JP6622517B2 - シート搬送装置および画像読取装置 - Google Patents

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Description

本発明は、シート搬送装置等で複数のシートの重なりを検知する技術に関する。
画像形成装置や画像読取装置ではシートを搬送するシート搬送装置が使用される。シートは一枚ずつ搬送されること（「単送」と呼ぶ）が前提とされており、複数枚のシートが重なって搬送されると（「重送」と呼ぶ）、シートの搬送が停止される。特許文献１によれば重送を検知するための超音波センサが提案されている。とりわけ、特許文献１では超音波センサの感度バラツキに応じて受信信号の増幅度を変更することが提案されている。
特開２０１２−１８８１７７号公報
ところで、超音波センサが出力する信号は増幅回路で増幅されるが、外来ノイズや半導体ノイズ等のノイズ成分によって検知精度が低下しうる。ノイズの影響を軽減するためには複数回にわたって超音波をバースト発信させ、検知結果を平均化することが有効である。しかし、バースト発信を行うと一定時間にわたり残響が残るため、残響が消えるまで次のバースト発信を行うことができない。なお、先行するバースト発信と後続のバースト発信との時間間隔をバースト間隔と呼ぶことにする。バースト間隔を長く設定すると、後続のバースト発信へ及ぶ残響の影響は小さくなる。しかし、先行するシートと後続するシートとの重なり量が小さい重送（連れ重送）を検知できなくなってしまうことがある。これは、バースト間隔が長くなるにつれて、一枚のシートを搬送中に重送検知を実行できる回数が減少するからである。重送を検知するために使用される閾値はシートが無い状態でバースト発信を行うことで決定される。シートが無い状態では残響が長時間にわたって発生するため、バースト間隔を長くせざるを得ない。一方で、シートが有る状態では残響がより短い時間にわたって発生する。したがって、シートが有る状態でのバースト間隔をシートが無い状態でのバースト間隔よりも短く設定できれば、一枚のシートに対するバースト発信の回数を増加せることが可能となり、重送検知の精度が向上しよう。たとえば、連れ重送であっても検知可能となろう。そこで、本発明は従来よりも精度よく重送を検知できるようにすることを目的とする。
本発明は、たとえば、
搬送路においてシートを搬送する搬送手段と、
超音波を発信する発信手段と、
前記発信手段に対向して取り付けられ、前記発信手段から発信された超音波を受信する受信手段と、
前記受信手段から出力される出力信号の振幅レベルを閾値と比較することで前記搬送路において複数のシートが重送しているかどうかを検知する重送検知手段と、
前記閾値を決定する際には前記発信手段と前記受信手段との間にシートがない状態において第一バースト間隔で前記発信手段に超音波を発信させ、前記シートの重送を検知する際には前記発信手段と前記受信手段との間にシートがある状態において前記第一バースト間隔よりも短い第二バースト間隔で前記発信手段に超音波を発信させる制御手段と、
前記発信手段と前記受信手段との間にシートが無い状態で前記発信手段が前記第一バースト間隔で発信した超音波を前記受信手段が受信することで出力した出力信号の振幅レベルに基づき重送と単送とを区別可能な前記閾値を決定する決定手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記シートの搬送を指示されたタイミングから前記シートが前記発信手段と前記受信手段との間に到達するまでの前記発信手段と前記受信手段との間にシートが無い状態で前記発信手段に超音波を発信させて、前記決定手段に前記閾値を決定させ、
前記重送検知手段は、前記シートが前記発信手段と前記受信手段との間に到達すると、前記決定手段により決定された前記閾値を用いて複数のシートが重送しているかどうかを検知することを特徴とするシート搬送装置を提供する。
本発明によれば従来よりも精度よく重送を検知できるようになる。
シート搬送装置の構成を示す図 コントローラを示すブロック図 超音波センサ近傍の詳細を示す図 重送検知の原理を示す図 増幅器およびＡＤ変換器の詳細を示す図 原稿の有無に応じた出力信号の振幅値の一例を示す図 超音波の減衰量、振幅値および比率の関係を示す図 サンプリングポイントを説明する図 残響の影響を説明する図 振幅の決定方法を説明する図 重送検知を示すフローチャート バースト間隔の違いを説明する図 残響の発生原理を説明する図
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。なお、画像読取装置はスタンドアローンのイメージスキャナ、ネットワークに接続されたイメージスキャナ、ファクシミリ装置、複写機または複合機であってもよい。また、シート搬送装置は画像形成装置に実装されてもよい。
＜画像読取装置＞
図１において、画像読取装置１１５はシート搬送装置１００を有している。原稿トレイ１０１は一枚以上のシート（原稿１０２）が載置される原稿台である。原稿１０２の搬送方向において原稿トレイ１０１よりも下流には、給紙ローラ１０３が設けられている。給紙ローラ１０３は分離ローラ１０４と同一の駆動源に接続され、その回転に連れて回転し、原稿１０２を給紙する。従動ローラ１０５は、分離ローラ１０４に対向して配置されており、分離ローラ１０４に対して押圧されている。従動ローラ１０５は、たとえば、分離ローラ１０４より僅かに摩擦が少ないゴム材等から形成されていてもよい。従動ローラ１０５は分離ローラ１０４と協働して、給紙ローラ１０３によって給紙される原稿１０２を一枚ずつ分離して搬送する。
