JP2024053210A - 超音波装置、搬送装置、超音波受信素子の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子を備える超音波受信素子は、使用形態によって受信感度が低下することがある。
【解決手段】振動板に積層された圧電素子を含み、超音波を受信する超音波受信素子と、前記超音波受信素子を制御する制御部と、を有する超音波装置であって、前記圧電素子は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に介在する圧電体と、を有し、前記制御部は、前記超音波受信素子に前記超音波を受信させるときに、前記圧電体に第１の電界強度の電界が加わる第１の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える受信駆動モードで前記圧電素子を駆動し、前記受信駆動モードの実施よりも前に、前記圧電体に前記第１の電界強度よりも高い第２の電界強度の電界が加わる第２の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える高電界駆動モードで前記圧電素子を駆動する。
【選択図】図４

Description

本発明は、超音波装置、搬送装置、超音波受信素子の制御方法に関する。

特許文献１は、超音波センサーを備えたイメージスキャナーを開示する。イメージスキャナーは、搬送装置によって搬送される用紙の画像を読み取る。用紙は、媒体の一例である。搬送装置は、用紙を搬送経路に沿って搬送する。超音波センサーは、搬送経路に配置される。超音波センサーは、用紙の重送を検出する。超音波センサーは、超音波を受信する超音波受信素子を有する。超音波受信素子は、超音波を受けて振動可能な振動部と、振動部に配置された圧電素子とを有する。振動部の振動に応じて、圧電素子から電気信号が出力される。圧電素子から出力される電気信号の強度によって用紙の重送を検出することができる。

特開２０１９－１４７６５８号公報

圧電素子を備える超音波受信素子は、使用形態によって受信感度が低下することがある。

超音波装置は、振動板に積層された圧電素子を含み、超音波を受信する超音波受信素子と、前記超音波受信素子を制御する制御部と、を有し、前記圧電素子は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に介在する圧電体と、を有し、前記制御部は、前記第１電極と前記第２電極との間に加える直流電圧を制御することによって前記圧電素子の駆動を制御し、前記超音波受信素子に前記超音波を受信させるときに、前記圧電体に第１の電界強度の電界が加わる第１の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える受信駆動モードで前記圧電素子を駆動し、前記受信駆動モードの実施よりも前に、前記圧電体に前記第１の電界強度よりも高い第２の電界強度の電界が加わる第２の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える高電界駆動モードで前記圧電素子を駆動する。

搬送装置は、上記の超音波装置と、媒体を搬送路に沿って搬送するローラーと、を有し、前記超音波発信素子と前記超音波受信素子とが、前記搬送路を挟んで対向する。

超音波受信素子の制御方法は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に介在する圧電体と、を有する圧電素子が振動板に積層され、超音波を受信する超音波受信素子の制御方法であって、前記第１電極と前記第２電極との間に加える直流電圧を制御することによって前記圧電素子の駆動を制御し、前記超音波受信素子に前記超音波を受信させるときに、前記圧電体に第１の電界強度の電界が加わる第１の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える受信駆動モードで前記圧電素子を駆動し、前記受信駆動モードの実施よりも前に、前記圧電体に前記第１の電界強度よりも高い第２の電界強度の電界が加わる第２の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える高電界駆動モードで前記圧電素子を駆動する。

イメージスキャナーの外観を示す斜視図。 イメージスキャナーの概略構成を説明する模式図。 超音波素子基板を示す平面図。 図３中のＡ－Ａ線での断面図。 イメージスキャナーの制御構成を示すブロック図。 発信駆動及び受信駆動の第１例を示すタイミングチャート。 第１例の受信駆動による超音波受信素子の感度変化を示す図。 発信駆動及び受信駆動の第２例を示すタイミングチャート。 第２例の受信駆動による超音波受信素子の感度変化を示す図。

実施形態についてイメージスキャナーを例に説明する。イメージスキャナー１は、図１に示すように、外装２と、原稿サポート３と、を備える。イメージスキャナー１は、原稿サポート３に載置された原稿Ｍの画像を読み取る読取装置である。原稿Ｍは、媒体の一例である。

外装２は、イメージスキャナー１の外殻を構成する。外装２には、供給口４、及び排出口５が設けられる。原稿サポート３は、カットシート態様の原稿Ｍを載置する。原稿サポート３は、複数枚の原稿Ｍを載置可能に構成される。原稿サポート３は、外装２の上方に配置される。原稿サポート３は、供給口４と接続する位置に設けられる。供給口４は、原稿サポート３に載置された原稿Ｍを外装２の内部に導入する導入口である。供給口４は、原稿サポート３と接続する。供給口４は、外装２の上方に配置される。排出口５は、供給口４から外装２の内部に導入された原稿Ｍを外装２の外部に排出する出口である。排出口５は、外装２の下方に設けられる。

イメージスキャナー１は、図２に示すように、外装２の内部に、搬送装置７と、読取ユニット８と、超音波センサー９と、制御ユニット１１と、を備える。搬送装置７は、供給口４から外装２の内部に導入される原稿Ｍを排出口５に向けて搬送方向Ｔに搬送する。搬送装置７は、外装２の上方から下方に向けて原稿Ｍを搬送する。原稿Ｍは、紙に限定されない。原稿Ｍは、フィルムや布帛等で構成されてもよい。搬送装置７は、原稿サポート３に載置された原稿Ｍを一枚ずつ搬送する。搬送装置７は、搬送経路１２と、第１搬送ローラー対１３と、第２搬送ローラー対１４と、第３搬送ローラー対１５と、第４搬送ローラー対１６と、を備える。

