(57)【要約】【課題】対象物の皺や詰まりを抑制可能な超音波センサー、及び電子機器を提供する。【解決手段】超音波センサーは、対象物が搬送される搬送面に対向する第一ベースと、前記搬送面に対して傾斜する第一軸上で、かつ、前記第一ベースの前記搬送面とは反対側に配置されて、第一軸に向かって超音波を送信する送信部と、前記第一軸上で、前記搬送面の前記送信部とは反対側に設けられ、超音波を受信する受信部と、を備え、前記送信部には、超音波を送信する複数の送信素子が、前記第一軸に対して交差する方向に沿って配置されており、前記第一ベースには、前記第一軸に沿って前記送信部から送信された超音波が通過する第一開口部が設けられ、当該第一開口部の開口面積は、前記送信部の超音波を送信する送信面の面積よりも小さく、前記送信部は、複数の前記送信素子を遅延駆動させることで、前記送信部から送信される超音波を前記第一開口部に向かって収束させる【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物が搬送される搬送面に対向する第一ベースと、
前記搬送面に対して傾斜する第一軸上で、かつ、前記第一ベースの前記搬送面とは反対側に配置されて、第一軸に向かって超音波を送信する送信部と、
前記第一軸上で、前記搬送面の前記送信部とは反対側に設けられ、超音波を受信する受信部と、を備え、
前記送信部には、超音波を送信する複数の送信素子が、前記第一軸に対して交差する方向に沿って配置されており、
前記第一ベースには、前記第一軸に沿って前記送信部から送信された超音波が通過する第一開口部が設けられ、当該第一開口部の開口面積は、前記送信部の超音波を送信する送信面の面積よりも小さく、
前記送信部は、複数の前記送信素子を遅延駆動させることで、前記送信部から送信される超音波を前記第一開口部に向かって収束させる
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波センサーにおいて、
前記送信部は、前記第一開口部の中心を焦点として超音波を収束させる
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超音波センサーにおいて、
前記搬送面は、前記送信部から送信する超音波のビーム焦点深度内に位置する
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波センサーにおいて、
前記受信部と前記搬送面との間に配置されて、前記搬送面に対向する第二ベースを備え、
前記第二ベースには、前記第一軸に沿って前記対象物を透過した超音波が通過する第二開口部が設けられ、当該第二開口部の開口面積は、前記受信部の超音波を受信する受信面の面積よりも小さい
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波センサーにおいて、
前記第二開口部の開口面積は、前記第一開口部の開口面積よりも大きい
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の超音波センサーにおいて、
前記搬送面は、前記第二ベースの前記第一ベースに対向する面である
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波センサーと、
前記超音波センサーの前記受信部からの出力に応じて前記対象物の状態を検出する状態検出部と、を備える
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサー、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を用いて対象物の状態を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の装置は、トレイから用紙（対象物）を１枚ずつ搬送する用紙搬送装置である。この用紙搬送装置では、用紙が２枚以上搬送されていないか否かを検出する重送センサーが設けられている。重送センサーは、用紙を通過するように超音波を発信する発信部と、用紙を通過した超音波を受信する受信部とを備える。このような重送センサーでは、発信部から超音波を送信させ、受信部で超音波を受信させる。