JP2019119578A - 検知装置、画像読取装置、検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波センサの感度の個体差によらず、坪量等のシートの特性を正確に検知可能な検知装置を提供する。【解決手段】検知装置は、シートを搬送する搬送経路１３０の方向へ超音波を発信する超音波発信センサＴ１と、搬送経路１３０を挟んで超音波発信センサＴ１に対向する位置に設けられ、超音波発信センサＴ１の発信する超音波を受信して、該超音波に応じた超音波受信信号を出力する超音波受信センサＴ２と、からなる超音波センサ２０００を備える。検知装置は、超音波発信センサＴ１と超音波受信センサＴ２との間にシートがない状態で超音波発信センサＴ１の発信する超音波に応じて超音波受信センサＴ２が出力する超音波受信信号の信号レベルが所定の範囲内に収まるように、超音波の特性を調整する。検知装置は、調整後の超音波に応じた超音波受信信号によりシートの坪量を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば用紙等のシートを一枚ずつ分離して搬送する装置において、搬送するシートの厚さ等のシート特性を検知する技術に関する。

超音波センサは、シートの坪量検知に用いることができる。超音波センサは、超音波を発信する超音波発信センサと、超音波を受信する超音波受信センサとを備える。超音波受信センサは、受信した超音波の強度に応じた信号レベルの出力信号を出力する。出力信号の信号レベルにより、シートの坪量が検知できる。しかし、超音波センサは感度に個体差がある。そのために、坪量検知時には、超音波センサの感度のバラツキを考慮する必要がある。超音波センサの感度のバラツキを考慮してシートの坪量や表面性を検知する技術として特許文献１がある。特許文献１では、シートに対して超音波を複数回発信して、複数の出力信号を得る。複数の出力信号の振幅のバラツキ範囲に応じて、シートの坪量や表面性が検知される。この技術は、超音波センサ単体の感度のバラツキを許容するための技術である。

特開２０１３−５６７７１号公報

超音波発信センサは、例えば圧電素子を内蔵する。圧電素子は、電気的エネルギーが供給されることで振動して超音波を発信する。超音波は、圧電素子の特性のバラツキにより、同じ種類の圧電素子に同じ電気的エネルギーが供給された場合であっても同じエネルギーで放出されるとは限らない。これが超音波センサの感度のバラツキの原因となる。超音波センサを用いてシートの坪量を検知する場合、感度のバラツキによって、同じシートであってもシート透過後の超音波のエネルギーが異なる。つまり、超音波センサの感度のバラツキにより、超音波受信センサから出力される出力信号の信号レベルに差が生じる。

超音波センサが検知する坪量範囲は広いため、出力信号の信号レベルのバラツキにより、異なるシートから検知した坪量範囲が重なる可能性がある。これは、坪量の正確な検知を困難にする。そのために検知した坪量（信号レベル）のバラツキを一定の範囲内に抑制する必要がある。

本発明は、上記の問題に鑑み、超音波センサの感度の個体差によらず、坪量等のシートの特性を正確に検知可能な検知装置を提供することを主たる課題とする。

本発明の検知装置は、シートを搬送する搬送手段と、超音波を発信する超音波発信手段と、シートの搬送経路を挟んで前記超音波発信手段に対向する位置に設けられ、前記超音波発信手段の発信する前記超音波を受信して、該超音波に応じた超音波受信信号を出力する超音波受信手段と、前記超音波発信手段に所定の特性の超音波を発信させるための超音波パルス信号を入力することで、前記搬送経路を搬送されるシートに向けて前記超音波発信手段に前記超音波を発信させ、該超音波を受信した前記超音波受信手段から出力される前記超音波受信信号に応じて、前記搬送経路を搬送される前記シートのシート特性を検知する制御手段と、を備えており、前記制御手段は、前記超音波発信手段と前記超音波受信手段との間にシートがない状態で前記超音波パルス信号を調整する処理を行い、調整後の超音波パルス信号に応じて、前記超音波発信手段に前記搬送経路を搬送されるシートに向けて前記超音波を発信させることを特徴とする。

本発明によれば、超音波センサの感度の個体差によらず、シートの坪量を正確に検知することができる。

画像読取装置の構成図。 制御ユニットの構成図。 超音波センサの説明図。 （ａ）、（ｂ）は坪量検知の説明図。 超音波受信信号の処理の説明図。 超音波受信信号の振幅算出処理の説明図。 （ａ）、（ｂ）は増幅器の説明図。 バースト波の波数と超音波受信信号の信号レベルの関係説明図。 重送検知時と坪量検知時の超音波受信信号の信号レベルの例示図。 （ａ）、（ｂ）は超音波パルス信号のデューティー比と超音波センサの受信感度の説明図。 （ａ）、（ｂ）は超音波センサの受信感度を保つ方法の説明図。 坪量検知処理を表すフローチャート。 （ａ）、（ｂ）は超音波受信信号の信号レベルの調整処理の効果の説明図。

本発明の坪量検知装置を採用した画像読取装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（画像読取装置の構成）
図１は、本実施形態の坪量検知装置を備えた画像読取装置の構成図である。画像読取装置１は、自動原稿搬送部１００と、リーダ部１１５とを備える。坪量検知装置を構成する超音波センサ２０００は、自動原稿搬送部１００に設けられる。

自動原稿搬送部１００は、原稿トレイ１０１と、各種ローラ及びセンサが設けられる搬送経路１３０と、排紙トレイ１１４とを備える。自動原稿搬送部１００は、原稿トレイ１０１に載置される用紙等のシートである原稿１０２を、搬送経路１３０の途中に設けられる原稿画像の読取位置を通過させて、排紙トレイ１１４に排出する。

原稿トレイ１０１は、原稿１０２の搬送方向の下流側（以下、単に「下流側」という。）にトレイ原稿有無センサＳ１を備える。トレイ原稿有無センサＳ１は、原稿トレイ１０１の給紙可能な位置に載置される原稿１０２の有無を検知する。