搬送経路１２は、供給口４から排出口５までの原稿Ｍの移動経路である。原稿Ｍは、搬送経路１２に沿って、供給口４から排出口５まで搬送される。搬送経路１２に沿って、第１搬送ローラー対１３、第２搬送ローラー対１４、第３搬送ローラー対１５、及び第４搬送ローラー対１６が、配置される。搬送経路１２は、搬送路の一例に対応する。第１搬送ローラー対１３、第２搬送ローラー対１４、第３搬送ローラー対１５、及び第４搬送ローラー対１６のそれぞれは、搬送ローラーの一例である。

第１搬送ローラー対１３は、供給口４に供給される原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。原稿サポート３に複数枚の原稿Ｍが載置される場合、第１搬送ローラー対１３は、複数枚の原稿Ｍのうち、最上位に位置する原稿Ｍを搬送経路１２内に供給する。第１搬送ローラー対１３は、第１駆動ローラー１３Ａ、及び第１従動ローラー１３Ｂを備える。第１駆動ローラー１３Ａは、原稿Ｍを搬送させる駆動力を伝達する。第１駆動ローラー１３Ａは、後述する搬送モーター１７の駆動力によって回転駆動する。第１駆動ローラー１３Ａは、回転駆動することによって、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。第１従動ローラー１３Ｂは、第１駆動ローラー１３Ａと接触する。第１従動ローラー１３Ｂは、第１駆動ローラー１３Ａが回転駆動すると従動回転する。第１従動ローラー１３Ｂは、第１駆動ローラー１３Ａと原稿Ｍを挟持し、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。

第２搬送ローラー対１４は、第１搬送ローラー対１３に対して、搬送方向Ｔの下流に配置される。第２搬送ローラー対１４は、第１搬送ローラー対１３で搬送された原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。第２搬送ローラー対１４は、第１搬送ローラー対１３で搬送された原稿Ｍを一枚ずつに分離する分離機構として機能する。第２搬送ローラー対１４は、第２駆動ローラー１４Ａ、及び第２従動ローラー１４Ｂを備える。第２駆動ローラー１４Ａは、原稿Ｍを搬送させる駆動力を伝達する。第２駆動ローラー１４Ａは、搬送モーター１７の駆動力によって回転駆動する。第２駆動ローラー１４Ａは、回転駆動することによって、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。第２従動ローラー１４Ｂは、第２駆動ローラー１４Ａと接触する。第２従動ローラー１４Ｂは、第２駆動ローラー１４Ａが回転駆動すると従動回転する。第２従動ローラー１４Ｂは、第２駆動ローラー１４Ａと原稿Ｍを挟持し、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。第２従動ローラー１４Ｂの外周面の原稿Ｍに対する摩擦係数は、第２駆動ローラー１４Ａの外周面の原稿Ｍに対する摩擦係数よりも大きい。第２搬送ローラー対１４の回転により原稿Ｍは１枚ずつに分離される。

第３搬送ローラー対１５は、第２搬送ローラー対１４に対して、搬送方向Ｔの下流に配置される。第３搬送ローラー対１５は、第２搬送ローラー対１４で搬送された原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。第３搬送ローラー対１５は、第３駆動ローラー１５Ａ、及び第３従動ローラー１５Ｂを備える。第３駆動ローラー１５Ａは、原稿Ｍを搬送させる駆動力を伝達する。第３駆動ローラー１５Ａは、搬送モーター１７の駆動力によって回転駆動する。第３駆動ローラー１５Ａは、回転駆動することによって、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。第３従動ローラー１５Ｂは、第３駆動ローラー１５Ａと接触する。第３従動ローラー１５Ｂは、第３駆動ローラー１５Ａが回転駆動すると従動回転する。第３従動ローラー１５Ｂは、第３駆動ローラー１５Ａと原稿Ｍを挟持し、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。

第４搬送ローラー対１６は、第３搬送ローラー対１５に対して、搬送方向Ｔの下流に配置される。第４搬送ローラー対１６は、第３搬送ローラー対１５で搬送された原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。第４搬送ローラー対１６は、排出口５に向けて原稿Ｍを搬送する。第４搬送ローラー対１６は、第４駆動ローラー１６Ａ、及び第４従動ローラー１６Ｂを備える。第４駆動ローラー１６Ａは、原稿Ｍを搬送させる駆動力を伝達する。第４駆動ローラー１６Ａは、搬送モーター１７の駆動力によって回転駆動する。第４駆動ローラー１６Ａは、回転駆動することによって、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。第４従動ローラー１６Ｂは、第４駆動ローラー１６Ａと接触する。第４従動ローラー１６Ｂは、第４駆動ローラー１６Ａが回転駆動すると従動回転する。第４従動ローラー１６Ｂは、第４駆動ローラー１６Ａと原稿Ｍを挟持し、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する。

読取ユニット８は、搬送経路１２に沿って搬送される原稿Ｍを読み取る。読取ユニット８は、搬送経路１２に沿って配置される。本実施形態では、読取ユニット８は、第３搬送ローラー対１５と第４搬送ローラー対１６との間に配置される。換言すれば、読取ユニット８は、搬送経路１２で第４搬送ローラー対１６の上流に位置する。読取ユニット８は、搬送経路１２で第３搬送ローラー対１５の下流に位置する。読取ユニット８は、第１スキャナー８Ａと、第２スキャナー８Ｂと、を備える。第１スキャナー８Ａと、第２スキャナー８Ｂとは、搬送経路１２を挟んで互いに反対側に位置する。

