＞ＶＴＨ１１５」の条件を満たす場合に、ＣＯＭＰＯＵＴ信号としてレベルＬＯＷのデジタル信号を出力する。通常判定フレームの場合、超音波発振波の音圧が高く反射波のレベルも高い。従って、余計なノイズなどにより判定結果が誤らないようにＶＴＨ信号１１５を、後述する近距離判定フレームよりも相対的に高く設定する。不図示であるが、物体との距離が離れるほど反射波のレベルが低下する。従って、サブコントローラ１０１は、ＶＴＨ信号１１５を時間の経過とともに、連続的または離散的に下げるように制御可能である。

ＭＡＳＫ信号１１３は、サブコントローラ１０１から出力されるデジタル信号である。サブコントローラ１０１は、超音波発振器１０３の超音波発振波と残響とを含む直接波に対応する予め定められた期間、レベルＨＩＧＨのデジタル信号を出力する。ＭＡＳＫ信号１１３により、コンパレータ１０８の判定結果であるＣＯＭＰＯＵＴ信号がマスクされる。ＤＥＴＥＣＴ信号１１４は、ＮＡＮＤゲート１０９によりＭＡＳＫ信号１１３でマスクされていない期間におけるコンパレータ１０８の判定結果を示し、サブコントローラ１０１に出力される。サブコントローラ１０１は、ＭＡＳＫ信号１１３の前縁（立上がり）からＤＥＴＥＣＴ信号１１４の前縁（立下り）までの時間に基づいて、物体までの距離を算出する。

図６は、近距離判定フレームにおける超音波センサ装置１００の各信号のタイミングチャートを示す図である。本実施形態において、近距離判定フレームとは、超音波センサ装置１００が物体を検出可能な距離のうち、近距離分をカバーするための検出モードを表す。図６は、サブコントローラ１０１がＣＬＫＤＲＶ信号１１０として４０ＫＨｚクロック信号を１発だけ出力する点で図５と異なる。近距離判定フレームの場合、超音波発振波の音圧は低く反射波のレベルも低いので、サブコントローラ１０１は、ＶＴＨ信号１１５を通常判定フレームの場合よりも相対的に低く設定する。

各信号の動作は、図５における説明と同じである。近距離判定フレームにおいても、サブコントローラ１０１は、ＭＡＳＫ信号１１３の前縁（立上がり）からＤＥＴＥＣＴ信号１１４の前縁（立下り）までの時間に基づいて、物体までの距離を算出する。

上記のように、本実施形態では、超音波受信器１０３が受信した受信波に基づいて出力された受信信号から、ＶＴＨ信号やＭＡＳＫ信号により、物体の検出を判定するためのＤＥＴＥＣＴ信号を生成する。ＶＴＨ信号やＭＡＳＫ信号は、ＤＥＴＥＣＴ信号を生成するための基準となる基準信号というものであり、近距離判定フレームや通常判定フレームそれぞれに応じた所定の値（大きさや期間等）を有する。つまり、近距離判定フレームでは、近距離における物体の検出の精度を向上できるような所定値を有する基準信号を用いてＤＥＴＥＣＴ信号が生成される。従って、通常判定フレームと近距離判定フレームとを交互に行う構成により、検出可能な全域での物体の検出を可能としつつ、特に、超音波受信器１３が直接波による影響を受けやすい近距離における物体検出の精度を向上させることができる。

図７は、本実施形態における、超音波センサ装置１００の判定動作を説明するための図である。特に、図７は、ＣＬＫＤＲＶ信号１１０の遷移について示している。図７の縦軸は、電圧レベルを表し、横軸は、時間を表す。時間０ｍｓ時の太線で示されるＣＬＫＤＲＶ信号１１０は、図５に示す、４０ＫＨｚクロック１０波に対応している。また、時間８０ｍｓ時の細線で示されるＣＬＫＤＲＶ信号１１０は、図６に示す、４０ＫＨｚクロック１波に対応している。つまり、超音波センサ装置１００は、時間０〜８０ｍｓの８０ｍｓ区間では、図５で説明した通常判定フレームとして動作し、時間８０〜１００ｍｓの２０ｍｓ区間では、図６で説明した近距離判定フレームとして動作する。以降の太線と細線もそれぞれ、図５の通常判定フレームと図６の近距離判定フレームに対応している。