シートセンサＳ２は従動ローラ１０５及び分離ローラ１０４を原稿１０２が通過したタイミングを検知するためのセンサである。超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２は搬送路を挟んで対向するように配置されている。超音波発信部Ｔ１が発信した超音波を超音波受信部Ｔ２が受信をすることで原稿１０２の重なりの有無が検知される。
レジストローラ対１０６は原稿１０２の斜行を補正する搬送ローラである。リードローラ対１０８は原稿１０２を流し読みガラス１１６に向けて搬送する搬送ローラである。流し読みガラス１１６に対向してプラテンガイド１１０が配置されている。流し読みガラス１１６上を通過する原稿１０２の表面の画像情報が画像センサ１２６により読み取られる。画像センサ１２６が原稿１０２の読み取りが終了すると、リード排出ローラ対１１１は原稿１０２を排紙ローラ対１１３に向けて搬送する搬送ローラである。排紙ローラ対１１３は原稿１０２を排紙トレイ１１４に排出する搬送ローラである。なお、これらの搬送ローラは搬送路においてシートを搬送する搬送手段として機能する。
画像読取装置１１５の本体は、原稿台ガラス１１８、第一ミラー台１２３、第二ミラー台１２４、レンズ１２５および画像センサ１２６などを有している。第一ミラー台１２３には、原稿１０２の読み取り対象面に対して光を照射する光源１１９、原稿１０２からの反射光を画像センサ１２６に導くためのミラー１２０を有している。第二ミラー台１２４は、原稿１０２からの反射光を画像センサ１２６に導くためのミラー１２１、１２２を有する。第一ミラー台１２３、第二ミラー台１２４は原稿台ガラス１１８と平行に移動することで、原稿台ガラス１１８に載置された原稿１０２を読み取る。画像センサ１２６は、レンズ１２５を通じて結像した反射光を受光素子で光電変換し、入射光量に応じた電気信号を出力する。
＜コントローラ＞
図２を用いて画像読取装置１１５を制御するコントローラについて説明する。ＣＰＵ２０１はメモリ２０６のＲＯＭに記憶されている制御プログラムにしたがって画像読取装置１１５を制御する。メモリ２０６はＲＡＭも有している。ＣＰＵ２０１はモーター２０２を制御することで、シート搬送装置１００内の様々な搬送ローラを駆動する。また、ＣＰＵ２０１はシートセンサＳ２を用いて原稿１０２の到着タイミングを検知し、超音波発信部Ｔ１や超音波受信部Ｔ２、ＡＤ変換器２０５などの動作タイミングを制御する。
超音波の発信系は駆動回路２０３と超音波発信部Ｔ１を有している。駆動回路２０３は超音波発信部Ｔ１および超音波受信部Ｔ２の共振周波数に近い周波数（本実施例では３００ＫＨｚ）のバースト信号をＣＰＵ２０１から受信し、超音波発信部Ｔ１の駆動に必要な電圧のバースト信号に変換する。超音波発信部Ｔ１は駆動回路２０３からのバースト信号にしたがって超音波を発信する。
超音波の受信系は超音波受信部Ｔ２、増幅器２０４およびＡＤ変換器２０５を有している。超音波受信部Ｔ２は、超音波発信部Ｔ１から発信された超音波を受信し、受信した超音波の振幅に応じた電気信号を発生して、増幅器２０４に出力する。増幅器２０４は超音波受信部Ｔ２から出力された信号を増幅してＡＤ変換器２０５へ出力する。ＡＤ変換器２０５は増幅器２０４によって増幅された信号をＣＰＵ２０１から出力されるタイミング信号に応じてＡＤ変換し、その結果をＣＰＵ２０１へ出力する。
ＣＰＵ２０１はＡＤ変換器２０５の出力から受信された超音波の振幅レベルを算出し、振幅レベルに基づき原稿１０２の重送を検知する。たとえば、ＣＰＵ２０１は、制御プログラムを実行することで、超音波制御部２１１、重送検知部２１２および閾値決定部２１３として機能する。超音波制御部２１１は閾値を決定する際には第一バースト間隔で超音波発信部Ｔ１に超音波を発信させる。また、超音波制御部２１１はシートの重送を検知する際には第一バースト間隔よりも短い第二バースト間隔で超音波発信部Ｔ１に超音波を発信させる。重送検知部２１２は超音波の受信系から出力される出力信号の振幅レベルを閾値と比較することで搬送路において複数のシートが重送しているかどうかを検知する。閾値決定部２１３は搬送路にシートが無い状態で超音波発信部Ｔ１が第一バースト間隔で発信した超音波を受信系が受信することで出力した出力信号の振幅レベルに基づき重送と単送とを区別可能な閾値を決定する。なお、これらの機能はＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウエアによって実装されてもよい。メモリ２０６は、制御に必要なデータ（重送判定のための閾値や閾値を演算するための係数など）を記憶している。
＜超音波センサの設置角＞
図３は超音波発信部Ｔ１および超音波受信部Ｔ２を含む超音波センサ付近の拡大図である。本実施例では超音波発信部Ｔ１および超音波受信部Ｔ２は原稿１０２が搬送される搬送パス３０１に対して傾斜して固定されている。図３が示すように、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２を結ぶ直線（超音波の出射軸）と搬送パス３０１とのなす角度が設置角θになっている。つまり、超音波発信部Ｔ１は搬送路に対して斜めに取り付けられ、超音波を発信する発信手段の一例である。また、超音波受信部Ｔ２は搬送路に対して斜めに取り付けられ、かつ、超音波発信部Ｔ１に対向して取り付けられ、超音波発信部Ｔ１から発信された超音波を受信する受信手段（超音波の振幅に応じた出力信号を出力する出力手段）の一例である。搬送パス３０１に対して出射軸（入射軸）が直交する配置と比較して、この傾斜配置では残響の影響が小さくなるため、重送検知の精度が向上する。なお、直交配置では超音波受信部Ｔ２と原稿１０２との間で超音波が繰り返し反射するため残響が継続しやすい。設置角θについては、最も検知精度が高くなるように実験やシミュレーションによって決定される。