第１スキャナー８Ａは、搬送経路１２に沿って搬送される原稿Ｍの第１面を読み取る。第１スキャナー８Ａは、原稿Ｍの第１面を読み取り、第１読取データを生成する。第１スキャナー８Ａは、第１光源１８Ａ、及び第１イメージセンサー１９Ａを有する。第１光源１８Ａは、原稿Ｍの第１面に光を照射する。第１光源１８Ａは、原稿Ｍの第１面と対向する位置に配置される。第１光源１８Ａは、原稿Ｍの搬送方向Ｔと直交する原稿幅方向に沿って光を照射する。

第１イメージセンサー１９Ａは、原稿Ｍの第１面から反射された光を受光する。第１イメージセンサー１９Ａは、光を受光することによって、原稿Ｍの第１面を読み取る。第１イメージセンサー１９Ａは、原稿幅方向に延在して構成される。第１スキャナー８Ａは、第１光源１８Ａからの光を原稿Ｍの第１面に照射し、原稿Ｍの第１面で反射された光を第１イメージセンサー１９Ａで受光する。第１イメージセンサー１９Ａは、第１イメージセンサー１９Ａで光を受光することによって、原稿Ｍの第１面を読み取る。

第２スキャナー８Ｂは、搬送経路１２に沿って搬送される原稿Ｍの第２面を読み取る。原稿Ｍの第２面は、原稿Ｍの第１面の裏面である。第２スキャナー８Ｂは、原稿Ｍの第２面を読み取り、第２読取データを生成する。第２スキャナー８Ｂは、第２光源１８Ｂ、及び第２イメージセンサー１９Ｂを有する。第２光源１８Ｂは、原稿Ｍの第２面に光を照射する。第２光源１８Ｂは、原稿Ｍの第２面と対向する位置に配置される。第２光源１８Ｂは、原稿Ｍの搬送方向Ｔと直交する原稿幅方向に沿って光を照射する。第２光源１８Ｂの構成は、第１光源１８Ａと同じでもよいし、異なっていてもよい。第２光源１８Ｂの構成は、第１光源１８Ａと同じであることが好ましい。

第２イメージセンサー１９Ｂは、原稿Ｍの第２面から反射された光を受光する。第２イメージセンサー１９Ｂは、光を受光することによって、原稿Ｍの第２面を読み取る。第２イメージセンサー１９Ｂは、原稿幅方向に延在して構成される。第２イメージセンサー１９Ｂの構成は、第１イメージセンサー１９Ａの構成と同じでもよいし、異なっていてもよい。第２イメージセンサー１９Ｂの構成は、第１イメージセンサー１９Ａと同じであることが好ましい。第２スキャナー８Ｂは、第２光源１８Ｂからの光を原稿Ｍの第２面に照射し、原稿Ｍの第２面で反射された光を第２イメージセンサー１９Ｂで受光する。第２イメージセンサー１９Ｂは、第２イメージセンサー１９Ｂで光を受光することによって、原稿Ｍの第２面を読み取る。

超音波センサー９は、搬送経路１２に沿って搬送される原稿Ｍの重送を検出する。本実施形態では、超音波センサー９は、第２搬送ローラー対１４と第３搬送ローラー対１５との間に配置される。換言すれば、超音波センサー９は、搬送経路１２で第３搬送ローラー対１５の上流に位置する。超音波センサー９は、搬送経路１２で第２搬送ローラー対１４の下流に位置する。超音波センサー９は、搬送経路１２に沿って配置される。超音波センサー９は、搬送装置７の構成の一部である。超音波センサー９は、送信ユニット２１と、受信ユニット２２と、を備える。送信ユニット２１と受信ユニット２２とは、搬送経路１２を挟んで互いに反対側に位置する。

送信ユニット２１は、超音波を送信する。送信ユニット２１は、超音波発信素子を備える。超音波発信素子は、超音波を発信する。超音波発信素子によって発信された超音波は、送信ユニット２１から搬送経路１２に向けて送信される。送信ユニット２１と対向する位置に原稿Ｍが搬送されているときに超音波が送信されると、超音波は、原稿Ｍを通過して受信ユニット２２に送信される。超音波が原稿Ｍを通過するとき、超音波の音圧は減衰する。

受信ユニット２２は、超音波を受信する。受信ユニット２２は、超音波受信素子を備える。超音波受信素子は、超音波を受信する。送信ユニット２１から搬送経路１２に向けて送信される超音波は、受信ユニット２２の超音波受信素子によって受信される。受信ユニット２２は、送信ユニット２１から送信され、搬送経路１２を通過した超音波を受信する。送信ユニット２１と対向する位置に原稿Ｍが搬送されているときに超音波が送信されると、受信ユニット２２は、原稿Ｍを通過した超音波を受信する。受信ユニット２２は、超音波の音圧に応じた受信信号を生成する。受信ユニット２２は、生成した受信信号を制御ユニット１１に送信する。

送信ユニット２１と受信ユニット２２は、互いに同じ構成を有する。送信ユニット２１、及び受信ユニット２２の構成は、後述される。超音波センサー９は、送信ユニット２１、及び受信ユニット２２を備えるが、この構成に限定されない。送信ユニット２１が、受信ユニット２２の機能を有してもよい。送信ユニット２１は、原稿Ｍから反射された超音波を受信する。送信ユニット２１は、受信した超音波の音圧に応じた受信信号を生成する。送信ユニット２１は、生成した受信信号を制御ユニット１１に送信する。