この際、搬送された用紙が２枚以上重なっている場合に、受信信号が低下するので、用紙の重送を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−８８２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、用紙を搬送する搬送装置に重送を検出する重送センサーを設ける場合、用紙の搬送経路（搬送面）に沿って用紙の搬送をガイドするベースを設け、当該ベースに重送センサーから送信する超音波を通過させる孔部を設ける。しかしながら、搬送された用紙が孔部で引っ掛かる場合があり、孔部に用紙が引っ掛かったまま搬送動作が継続されると、用紙に皺が生じたり、装置内で用紙が詰まったりする。
【０００５】
本発明は、対象物の皺や詰まりを抑制可能な超音波センサー、及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一適用例に係る超音波センサーは、対象物が搬送される搬送面に対向する第一ベースと、前記搬送面に対して傾斜する第一軸上で、かつ、前記第一ベースの前記搬送面とは反対側に配置されて、第一軸に向かって超音波を送信する送信部と、前記第一軸上で、前記搬送面の前記送信部とは反対側に設けられ、超音波を受信する受信部と、を備え、前記送信部には、超音波を送信する複数の送信素子が、前記第一軸に対して交差する方向に沿って配置されており、前記第一ベースには、前記第一軸に沿って前記送信部から送信された超音波が通過する第一開口部が設けられ、当該第一開口部の開口面積は、前記送信部の超音波を送信する送信面の面積よりも小さく、前記送信部は、複数の前記送信素子を遅延駆動させることで、前記送信部から送信される超音波を前記第一開口部に向かって収束させることを特徴とする。
【０００７】
本適用例では、超音波センサーは、搬送面に交差する第一軸上で、搬送面を挟んで配置される送信部及び受信部を備え、送信部と搬送面との間には第一ベースが設けられる。この第一ベースは、第一軸に沿った第一開口部を有し、送信部から送信された超音波は、第一開口部を通って搬送面上の対象物に出力される。このような超音波センサーでは、対象物を透過した超音波を受信部で受信することで、受信部から出力される受信信号の信号強度に基づいて、対象物の状態（例えば、対象物の厚みや、対象物の重送等）を検出することが可能となる。
そして、本適用例では、第一ベースに設けられる第一開口部の開口面積は、送信部の送信面よりも小さく、送信部は、第一軸に対して交差する方向に配置された複数の送信素子を遅延駆動させることで、送信超音波を第一開口部に向かって収束させる（ビームフォーカシング）。このため、第一開口部の開口面積を小さくでき、搬送面に沿って対象物を搬送した際に、対象物が第一開口部に引っ掛かる不都合が抑制され、対象物の皺や詰まりを抑制することができる。
また、送信部から送信される超音波をビームフォーカシングによって第一開口部に収束させるので、送信超音波が第一ベースによって反射される量を抑制でき、対象物に対して音圧の高い超音波を送信することができる。すなわち、本適用例では、超音波センサーにおける超音波の送受信精度の低下を抑制しつつ、対象物の皺や詰まりを抑制することができる。
【０００８】
本適用例の超音波センサーにおいて、前記送信部は、前記第一開口部の中心を焦点として超音波を収束させることが好ましい。なお、ここで述べる第一開口部の中心とは、第一軸から見た際の平面視における第一開口部の重心である。また、本発明では、焦点が当該重心に完全に一致する場合の他、焦点が重心から僅かにずれている場合をも含めるものである。つまり、超音波センサーでの超音波の送受信精度に影響が出ない程度の誤差は、本発明に含まれるものである。
本適用例では、送信部は、第一開口部の中心を焦点として、ビームフォーカシングを行うため、送信部から送信される超音波のビーム幅は、第一開口部で最小幅となる。よって、第一開口部の開口面積を、このビーム幅に応じた寸法とすることで、対象物に向かって出力する送信超音波の音圧を高く維持しつつ、第一開口部の開口面積を最小にできる。
【０００９】