原稿トレイ１０１の下流側の搬送経路１３０には、原稿１０２の搬送方向の上流側（以下、単に「上流側」という。）から順に、給紙ローラ１０３と、分離搬送ローラ１０４及び分離搬送従動ローラ１０５と、が設けられる。給紙ローラ１０３と分離搬送ローラ１０４とは、同一駆動源により駆動される。分離搬送従動ローラ１０５は、分離搬送ローラ１０４の回転に従動して回転する。給紙ローラ１０３と、分離搬送ローラ１０４及び分離搬送従動ローラ１０５とは、原稿トレイ１０１から原稿１０２を１枚ずつ搬送経路１３０に取り込んで搬送する。

給紙ローラ１０３は、不図示のアームに支軸されており、アームの揺動により上下に移動する。給紙ローラ１０３は、ユーザが原稿１０２を原稿トレイ１０１に載置する作業を阻害しないように、給紙時以外は、ホームポジションである上方に待避している。給紙ローラ１０３は、給紙時に下降して原稿トレイ１０１上の原稿１０２に当接して回転する。給紙ローラ１０３の回転により、原稿トレイ１０１上の原稿１０２が搬送経路１３０に取り込まれる。分離搬送ローラ１０４と分離搬送従動ローラ１０５とは、搬送経路１３０を挟んで対向して配置される。分離搬送従動ローラ１０５は、分離搬送ローラ１０４側に押圧されており、分離搬送ローラ１０４より僅かに摩擦が少ないゴム材等の樹脂部材で形成される。分離搬送ローラ１０４と分離搬送従動ローラ１０５とは、協働して、給紙ローラ１０３により取り込まれた原稿１０２を１枚ずつ捌いて搬送する。

分離搬送ローラ１０４及び分離搬送従動ローラ１０５の下流側には、搬送経路１３０に給紙された原稿１０２を検知する分離後センサＳ２が設けられる。分離後センサＳ２の下流側には、原稿１０２のシート特性を検知するための超音波センサ２０００が設けられる。本実施形態では、シート特性として原稿１０２の坪量を検知する。超音波センサ２０００は、超音波発信センサＴ１及び超音波受信センサＴ２を備える。超音波発信センサＴ１と超音波受信センサＴ２とは、搬送経路１３０を挟んで対向する位置に配置される。超音波発信センサＴ１は、搬送経路１３０の方向へ超音波を発信する。超音波受信センサＴ２は、搬送経路１３０の方向からの超音波を受信する。超音波受信センサＴ２が受信する超音波の強度により、原稿１０２のシート特性が検知される。

超音波センサ２０００の下流側には、レジストローラ１０６及びレジスト従動ローラ１０７が、搬送経路１３０を挟んで対向して配置される。レジストローラ１０６及びレジスト従動ローラ１０７は、静止時に、搬送されてきた原稿１０２の搬送方向先端が突き当てられる。これにより原稿１０２は、ループが生じて搬送方向先端が揃えられる。レジストローラ１０６及びレジスト従動ローラ１０７は、原稿１０２の搬送方向先端が揃えられた後に回転を開始して、原稿１０２を搬送する。

レジストローラ１０６及びレジスト従動ローラ１０７の下流側には、リードローラ１０８及びリード従動ローラ１０９が、搬送経路１３０を挟んで対向して配置される。リードローラ１０８及びリード従動ローラ１０９は、レジストローラ１０６及びレジスト従動ローラ１０７から搬送される原稿１０２を、原稿画像の読取位置へ搬送する。原稿画像の読取位置には、プラテンガイド１１０が、リーダ部１１５側に設けられる読取ガラス１１６に対向して配置される。原稿１０２は、読取ガラス１１６とプラテンガイド１１０との間を搬送されながら、原稿画像が読み取られる。原稿画像の読取位置を通過した原稿１０２は、リーダ部１１５側に設けられるジャンプ台１１７により、読取ガラス１１６からすくい上げられる。

原稿画像の読取位置を通過した原稿１０２は、搬送経路１３０を挟んで対向して配置されるリード排出ローラ１１１及びリード排出従動ローラ１１２へ搬送される。リード排出ローラ１１１及びリード排出従動ローラ１１２は、原稿１０２を下流側に設けられる排紙ローラ１１３へ搬送する。排紙ローラ１１３は、原稿１０２を排紙トレイ１１４に排出する。

リーダ部１１５は、原稿１０２から原稿画像を読み取り、読み取った原稿画像を表す画像データを出力する。そのためにリーダ部１１５は、発光部１１９、受光部１２６、及び発光部１１９から照射されて原稿１０２により反射された光を受光部１２６に導くための光学系を備える。光学系は、ミラー１２０、１２１、１２２及びレンズ１２５を備える。発光部１１９及びミラー１２０は、第１ミラー台１２３に取り付けられている。ミラー１２１、１２２は、第２ミラー台１２４に取り付けられている。

発光部１１９は、例えばランプであり、原稿画像の読取位置（読取ガラス１１６上）を通過する原稿１０２に光を照射する。光は原稿１０２により反射され、光学系を介して受光部１２６の受光面に結像される。受光部１２６は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子が原稿１０２の搬送方向に直交する方向（主走査方向）に配列されるラインセンサであり、受光した反射光を光電変換し、原稿画像を表す電気信号である画像データを出力する。このように発光部１１９及び受光部１２６により、原稿画像が１ライン毎に読み取られる。

リーダ部１１５の自動原稿搬送部１００に対向する面には、上記の読取ガラス１１６に続いて、端部に基準白板１２７を備える原稿台ガラス１１８が設けられる。原稿台ガラス１１８は、自動原稿搬送部１００を用いずに原稿画像を読み取る際に原稿１０２が載置される。第１ミラー台１２３及び第２ミラー台１２４は、原稿台ガラス１１８に対して平行に移動可能である。原稿台ガラス１１８に載置された原稿１０２の全面から原稿画像を読み取る場合、第１ミラー台１２３及び第２ミラー台１２４が移動することで原稿１０２の全面が１ライン毎に読み取られる。