超音波発信部Ｔ１から発信された超音波が原稿１０２を透過して超音波受信部Ｔ２に伝搬する。超音波受信部Ｔ２は受信した超音波の強弱を電圧振幅に変換して増幅器２０４に出力する。増幅器２０４は超音波受信部Ｔ２からの出力信号を増幅し、ＡＤ変換器２０５でＡＤ変換されて取得されたデジタル値をＣＰＵ２０１が受信する。ＣＰＵ２０１は振幅レベルを示すデジタル値と所定の閾値とを比較することで原稿１０２の重送の有無を検知する。
＜重送の検知方法＞
図４（Ａ）ないし図４（Ｃ）は超音波センサを用いて原稿の「単送」と「重送」を区別する仕組みを説明する図である。図４（Ａ）は超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に原稿が無い状態における駆動信号ＩＮ_Ｔ１と出力信号ＯＵＴ_Ｔ２を示している。駆動信号ＩＮ_Ｔ１は駆動回路２０３から超音波発信部Ｔ１に入力される信号である。また、駆動信号ＩＮ_Ｔ１は連続した矩形波を含むバースト信号である。出力信号ＯＵＴ_Ｔ２は超音波受信部Ｔ２が増幅器２０４へ出力する信号である。図４（Ｂ）は超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に一枚の原稿が有る状態における駆動信号ＩＮ_Ｔ１と出力信号ＯＵＴ_Ｔ２を示している。図４（Ｃ）は超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に二枚の原稿が有る状態における駆動信号ＩＮ_Ｔ１と出力信号ＯＵＴ_Ｔ２を示している。
駆動信号ＩＮ_Ｔ１のバースト信号の開始タイミングから出力信号ＯＵＴ_Ｔ２の開始タイミングまでには遅延時間Ｔｄが発生する。遅延時間Ｔｄは超音波発信部Ｔ１から超音波受信部Ｔ２まで超音波が伝搬するのに要する伝搬時間である。
図４（Ａ）と図４（Ｂ）を比較するとわかるように、一枚の原稿１０２が超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に存在する場合、超音波が減衰するため、出力信号ＯＵＴ_Ｔ２の振幅は減少する。図４（Ｂ）と図４（Ｃ）を比較するとわかるように、二枚の原稿１０２が超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に存在する場合、超音波が原稿を透過する毎に超音波が減衰するため、出力信号ＯＵＴ_Ｔ２の振幅もさらに減少する。したがって、出力信号ＯＵＴ_Ｔ２の振幅を所定の閾値と比較すれば、ＣＰＵ２０１は「単送」と「重送」とを識別できる。
なお、原稿１０２の厚みや種類によっても超音波の減衰量は異なる。しかし、原稿１０２の厚みや種類による減衰量の変動に比べ、原稿１０２の枚数（一枚or複数枚）の違いによる減衰量の差のほうが顕著に大きい。したがって、原稿１０２の厚みや種類によらず、ＣＰＵ２０１は重送を検知可能である。
＜増幅器とＡＤ変換器＞
図５は増幅器２０４とＡＤ変換器２０５の詳細を示す図である。増幅器２０４は超音波受信部Ｔ２からの微小な出力信号ＯＵＴ_Ｔ２を大きく増幅するために、複数段の増幅回路を備えている。図５によれば一例として反転増幅回路５０１、５０２といった二段の増幅回路で増幅器２０４が構成されている。なお、反転増幅回路５０１、５０２の内部がそれぞれ多段の増幅回路で構成されていてもよい。反転増幅回路５０１の出力はＡＤ変換回路５０３に入力され、反転増幅回路５０２の出力はＡＤ変換回路５０４に入力される。超音波センサの感度バラつき、超音波センサの周囲温度、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との取り付け誤差に起因して超音波の減衰量や伝搬時間が変化する。したがって、ＣＰＵ２０１は、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に原稿が無い状態での超音波の振幅レベルを検知し、振幅レベルに応じて閾値を調整する。また、ＣＰＵ２０１は、このときの超音波の受信タイミングに応じて超音波のサンプリングタイミングを調整してもよい。
ただし、図４（Ａ）ないし図４（Ｃ）が示したように原稿が無い状態と原稿が有る状態では先に述べたように超音波の減衰量が大きく異なる。そのため同じ増幅度で出力信号ＯＵＴ_Ｔ２を増幅してしまうと原稿が無い状態での出力信号が飽和してしまうことがある。つまり、出力信号の振幅が大き過ぎて、増幅器２０４の出力電圧範囲を超えてしまうか、またはＡＤ変換器２０５の入力電圧範囲を超えてしまう。この場合は、閾値を正しく決定できなくなってしまう。あるいは、原稿が有る状態での出力信号ＯＵＴ_Ｔ２の振幅が小さすぎて、暗ノイズに埋もれてしまう。この場合は、原稿の単送と重送とを区別できなくなってしまう。
ところで、閾値を決定するための原稿が無い状態での超音波の検知は、原稿を検知する直前に実行されてもよい。これは、原稿を検知するときと閾値を決定するときとで、周囲温度や超音波センサの位置関係を同様にする点で有利であろう。これらを考慮すると、図５に示した増幅器２０４とＡＤ変換器２０５の構成が有利となる。
図６は増幅器２０４からＡＤ変換器２０５に出力される出力信号の一例を示す図である。入力信号ＩＮ_ＡＤ１は、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２の間に原稿が無い状態において、反転増幅回路５０１から出力されＡＤ変換回路５０３へ入力される信号である。入力信号ＩＮ_ＡＤ２は、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２の間に原稿が無い状態において、反転増幅回路５０２から出力されＡＤ変換回路５０４へ入力される信号である。入力信号ＩＮ_ＡＤ１は一段の反転増幅回路で増幅されているため、飽和していない。一方で、入力信号ＩＮ_ＡＤ２は二段の反転増幅回路で増幅されているため、飽和してしまう。したがって、閾値を決定する際には、入力信号ＩＮ_ＡＤ１が採用される。つまり、ＣＰＵ２０１はＡＤ変換回路５０３の出力を使用して閾値を決定する。