本適用例の超音波センサーにおいて、前記搬送面は、前記送信部から送信する超音波のビーム焦点深度内に位置することが好ましい。
送信部の各送信素子を遅延駆動させて、送信超音波を所定の焦点で収束させる場合、送信超音波は、送信部から焦点に向かってビーム幅が漸減し、焦点から所定のビーム焦点深度までの間、略同一のビーム幅で進み、ビーム焦点深度を超えると、ビーム幅が漸増するビーム形状となる。本適用例では、このビーム焦点深度内に搬送面が位置するので、ビームフォーカシングによって収束された略最小ビーム幅の超音波ビームを対象物に入力させることができる。焦点からビーム焦点深度の間では、複数の送信素子から送信された超音波が合成されて強め合うので、超音波の音圧も高くなる。よって、この区間内に搬送面を設けることで、対象物を透過する超音波の音圧も高くなり、当該透過超音波を受信した受信部から信号強度が大きい受信信号が出力される。これにより、超音波センサーにおける受信信号に基づいて、ノイズを抑制した高精度な対象物の状態検出を実施することが可能となる。
【００１０】
本適用例の超音波センサーにおいて、前記受信部と前記搬送面との間に配置されて、前記搬送面に対向する第二ベースを備え、前記第二ベースには、前記第一軸に沿って前記対象物を透過した超音波が通過する第二開口部が設けられ、当該第二開口部の開口面積は、前記受信部の超音波を受信する受信面の面積よりも小さいことが好ましい。
ビームフォーカシングされた超音波が対象物に入力されると、対象物の状態（厚み）に応じた超音波が対象物を透過する。この際、対象物を透過した超音波は、当該超音波の入力位置から離れるにしたがってビーム幅が拡開するようなビーム形状で受信部に向かって進む。したがって、受信部の受信面に対して第二開口部の開口面積が小さい場合でも、対象物を透過した超音波を受信部に向かって通過させることができる。また、第二開口部の開口面積を小さくできるので、対象物の第二開口部への引っ掛かりを抑制でき、対象物の皺や詰まりを抑制できる。
【００１１】
本適用例の超音波センサーにおいて、前記第二開口部の開口面積は、前記第一開口部の開口面積よりも大きいことが好ましい。
上述したように、対象物を透過する超音波のビーム幅は、超音波の入力位置から離れるにしたがって拡開する。このため、第二開口部を第一開口部の開口面積以下とすると、対象物を透過した超音波の一部が第二開口部から受信部に受信されず、第二ベースで反射されてしまう。これに対し、本適用例では、第二開口部の開口面積が第一開口部よりも大きいので、第二ベースでの超音波の反射を抑制できる。
【００１２】
本適用例の超音波センサーにおいて、前記搬送面は、前記第二ベースの前記第一ベースに対向する面であることが好ましい。
本適用例では、搬送面が第二ベースの第一ベースに対向する面である。つまり、対象物は、第二ベースの表面に沿って搬送される。この場合、搬送面上の対象物を透過した超音波が、搬送面に連続する第二開口部を通って受信部で受信されることになり、第二開口部の開口面積を最小にでき、対象物の皺や詰まりをより好適に抑制できる。
【００１３】
本発明の一適用例に係る電子機器は、上述した適用例の超音波センサーと、前記超音波センサーの前記受信部からの出力に応じて前記対象物の状態を検出する状態検出部と、を備えることを特徴とする。
本適用例では、上述のように、超音波センサーにおいて、対象物が第一開口部に引っ掛かる不都合を抑制しつつ、受信部から出力される受信信号も大きくできる。このため、受信部からの受信信号に基づいて、高い精度で対象物の状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一実施形態のイメージスキャナーの概略構成を示す外観図。
【図２】第一実施形態の搬送部の概略を示す側断面図。
【図３】第一実施形態の超音波センサーの概略構成を示す断面図。
【図４】第一実施形態の超音波センサーを構成する送信本体部の平面図。
【図５】図４のＡ−Ａ線を切断した際の送信本体部の一部の断面図。
【図６】第一実施形態において、超音波センサーをＸ方向から見た場合の送信超音波のビーム形状を説明するための模式図。
【図７】ビームフォーカシングを説明するための図。
【図８】第一実施形態の超音波ビームの概略形状を模式的に示した斜視図。