（制御ユニット）
図２は、画像読取装置１の動作を制御する制御ユニットの構成図である。制御ユニット１０は、リーダ部１１５、超音波センサ２０００、トレイ原稿有無センサＳ１、分離後センサＳ２、原稿搬送モータ２０２、及び操作部３００に接続される。原稿搬送モータ２０２は、自動原稿搬送部１００内の各種ローラを駆動するための駆動源であり、制御ユニット１０により動作制御される。操作部３００は、各種キーボタンやタッチパネル等の入力装置及びディスプレイ等の出力装置を備えるユーザインタフェースである。操作部３００は、入力装置による指示等の入力内容を制御ユニット１０に送信し、制御ユニット１０による制御により出力装置から情報を出力する。例えば、操作部３００は、制御ユニット１０の制御によりディスプレイに情報を表示する。制御ユニット１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、超音波駆動部２０３、増幅器２０４、ＡＤ変換器２０５、及びメモリ２０６を備える。制御ユニット１０は、画像読取装置１に内蔵される。超音波センサ２０００（超音波発信センサＴ１及び超音波受信センサＴ２）と制御ユニット１０とにより、坪量検出装置が構成される。

ＣＰＵ２０１は、画像読取装置１の各部の動作制御を実行する。ＣＰＵ２０１は、リーダ部１１５の動作を制御して、原稿１０２から原稿画像を読み取る。ＣＰＵ２０１は、トレイ原稿有無センサＳ１及び分離後センサＳ２から検知結果を取得する。ＣＰＵ２０１は、超音波センサ２０００の動作を制御して、原稿１０２のシート特性を検知する。ＣＰＵ２０１は、自動原稿搬送部１００の動作を制御して、原稿１０２を原稿トレイ１０１から排紙トレイ１１４まで搬送経路１３０を介して搬送させる。ＣＰＵ２０１は、ＡＤ変換器２０５によるＡＤ変換のタイミング制御を行う。

ＣＰＵ２０１は、分離後センサＳ２が原稿１０２を検知してから原稿搬送モータ２０２を駆動させるクロックが所定数カウントされると、超音波駆動部２０３にバースト信号を送信する。このバースト信号は、超音波発信センサＴ１の発信制御を行うための制御信号であり、超音波発信センサＴ１及び超音波受信センサＴ２の共振周波数に近い周波数、例えば３００［ｋＨｚ］の信号である。このバースト信号を以下、「発信制御信号」という。発信制御信号は、例えば、一定時間に渡る数周期分の３００［ｋＨｚ］のパルス信号である。発信制御信号は所定の時間間隔で発信される。１回の発信制御信号（バースト信号）のパルス数（周期の数）は、可変である。

超音波駆動部２０３は、ＣＰＵ２０１から受信する発信制御信号を、超音波発信センサＴ１を駆動するための制御信号である超音波パルス信号に変換する。超音波パルス信号は、超音波発信センサＴ１の駆動に必要な電圧のバースト信号である。超音波発信センサＴ１は、超音波駆動部２０３から超音波パルス信号を受信し、超音波パルス信号に応じたバースト波に基づいて超音波を超音波受信センサＴ２に向けて発信する。超音波発信センサＴ１から発信された超音波は、原稿１０２を透過して、超音波受信センサＴ２に受信される。超音波受信センサＴ２は、受信した超音波の強度に応じたアナログ電気信号である出力信号を増幅器２０４に送信する。この出力信号を、以下「超音波受信信号」という。なお、搬送経路１３０上の超音波センサ２０００の検知範囲に原稿１０２が存在しない場合、超音波発信センサＴ１が発信した超音波がそのまま超音波受信センサＴ２に受信される。

増幅器２０４は、超音波受信センサＴ２から受信した超音波受信信号を増幅して出力する。超音波発信センサＴ１と超音波受信センサＴ２との間を原稿１０２が通過する際に超音波発信センサＴ１から発信された超音波は、超音波受信センサＴ２に到達するまでに減衰して、微弱になる。超音波受信センサＴ２から出力される超音波受信信号の振幅も超音波の強度に応じて小さくなる。増幅器２０４は、このような微弱な超音波受信信号を、シート特性の検知が可能な振幅に増幅する。
ＡＤ変換器２０５は、増幅器２０４によって増幅されたアナログ電気信号である超音波受信信号を、ＣＰＵ２０１により指示されるタイミングでデジタル信号に変換して、ＣＰＵ２０１へ送信する。
増幅器２０４及びＡＤ変換器２０５の詳細については後述する。

ＣＰＵ２０１は、ＡＤ変換器２０５から取得したデジタル変換された超音波受信信号により、超音波受信センサＴ２が受信した超音波の強度を表す信号レベル（振幅）を決定する。ＣＰＵ２０１は、決定した信号レベルに基づいて原稿１０２のシート特性を検知する。ＣＰＵ２０１は、複数枚の原稿１０２が重なって搬送される重送を検知した場合に、原稿搬送モータ２０２を停止する。メモリ２０６は、ＣＰＵ２０１が決定した信号レベルを保存する。また、メモリ２０６は、超音波センサ２０００の各種設定値を格納する。具体的には、メモリ２０６は、バースト信号のパルス数、超音波の振幅、発信周波数、超音波の発信時間間隔等の設定値、信号レベルとシートの坪量との関係に関する情報等を格納する。ＣＰＵ２０１は、メモリ２０６に保持された各種設定値に基づいて、検知処理を行う。

（超音波センサ）
図３は、超音波センサ２０００の説明図である。本実施形態では、超音波発信センサＴ１及び超音波受信センサＴ２は、搬送経路１３０に対して垂直な状態から所定の角度を設けた状態で自動原稿搬送部１００に取り付けられている。搬送経路１３０に対して垂直な状態に超音波発信センサＴ１及び超音波受信センサＴ２を取り付ける場合、原稿通紙時に、超音波が超音波受信センサＴ２と原稿１０２との間で反射を繰り返すことがある。これは残響となり、超音波受信センサＴ２の受信結果に影響し、シート特性検知の精度に影響する。そのために本実施形態は、超音波発信センサＴ１及び超音波受信センサＴ２を搬送経路１３０に対して垂直な状態から所定の角度を設けた状態で取り付け、残響の検知精度への影響を抑制している。

（坪量検知）
図４は、超音波センサ２０００による坪量検知の説明図である。坪量検知は、搬送中の原稿１０２に対して行われる。ＣＰＵ２０１は、超音波センサ２０００による検知結果に応じて、原稿１０２が相対的に「坪量が高い紙」と「坪量が低い紙」のいずれであるかを判別する。