入力信号ＩＮ_ＡＤ３は、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２の間に一枚の原稿が有る状態において、反転増幅回路５０１から出力されＡＤ変換回路５０３へ入力される信号である。入力信号ＩＮ_ＡＤ４は、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２の間に一枚の原稿が有る状態において、反転増幅回路５０２から出力されＡＤ変換回路５０４へ入力される信号である。入力信号ＩＮ_ＡＤ３は一段の反転増幅回路で増幅されているため、十分な振幅レベルまでは増幅されていない。一方で、入力信号ＩＮ_ＡＤ４は二段の反転増幅回路で増幅されているため、十分な振幅レベルまで増幅されている。したがって、重送を検知する際には、入力信号ＩＮ_ＡＤ４が採用される。つまり、ＣＰＵ２０１はＡＤ変換回路５０４の出力を使用して重送を検知する。なお、反転増幅回路５０１、５０２によって信号の極性が反転してしまう。しかし、重送検知では信号の振幅が使用されるため、極性の反転は問題とならない。
図７（Ａ）および図７（Ｂ）を用いて超音波の特性と重送検知の方法を説明する。上述したように、超音波の減衰量は、超音波センサの感度バラつき（個体差）、周囲温度、取り付け誤差などに依存して変動する。したがって、減衰量の変動に応じて重送検知のための閾値を補正する必要がある。ＣＰＵ２０１は、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に原稿が無い状態における超音波の振幅レベル（ＡＤ変換回路５０３の出力）を用いて閾値を補正するための補正係数を決定する。
図７（Ａ）は超音波発信部Ｔ１から超音波受信部Ｔ２へ送信された超音波の減衰量とＡＤ変換器２０５へ入力される信号の振幅値との関係を表している。Ｃ１は、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に原稿が無い状態においてＡＤ変換回路５０３へ入力される信号の振幅特性を示している。Ｃ２は、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に一枚の原稿が有る状態においてＡＤ変換回路５０４へ入力される信号の振幅特性を示している。いずれの場合でも超音波の減衰量が大きくなるにつれて振幅値は小さくなり、超音波の減衰量が小さくなるにつれて振幅値は大きくなることがわかる。
図７（Ｂ）はＣ１とＣ２との比率Ｒを示す図である。図７（Ｂ）が示すように超音波の減衰量が変動しても、原稿が無い状態での振幅値と原稿が有る状態での振幅値との比率はほぼ一定となる。つまり、ＣＰＵ２０１は、原稿が無い状態での振幅値を決定することで、原稿が有る状態での振幅値を高い精度で算出できる。よって、ＣＰＵ２０１は、原稿が無い状態での振幅値を取得することで「単送」と「重送」を区別するための閾値を精度よく決定することができる。閾値は、「単送」についての振幅値と「重送」についての振幅値との間になるように決定または補正される。
図８は振幅算出の詳細を説明する図である。増幅器２０４によって増幅されて信号ＩＮ_ＡＤはＡＤ変換器２０５に入力されてサンプリングされる。ＣＰＵ２０１は駆動回路２０３に駆動信号の出力を開始するよう指示したタイミングから所定時間経過したタイミングにＡＤ変換器２０５に動作開始信号を出力する。ＡＤ変換器２０５は動作開始信号を受信すると、所定のサンプリング間隔で信号ＩＮ_ＡＤをサンプリングし、デジタル値に変換してＣＰＵ２０１へ出力する。図８が示すように、超音波（駆動信号）の一周期にわたってサンプリングが実行される。たとえば、３００［ＫＨｚ］の駆動信号であれば、一周期は３．３［μｓ］である。図８が示すように、ＡＤ変換の開始タイミングは信号ＩＮ_ＡＤの振幅が最大となるタイミングである。なお、サンプリングが実行される期間は検知ウインドウや振幅検知期間と呼ばれてもよい。
振幅を正しく検知するためにサンプリング間隔は超音波の駆動周期（駆動信号の周期）に対して十分に小さい必要がある。本実施例では３００［ＫＨｚ］の駆動信号で超音波が生成されるため、その周期は３．３［μｓ］である。この周期に対して８回のサンプリングを行う場合、サンプリング間隔は０．４１［μｓ］に設定される。このように超音波の駆動周期に対して十分に小さいサンプリング間隔でサンプリングを行い、サンプリングされ値の中で最小値と最大値を決定し、その差分を取得することで、受信した超音波の任意の１波分の振幅が求められる。
振幅 ＝ MAX(A, B, C, D, E, F, G, H)- MIN(A, B, C, D, E, F, G, H) ・・・（１）
図８では、Ａ〜Ｈの８個のサンプル値が得られている。MAX()は最大値を決定する関数であり、MIN()は最小値を決定する関数である。図８では信号ＩＮ_ＡＤの電圧値が最小となるのはサンプリングポイントＡであり、電圧値が最大なとなるのはサンプリングポイントＥである。よって、振幅はサンプリングポイントＥの電圧値からサンプリングポイントＡの電圧値を減算することで決定される。
前述したように、超音波受信部Ｔ２の出力信号のレベルは微小であるため、増幅器２０４の増幅度は大きな増幅度に設定される。そのため、外来ノイズによる影響が大きい。一周期分のサンプリング結果だけでは、精度の良い振幅が得られないことがある。そこで、ＣＰＵ２０１は、超音波のバースト発信をＮ回行うことで、各サンプリングポイントごとにＮ個のサンプリング結果を取得し、各サンプリングポイントごとに統計処理（例：平均値の算出）を実行する。たとえば、Ｎは８に設定されてもよい。ＣＰＵ２０１は、各サンプリングポイントごとの平均値の中で最大値と最小値を決定し、その差分を振幅として決定する。