【図９】第一実施形態におけるイメージスキャナーの制御系を示すブロック図。
【図１０】第二実施形態における超音波センサーの送信本体部での送信素子の配置構成を示す概略平面図。
【図１１】第二実施形態の送信部でビームフォーカシングを行う際の各送信素子の遅延駆動順を説明するための図。
【図１２】第二実施形態における超音波センサーの超音波ビームの概略形状を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のイメージスキャナー１０の概略構成を示す外観図である。図２は、イメージスキャナー１０の搬送部の概略を示す側断面図である。なお、図２では、搬送方向（Ｙ方向）に対して直交するＸ方向からイメージスキャナー１０を見た際の側断面図である。
［イメージスキャナー１０の概略構成］
図１に示すように、本実施形態のイメージスキャナー１０は、装置本体（以降、本体１１と略す）と、対象物である用紙Ｐ（図２参照）が載置される用紙サポート１２と、を備える。本体１１の内部には、図２に示すように、用紙Ｐを搬送する搬送部１３と、搬送された用紙Ｐの画像を読み取るスキャン部１４と、用紙Ｐの重送を検出する超音波センサー１５（重送センサー）と、イメージスキャナー１０を制御する制御部１６と、が設けられている。なお、対象物として、本実施形態では用紙Ｐを例示するが、これに限定されるものではなく、例えば、フィルムや布帛等、種々のメディアを対象物とすることができる。
本体１１には、図１及び図２に示すように、用紙サポート１２との接続位置に給送口１１Ａが設けられている。用紙サポート１２に載置された用紙Ｐは、給送口１１Ａへ１枚ずつ給送される。給送された用紙Ｐは、搬送部１３により、本体１１内の所定の搬送経路（搬送面１３０）に沿って搬送される。そして、その搬送途中の読取位置で、スキャン部１４により画像が読み取られた後、本体１１の前側下部に開口する排出口１１Ｂから排出される。
【００１６】
［搬送部１３の構成］
搬送部１３は、用紙サポート１２に積載（セット）された複数枚の用紙Ｐを、搬送方向（Ｙ方向）に１枚ずつ搬送する。すなわち、搬送部１３は、給送口１１Ａから送られた用紙Ｐを本体１１内へ案内しつつ給送し、給送した用紙Ｐを搬送面１３０に沿って搬送する。
【００１７】
より具体的には、搬送部１３は、本体１１内の用紙Ｐの搬送方向（Ｙ方向）上流側に配置された第一給送ローラー対１３１と、第一給送ローラー対１３１よりもＹ方向下流側に配置された第二給送ローラー対１３２とを備える。さらに、搬送部１３は、用紙Ｐの読取位置を挟んでＹ方向上流側に配置された第一搬送ローラー対１３３と、下流側に配置された第二搬送ローラー対１３４とを備える。
【００１８】
第一給送ローラー対１３１は、第一駆動ローラー１３１Ａと第一従動ローラー１３１Ｂとにより構成される。同様に、第二給送ローラー対１３２は、第二駆動ローラー１３２Ａと第二従動ローラー１３２Ｂとにより構成される。また、第一搬送ローラー対１３３は、第三駆動ローラー１３３Ａと第三従動ローラー１３３Ｂとにより構成される。同様に、第二搬送ローラー対１３４は、第四駆動ローラー１３４Ａと第四従動ローラー１３４Ｂとにより構成される。各従動ローラー１３１Ｂ〜１３４Ｂは、それぞれが対をなす駆動ローラー１３１Ａ〜１３４Ａの回転により従動（連れ回り）する。
【００１９】
各ローラー対１３１〜１３４を構成する各駆動ローラー１３１Ａ〜１３４Ａは、それらの動力源である搬送モーター１３５の動力により回転駆動する。なお、搬送モーター１３５は、制御部１６により制御され、各駆動ローラー１３１Ａ〜１３４Ａを駆動させる。
また、第二給送ローラー対１３２を構成する第二従動ローラー１３２Ｂはリタードローラーとなっており、その外周面の用紙Ｐに対する摩擦係数が、第二駆動ローラー１３２Ａの外周面の用紙Ｐに対する摩擦係数よりも大きくなっている。このため、第二給送ローラー対１３２は、用紙Ｐを１枚ずつ分離してＹ方向の下流側へ送り出す分離機構として機能する。よって、第一給送ローラー対１３１の回転により用紙サポート１２に積載された複数の用紙Ｐは、例えば最下位のものから順番に１枚ずつ給送口１１Ａから本体１１内へ給送され、さらに第二給送ローラー対１３２の回転により１枚ずつ分離されてＹ方向の下流側へ給送される。