図４（ａ）は、超音波センサ２０００の検知範囲内に坪量が低い原稿１０２が搬送される状態で発信された超音波パルス信号及び超音波受信信号を示す。図４（ｂ）は、超音波センサ２０００の検知範囲内に坪量が高い原稿１０２が搬送される状態で発信された超音波パルス信号及び超音波受信信号を示す。超音波パルス信号と超音波受信信号との時間差は、超音波発信センサＴ１が超音波を発信してから超音波受信センサＴ２が超音波を受信するまでの超音波到達時間である。

原稿１０２が超音波センサ２０００の検知範囲である超音波発信センサＴ１と超音波受信センサＴ２とに挟まれた搬送経路１３０に有る場合、原稿１０２の坪量の違いにより、超音波の減衰量が変化する。減衰量は、原稿１０２の坪量が低い場合（図４（ａ））よりも坪量が高い場合（図４（ｂ））の方が多くなる。減衰量が異なるために、超音波受信センサＴ２から出力される超音波受信信号に応じて、原稿１０２の坪量が特定可能である。

（超音波受信信号処理）
図５は、超音波受信信号の処理の説明図である。図５では、増幅器２０４及びＡＤ変換器２０５の構成の詳細を示している。増幅器２０４は、超音波受信センサＴ２から取得する微弱な超音波受信信号を複数の増幅度で増幅するために、複数段の増幅器により構成される。本実施形態では、増幅器２０４は、２段構成であり、第１反転増幅器５０１及び第２反転増幅器５０２を備える。ＡＤ変換器２０５は、増幅器２０４が備える増幅器の数に応じたＡＤ変換器により構成される。本実施形態では、増幅器２０４が２段構成であるために、ＡＤ変換器２０５は、第１ＡＤ変換器５０３及び第２ＡＤ変換器５０４を備える。

第１反転増幅器５０１で増幅された超音波受信信号は、第１ＡＤ変換器５０３に入力される。第１反転増幅器５０１及び第２反転増幅器５０２で増幅された超音波受信信号は、第２ＡＤ変換器５０４に入力される。超音波発信センサＴ１から超音波受信センサＴ２へ印加される超音波の減衰量は、周囲環境により変動する。シート特性検知を正確に行うためには、周囲環境の変動を補正する必要がある。ＣＰＵ２０１は、この補正を、原稿１０２が無い状態（通紙していない状態）で行う必要がある。そのためにＣＰＵ２０１は、原稿１０２が超音波センサ２０００の検知範囲内に有る紙有りモードと、検知範囲内に無い状態の紙無しモードとで、増幅器２０４の増幅率を変更する。また、ＡＤ変換器２０５も、紙有りモードと紙無しモードとで、第１ＡＤ変換器５０３と第２ＡＤ変換器５０４とを使い分ける。

上述したように、原稿１０２の坪量により、超音波の減衰量が大きく異なる。そのために同じ増幅率で超音波受信信号を増幅して測定しようとすると、正確な測定ができないことがある。例えば、超音波受信信号は、振幅が大きい場合に、増幅器２０４の出力電圧範囲を超える或いはＡＤ変換器２０５の入力電圧範囲を超えて飽和する。そのために原稿１０２の坪量が正確に測定されない。或いは超音波受信信号は、振幅が小さい場合に、暗ノイズに埋もれてしまう。そのために原稿１０２の坪量が正確に測定されない。

また紙無しモード時の補正は、原稿１０２の通紙直前に行われることが望ましい。これは、原稿通紙時の検出時と超音波センサ２０００の周囲温度、超音波受信センサＴ２及び超音波発信センサＴ１のメカ的相対位置がほぼ同一での状態が成立しているため、高い精度での補正が可能となるためである。

図６は、超音波受信信号の振幅（信号レベル）算出処理の説明図である。
ＡＤ変換器２０５は、ＣＰＵ２０１から受信するＡＤ変換の開始を指示するトリガ信号に応じて、増幅器２０４で増幅された超音波受信信号を、離散的にデジタル信号としてサンプリングする。離散的にサンプリングを行う範囲は、超音波受信信号の波形の１周期分の期間（本実施形態では３００［ＫＨｚ］で超音波を発信するので１周期は３．３マイクロ秒）である。サンプリングの開始のタイミングは、超音波受信信号の振幅が最大となるタイミングである。このタイミングは、予め実験的に当該超音波センサ２０００の超音波受信センサＴ２が受信する超音波の振幅が最大になるタイミングを測定することで決定される。サンプリングの開始のタイミングの設定値は、メモリ２０６に格納される。

超音波受信信号の振幅をできるだけ正確に検知するために、サンプリングの間隔は超音波の駆動周期に対して十分に小さくする必要がある。本実施形態では３００［ＫＨｚ］の超音波が発信されるため、超音波受信信号の周期が３．３マイクロ秒である。ＡＤ変換器２０５は、この周期に対して例えば８回のサンプリングを行うため０．４１マイクロ秒の間隔でサンプリングを行う。このようにＡＤ変換器２０５は、超音波の発信周期に対して十分に小さい間隔で超音波受信信号のサンプリングを行う。ＣＰＵ２０１は、サンプリングされた値の最小値と最大値との差分をとることで超音波受信信号の１波分の振幅を取得することができる。

図６の例では、ＡＤ変換器２０５は、超音波受信信号をＡ〜Ｈのポイントでサンプリングを行う。これによりＡＤ変換器２０５は、Ａ〜Ｈのポイントの超音波受信信号の信号レベルを取得する。超音波受信信号の振幅は、これらの信号レベルに応じて、以下の式で表される。
(超音波受信信号の振幅) ＝ MAX(A,B,C,D,E,F,G,H) − MIN(A,B,C,D,E,F,G,H)

図６では、超音波受信信号の最小値がポイントＡ、最大値がポイントＥの信号レベルである。そのために超音波受信信号の振幅は以下の式で表される。
（超音波受信信号の振幅）＝（ポイントＥの信号レベル）−（ポイントＡの信号レベル）