バースト間隔が短いほどサンプリングに要する時間も短くなり、一回の重送検知に必要となる検知時間も短くなるであろう。しかし、バースト間隔を短くし過ぎると問題が生じる。図９が示すように、先行する超音波の出力によって発生した残響が残っている状態で後続の超音波が出力されるため、後続の超音波に残響が重畳してしまう。これは、超音波の検知結果（振幅）の精度を低下させてしまう。よって、バースト間隔は直前にバースト駆動された超音波の残響が十分に小さくなる時間に設定される必要がある。なお、バースト間隔は実験やシミュレーションによって画像読取装置の工場出荷時に設定されうる。
図１０は超音波の受信波が一つの検知ウインドウ内でＫ個のサンプリングポイント（例：８か所）でサンプリングされる例を示している。なお、各サンプリングポイントではＮ回（例：８回）にわたり電圧値がサンプリングされる。つまり、Ｎ回のバースト発信が実行される。
ＣＰＵ２０１は、Ｎ回のバースト発信についてそれぞれ同一のサンプリングポイントでサンプリングを実行して、その結果を平均化する。つまり、Ｎ回のバースト発信のそれぞれでＣＰＵ２０１は駆動回路２０３に駆動信号の出力を生成したタイミングから定期間後にサンプリングを開始する。これにより、Ｎ回のそれぞれにおいてサンプリングポイントの位相（位置）が一致するようになる。図１０によれば、サンプリングポイントＡではA[1]〜A[8]のサンプル値が取得され、それらが平均化されて、A[ave]が求められる。
A[ave]= （A[1]+ A[2]+ A[3]+ A[4]+ A[5]+ A[6]+ A[7]+A[8]） ／ 8 ・・・（２）
複数回にわたり超音波を発信して検知してもサンプリングポイントの時間方向へのばらつきはほとんど無い。そのため、平均化によって外来ノイズ（振幅方向でのバラつき）が低減される。
＜フローチャート＞
図１１は重送検知を示すフローチャートである。このフローは特に明記が無い場合すべてＣＰＵ２０１が実行する。ＣＰＵ２０１は、原稿１０２の読み取り開始を操作部等から指示されると、以下の処理を実行する。
Ｓ１０１でＣＰＵ２０１は、重送検知用の閾値を決定するために超音波のバースト間隔として第一バースト間隔をメモリ２０６から読み出して設定し、第一バースト間隔ごとにバースト信号を出力する。第一バースト間隔は、超音波センサの感度のばらつき、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２の相対的な取り付け位置関係、温度、気圧等を加味して、残響が許容限度以下になるように決定される。上述したように、工場出荷時に実験やシミュレーションによって第一バースト間隔が決定される。駆動回路２０３はＣＰＵ２０１から入力されたバースト信号を変換して駆動信号ＩＮ_Ｔ１を生成し、超音波発信部Ｔ１に出力する。超音波発信部Ｔ１は駆動信号ＩＮ_Ｔ１により駆動され、超音波の発信を開始する。
Ｓ１０２でＣＰＵ２０１は超音波の検知を開始する。ＣＰＵ２０１はバースト信号の出力を開始したタイミングから所定時間が経過したタイミングに検知ウインドウを設定し、Ｍ個のサンプリングポイントについてＡＤ変換回路５０３にサンプリングを実行させる。上述したように、この処理はＮ回繰り返され、ＣＰＵ２０１は、各サンプリングポイントで取得されたＮ個のサンプル値の平均値を求め、さらに最大値と最小値とを決定し、最大値と最小値との差分から振幅を決定する。ＣＰＵ２０１は振幅をメモリ２０６のＲＡＭに格納する。なお、ＡＤ変換回路５０３がサンプリングする信号は反転増幅回路５０１によって増幅された信号である。これによりＡＤ変換回路５０３に入力される信号が飽和してしまうことを抑制できる。
Ｓ１０３でＣＰＵ２０１は、決定された振幅に基づき重送検知用の閾値を決定する。図７（Ｂ）を用いて説明したように、超音波の減衰量が変動しても、原稿が有る状態での振幅と原稿が無い状態での振幅との比率Ｒは一定である。よって、ＣＰＵ２０１は、メモリ２０６に記憶された振幅値に所定の補正係数を乗算することで閾値を決定し、メモリ２０６に格納する。補正係数は、たとえば、０．７である。補正係数を決定するために、市場で入手可能な様々な原稿のうち、最も超音波の減衰量の多い原稿（出力信号の振幅値が最小となるもの）が実験により決定される。この原稿について原稿が有る状態での振幅と原稿が無い状態での振幅が測定され、その比率Ｒが求められる。比率ＲにマージンＭｇが乗算され、補正係数Ｅが決定される。マージンＭｇを用いることで、厚紙が搬送されても重送と誤検知される可能性が小さくなる。
Ｓ１０４でＣＰＵ２０１は各種の搬送ローラを回転させるためのモーター２０２を駆動して原稿１０２の給紙および搬送を開始する。Ｓ１０５でＣＰＵ２０１はシートセンサＳ２の検知信号に基づきシートセンサＳ２に原稿１０２の先端が到着したかどうかを判定する。シートセンサＳ２に原稿１０２の先端が到着すると、ＣＰＵ２０１はＳ１０６に進む。Ｓ１０６でＣＰＵ２０１はカウンタまたはタイマーを用いて所定時間Ｔｗの経過を待つ。これは、シートセンサＳ２の検知位置から超音波センサの検知位置まで原稿１０２が移動するのを待つためである。そのため、ＣＰＵ２０１は所定時間Ｔｗの経過を待ってからＳ１０７に進む。