【００２０】
［スキャン部１４の構成］
図２に示すように、搬送面１３０の第一搬送ローラー対１３３と、第二搬送ローラー対１３４との間には、用紙Ｐの画像を読み取る読取位置が設けられ、スキャン部１４が設けられている。
スキャン部１４は、例えば、搬送面１３０を挟む両側に設けられた第１スキャン部１４Ａと第２スキャン部１４Ｂとからなる。このスキャン部１４は、搬送中の用紙Ｐに光を照射可能な光源１４１と、主走査方向（搬送方向であるＹ方向に交差するＸ方向）に延びるイメージセンサー１４２とにより構成される。用紙Ｐの片面（表面）を読み取る通常読取モードのときは、第１スキャン部１４Ａが読取動作を行い、用紙Ｐの両面（表裏面）を読み取る両面読取モードのときは、第１スキャン部１４Ａと第２スキャン部１４Ｂとが共に読取動作を行う。スキャン部１４（１４Ａ，１４Ｂ）を構成する光源１４１及びイメージセンサー１４２は、制御部１６に接続され、制御部１６の制御によって、用紙Ｐの画像を読み取るスキャン処理を実施する。
【００２１】
［超音波センサー１５の構成］
超音波センサー１５は、例えば、Ｙ方向の第二給送ローラー対１３２と第一搬送ローラー対１３３との間の位置に設けられている。この超音波センサー１５は、重送センサーであり、搬送部１３により搬送される用紙Ｐの重送を検出する。
【００２２】
図３は、超音波センサー１５の概略構成を示す断面図である。なお、図３は、超音波センサー１５を、搬送方向（Ｙ方向）から見た際の断面図を示す。
図３に示すように、超音波センサー１５は、送信部１５１と、受信部１５２と、第一ベース１５３と、第二ベース１５４と、を含んで構成されている。
送信部１５１と受信部１５２とは、搬送面１３０を挟んで配置されている。第一ベース１５３は、送信部１５１と搬送面１３０との間に位置し、第二ベース１５４は、受信部１５２と搬送面１３０との間に位置する。
この超音波センサー１５では、搬送部１３により搬送される用紙Ｐに対して送信部１５１から超音波を発信する。送信部１５１から送信された超音波は、第一ベース１５３に設けられた第一開口部１５３Ａを通過して用紙Ｐに入力される。用紙Ｐを透過した超音波は、第二ベース１５４の第二開口部１５４Ａを通過して受信部１５２で受信される。受信部１５２で超音波が受信されると、受信部１５２から受信した超音波の音圧に応じた受信信号が出力され、この受信信号の信号強度に基づいて用紙Ｐの重送が検出される。
【００２３】
図３に示すように、送信部１５１及び受信部１５２は、送信部１５１の中心と受信部１５２の中心とを通るセンサー中心軸１５Ｃ（第一軸）が、搬送面１３０に搬送される用紙Ｐの表面の法線に対して、所定の角度θ（例えば２０°）で傾斜するように、本体１１に取り付けられている。
つまり、センサー中心軸１５Ｃが、用紙Ｐの表面の法線方向と一致する場合、送信部１５１から送信された超音波が、用紙Ｐと送信部１５１との間で多重反射する虞がある。また、用紙Ｐを通過した超音波が受信部１５２と用紙Ｐとの間で多重反射する虞がある。この場合、受信部１５２では、送信部１５１から用紙Ｐを通過して受信部１５２で受信される超音波（測定したい超音波）に加えて、多重反射による超音波も受信部１５２で受信されることになり、正確な重送検出ができない。
これに対して、センサー中心軸１５Ｃを用紙Ｐの表面の法線に対して傾斜させることで、受信部１５２における多重反射された超音波等の不要な超音波成分の受信を低減でき、精度の高い重送検出が可能となる。
【００２４】
［第一ベース１５３及び第二ベース１５４の構成］
第一ベース１５３及び第二ベース１５４は、搬送面１３０に対向するガイド面１５３Ｂ，１５４Ｂを有し、用紙Ｐをガイドする。本実施形態では、受信部１５２が設けられる側の第二ベース１５４の第二ガイド面１５４Ｂは、搬送面１３０と一致（または略一致）する。つまり、本実施形態では、用紙Ｐは、第二ベース１５４の第二ガイド面１５４Ｂに沿って搬送される。
また、第一ベース１５３は、センサー中心軸１５Ｃに沿って貫通し、送信部１５１から送信される超音波が通過する第一開口部１５３Ａを備える。
同様に、第二ベース１５４は、センサー中心軸１５Ｃに沿って貫通し、用紙Ｐを透過した超音波が通過する第二開口部１５４Ａを備える。なお、第一開口部１５３Ａ、第二開口部１５４Ａの開口面積及び開口幅に関する詳細な説明は後述する。