制御ユニット１１は、各種の制御を行うコントローラーである。制御ユニット１１は、一例として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するプロセッサーである。制御ユニット１１は、１つ又は複数のプロセッサーで構成されてもよい。制御ユニット１１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリーを有してもよい。メモリーは、制御ユニット１１のワークエリアとして機能する。制御ユニット１１は、図示しないメモリーに記憶される制御プログラムを実行することによって、各種の機能部として機能する。

制御ユニット１１は、搬送モーター１７の駆動を制御することによって、搬送装置７による原稿Ｍの搬送を制御する。制御ユニット１１は、搬送モーター１７を駆動させることによって、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送させる。制御ユニット１１は、原稿Ｍの搬送を開始するタイミング、原稿Ｍの搬送速度、原稿Ｍの搬送停止等を制御する。制御ユニット１１は、読取ユニット８の駆動を制御することによって、原稿Ｍの読取を制御する。制御ユニット１１は、読取ユニット８を動作させることによって、読取ユニット８に原稿Ｍを読み取らせる。制御ユニット１１は、読取ユニット８の読取開始タイミング、読取停止タイミング、片面／両面読取等を制御する。搬送モーター１７は、各種駆動ローラーを駆動させる駆動力を発生する。搬送モーター１７は、発生した駆動力を図示しない駆動伝達機構を介して、各種駆動ローラーに伝達する。搬送モーター１７は、第１駆動ローラー１３Ａ、第２駆動ローラー１４Ａ、第３駆動ローラー１５Ａ、及び第４駆動ローラー１６Ａを回転駆動させる。

制御ユニット１１は、超音波センサー９が出力した受信信号を受信する。制御ユニット１１は、受信した受信信号に基づいて、原稿Ｍの重送を検出する。制御ユニット１１は、重送を検出したとき、原稿Ｍの搬送を停止させる。制御ユニット１１は、搬送装置７を制御することによって、原稿Ｍの搬送を停止させる。また、制御ユニット１１は、超音波センサー９の駆動を制御する。制御ユニット１１は、送信ユニット２１の超音波発信素子の駆動を制御する。制御ユニット１１は、受信ユニット２２の超音波受信素子の駆動を制御する。超音波センサー９と制御ユニット１１とは、超音波装置の一例である。

送信ユニット２１及び受信ユニット２２は、それぞれ、図３に示す超音波素子基板３１を備える。超音波素子基板３１は、複数の超音波素子３２を備える。超音波素子３２は、供給される駆動信号に応じて、超音波を発信したり、超音波を受信したりする。送信ユニット２１の超音波素子基板３１では、超音波素子３２を超音波発信素子３２Ａと呼ぶ。受信ユニット２２の超音波素子基板３１では、超音波素子３２を超音波受信素子３２Ｂと呼ぶ。複数の超音波素子３２は、超音波素子基板３１の主面３３に形成されている。主面３３は、超音波素子基板３１を構成する複数の面のうち最も面積が広い２つの面の一方である。

図３を含む複数の図には、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が記される。Ｚ軸は、主面３３に垂直な方向に沿う。Ｘ軸は、Ｚ軸と直交する軸である。Ｘ軸は、超音波素子基板３１の長辺と平行な軸である。Ｙ軸は、Ｚ軸及びＸ軸のそれぞれに直交する軸である。Ｙ軸は、超音波素子基板３１の短辺と平行な軸である。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸には、それぞれ、矢印が記される。矢印が示す方向を＋方向とする。＋方向と逆方向を－方向とする。＋Ｚ方向は、主面３３から主面３３の裏面に向かう方向である。図３は、超音波素子基板３１を＋Ｚ方向に平面視した図である。

超音波素子基板３１では、複数の超音波素子３２が素子アレイ３５を構成する。素子アレイ３５は、複数の超音波素子３２の配列である。超音波素子基板３１において、複数の超音波素子３２は、Ｘ軸に沿った配列を行とし、Ｙ軸に沿った配列を列とする行列を構成する。図３中のＡ－Ａ線での断面図である図４に示すように、超音波素子基板３１は、基板本体部４１と、振動板４２と、圧電素子４３と、を備える。基板本体部４１と振動板４２と圧電素子４３とは、Ｚ軸に沿って配置される。振動板４２は、基板本体部４１の－Ｚ方向に配置される。圧電素子４３は、振動板４２の－Ｚ方向に配置される。

基板本体部４１は、Ｓｉ等の半導体基板で構成される。基板本体部４１には、複数の開口部４５が形成されている。開口部４５は、隔壁４６によって囲まれる。複数の開口部４５は、Ｘ軸、及びＹ軸に沿って設けられる。開口部４５は、基板本体部４１を貫通する。複数の開口部４５は、隔壁４６によって区画される。基板本体部４１の－Ｚ方向に振動板４２が設けられているため、開口部４５の－Ｚ方向の一端が振動板４２によって塞がれる。開口部４５は、＋Ｚ方向に開口する。超音波素子基板３１では、開口部４５を介して振動板４２が露出する。振動板４２は、酸化シリコン及び酸化ジルコニウムの積層体等により構成される。振動板４２は、基板本体部４１の隔壁４６によって支持される。振動板４２の＋Ｚ方向の面である振動面４７を構成する。