Ｓ１０７でＣＰＵ２０１は重送検知のための超音波のバースト間隔として第二バースト間隔をメモリ２０６から読み出して設定し、第二バースト間隔ごとにバースト信号を出力する。第二バースト間隔は、第一バースト間隔よりも短い。上述したように、工場出荷時に実験やシミュレーションによって第二バースト間隔も決定される。第一バースト間隔は原稿が有る状態で実験が実行されて決定されるが、第二バースト間隔は原稿が無い状態で実験が実行されて決定される。第二バースト間隔も超音波センサの感度のばらつき、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２の相対的な取り付け位置関係、温度、気圧等を加味して、残響が許容限度以下になるように決定される。駆動回路２０３はＣＰＵ２０１から入力されたバースト信号を変換して駆動信号ＩＮ_Ｔ１を生成し、超音波発信部Ｔ１に出力する。超音波発信部Ｔ１は駆動信号ＩＮ_Ｔ１により駆動され、超音波の発信を開始する。
Ｓ１０８でＣＰＵ２０１は超音波の検知を開始する。ＣＰＵ２０１はバースト信号の出力を開始したタイミングから所定時間が経過したタイミングに検知ウインドウを設定し、Ｍ個のサンプリングポイントについてＡＤ変換回路５０４にサンプリングを実行させる。ＡＤ変換回路５０４にサンプリングを実行させるのは、原稿１０２が存在すると出力信号ＯＵＴ_Ｔ１の振幅が小さくなるため、大きな増幅度が必要となるからである。上述したように、この処理はＮ回繰り返され、ＣＰＵ２０１は、Ｍ個のサンプリングポイントでそれぞれ取得されたＮ個のサンプル値から平均値を求め、Ｍ個の平均値の中で最大値と最小値を決定し、最大値と最小値との差分から振幅を決定する。
Ｓ１０９でＣＰＵ２０１は振幅値が閾値を超えているかどうかに基づき、重送の有無を判定する。ＣＰＵ２０１は振幅値が閾値を上回っていれば単送と判定し、振幅値が閾値を上回っていなければ重送と判定する。単送を検知すると、ＣＰＵ２０１はＳ１１０をスキップして、重送検知を終了する。つまり、当該シートについて画像が読み取られる。一方で重送を検知すると、ＣＰＵ２０１はＳ１１０に進む。Ｓ１１０でＣＰＵ２０１は、モーター２０２を停止させ、原稿１０２の搬送を停止する。
原稿が無い状態と比較して原稿が有る状態でのバースト間隔を短くすることで、重送検知時間を短縮することが可能となる。また、原稿同士の重なり量が小さい連れ重送が発生してもＣＰＵ２０１はこれを検知できるようになる。
図１２（Ａ）は「原稿無し状態」における駆動信号ＩＮ_Ｔ１と超音波受信部Ｔ２からの出力信号ＯＵＴ_Ｔ２との関係を示す図である。図１２（Ｂ）は「原稿有り状態」における駆動信号ＩＮ_Ｔ１と超音波受信部Ｔ２からの出力信号ＯＵＴ_Ｔ２との関係を示す図である。図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）とを比較すると、「原稿無し状態」の第一バースト間隔と比較して「原稿有り状態」の第二バースト間隔は短い。よって、「原稿無し状態」と比較して「原稿有り状態」では超音波の検知をより短時間で完了できる。
第二バースト間隔を採用することで重送検知時間を従来よりも短くできる。重送検知時間を短くすることが可能となると、先行する原稿の後端と後続の原稿の先端とが重なりあうような連れ重送のように、重なり量が小さい重送も検知可能となる。従来は、先行する原稿の後端と後続の原稿の先端とが重なり合っている部分が超音波センサを通過する間に重送検知を完了できず、連れ重送を精度よく検知でないことがあった。これに対して本実施例では連れ重送も精度よく検知可能となる。
＜バースト間隔を短くできる理由＞
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）を用いて原稿無し状態の第一バースト間隔と比較して原稿有り状態の第二バースト間隔は短くできる理由を説明する。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）によれば、原稿有り状態での残響の継続時間は原稿無し状態での残響の継続時間よりも短いことがわかる。残響は、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間で発生する超音波の多重反射に起因する。とりわけ、超音波を受信した超音波受信部Ｔ２が超音波を反射するため、二次波源として機能してしまう。
図１３（Ａ）は原稿無し状態における超音波の伝搬の様子を示している。図１３（Ｂ）は原稿有り状態における超音波の伝搬の様子を示している。いずれの場合も、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２は原稿１０２が搬送される搬送パス３０１に対して斜めに取り付けられている。
図１３（Ａ）が示すように、原稿無し状態では、まず超音波発信部Ｔ１が発信する超音波波（一次波）が超音波受信部Ｔ２に到達する。超音波受信部Ｔ２に超音波が到達すると超音波受信部Ｔ２が備える振動板が振動し、この振動が電気エネルギーに変換されて、出力信号ＯＵＴ_Ｔ２が生成される。それと同時に振動した振動板が二次波源となり、超音波発信部Ｔ１の方向に超音波が出力される（反射する）。この超音波が超音波発信部Ｔ１で反射して超音波受信部Ｔ２に戻ってくる。この作用が繰り返され、反射の際のエネルギーロスと空気中での減衰によって超音波が十分に減衰するまで残響が継続する。
一方、図１３（Ｂ）が示すように原稿有り状態では超音波発信部Ｔ１が発信した超音波（一次波）の一部は原稿１０２で反射し、残りの一部が透過して超音波受信部Ｔ２に到達する。超音波受信部Ｔ２に超音波が到達すると超音波受信部Ｔ２の振動板が振動し、出力信号ＯＵＴ_Ｔ２が生成される。それと同時に振動板が二次波源となり、超音波が出力される（反射する）。反射された超音波は原稿１０２に到達してその一部が反射し、残りの一部が透過する。ここで反射した超音波は超音波発信部Ｔ１の方向とも超音波受信部Ｔ２の方向とも異なる別の方向へと伝搬する。これは、超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２が搬送パス３０１に対して斜めに取り付けられているためである。このように残響の原因となりうる超音波発信部Ｔ１の方向へと向かう超音波はその一部のみが原稿１０２を透過するため、超音波発信部Ｔ１に到達する超音波の強度はかなり減少する。つまり、原稿有り状態では原稿無し状態と比較して、より短い時間で残響が十分に減少する。その結果、原稿無し状態の第一バースト間隔と比較して原稿有り状態の第二バースト間隔を短く設定可能となる。