本実施形態では、図７に示すように、通常判定フレームと近距離判定フレームとが１：１の割合で交互に切り替えられる。つまり、超音波センサ装置１００は、検出可能な全域を検出するモードと、近距離の検出に特化したモードとを交互に行うように、両モードに各対応した超音波を発信するように発信制御を行う。このような構成により、検出可能な全域を網羅しつつ、近距離範囲での検出精度を向上させることができる。

図１０は、サブコントローラ１０１のブロック構成を示す図である。サブコントローラ１０１は、例えば、１チップマイコンとして構成される。内部バス１００１は、内部バス１００１に接続される各ブロックのデータ入出力を媒介する。ＣＰＵ１００２は、サブコントローラ１０１を統括的に制御し、例えば、後述する図６の処理をプログラムに従って実行する。ＲＡＭ１００３は、ＣＰＵ１００２が動作するためのデータを記憶するワークメモリである。ＲＯＭ１００５は、後述する図６の処理のプログラムを記憶する読出専用メモリである。

メインコントローラインタフェース（Ｉ／Ｆ）１００４は、複合機１０のメインコントローラ１１００とのインタフェースである。ＣＰＵ１００２は、メインコントローラインタフェース１００４を介して、物体の検出結果を複合機１０のメインコントローラ１１００に通知する。タイマ１００６は、ＣＰＵ１００２の命令により時間をカウントする。入出力ポート１００７は、ＣＰＵ１００２の命令により外部へデジタル信号を出力し、外部から入力されるデジタル信号の状態をＣＰＵ１００２に通知する。図１０に示すように、入出力ポート１００７は、ＣＬＫＤＲＶ信号１１０とＶＴＨ信号１１６とＭＡＳＫ信号１１３とを出力し、ＤＥＴＥＣＴ信号１１４を入力する。

図１１は、複合機１０の構成を示すブロック図である。複合機１０は、メインコントローラ１１００、操作部１１２０、スキャナ１１３０、プリンタ１１４０を含む。メインコントローラ１１００は、操作部１１２０と接続されるとともに、画像入力デバイスであるスキャナ１１３０や画像出力デバイスであるプリンタ１１４０とも接続される。

メインコントローラ１１００は、ＣＰＵ１１０２を含む。ＣＰＵ１１０２は、ＲＯＭ１１０６に記憶されているブートプログラムによりＯＳを起動する。また、ＣＰＵ１１０２は、ＯＳ上で、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１０５に記憶されているアプリケーションプログラム（以下、アプリケーション）を実行して各種処理を実行する。ＲＡＭ１１０３は、ＣＰＵ１１０２のワーキングメモリとして用いられたり、画像データを一時的に記憶するための画像メモリ領域として用いられる。ＨＤＤ１１０５は、アプリケーション、画像データ、設定値を記憶する。

システムバス１１１０には、ＲＯＭ１１０６及びＲＡＭ１１０３の他に、操作部Ｉ／Ｆ１１０１、デバイスＩ／Ｆ１１０４、ネットワークＩ／Ｆ１１０７、画像処理部１１０８が接続される。操作部Ｉ／Ｆ１１０１は、タッチパネル等を含む操作部１１２０とのインタフェースであり、操作部１１２０に表示すべき画面データを操作部１１２０に対して出力する。また、操作部Ｉ／Ｆ１１０１は、操作部１１２０を介してユーザから入力された情報をＣＰＵ１１０２に送信する。デバイスＩ／Ｆ１１０４は、スキャナ１１３０及びプリンタ１１４０と接続され、画像データの同期系／非同期系の変換を行う。ネットワークＩ／Ｆ１１０７は、ネットワーク１１５０上の各装置との間でデータの送受信を行う。画像処理部１１０８は、スキャナ１１３０で読み取られた画像データの入力処理、プリンタへの画像データの出力処理、画像の回転／圧縮、解像度変換、色空間変換、階調変換などの処理を行う。

図８は、超音波センサ装置１００のサブコントローラ１０１の制御処理を示すフローチャート図である。図８の処理は、例えば、ＣＰＵ１００２がＲＯＭ１００５に記憶されたプログラムをＲＡＭ１００３に読み出して実行することにより実現される。

図８（ａ）は、初期化制御処理を示すフローチャートである。Ｓ８０１では、サブコントローラ１０１は、Ｎ／ＴフラグとＮＦＬＡＧフラグそれぞれをゼロクリアする。Ｎ／Ｔフラグは、例えばＲＡＭ１００３の記憶領域に確保され、通常判定フレーム若しくは近距離判定フレームのいずれを実行するかを示すフラグである。ＮＦＬＡＧフラグは、例えばＲＡＭ１００３の記憶領域に確保され、通常判定フレームにおいて近距離で物体を検出した場合に有効化される（１に設定される）フラグである。