１つの開口部４５は、１つの圧電素子４３に対応している。圧電素子４３ごとに開口部４５が形成される。基板本体部４１に開口部４５を形成することによって隔壁４６が構成される。換言すれば、基板本体部４１に開口部４５を形成した残りの部分が隔壁４６である。振動板４２のうち１つの開口部４５に重なる部分と、１つの開口部４５に重なる圧電素子４３とが、１つの超音波素子３２を構成する。送信ユニット２１では、１つの超音波素子３２が１つの超音波発信素子３２Ａである。送信ユニット２１では、振動板４２が振動することによって振動面４７から超音波を送信する。超音波発信素子３２Ａは、電気信号を超音波に変換する。超音波受信素子３２Ｂは、超音波を電気信号に変換する。送信ユニット２１では、超音波発信素子３２Ａは、電気信号を超音波に変換し、超音波を送信する。受信ユニット２２では、超音波受信素子３２Ｂは、超音波を受信し、超音波を電気信号に変換する。

受信ユニット２２では、１つの超音波素子３２が１つの超音波受信素子３２Ｂである。受信ユニット２２では、振動面４７で超音波を受信することによって振動板４２が振動する。振動板４２の振動に応じて圧電素子４３から電気信号が出力される。圧電素子４３は、振動板４２が超音波を受信して振動したときに、振動を信号に変換する。複数の圧電素子４３は、振動板４２の－Ｚ方向の面に設けられる。圧電素子４３は、開口部４５の－Ｚ方向の位置に配置される。圧電素子４３は、第１電極４９と、圧電体５１と、第２電極５３と、を有する。第１電極４９は、振動板４２の－Ｚ方向の面に配置される。第１電極４９、圧電体５１、第２電極５３は、この順に振動板４２の－Ｚ方向の面に積層される。圧電体５１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料で構成される。

図３に示すように、第１電極４９は、素子アレイ３５の行ごとに複数の圧電素子４３に共通して接続される電極である。第２電極５３は、複数の圧電素子４３に接続される共通電極である。超音波発信素子３２Ａでは、第１電極４９は、複数の圧電素子４３の圧電体５１に電気信号を送信する。圧電体５１は、電気信号によって伸縮する。第１電極４９と第２電極５３との間に所定周波数のパルス波電圧が印加されることによって、圧電体５１は、伸縮する。圧電体５１の伸縮によって、図４に示す振動面４７が開口部４５の開口幅等に応じた周波数で振動する。これにより、超音波発信素子３２Ａは、超音波を発信する。

超音波受信素子３２Ｂでは、第１電極４９は、複数の圧電素子４３の圧電体５１から電気信号を受信する。超音波受信素子３２Ｂでは、図４に示す振動面４７が超音波を受けると振動板４２を介して圧電体５１が伸縮する。圧電体５１が伸縮すると、第１電極４９と第２電極５３との間の電位差が変化する。超音波受信素子３２Ｂは、電位差の変化に応じた電気信号を出力する。生成した電気信号は、受信信号として制御ユニット１１に出力される。

イメージスキャナー１は、図５に示すように、送信回路５６と、電源回路５７と、受信回路５８とを有する。イメージスキャナー１は、パーソナルコンピューター等の外部機器と通信するためのインターフェイス部を有してもよい。制御ユニット１１は、演算部６１と、メモリー６２と、を有する。演算部６１は、搬送制御部６３と、読取制御部６４と、重送判定部６５と、駆動制御部６６と、を含む。メモリー６２は、制御ユニット１１のワークエリアとして機能する。制御ユニット１１は、メモリー６２に記憶される制御プログラムを実行することによって、各種の機能部として機能する。

制御ユニット１１は、メモリー６２に記憶される制御プログラムを実行することによって、搬送制御部６３、読取制御部６４、重送判定部６５、及び駆動制御部６６の各機能部として機能する。搬送制御部６３は、搬送モーター１７の駆動を制御する。搬送制御部６３は、搬送モーター１７の駆動を制御することによって搬送装置７を制御する。読取制御部６４は、読取ユニット８を制御する。読取制御部６４は、読取ユニット８に原稿Ｍの画像を読み取らせる。

送信回路５６は、送信ユニット２１の超音波発信素子３２Ａと電気的に接続される。送信回路５６は、制御ユニット１１からの指令に基づいて、各超音波発信素子３２Ａに印加する駆動信号を生成する。電源回路５７は、受信ユニット２２の超音波受信素子３２Ｂと電気的に接続される。電源回路５７は、制御ユニット１１からの指令に基づいて、各超音波受信素子３２Ｂに印加する直流電圧を発生する。送信回路５６及び電源回路５７は、それぞれ、制御ユニット１１の駆動制御部６６によって制御される。受信回路５８は、受信ユニット２２の超音波受信素子３２Ｂから出力された受信信号に各種の処理を施してから、受信信号を制御ユニット１１に出力する。

受信回路５８はバンドパスフィルター６７、アンプ６８、サンプルアンドホールド回路６９及びコンパレーター７１を含む。受信ユニット２２から出力された受信信号は、バンドパスフィルター６７に入力される。バンドパスフィルター６７により受信信号からノイズ成分等が除去される。アンプ６８により所定の信号強度以上となるように受信信号が増幅される。次に、受信信号はサンプルアンドホールド回路６９に入力される。サンプルアンドホールド回路６９は所定の周波数で受信信号をサンプリングする。サンプリングされた受信信号はコンパレーター７１に入力される。コンパレーター７１はサンプリングされた受信信号のうち信号強度が所定の判定強度を超える受信信号を検出する。コンパレーター７１は判定強度を超える受信信号を制御ユニット１１に送信する。