【００２５】
［送信部１５１の構成］
送信部１５１は、送信台座部１５１Ａと、送信本体部１５１Ｂと、送信側シールド１５１Ｃとを備え、送信回路基板３１に固定される。送信回路基板３１は、本体１１内において、例えば搬送面１３０に対して平行となるように固定されている。
送信台座部１５１Ａは、基端側端面１５１Ｄが、送信回路基板３１に固定され、基端側端面１５１Ｄとは反対側の先端側端面１５１Ｅが、基端側端面１５１Ｄに対して角度θで傾斜する。そして、先端側端面１５１Ｅに送信本体部１５１Ｂが固定されることで、送信部１５１の超音波の送信面１５１Ｆがセンサー中心軸１５Ｃに対して直交する角度で固定される。
送信側シールド１５１Ｃは、例えば金属製の円筒部材であり、送信側シールド１５１Ｃの内部に送信台座部１５１Ａ及び送信本体部１５１Ｂが挿通されて収納される。この送信側シールド１５１Ｃは、静電気及び電磁波ノイズを抑制する。また、送信側シールド１５１Ｃの一端は、送信回路基板３１に固定される。これにより、送信面１５１Ｆがセンサー中心軸１５Ｃに直交するように、送信本体部１５１Ｂが送信回路基板３１に固定される。
【００２６】
受信部１５２は、送信部１５１と略同様の構成を有する。すなわち、受信部１５２は、受信台座部１５２Ａと、受信本体部１５２Ｂと、受信側シールド１５２Ｃとを備え、受信回路基板３２に固定される。受信回路基板３２は、本体１１内において、例えば搬送面１３０に対して平行に固定されている。
受信台座部１５２Ａは、基端側端面１５２Ｄが、受信回路基板３２に固定され、基端側端面１５２Ｄとは反対側の先端側端面１５２Ｅが、基端側端面１５２Ｄに対して角度θで傾斜する。そして先端側端面１５２Ｅに受信本体部１５２Ｂが固定されることで、受信部１５２の超音波の受信面１５２Ｆがセンサー中心軸１５Ｃに対して直交する角度で固定される。
受信側シールド１５２Ｃは、例えば金属製の円筒部材であり、受信台座部１５２Ａ及び受信本体部１５２Ｂが内部に収納される。この受信側シールド１５２Ｃは、送信側シールド１５１Ｃと同様、静電気及び電磁波ノイズを抑制する。また、受信側シールド１５２Ｃの一端は、受信回路基板３２に固定され、これにより、受信面１５２Ｆがセンサー中心軸１５Ｃに直交するように、受信本体部１５２Ｂが、受信回路基板３２に固定される。
【００２７】
なお、本実施形態では、送信回路基板３１及び受信回路基板３２がそれぞれ独立して設けられる例を示すが、これに限定されず、送信回路基板３１及び受信回路基板３２が１つの基板に一体的に設けられる構成としてもよい。また、送信回路基板３１及び受信回路基板３２の少なくともいずれか一方を複数の基板により構成してもよい。
【００２８】
［送信部１５１の素子構成］
次に、送信部１５１を構成する送信本体部１５１Ｂをより具体的に説明する。
図４は、送信本体部１５１Ｂの概略構成を示す平面図である。図５は、送信本体部１５１Ｂの一部の断面図である。
図４及び図５に示すように、送信本体部１５１Ｂは、素子基板２１と圧電素子２２とを含んで構成されている。本実施形態では、素子基板２１の基板厚み方向（Ｚ方向）は、センサー中心軸１５Ｃと一致（または略一致）し、Ｚ方向に交差するＸ方向は、イメージスキャナー１０の主走査方向と一致（または略一致）し、Ｚ方向及びＸ方向に交差するＹ方向は搬送方向である。また、Ｚ方向（＋Ｚ側に向かう方向）は、超音波を送信する方向（用紙Ｐに向かう方向）となる。
【００２９】
（素子基板２１の構成）
素子基板２１は、図５に示すように、基板本体部２１１と、基板本体部２１１の−Ｚ側に設けられる振動膜２１２と、を備える。
基板本体部２１１は、振動膜２１２を支持する基板であり、例えばＳｉ等の半導体基板で構成される。ここで、素子基板２１には、Ｚ方向から見た平面視で、図４に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に沿った２次元アレイ状に配置される複数の開口部２１１Ａが設けられている。
本実施形態では、各開口部２１１Ａは、基板本体部２１１の基板厚み方向（Ｚ方向）を貫通した貫通孔であり、当該貫通孔の一端側（−Ｚ側）を閉塞するように振動膜２１２が設けられている。