（増幅動作）
図７は、増幅器２０４の説明図である。図７（ａ）は増幅器２０４の具体的な構成を例示する。図５で説明したように、増幅器２０４は、増幅器２０４は第１反転増幅器５０１および第２反転増幅器５０２による２段構成である。超音波受信センサＴ２から出力される超音波受信信号が、第１反転増幅器５０１のＶｉｎ端子に入力される。第１反転増幅器５０１と第２反転増幅器５０２との間に設けられるＶｏ１端子は、紙無しモード時の出力端子である。第２反転増幅器５０２のＶｏ２端子は、紙有りモード時の出力端子である。Ｖｏ１端子及びＶｏ２端子は、それぞれＡＤ変換器２０５に接続される。

図７（ｂ）は、Ｖｉｎ端子に入力される信号に対するＶｏ１端子及びＶｏ２端子から出力される信号の説明図である。Ｖｉｎ端子から入力される信号（超音波受信信号）は、第１反転増幅器５０１により位相が反転し、且つ第１反転増幅器５０１のゲインに応じて振幅が増幅される。Ｖｏ１端子からは、このような信号が出力される。第２反転増幅器５０２は、Ｖｏ１端子から出力される信号の位相を反転し且つ振幅をゲインに応じて増幅する。第１反転増幅器５０１のゲインを２倍、第２反転増幅器５０２のゲインを２倍、Ｖｉｎ端子に入力される信号（Ｖｉｎと記載する）を１．０Ｖとする場合、Ｖｏ１端子とＶｏ２端子から出力される信号（それぞれＶｏ１、Ｖｏ２と記載する）は、以下のようになる。
｜Ｖｏ１｜＝１．０［Ｖ］×２．０＝２．０［Ｖ］ （Ｖｉｎと位相が反転）
｜Ｖｏ２｜＝１．０［Ｖ］×２．０×２．０＝４．０［Ｖ］ （Ｖｉｎと同位相）

第１反転増幅器５０１のゲインをＡ１、第２反転増幅器５０２のゲインをＡ２として上記の式を一般化すると、以下の式が得られる。
Ｖｏ１＝−｜Ｖｉｎ×Ａ１｜ …（式１）
Ｖｏ２＝｜Ｖｉｎ×Ａ１×Ａ２｜ …（式２）

式１は、Ｖｏ１が、Ｖｉｎに対して位相が反転し、振幅がＶｉｎのＡ１倍になることを示している。式２は、Ｖｏ２がＶｉｎと同位相となり、振幅がＶｉｎのＡ１×Ａ２倍になることを示している。つまり式１、式２は、Ｖｉｎにバラツキが生じた場合、Ｖｏ１、Ｖｏ２がゲインに比例してばらつくことを意味している。

（バースト波の波数）
図８は、バースト波の波数と超音波受信信号の信号レベル（電圧レベル）の関係説明図である。超音波発信センサＴ１は、超音波を発信するための圧電素子を内蔵する。超音波発信センサＴ１は、バースト波である超音波パルス信号が入力されることで、圧電素子に電気エネルギーが供給され、超音波を発信する。超音波パルス信号の波数が多くなることは、圧電素子に供給されるエネルギーを高めることに相当する。圧電素子に供給されるエネルギーが高くなることで、発信される超音波の強度が高められる。その結果、超音波を受信する超音波受信センサＴ２から出力される超音波受信信号の信号レベルが高くなる。

しかし、波数を一定数以上にすると、超音波受信信号の信号レベルは、波数に対する応答性が鈍くなり、飽和する。これは、圧電素子が振動可能な性能の限界に到達するためである。飽和領域が発生しないようにバースト波を選択することで、坪量の検知精度を上げることができる。

（超音波受信信号の信号レベル）
以下、シート特性として原稿１０２の坪量を検知する場合について説明する。図９は、重送検知時と坪量検知時の超音波受信信号の信号レベルの例示図である。図９（ａ）は、１枚の原稿１０２を搬送させた場合の原稿１０２（シート）の坪量と超音波受信信号の信号レベルとの関係を、超音波パルス信号（バースト波）の波数毎に例示する。ここでは、超音波パルス信号の波数が５波、４波、３波のときの坪量と信号レベルとの関係を表す。

超音波パルス信号の波数が５波の場合、坪量が所定値以上のシートでは、坪量に対する超音波受信信号の信号レベルがリニアに変化する。つまり、超音波受信信号の信号レベルから、搬送されるシートの坪量が判別可能である。しかし、坪量が所定値以下のシートは、シートに対して印加される超音波の強度が大きくなる。そのために、超音波受信信号の信号レベルは、限界値にかかって飽和する。つまり、坪量が所定値以下のシートは、超音波受信信号の信号レベルから判別困難である。

超音波パルス信号の波数を少なくすることでシートに印加される超音波の強度が下がり、坪量が所定値以下のシートであっても、超音波受信信号の信号レベルがリニアに変化する。例えば、超音波パルス信号の波数が３波の場合、５波の場合よりも坪量の小さいシートに対する超音波受信信号の信号レベルがリニアに変化する範囲が広がる。そのために、超音波受信信号の信号レベルから、搬送されるシートの坪量が判別可能である。つまり、坪量検知には、超音波パルス信号の波数が少ない方がよい。
本実施形態では、超音波パルス信号の強度を高める方法としてバースト波の波数を用いる方法を説明したが、バースト波を駆動する電圧などの他のパラメータにより、超音波パルス信号の強度を高めてもよい。

図９（ｂ）は、超音波パルス信号（バースト波）の波数を「５」に固定して原稿１０２（シート）の坪量を変化させたときの、単送の場合と重送の場合の超音波受信信号の信号レベルを例示する。重送の場合、シートの坪量に関係なく、超音波受信信号の信号レベルが一定である。これは、シート間に形成される空気層により超音波が減衰するためである。

（超音波センサの受信感度）
図１０は、超音波パルス信号（バースト波）のデューティー（duty）比と超音波センサ２０００の受信感度の説明図である。図１０（ａ）は、１周期が１００マイクロ秒のバースト波の、デューティー比が５０％、４０％、３０％の場合のそれぞれの波形を例示する。図１０（ｂ）は、横軸が超音波パルス信号のデューティー比、縦軸が超音波受信センサＴ２の受信感度を表す超音波センサ２０００の特性図である。