重送判定部６５は原稿Ｍの重送状態を検出する。受信ユニット２２は、送信ユニット２１から送信され、原稿Ｍを透過した超音波を受信する。受信ユニット２２は、受信した超音波に応じた受信信号を出力する。重送判定部６５は、受信ユニット２２から入力された受信信号に基づいて、原稿Ｍの状態を判定する。受信信号の電圧値が判定値より小さい場合に、重送判定部６５は原稿Ｍが重送されていると判定する。重送判定部６５によって原稿Ｍが重送されていると判定された場合、搬送制御部６３は、原稿Ｍの搬送を停止する。

駆動制御部６６は、送信回路５６に駆動信号の発生を指示する。駆動信号の発生指示を受けた送信回路５６は、所定周波数のパルス波電圧を駆動信号として送信ユニット２１に出力する。本実施形態では、送信ユニット２１に出力される駆動信号は、バースト波の駆動信号である。送信回路５６から送信ユニット２１に出力される駆動信号によって超音波発信素子３２Ａを駆動することを発信駆動と呼ぶ。

駆動制御部６６は、電源回路５７を制御する。駆動制御部６６は、電源回路５７を制御することによって、超音波受信素子３２Ｂに印加する駆動電圧を制御する。駆動制御部６６は、電源回路５７を制御することによって、超音波受信素子３２Ｂに直流電圧を印加したり、直流電圧の印加を停止したりする。駆動制御部６６は、電源回路５７を制御することによって、超音波受信素子３２Ｂに印加する駆動電圧の電圧値を変化させる。駆動制御部６６が電源回路５７を制御することによって、超音波受信素子３２Ｂに駆動電圧を印加することを受信駆動と呼ぶ。

送信ユニット２１、受信ユニット２２、送信回路５６、電源回路５７、受信回路５８、及び駆動制御部６６は、超音波装置７３の構成の一部である。機能部としての駆動制御部６６は、制御部の一例である。超音波装置７３は、送信ユニット２１、受信ユニット２２、送信回路５６、電源回路５７、受信回路５８、及び駆動制御部６６を含む。しかしながら、超音波装置７３の構成要素は、これらに限定されず、他の構成を含んでいてもよい。

発信駆動及び受信駆動の第１例を説明する。
図６に示すように、イメージスキャナー１の電源がオフからオンに変化すると、受信駆動が開始される。図６に示す第１例では、受信駆動が開始されると受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１の直流電圧が印加される。受信駆動電圧Ｊ１は、直流電圧の電圧値である。受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１の直流電圧を印加するモードを受信駆動モードと呼ぶ。受信駆動モードは、超音波受信素子３２Ｂによる超音波の受信が可能なモードである。受信ユニット２２は、受信駆動モードのときに超音波を受信する。

図６に示す第１例では、イメージスキャナー１の電源がオフからオンに変化すると、受信駆動モードでの受信駆動が開始される。図６に示す第１例では、イメージスキャナー１の電源がオン状態にあるとき、受信駆動電圧Ｊ１での受信駆動モードが維持される。図６に示す第１例では、イメージスキャナー１の電源がオフからオンに変化した後にオフになるまで、受信駆動電圧Ｊ１での受信駆動モードが維持される。

図６に示す発信駆動は、非発信期間を経過してから発信期間が開始される。イメージスキャナー１の電源がオフからオンに変化すると、非発信期間の経過後に発信期間が開始する。発信期間が開始すると、バースト波の駆動信号が図５に示す送信回路５６から送信ユニット２１に出力される。バースト波の駆動信号の電圧値を発信駆動電圧Ｈ１と呼ぶ。発信駆動では、非発信期間と発信期間とが交互に発生する。非発信期間の長さは、イメージスキャナー１の動作に応じて種々変化する。発信期間の長さは、イメージスキャナー１の動作に応じて種々変化する。

発信駆動では、イメージスキャナー１の電源がオフからオンに変化した後にオフになるまでの間に、非発信期間と発信期間とがそれぞれ１回ずつ発生する場合がある。発信駆動では、イメージスキャナー１の電源がオフからオンに変化した後にオフになるまでの間に、非発信期間と発信期間とが交互に反復して発生する場合がある。この場合、非発信期間の回数と、発信期間の回数とが同数とは限らない。

第１例の受信駆動による超音波受信素子３２Ｂの感度変化を調査した。図７に示すグラフは、受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１の直流電圧の印加を開始してから経過時間ごとに超音波受信素子３２Ｂの感度変化を測定した結果である。図７に示すように、第１例の受信駆動による超音波受信素子３２Ｂの感度は、１０分程度の経過時間で約９０％に低下した。感度変化は、受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１の直流電圧の印加を開始した直後の感度を１００％としたときの変化率を示す。超音波受信素子３２Ｂの感度は、図５に示す受信回路５８のアンプ６８から出力される出力信号の振幅を測定することによって把握される。受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１の直流電圧の印加を開始した直後にアンプ６８から出力される出力信号の振幅値を１００％とした。