＜まとめ＞
本実施例によれば、ＣＰＵ２０１は、制御プログラムを実行することで、超音波制御部２１１、重送検知部２１２および閾値決定部２１３として機能する。超音波制御部２１１は閾値を決定する際には第一バースト間隔で超音波発信部Ｔ１に超音波を発信させる。また、超音波制御部２１１はシートの重送を検知する際には第一バースト間隔よりも短い第二バースト間隔で超音波発信部Ｔ１に超音波を発信させる。重送検知部２１２は超音波の受信系から出力される出力信号の振幅レベルを閾値と比較することで搬送路において複数のシートが重送しているかどうかを検知する。閾値決定部２１３は搬送路にシートが無い状態で超音波発信部Ｔ１が第一バースト間隔で発信した超音波を受信系が受信することで出力した出力信号の振幅レベルに基づき重送と単送とを区別可能な閾値を決定する。とりわけ、超音波制御部２１１は閾値を決定する際には第一バースト間隔で超音波発信部Ｔ１に超音波を発信させ、超音波制御部２１１はシートの重送を検知する際には第一バースト間隔よりも短い第二バースト間隔で超音波発信部Ｔ１に超音波を発信させる。これにより従来よりも一枚のシートあたりで実行される重送検知の回数を増加させることが可能となり、従来よりも精度よく重送を検知できるようになる。たとえば、先行するシートの後端と後続のシートの先端とが重なりあう現象である連れ重送のように、重なり合っている面積が小さくても重送を検知できるようになる。
超音波制御部２１１は一つの搬送ジョブにおいて閾値の決定と重送検知とを実行してもよい。つまり、超音波制御部２１１はシートの搬送を指示されたタイミングからシートが超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に到達するまでに（搬送路にシートが無い状態で）超音波発信部Ｔ１に超音波を発信させて、閾値決定部２１３に閾値を決定させる。重送検知部２１２は、シートが超音波発信部Ｔ１と超音波受信部Ｔ２との間に到達すると、閾値決定部２１３により決定された閾値を用いて複数のシートが重送しているかどうかを判定する。これにより、閾値決定時の超音波センサの状態と重送検知時の超音波センサの状態とを近づけることができ、重送検知の精度が向上する。
図１２（Ａ）を用いて説明したように、第一バースト間隔は超音波発信部Ｔ１から発信された超音波の残響が所定の許容限度以下となるのに必要となる時間である。これにより精度よく閾値を決定できるようになる。図１２（Ｂ）を用いて説明したように、第二バースト間隔は超音波発信部Ｔ１から発信された超音波の残響が所定の許容限度以下となるのに必要となる時間である。これにより精度よく重送を検知できるようになる。
Ｓ１０３に関して説明したように、閾値決定部２１３は、搬送路にシートが無い状態で取得された振幅レベルに補正係数を乗算することで閾値を決定してもよい。また、閾値決定部２１３は、搬送路にシートが無い状態で取得された振幅レベルに補正係数およびマージンを乗算することで閾値を決定してもよい。これにより、精度よく、閾値を決定することが可能となる。
図２を用いて説明したように、超音波の受信系は、超音波受信部Ｔ２、増幅器２０４およびＡＤ変換器２０５を有している。超音波受信部Ｔ２は超音波発信部Ｔ１が発信した超音波の振幅に応じた出力信号を出力する。増幅器２０４は超音波受信部Ｔ２から出力された出力信号を増幅する。ＡＤ変換器２０５は増幅器２０４で増幅された出力信号をアナログデジタル変換する。とりわけ、増幅器２０４は、閾値を決定する際には第一増幅度で超音波受信部Ｔ２からの出力信号を増幅し、複数のシートが重送しているかどうかを検知する際には第一増幅度よりも大きな第二増幅度で超音波受信部Ｔ２からの出力信号を増幅する。これにより、閾値を決定する際には出力信号の振幅の飽和を抑制できるようになる。また、重送を検知する際にはシートによって超音波が減衰し、超音波受信部Ｔ２からの出力信号の振幅が小さくなっても、重送を検知可能となるほどに増幅することが可能となる。
図５を用いて説明したように、増幅器２０４は、第一増幅段である反転増幅回路５０１と、第一増幅段の後段に接続された第二増幅段である反転増幅回路５０２とを有していてもよい。ＡＤ変換器２０５は、第一増幅段で増幅された出力信号をアナログデジタル変換する第一変換回路としてＡＤ変換回路５０３を有していてもよい。また、ＡＤ変換器２０５は、第一増幅段で増幅されかつ第二増幅段で増幅された出力信号をアナログデジタル変換する第二変換回路としてＡＤ変換回路５０４を有していてもよい。この場合、閾値決定部２１３は、ＡＤ変換回路５０３により出力された出力信号の振幅レベルを用いて閾値を決定する。これにより増幅度の小さいことで飽和していない振幅レベルを用いて閾値が決定されるようになる。重送検知部２１２は、ＡＤ変換回路５０４により出力された出力信号の振幅レベルを用いて複数のシートが重送しているかどうかを検知する。これによりシートによる減衰のために小さくなった振幅レベルであっても重送を検知できるようになる。
１００・・・シート搬送装置、１１５・・・画像読取装置、Ｔ１・・・超音波発信部、Ｔ２・・・超音波受信部

Claims (9)

  1. 搬送路においてシートを搬送する搬送手段と、
    超音波を発信する発信手段と、