超音波センサ２０００の一般的な特性として、超音波パルス信号のデューティー比が５０％のときに超音波受信センサＴ２の受信感度がピークとなる。これは、デューティー比が５０％のときに、超音波パルス信号が超音波発信センサＴ１内の圧電素子の振動エネルギーに最も効率よく変換されることを表している。したがって、超音波センサ２０００の超音波受信センサＴ２の受信感度を高くして使用したい場合、超音波パルス信号のデューティー比を５０％にする必要がある。逆に、図１０（ｂ）は、超音波エネルギーが強すぎる場合に、超音波パルス信号のデューティー比を５０％から４０％、３０％と、ずらしていくことで受信感度を下げることができることも意味する。

超音波センサ２０００は、個体差により受信感度にバラツキがある。本実施形態では、超音波パルス信号の波数及びデューティー比を調整することで、超音波センサ２０００の受信感度を所定の範囲内に一定に保ちながら原稿１０２の坪量検知を行う。図１１は、超音波センサ２０００の受信感度を保つ方法の説明図である。

図１１（ａ）は、超音波パルス信号のデューティー比が５０％のときの、超音波パルス信号の波数と超音波受信信号の信号レベルとの関係を表す。ここでは、紙無しモード時の受信感度が相対的に高い超音波センサと低い超音波センサの信号レベルが示される。

超音波パルス信号の波数を増やすことで、超音波センサの受信感度にかかわらず、信号レベルはリニアに増幅される。しかしながら、受信感度が低い超音波センサは、受信感度が高い超音波センサに比べて、同じ超音波パルス信号の波数に対する信号レベルの増幅度が低い。信号レベルの増幅度は、超音波発信センサＴ１の圧電素子の特性によって決まる。そのために、受信感度の低い超音波センサの紙無しモード時の信号レベルを規格範囲内に収める場合、受信感度の高い超音波センサよりも超音波パルス信号の波数を増やす必要がある。逆に、受信感度の高い超音波センサの信号レベルを規格範囲内に抑える場合、受信感度の低い超音波センサよりも超音波パルス信号の波数を減らす必要がある。図１１（ａ）のような特性の場合、受信感度の高い超音波センサを２波の超音波パルス信号で、受信感度の低い超音波センサを３波の超音波パルス信号で駆動することで、各超音波センサの出力が規格範囲内に収まる。

図１１（ｂ）は、超音波パルス信号のデューティー比と信号レベルとの関係を表す。ここでは、紙無しモード時の超音波パルス信号のデューティー比が５０％、４０％、３０％のときのそれぞれの信号レベルの変化が示される。図示するように、波数が３、デューティー比が５０％の場合、信号レベルが規格範囲に入らない。そこでデューティー比を５０％から変更することで、受信感度を低く設定することができる。よって、超音波パルス信号の波数を固定した場合、信号レベルを規格範囲内に収めるには、デューティー比を５０％から下げながら調整していけばよい。図１１（ｂ）においては、デューティー比が約３６％で信号レベルが規格範囲内になる。

このように超音波パルス信号の波数及びデューティー比を調整することで、超音波センサ２０００の信号レベルを所定の範囲内（規格範囲内）に収めることができる。これにより、超音波センサ２０００の個体差による感度のバラツキを吸収することができる。

（坪量検知処理）
図１２は、原稿１０２の坪量検知処理を表すフローチャートである。この処理は、坪量検知を行う前に、超音波センサ２０００の超音波受信信号の信号レベルを所定の範囲内（規格範囲内）に収めるための調整処理を含む。この処理では、超音波パルス信号を５波として説明するが、超音波センサ２０００の取り付け公差などで個体差が大きい場合には、超音波パルス信号を６波に設定する。この波数は、例示であり、他の波数であってもよい。

ＣＰＵ２０１は、超音波パルス信号の波数ｋをデフォルト値（５波）に初期化する（Ｓ１０１）。ＣＰＵ２０１は、信号レベルの調整回数をカウントする調整カウンタＮの値を「０」に初期化する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ２０１は、超音波発信センサＴ１に超音波パルス信号を入力して超音波を発信させる（Ｓ１０３）。このとき、原稿１０２の搬送は開始されておらず、制御ユニット１０は紙無しモードで動作している。ＣＰＵ２０１は、紙無しモード時の超音波受信信号の信号レベルＶを測定する（Ｓ１０４）。ＣＰＵ２０１は、調整カウンタＮが閾値Ｎth未満であるか否かを判断する（Ｓ１０５）。これは、信号レベルの調整を何度も行わないようにするためである。本実施形態では、閾値Ｎth＝３とする。調整カウンタＮが３以上である場合（Ｓ１０５：N）、ＣＰＵ２０１は、超音波センサ２０００が故障していることを表す故障フラグに「１」を設定し、信号レベルの調整処理を終了する（Ｓ１０８）。つまりＣＰＵ２０１は、所定回数の調整を行っても信号レベルが規格範囲内に収まらない場合に、超音波発信センサＴ１及び超音波受信センサＴ２の少なくとも一方が故障していると判断する。故障フラグは超音波センサ２０００が故障していることを表示するために使用される。故障フラグは超音波センサ２０００が交換された際に「０」に設定される。

調整カウンタＮが閾値Ｎth未満である場合（Ｓ１０５：Y）、ＣＰＵ２０１は、信号レベルＶが規格範囲の下限値Ｖ０を上回っているか否かを判断する（Ｓ１０６）。信号レベルＶが下限値Ｖ０を上回っている場合（Ｓ１０６：Y）、ＣＰＵ２０１は、信号レベルＶが規格範囲の上限値Ｖ１を下回っているか否かを判断する（Ｓ１０７）。信号レベルＶが上限値Ｖ１を下回っている場合（Ｓ１０７：Y）、信号レベルＶが規格範囲内にあることになるので、ＣＰＵ２０１は、信号レベルの調整処理を終了する。