図７に示すグラフは、９０分の経過時間までの結果を示す。第１例の受信駆動では、９０分の経過時間で超音波受信素子３２Ｂの感度が８８％に低下した。受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１の直流電圧を印加したときに１つの超音波受信素子３２Ｂに印加される電界強度は、４．８４ｋV／ｍｍである。受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１の直流電圧を印加したときに１つの超音波受信素子３２Ｂに印加される４．８４ｋV／ｍｍの電界強度は、第１の電界強度の一例である。

発信駆動及び受信駆動の第２例を説明する。
図８に示すように、第２例では、イメージスキャナー１の電源がオフからオンに変化すると、受信駆動モードの前に高電界駆動モードが実施される。第２例は、受信駆動モードの前に高電界駆動モードが実施されることを除いて第１例と同一である。高電界駆動モードは、受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１よりも高い電圧を印加するモードである。高電界駆動モードは、発信駆動の非発信期間に実施される。非発信期間に高電界駆動モードが実施され、発信期間が開始する前に高電界駆動モードから受信駆動モードに移行される。

図８には、受信駆動電圧Ｊ１よりも高い電圧として、高電圧Ｊ２、高電圧Ｊ３、及び高電圧Ｊ４の３種類の電圧値が併記されている。３種類の電圧値で超音波受信素子３２Ｂの感度変化を調査した。また、高電圧Ｊ４については、印加時間を１０秒と３秒の２種類で調査を実施した。受信ユニット２２に高電圧Ｊ２の直流電圧を印加したときに１つの超音波受信素子３２Ｂに印加される電界強度は、８．０６ｋV／ｍｍである。受信ユニット２２に高電圧Ｊ３の直流電圧を印加したときに１つの超音波受信素子３２Ｂに印加される電界強度は、１０．７５ｋV／ｍｍである。受信ユニット２２に高電圧Ｊ４の直流電圧を印加したときに１つの超音波受信素子３２Ｂに印加される電界強度は、１３．４４ｋV／ｍｍである。

第２例の受信駆動による超音波受信素子３２Ｂの感度変化を調査した。第２例の受信駆動による超音波受信素子３２Ｂの感度変化を図９に示す。図９は、第２例の受信駆動を開始してから９０分の経過時間後の感度変化を示す。感度変化は、上記第１例と同様に、受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１の直流電圧の印加を開始した直後の感度を１００％としたときの変化率を示す。受信ユニット２２に受信駆動電圧Ｊ１の直流電圧の印加を開始した直後にアンプ６８から出力される出力信号の振幅値を１００％とした。図９には、高電界駆動モードを実施しない第１例の感度変化の結果も併記されている。

図９に示すように、８．０６ｋV／ｍｍの電界強度で３秒間の高電界駆動モードを実施したときの感度変化が軽減している。第１例での感度が８８％に低下しているのに対して、８．０６ｋV／ｍｍの電界強度での感度低下が９２％にとどまった。同様に、１０．７５ｋV／ｍｍの電界強度で３秒間の高電界駆動モードを実施したときの感度低下は９４％にとどまった。１３．４４ｋV／ｍｍの電界強度で３秒間の高電界駆動モードを実施したときの感度低下は９５％にとどまった。さらに、１３．４４ｋV／ｍｍの電界強度で１０秒間の高電界駆動モードを実施したときの感度低下は９６％にとどまった。

受信ユニット２２に高電圧Ｊ２の直流電圧を印加したときに１つの超音波受信素子３２Ｂに印加される８．０６ｋV／ｍｍの電界強度は、第２の電界強度の一例である。受信ユニット２２に高電圧Ｊ３の直流電圧を印加したときに１つの超音波受信素子３２Ｂに印加される１０．７５ｋV／ｍｍの電界強度は、第２の電界強度の一例である。受信ユニット２２に高電圧Ｊ４の直流電圧を印加したときに１つの超音波受信素子３２Ｂに印加される１３．４４ｋV／ｍｍの電界強度は、第２の電界強度の一例である。

本実施形態の超音波装置７３は、超音波受信素子３２Ｂと、駆動制御部６６と、を有する。超音波受信素子３２Ｂは、振動板４２に積層された圧電素子４３を含み、超音波を受信する。駆動制御部６６は、超音波受信素子３２Ｂを制御する。圧電素子４３は、第１電極４９と、第１電極４９に対向する第２電極５３と、第１電極４９及び第２電極５３の間に介在する圧電体５１と、を有する。駆動制御部６６は、第１電極４９と第２電極５３との間に加える直流電圧を制御することによって圧電素子４３の駆動を制御する。駆動制御部６６は、超音波受信素子３２Ｂに超音波を受信させるときに、圧電体５１に第１の電界強度で電界を加える受信駆動モードで圧電素子４３を駆動する。駆動制御部６６は、受信駆動モードの実施よりも前に、圧電体５１に第１の電界強度よりも高い第２の電界強度で電界を加える高電界駆動モードで圧電素子４３を駆動する。これにより、受信駆動モードでの超音波受信素子３２Ｂの感度低下を軽減することができる。

本実施形態の超音波装置７３は、超音波を発信する超音波発信素子３２Ａをさらに有する。駆動制御部６６は、超音波発信素子３２Ａから超音波が発信される前に、高電界駆動モードで圧電素子４３を駆動する。この超音波装置７３では、超音波発信素子３２Ａから超音波が発信される前に、高電界駆動モードで圧電素子４３を駆動することができる。

駆動制御部６６は、超音波発信素子３２Ａから超音波が発信される前に、圧電素子４３の駆動を高電界駆動モードから受信駆動モードに切り替える。この超音波装置７３では、超音波発信素子３２Ａから超音波が発信される前に、高電界駆動モードの実施を終了することができる。