    前記発信手段に対向して取り付けられ、前記発信手段から発信された超音波を受信する受信手段と、
    前記受信手段から出力される出力信号の振幅レベルを閾値と比較することで前記搬送路において複数のシートが重送しているかどうかを検知する重送検知手段と、
    前記閾値を決定する際には前記発信手段と前記受信手段との間にシートがない状態において第一バースト間隔で前記発信手段に超音波を発信させ、前記シートの重送を検知する際には前記発信手段と前記受信手段との間にシートがある状態において前記第一バースト間隔よりも短い第二バースト間隔で前記発信手段に超音波を発信させる制御手段と、
    前記発信手段と前記受信手段との間にシートが無い状態で前記発信手段が前記第一バースト間隔で発信した超音波を前記受信手段が受信することで出力した出力信号の振幅レベルに基づき重送と単送とを区別可能な前記閾値を決定する決定手段と、
    を有し、
    前記制御手段は、前記シートの搬送を指示されたタイミングから前記シートが前記発信手段と前記受信手段との間に到達するまでの前記発信手段と前記受信手段との間にシートが無い状態で前記発信手段に超音波を発信させて、前記決定手段に前記閾値を決定させ、
    前記重送検知手段は、前記シートが前記発信手段と前記受信手段との間に到達すると、前記決定手段により決定された前記閾値を用いて複数のシートが重送しているかどうかを検知することを特徴とするシート搬送装置。
  2. 前記第一バースト間隔は前記発信手段から発信された超音波の残響が所定の許容限度以下となるのに必要となる時間であることを特徴とする請求項１に記載のシート搬送装置。
  3. 前記第二バースト間隔は前記発信手段から発信された超音波の残響が所定の許容限度以下となるのに必要となる時間であることを特徴とする請求項１に記載のシート搬送装置。
  4. 前記決定手段は、前記発信手段と前記受信手段との間にシートが無い状態で取得された振幅レベルに補正係数を乗算することで前記閾値を決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
  5. 前記決定手段は、前記搬送路にシートが無い状態で取得された振幅レベルに補正係数およびマージンを乗算することで前記閾値を決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
  6. 前記発信手段および前記受信手段は、前記搬送路に対して斜めに取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
  7. 前記受信手段は、
    前記発信手段に対向して取り付けられ、前記超音波の振幅に応じた出力信号を出力する出力手段と、
    前記出力手段から出力された出力信号を増幅する増幅手段と、
    前記増幅手段で増幅された出力信号をアナログデジタル変換する変換手段と
    を有し、
    前記増幅手段は、前記閾値を決定する際には第一増幅度で前記出力手段からの出力信号を増幅し、複数のシートが重送しているかどうかを検知する際には前記第一増幅度よりも大きな第二増幅度で前記出力手段からの出力信号を増幅することを特徴とする請求項６に記載のシート搬送装置。
  8. 前記増幅手段は、第一増幅段と、前記第一増幅段の後段に接続された第二増幅段とを有し、
    前記変換手段は、前記第一増幅段で増幅された出力信号をアナログデジタル変換する第一変換回路と、前記第一増幅段で増幅されかつ前記第二増幅段で増幅された出力信号をアナログデジタル変換する第二変換回路とを有し、
    前記決定手段は、前記第一変換回路により出力された前記出力信号の振幅レベルを用いて前記閾値を決定し、
    前記重送検知手段は、前記第二変換回路により出力された前記出力信号の振幅レベルを用いて複数のシートが重送しているかどうかを検知することを特徴とする請求項７に記載のシート搬送装置。
  9. 搬送路においてシートを搬送する搬送手段と、
    超音波を発信する発信手段と、
    前記発信手段に対向して取り付けられ、前記発信手段から発信された超音波を受信する受信手段と、
    前記受信手段から出力される出力信号の振幅レベルを閾値と比較することで前記搬送路において複数のシートが重送しているかどうかを検知する重送検知手段と、
    前記閾値を決定する際には前記発信手段と前記受信手段との間にシートがない状態において第一バースト間隔で前記発信手段に超音波を発信させ、前記シートの重送を検知する際には前記発信手段と前記受信手段との間にシートがある状態において前記第一バースト間隔よりも短い第二バースト間隔で前記発信手段に超音波を発信させる制御手段と、
    前記発信手段と前記受信手段との間にシートが無い状態で前記発信手段が前記第一バースト間隔で発信した超音波を前記受信手段が受信することで出力した出力信号の振幅レベルに基づき重送と単送とを区別可能な前記閾値を決定する決定手段と、
    前記重送検知手段が重送を検知しなければ前記シートに形成された画像を読み取る読取手段と、
    を有し、
    前記制御手段は、前記シートの搬送を指示されたタイミングから前記シートが前記発信手段と前記受信手段との間に到達するまでの前記発信手段と前記受信手段との間にシートが無い状態で前記発信手段に超音波を発信させて、前記決定手段に前記閾値を決定させ、
    前記重送検知手段は、前記シートが前記発信手段と前記受信手段との間に到達すると、前記決定手段により決定された前記閾値を用いて複数のシートが重送しているかどうかを検知することを特徴とする画像読取装置。
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