信号レベルＶが規格範囲の下限値Ｖ０以下の場合（Ｓ１０６：N）、ＣＰＵ２０１は、超音波パルス信号の波数ｋ及び調整カウンタＮを１インクリメントする（Ｓ１０９、Ｓ１１０）。ＣＰＵ２０１は、インクリメント後に、Ｓ１０３以降の処理を信号レベルが規格範囲内に収まるまで、或いは調整カウンタＮが３以上になるまで繰り返し行う。
信号レベルＶが上限値Ｖ１以上の場合（Ｓ１０７：N）、ＣＰＵ２０１は、超音波パルス信号のデューティー比を変更し且つ調整カウンタＮを１インクリメントする（Ｓ１１１、Ｓ１１０）。本実施形態では、ＣＰＵ２０１は、超音波パルス信号のデューティー比を初期値の５０％から３％ずつ増減する。なお、デューティー比の変更は、３％刻みに限らず、所定の数値であればよい。デューティー比の変更後にＣＰＵ２０１は、Ｓ１０３以降の処理を信号レベルが規格範囲内に収まるまで、或いは調整カウンタＮが３以上になるまで繰り返し行う。

以上により、超音波センサ２０００の超音波受信信号の信号レベルを所定の範囲内（規格範囲内）に収めるための調整処理が終了する。調整処理により、超音波パルス信号の特性（波数、デューティー比）及び超音波の特性（波数、デューティー比）が調整される。調整処理が終了すると、ＣＰＵ２０１は、原稿トレイ１０１から原稿の給紙を開始する（Ｓ１１２）。このとき制御ユニット１０は紙有りモードで動作する。
ＣＰＵ２０１は、故障フラグの値が「０」に設定されているか否か確認する（Ｓ１１２１）。故障フラグの値が「０」の場合（Ｓ１１２１：Y）、ＣＰＵ２０１は、給紙された原稿の重送を検知するために、超音波発信センサＴ１に、特性調整後の波数及びデューティー比の超音波パルス信号に応じた超音波を発信させる（Ｓ１１３）。ＣＰＵ２０１は、超音波受信センサＴ２から超音波受信信号を取得し、その信号レベルＶと重送判別のための閾値Ｖthとを比較して重送検知を行う。ここでは、ＣＰＵ２０１は、信号レベルＶが閾値Ｖthを上回っているか否かを判定する（Ｓ１１４）。

信号レベルＶが閾値Ｖthを上回っている場合（Ｓ１１４：Y）、ＣＰＵ２０１は、該信号レベルＶに応じて原稿１０２の坪量を検知する（Ｓ１１５）。ＣＰＵ２０１は、坪量検知後に、トレイ原稿有無センサＳ１の検知結果により、原稿トレイ１０１から原稿が無くなったか否かを判定する（Ｓ１１６）。なお、ＣＰＵ２０１は、故障フラグの値が「１」の場合（Ｓ１１２１：N）にも、原稿トレイ１０１から原稿が無くなったか否かの判定を行う（Ｓ１１６）。次の原稿が原稿トレイ１０１に載置されている場合（Ｓ１１６：N）、ＣＰＵ２０１は、Ｓ１１２以降の処理を、原稿トレイ１０１から原稿が無くなるまで繰り返し行う。原稿トレイ１０１から原稿が無くなった場合（Ｓ１１６：Y）、ＣＰＵ２０１は、原稿の坪量検知処理を終了する。

信号レベルＶが閾値Ｖth以下の場合（Ｓ１１４：N）、ＣＰＵ２０１は、超音波パルス信号の波数ｋ及びデューティー比をデフォルト値（５波、５０％）に初期化する（Ｓ１１７）。ＣＰＵ２０１は、超音波発信センサＴ１に初期化した超音波パルス信号に応じた超音波を発信させる（Ｓ１１８）。ＣＰＵ２０１は、超音波受信センサＴ２から超音波受信信号を取得し、その信号レベルＶが閾値Ｖthを上回っているか否かを判定する（Ｓ１１９）。

信号レベルＶが閾値Ｖthを上回っている場合（Ｓ１１９：Y）、ＣＰＵ２０１は、該信号レベルＶに応じて原稿の坪量を検知する（Ｓ１２０）。ＣＰＵ２０１は、坪量検知後に、Ｓ１１６以降の処理を行う。信号レベルＶが閾値Ｖth以下の場合（Ｓ１１９：N）、ＣＰＵ２０１は、原稿が重送されていると判定して給紙動作を停止し（Ｓ１２１）、原稿の坪量検知処理を終了する。

図１３は、超音波受信信号の信号レベルの調整処理の効果の説明図である。図１３は、横軸を坪量、縦軸を超音波受信信号の信号レベルとして、坪量毎に信号レベルが取り得る範囲を示す。信号レベルは、最大値（ｍａｘ）から最小値（ｍｉｎ）の間の値を取り得る。

上記の通り、ＣＰＵ２０１は、原稿搬送中に超音波受信センサＴ２から取得する超音波受信信号に応じて、超音波受信センサＴ２が受信した超音波の強度を表す信号レベルを決定する。メモリ２０６は、坪量毎の超音波受信信号の信号レベルの関係を表す情報を、バックアップデータとして予め格納する。ＣＰＵ２０１は、決定した超音波受信信号の信号レベルと、メモリ２０６のバックアップデータとから、原稿１０２の坪量を特定する。超音波センサ２０００の個体差により、信号レベルにバラツキが生じる。

図１３（ａ）は、超音波受信信号の信号レベルの調整を行わない場合の坪量毎の信号レベルのバラツキを表す。図１３（ｂ）は、超音波受信信号の信号レベルの調整を行った場合の坪量毎の信号レベルのバラツキを表す。超音波受信信号の信号レベルの調整を行わない場合、信号レベルの取り得る範囲が、調整を行った場合よりも大きくなる。

そのために、超音波受信信号の信号レベルの調整を行わない場合、所定の坪量の原稿を検知したときの信号レベルの取り得る範囲が、他の坪量の原稿を検知したときの信号レベルの取り得る範囲に重なる可能性がある。信号レベルの取り得る範囲が重なる場合、ＣＰＵ２０１は、原稿の坪量の判別ができなくなる。例えば、信号レベルの「１７５」の場合、図１３（ａ）では、坪量が２１０［ｇｓｍ（grams per square meter）］と坪量が２５０［ｇｓｍ］とのいずれかの可能性があり、判別できない。