図８（ｂ）は、判定制御処理を示すフローチャートである。Ｓ８０２では、サブコントローラ１０１は、Ｎ／Ｔフラグが０であるか１であるかを判定する。ここで、Ｎ／Ｔフラグが０であればＳ８０３以降の通常判定フレームの動作が実行され、１であればＳ８１３以降の近距離判定フレームの動作が実行される。

Ｓ８０３では、サブコントローラ１０１は、通常判定フレームの動作を開始する。Ｓ８０４では、サブコントローラ１０１は、ＲＡＭ１００３等の記憶領域に確保されたＴＩＭＥパラメータをゼロクリアし、閾値生成回路１０７に対して、通常判定フレームに対応したＶＴＨ１１５を設定指示する。ＴＩＭＥパラメータは、フリーランで実時間を表すパラメータである。

Ｓ８０５では、サブコントローラ１０１は、ＣＬＫＤＲＶ信号１１０として４０ＫＨｚのクロック波形１０発を出力する。Ｓ８０６では、サブコントローラ１０１は、ＤＥＴＥＣＴ信号１１４が１から０に変化したか否かを判定する。つまり、複合機１０の外部に物体を検出したか否かを判定する。ここで、ＤＥＴＥＣＴ信号１１０が１から０に変化したと判定された場合、Ｓ８０７において、サブコントローラ１０１は、ＴＩＭＥパラメータが２ｍｓ未満であるか否かを判定する。ここで、基準値となる２ｍｓは、超音波センサ装置１００の検出距離が近距離とみなせる距離と音速値とから導かれる値であり、特に２ｍｓに限定されない。

Ｓ８０７で２ｍｓ未満でないと判定された場合、サブコントローラ１０１は、Ｓ８０９に処理を進める。一方、Ｓ８０７で２ｍｓ未満であると判定された場合、Ｓ８０８において、サブコントローラ１０１は、ＮＦＬＡＧに１を設定する。ここで、ＮＦＬＡＧ＝１は、通常判定フレームにおいて反射波が音速で２ｍｓ（約６０ｃｍ）以内に返ってきたこと、即ち、半分の３０ｃｍ以内に物体を検知したことを表す。

Ｓ８０９では、サブコントローラ１０１は、Ｓ８０６とＳ８０７での判定結果から、通常判定フレームにおける物体検出の判定結果を有効とし、その検出距離を算出する。例えば、サブコントローラ１０１は、検出時間と音速値とに基づいて検出距離を算出する。そして、Ｓ８１０では、サブコントローラ１０１は、Ｎ／Ｔフラグに１を設定し、１つの通常判定フレームの動作を終了する。

図７に示すように、通常判定フレームと近距離判定フレームとは交互に繰り返して行われるので、Ｓ８１０の処理が終了した後は、後続するフレームを実行するために再び、Ｓ８０２からの処理が実行される。その際には、Ｓ８０２の判定では、Ｎ／Ｔフラグ＝１と判定されるので、Ｓ８１３に処理が進む。また、後述するが、近距離判定フレームのＳ８１９ではＮ／Ｔフラグに０が設定される。その結果、図７に示すような通常判定フレームと近距離判定フレームとが交互に繰り返して実行される。

Ｓ８０６でＤＥＴＥＣＴ信号１１０が１から０に変化しなかったと判定された場合、つまり、複合機１０の外部に物体を検出しなかったと判定された場合、Ｓ８１１では、サブコントローラ１０１は、ＴＩＭＥパラメータが８０ｍｓであるか否かを判定する。ここで、基準値の８０ｍｓは、超音波センサ装置１００の検出距離の制限値に基づいて決定される値であり、特に８０ｍｓに限定されない。

Ｓ８１１でＴＩＭＥパラメータが８０ｍｓでないと判定された場合、サブコントローラ１０１は、Ｓ８０６からの処理を繰り返す。一方、Ｓ８１１でＴＩＭＥパラメータが８０ｍｓであると判定された場合、Ｓ８１２において、サブコントローラ１０１は、通常判定フレームにおける物体検出の判定を無効（通常判定フレームでは物体を検出していない）とする。Ｓ８１２の処理後、Ｓ８１０に進む。