【００３０】
振動膜２１２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基板本体部２１１の−Ｚ側に設けられる。振動膜２１２の厚みは、基板本体部２１１に対して十分小さい厚みとなる。この振動膜２１２は、開口部２１１Ａを構成する基板本体部２１１の壁部２１１Ｂ（図５参照）により支持され、開口部２１１Ａの−Ｚ側を閉塞する。振動膜２１２のうち、平面視で開口部２１１Ａと重なる部分（開口部２１１Ａを閉塞する領域）は、振動部２１２Ａを構成する。つまり、開口部２１１Ａは、振動膜２１２の振動部２１２Ａの外縁を規定する。この振動部２１２Ａは、圧電素子２２により振動可能となる振動領域となる。
【００３１】
（圧電素子２２の構成）
圧電素子２２は、本実施形態では、振動膜２１２の一面（−Ｚ側の面）で、かつ、Ｚ方向から見た平面視で各振動部２１２Ａと重なる位置に設けられている。この圧電素子２２は、図５に示すように、振動膜２１２上に第一電極２２１、圧電膜２２２、及び第二電極２２３が順に積層されることにより構成されている。
【００３２】
具体的には、第一電極２２１は、図４に示すように、Ｘ方向に沿って直線状に形成される。第一電極２２１の両端部（±Ｘ側端部）は、例えば、送信部１５１を制御する送信回路基板３１に接続される第一電極端子２２１Ｐとなる。
また、第二電極２２３は、Ｙ方向に沿って直線状に形成されている。第二電極２２３の±Ｙ側端部は、共通電極線２２３Ａに接続される。共通電極線２２３Ａは、Ｙ方向に対して複数配置された第二電極２２３同士を結線し、共通電極線２２３Ａの両端部（±Ｘ側端部）は、送信回路基板３１に接続される第二電極端子２２３Ｐとなる。
圧電膜２２２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電体の薄膜により形成されている。
【００３３】
ここで、振動膜２１２における１つの振動部２１２Ａと、当該振動部２１２Ａ上に設けられた圧電素子２２とにより、１つの超音波とランスデューサー（送信素子２３）が構成される。したがって、図４に示すように、送信部１５１には、Ｘ方向及びＹ方向に沿って複数の送信素子２３が配置される。
また、本実施形態の送信部１５１では、Ｘ方向に配置された複数の送信素子２３において第一電極２２１が共通となり、これらのＸ方向に配置された複数の送信素子２３により、１Ｃｈ（チャネル）の送信列２３Ａ（図４参照）が構成される。また、当該１Ｃｈの送信列２３ＡがＹ方向に沿って複数並んで配置されることで、１次元アレイ構造の送信部１５１が構成されている。つまり、本実施形態において、送信列２３Ａは、本発明の第一軸であるセンサー中心軸１５Ｃに交差するＹ方向に沿って複数配置されている。
【００３４】
このような構成の送信素子２３では、第一電極２２１及び第二電極２２３の間に駆動信号（電圧信号）が印加されることにより、圧電膜２２２が伸縮し、圧電素子２２が設けられた振動膜２１２の振動部２１２Ａが、開口部２１１Ａの開口幅等に応じた周波数で振動する。これにより、振動部２１２Ａの＋Ｚ側（開口部２１１Ａ側）から超音波が送信される。
【００３５】
また、本実施形態の送信部１５１は、Ｙ方向に沿って並ぶ送信列２３Ａへの駆動信号の入力タイミングを異ならせることで超音波のビーム形状を制御し、所定の焦点に超音波が収束するように、超音波ビームを形成する（ビームフォーカシング）。本実施形態では、ビームフォーカシングの焦点は、第一ベース１５３の第一開口部１５３Ａの開口中心となる。ビームフォーカシングについての詳細な説明は後述する。
【００３６】
［受信部１５２の構成］
受信部１５２は、図３に示すように、受信面１５２Ｆが、送信面１５１Ｆに対向するように配置されている。つまり、受信部１５２の中心と送信部１５１の中心とを結ぶセンサー中心軸１５Ｃに対して、受信面１５２Ｆが垂直（または略垂直）となるように受信部１５２が配置される。
この受信部１５２は、送信部１５１と略同様の構成により構成することができる。すなわち、受信部１５２は、図４や図５に示すような素子基板２１と圧電素子２２とを有する構成とすることができる。この場合、１つの振動部２１２Ａと、当該振動部２１２Ａ上の圧電素子２２とにより、１つの受信素子を構成する。このような受信素子は、振動部２１２Ａが超音波を受信して振動することで、圧電素子２２から受信信号が出力される。受信素子を構成する素子基板２１や圧電素子２２は、送信部１５１と同一であるため、ここでの説明は省略する。