超音波受信信号の信号レベルの調整を行う場合、信号レベルのバラツキが抑制される。そのために、所定の坪量の原稿を検知したときの信号レベルの取り得る範囲が、他の坪量の原稿を検知したときの信号レベルの取り得る範囲に重ならない。信号レベルの取り得る範囲が重ならないために、ＣＰＵ２０１は、坪量の判別が可能である。例えば図１３（ｂ）では、デジタル信号の値が「１７５」の場合、坪量が２５０［ｇｓｍ］と判別できる。

以上のような本実施形態の画像読取装置１は、坪量検知の前に超音波センサ２０００の出力が所定の範囲内に収まるように信号レベルの調整を行うことで、超音波センサ２０００の個体差による感度のバラツキの影響を抑制することができる。具体的には、画像読取装置１は、超音波センサ２０００が発信する超音波の特性を超音波パルス信号により調整することで、超音波センサ２０００の出力が所定の範囲内に収まるように調整する。そのために画像読取装置１は、同じ坪量の紙であれば、常に、超音波センサ２０００から同じレベル範囲の超音波受信信号を取得して、正確な坪量検知を実現することができる。

Claims (12)

1. シートを搬送する搬送手段と、
   超音波を発信する超音波発信手段と、
   シートの搬送経路を挟んで前記超音波発信手段に対向する位置に設けられ、前記超音波発信手段の発信する前記超音波を受信して、該超音波に応じた超音波受信信号を出力する超音波受信手段と、
   前記超音波発信手段に所定の特性の超音波を発信させるための超音波パルス信号を入力することで、前記搬送経路を搬送されるシートに向けて前記超音波発信手段に前記超音波を発信させ、該超音波を受信した前記超音波受信手段から出力される前記超音波受信信号に応じて、前記搬送経路を搬送される前記シートのシート特性を検知する制御手段と、を備えており、
   前記制御手段は、前記超音波発信手段と前記超音波受信手段との間にシートがない状態で前記超音波パルス信号を調整する処理を行い、調整後の超音波パルス信号に応じて、前記超音波発信手段に前記搬送経路を搬送されるシートに向けて前記超音波を発信させることを特徴とする、
   検知装置。
2. 前記制御手段は、前記超音波発信手段と前記超音波受信手段との間にシートがない状態で、前記超音波発信手段が発信する前記超音波を受信した前記超音波受信手段から出力される超音波受信信号の信号レベルが、所定の範囲内に収まるように前記超音波パルス信号を調整することを特徴とする、
   請求項１記載の検知装置。
3. 前記制御手段は、前記超音波パルス信号の調整回数をカウントしており、所定回数の調整を行っても前記超音波受信信号の信号レベルが前記所定の範囲内に収まらない場合に、前記超音波発信手段及び前記超音波受信手段の少なくとも一方が故障していると判断することを特徴とする、
   請求項２記載の検知装置。
4. 前記超音波発信手段は、バースト波に基づいて前記超音波を発信し、
   前記制御手段は、前記バースト波の波数を変更することで、前記超音波パルス信号を調整することを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか１項記載の検知装置。
5. 前記超音波発信手段は、バースト波に基づいて前記超音波を発信し、
   前記制御手段は、前記バースト波のデューティー比を変更すること、前記超音波パルス信号を調整することを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか１項記載の検知装置。
6. 前記超音波発信手段は、バースト波に基づいて前記超音波を発信し、
   前記制御手段は、バースト波を駆動する電圧を変更することで、前記超音波パルス信号を調整することを特徴とする、
   請求項１〜５のいずれか１項記載の検知装置。
7. 前記超音波受信信号と前記シート特性との関係を表す情報を予め格納する格納手段をさらに備えており、
   前記制御手段は、前記格納手段に格納された前記情報を参照して、前記超音波受信手段から取得した前記超音波受信信号に応じた前記シート特性を検知することを特徴とする、
   請求項１〜６のいずれか１項記載の検知装置。
8. 前記制御手段は、前記シート特性としてシートの坪量を検知することを特徴とする、
   請求項１〜７のいずれか１項記載の検知装置。
9. 前記制御手段は、前記超音波受信信号と複数枚のシートが重なって搬送される重送を判別するための閾値とを比較して重送検知を行い、シートが重送される場合に前記超音波パルス信号を初期化し、初期化した超音波パルス信号に応じて、前記超音波発信手段に前記搬送経路を搬送されるシートに向けて前記超音波を発信させ、該超音波を受信した前記超音波受信手段から出力される前記超音波受信信号に応じて、前記搬送経路を搬送される前記シートのシート特性を検知することを特徴とする、
   請求項１〜８のいずれか１項記載の検知装置。
10. 前記制御手段は、前記初期化した超音波パルス信号に応じて前記超音波発信手段が発信した前記超音波により前記超音波受信手段から出力される前記超音波受信信号と、前記閾値とを比較して重送検知を行い、シートが重送される場合に前記搬送手段による前記シートの搬送を停止させることを特徴とする、
    請求項９記載の検知装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検知装置と、
    搬送経路を搬送されるシートの画像を読み取り、読み取った画像を表す画像データを出力するリーダ手段と、を備えることを特徴とする、
    画像読取装置。
12. シートを搬送する搬送手段と、
    超音波を発信する超音波発信手段と、
    シートの搬送経路を挟んで前記超音波発信手段に対向する位置に設けられ、前記超音波発信手段の発信する前記超音波を受信して、該超音波に応じた超音波受信信号を出力する超音波受信手段と、を備えた装置により実行される方法であって、
    前記超音波発信手段と前記超音波受信手段との間にシートがない状態で前記超音波発信手段に所定の特性の超音波を発信させるための超音波パルス信号を、前記超音波受信信号が所定の範囲内に収まるように調整し、
    調整後の超音波パルス信号に応じて、前記超音波発信手段に前記搬送経路を搬送されるシートに向けて前記超音波を発信させ、該超音波を受信した前記超音波受信手段から出力される前記超音波受信信号に応じて、前記搬送経路を搬送される前記シートのシート特性を検知することを特徴とする、
    検知方法。