次に、Ｓ８０２でＮ／Ｔフラグ＝１と判定された場合について説明する。

Ｓ８１３では、サブコントローラ１０１は、近距離判定フレームの動作を開始する。Ｓ８１４では、サブコントローラ１０１は、ＴＩＭＥパラメータをゼロクリアし、閾値生成回路１０７に対して、近距離判定フレームに対応したＶＴＨ１１５を設定指示する。近距離判定フレームに対応したＶＴＨ１１５は、通常判定フレームに対応したＶＴＨ１１５よりも相対的に低く設定される。

Ｓ８１５では、サブコントローラ１０１は、ＣＬＫＤＲＶ信号１１０として４０ＫＨｚのクロック波形１発を出力する。Ｓ８１６では、サブコントローラ１０１は、ＤＥＴＥＣＴ信号１１４が１から０に変化したか否かを判定する。つまり、複合機１０の外部に物体を検出したか否かを判定する。ここで、ＤＥＴＥＣＴ信号１１４が１から０に変化したと判定された場合、Ｓ８１７において、サブコントローラ１０１は、ＴＩＭＥパラメータが２ｍｓ未満か否かを判定する。

Ｓ８１７でＴＩＭＥパラメータが２ｍｓ未満でないと判定された場合、サブコントローラ１０１は、Ｓ８１９に処理を進める。一方、Ｓ８１７でＴＩＭＥパラメータが２ｍｓ未満であると判定された場合、Ｓ８１８において、サブコントローラ１０１は、Ｓ８１６とＳ８１７での判定結果から、近距離判定フレームにおける近距離での物体検出の判定結果を有効とする。そして、サブコントローラ１０１は、その検出距離を算出する。例えば、サブコントローラ１０１は、検出時間と音速値とに基づいて検出距離を算出する。そして、Ｓ８１９では、サブコントローラ１０１は、ＮＦＬＡＧをゼロクリアし、Ｎ／Ｔフラグに０を設定し、１つの近距離判定フレームの動作を終了する。

Ｓ８１６でＤＥＴＥＣＴ信号１１４が１から０に変化しなかったと判定された場合、つまり、複合機１０の外部に物体を検出しなかったと判定された場合、Ｓ８２０において、サブコントローラ１０１は、ＴＩＭＥパラメータが２０ｍｓであるか否かを判定する。ここで、基準値の２０ｍｓは、超音波センサ装置１００の近距離検出距離の制限値に基づいて決定される値であり、特に２０ｍｓに限定されない。

Ｓ８２０でＴＩＭＥパラメータが２０ｍｓでないと判定された場合、サブコントローラ１０１は、Ｓ８１６からの処理を繰り返す。一方、Ｓ８２０でＴＩＭＥパラメータが２０ｍｓであると判定された場合、Ｓ８２１において、サブコントローラ１０１は、ＮＦＬＡＧに１が設定されているか否かを判定する。Ｓ８２１でＮＦＬＡＧに１が設定されていないと判定された場合、サブコントローラ１０１は、Ｓ８２３に処理を進める。一方、Ｓ８２１でＮＦＬＡＧに１が設定されていると判定された場合、Ｓ８２２において、サブコントローラ１０１は、直前に実行された通常判定フレームのＳ８０９での物体検出の判定結果の有効設定を取り消す。

例えば近距離３０ｃｍ以内の判定においては、通常判定フレームにおける判定動作よりも近距離判定フレームにおける判定動作の方が精度が高い。これは、図５及び図６で示したように、近距離判定フレームでは、近距離判定フレームに応じたＶＴＨ信号を用いているからである。そのため、本実施形態では、近距離判定フレームと、その近距離判定フレームの直前の通常判定フレームとの間で、近距離判定結果が相違する場合には、近距離判定フレームでの判定結果を優先する。その結果、近距離での物体検出を精度良く行うことができる。Ｓ８２３では、サブコントローラ１０１は、近距離判定フレームにおける物体検出の判定を無効（近距離判定フレームでは物体を検出していない）とする。Ｓ８２３の処理後、Ｓ８１９に進む。

以上のように、本実施形態によれば、超音波発振波の残響がある影響下においても、物体検出範囲の遠近判定の同時性を損なわずに、近距離判定の精度を向上させることができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態の構成や制御を含むので、共通する点についてはその説明を省略し、異なる点について説明する。