駆動制御部６６は、電源がオフからオンになったときに、高電界駆動モードで圧電素子４３を駆動する。この超音波装置７３では、電源がオフからオンになったときに、高電界駆動モードで圧電素子４３を駆動することができる。

本実施形態では、第２の電界強度は、第１の電界強度の１．５倍より大きい。この超音波装置７３によれば、受信駆動モードでの超音波受信素子３２Ｂの感度低下を軽減することができる。

本実施形態の搬送装置７は、超音波装置７３と、原稿Ｍを搬送経路１２に沿って搬送する第１搬送ローラー対１３と、第２搬送ローラー対１４と、第３搬送ローラー対１５と、第４搬送ローラー対１６と、を有する。超音波発信素子３２Ａと超音波受信素子３２Ｂとが、搬送経路１２を挟んで対向する。この搬送装置７では、搬送経路１２の状態を超音波装置７３で検出することができる。

本実施形態の超音波受信素子３２Ｂの制御方法は、圧電素子４３が振動板４２に積層され、超音波を受信する超音波受信素子３２Ｂの制御方法である。圧電素子４３は、第１電極４９と、第１電極４９に対向する第２電極５３と、第１電極４９及び第２電極５３の間に介在する圧電体５１と、を有する。本実施形態の超音波受信素子３２Ｂの制御方法は、第１電極４９と第２電極５３との間に加える直流電圧を制御することによって圧電素子４３の駆動を制御する。本実施形態の超音波受信素子３２Ｂの制御方法は、超音波受信素子３２Ｂに超音波を受信させるときに、圧電体５１に第１の電界強度で電界を加える受信駆動モードで圧電素子４３を駆動する。本実施形態の超音波受信素子３２Ｂの制御方法は、受信駆動モードの実施よりも前に、圧電体５１に第１の電界強度よりも高い第２の電界強度で電界を加える高電界駆動モードで圧電素子４３を駆動する。これにより、受信駆動モードでの超音波受信素子３２Ｂの感度低下を軽減することができる。

１…イメージスキャナー、４…供給口、５…排出口、７…搬送装置、８…読取ユニット、９…超音波センサー、１１…制御ユニット、１２…搬送経路、１３…第１搬送ローラー対、１４…第２搬送ローラー対、１５…第３搬送ローラー対、１６…第４搬送ローラー対、１７…搬送モーター、１９Ａ…第１イメージセンサー、１９Ｂ…第２イメージセンサー、２１…送信ユニット、２２…受信ユニット、３２…超音波素子、３２Ａ…超音波発信素子、３２Ｂ…超音波受信素子、４２…振動板、４３…圧電素子、４９…第１電極、５１…圧電体、５３…第２電極、５７…電源回路、６５…重送判定部、６６…駆動制御部、７３…超音波装置、Ｈ１…発信駆動電圧、Ｊ１…受信駆動電圧、Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４…高電圧。

Claims (7)

1. 振動板に積層された圧電素子を含み、超音波を受信する超音波受信素子と、
   前記超音波受信素子を制御する制御部と、を有し、
   前記圧電素子は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に介在する圧電体と、を有し、
   前記制御部は、
   前記第１電極と前記第２電極との間に加える直流電圧を制御することによって前記圧電素子の駆動を制御し、
   前記超音波受信素子に前記超音波を受信させるときに、前記圧電体に第１の電界強度の電界が加わる第１の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える受信駆動モードで前記圧電素子を駆動し、
   前記受信駆動モードの実施よりも前に、前記圧電体に前記第１の電界強度よりも高い第２の電界強度の電界が加わる第２の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える高電界駆動モードで前記圧電素子を駆動する、
   超音波装置。
2. 前記超音波を発信する超音波発信素子をさらに有し、
   前記制御部は、
   前記超音波発信素子から前記超音波が発信される前に、前記高電界駆動モードで前記圧電素子を駆動する、
   請求項１に記載の超音波装置。
3. 前記制御部は、
   前記超音波発信素子から前記超音波が発信される前に、前記圧電素子の駆動を前記高電界駆動モードから前記受信駆動モードに切り替える、
   請求項２に記載の超音波装置。
4. 前記制御部は、
   電源がオフからオンになったときに、前記高電界駆動モードで前記圧電素子を駆動する、
   請求項３に記載の超音波装置。
5. 前記第２の電界強度は、前記第１の電界強度の１．５倍より大きい、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波装置。
6. 請求項２から４のいずれか一項に記載の超音波装置と、
   媒体を搬送路に沿って搬送するローラーと、を有し、
   前記超音波発信素子と前記超音波受信素子とが、前記搬送路を挟んで対向する、
   搬送装置。
7. 第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に介在する圧電体と、を有する圧電素子が振動板に積層され、超音波を受信する超音波受信素子の制御方法であって、
   前記第１電極と前記第２電極との間に加える直流電圧を制御することによって前記圧電素子の駆動を制御し、
   前記超音波受信素子に前記超音波を受信させるときに、前記圧電体に第１の電界強度の電界が加わる第１の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える受信駆動モードで前記圧電素子を駆動し、
   前記受信駆動モードの実施よりも前に、前記圧電体に前記第１の電界強度よりも高い第２の電界強度の電界が加わる第２の直流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に加える高電界駆動モードで前記圧電素子を駆動する、
   超音波受信素子の制御方法。

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