図２は、本実施形態における超音波センサ装置１００のブロック構成を示す図である。本実施形態では、図１の超音波発信器１２０及び超音波受信器１０３の構成の代わりに、超音波トランスデューサ１３０が用いられる。超音波トランスデューサ１３０は、圧電素子で構成され、超音波受信器１０３と超音波発振器１２０とが一体化された素子である。信号１３１は、クロックドライバ１０２のドライブ強度を切り替えるための信号である。信号１３１は、サブコントローラ１０１から出力され、通常判定フレームでは、クロックドライバ１０２のドライブ強度を強くし、近距離判定フレームでは、クロックドライバ１０２のドライブ強度を弱くする。

本実施形態では、このようなクロックドライバ１０２のドライブ強度の制御を可能とすることで、近距離判定フレームでの発振波の音圧を通常判定フレームでの音圧より低くすることができる。その結果、音圧の制御に応じて、近距離判定フレームでの残響期間は、通常判定フレームでの残響期間よりも短くなる。近距離判定フレームと通常判定フレームの間での閾値電圧ＶＴＨ信号のレベルの関係や、ＭＡＳＫ信号のレベルＨＩＧＨのデジタル信号を出力する期間については、第１の実施形態と同じである。

近距離判定フレームでの残響を弱める他の方法として、例えば、超音波トランスデューサ１３０の発振波音圧が最大になる公称周波数４０ＫＨｚに対し、２０ＫＨｚ等に周波数をずらして音圧を小さくする方法でも良い。

本実施形態によれば、いくつかの超音波発振波の音圧を弱くする方法により、超音波発振波の残響がある影響下においても物体検出範囲の遠近判定の同時性を損なわずに、近距離判定の精度を向上させることができる。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０複合機：１００超音波センサ装置：１０１サブコントローラ：１０３超音波受信器：１２０超音波発信器：１３０超音波トランデューサ：１００２ＣＰＵ：１００３ＲＡＭ：１００５ＲＯＭ

Claims

物体を検出するための発信波を発信する発信部と、外部から受信波を受信する受信部と、を含むセンサを備える装置であって、
前記発信部から第１の発信波と、前記第１の発信波による検出距離より短い検出距離において物体を検出するための第２の発信波と、を前記発信部に発信させる発信制御手段と、
前記第１の発信波と前記第２の発信波のそれぞれに応じて前記受信部から出力される受信信号に基づいて、前記物体の検出を判定するための信号を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された前記物体の検出を判定するための信号に基づいて、前記装置の外部に前記物体を検出したか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする装置。
前記発信制御手段は、前記第１の発信波と前記第２の発信波とを交互に前記発信部に発信させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記生成手段は、前記受信部から出力される前記受信信号と、前記第１の発信波と前記第２の発信波のそれぞれに応じた基準信号とから、前記物体の検出を判定するための信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
前記基準信号は、前記第１の発信波に対応した第１の閾値を表す信号と、前記第２の発信波に対応した第２の閾値を表す信号とを含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
前記第１の閾値は、前記第２の閾値より高いことを特徴とする請求項４に記載の装置。
前記基準信号は、前記第１の発信波に対応した第１の期間、前記受信信号をマスクするマスク信号と、前記第２の発信波に対応した第２の期間、前記受信信号をマスクするマスク信号とを含むことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の装置。
前記第１の期間は、前記第２の期間より長いことを特徴とする請求項６に記載の装置。
前記第１の発信波のパルス数は、前記第２の発信波のパルス数よりも多いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
前記第１の発信波の周波数は、前記第２の発信波の周波数よりも高いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
前記第１の発信波を前記発信部に発信させるためのクロックドライバのドライブ強度は、前記第２の発信波を前記発信部に発信させるためのクロックドライバのドライブ強度よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
前記センサは、超音波トランスデューサであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
前記装置は、画像を形成する画像形成装置であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
物体を検出するための発信波を発信する発信部と、外部から受信波を受信する受信部と、を含むセンサを備える装置において実行される方法であって、
前記発信部から第１の発信波と、前記第１の発信波による検出距離より短い検出距離において物体を検出するための第２の発信波と、を前記発信部に発信させる発信制御工程と、
前記第１の発信波と前記第２の発信波のそれぞれに応じて前記受信部から出力される受信信号に基づいて、前記物体の検出を判定するための信号を生成する生成工程と、
前記生成工程において生成された前記物体の検出を判定するための信号に基づいて、前記装置の外部に前記物体を検出したか否かを判定する判定工程と、
を有することを特徴とする方法。