【００３７】
なお、本実施形態の超音波センサー１５は、用紙Ｐを通過した超音波の音圧を測定することで、重送を検出するものである。したがって、受信部１５２の受信面１５２Ｆのいずれかで、送信部１５１から送信された超音波が受信されればよい。この場合、受信部１５２に配置された複数の圧電素子２２を直列に接続し、各圧電素子２２からの信号を加算した受信信号を出力してもよい。
【００３８】
［第一開口部１５３Ａ、第二開口部１５４Ａの開口面積及び開口幅］
次に、本実施形態における第一開口部１５３Ａ、第二開口部１５４Ａの開口面積及び開口幅について説明する。
図６は、超音波センサー１５をＸ方向から見た場合の送信超音波のビーム形状を説明するための模式図である。
本実施形態では、上述したように、送信部１５１では、各送信列２３Ａを遅延駆動させることで、送信超音波の波面を合成し、ビームフォーカシングを行う。
図７は、ビームフォーカシングを説明するための図である。
ビームフォーカシングでは、送信部１５１は、図７に示すように、Ｙ方向に並ぶ複数の送信列２３Ａを、±Ｙ側端部の送信列２３ＡからＹ方向の中心の送信列２３Ａに向かって遅延させる。これにより、図７に示すように、各送信列２３Ａから出射された超音波により形成される波面（図７の破線）が焦点Ｆに向かって収束するように進む。本実施形態では、焦点Ｆは、第一開口部１５３Ａの開口中心であり、より具体的には、図６に示すように、第一ベース１５３の第二ベース１５４（搬送面１３０）とは反対側の面と、センサー中心軸１５Ｃとの交点とする。
【００３９】
ここで、送信面１５１Ｆから焦点Ｆまでの距離をＬＦ、素子ピッチ（送信列２３Ａ間（送信素子２３間）の距離）をｄ、超音波の音速をｃ、チャネル数（送信列２３Ａの数）をｎとする。−Ｙ側端部に位置する送信列２３Ａを第１チャネル（図７のＣｈ−１）として順に番号を付した際に、第ｉチャネル（図７のＣｈ−ｉ）の送信列２３Ａを駆動させる際の遅延時間τｉは、以下の式（１）で表される。
【００４０】
【数１】
2019199338.tif 000003
【００４１】
ところで、超音波は、近距離音場内では収束し、近距離音場限界距離Ｎを超える遠距離音場では発散するとの性質がある。したがって、超音波を焦点Ｆに収束させるためには、焦点Ｆが近距離音場内に含まれている必要がある。つまり、送信面１５１Ｆから焦点Ｆまでの距離（焦点距離ＬＦ）は、近距離音場限界距離Ｎ以下に設定されている。
ここで、近距離音場限界距離Ｎは、送信部１５１のアレイ開口幅（送信面１５１ＦのＹ方向の幅）をＬＡＹとして、以下の式（２）により示される。
【００４２】
【数２】
2019199338.tif 000004
【００４３】
また、上記のように、ビームフォーカシングを行うと、焦点Ｆにおける超音波のビーム幅Ｗ（Ｙ方向の幅）は、式（３）に示す寸法となって、用紙Ｐに向かって出力される。
【００４４】
【数３】
2019199338.tif 000005
【００４５】
そして、本実施形態では、第一開口部１５３Ａの開口面積は、送信部１５１の送信面１５１Ｆよりも小さい。具体的には、第一開口部１５３ＡのＹ方向の開口幅Ａ１Ｙが、送信面１５１ＦのＹ方向の幅ＬＡＹよりも小さく、焦点Ｆでのビーム幅Ｗ以上となるように形成されている。なお、第一開口部１５３Ａの開口面積を、送信超音波が通過する最小面積とするために、Ａ１Ｙ＝Ｗとすることが好ましい。
ここで、第一開口部１５３Ａの開口面積が大きい場合、用紙Ｐが搬送面１３０に沿って搬送された際に、用紙Ｐの一部が第一開口部１５３Ａに引っ掛かることで、用紙Ｐの皺や、用紙Ｐの詰まりが発生する虞がある。例えば、従来の重送センサーでは、超音波送信部の送信面から直線状に超音波を出力するので、超音波のビーム幅は送信面の幅と同じになる。また、送信部から送信された超音波の第一ベースでの反射を抑制するためには、第一開口部の開口面積（開口幅）を、超音波のビーム幅以上とする必要がある。したがって、第一開口部の開口面積は、送信面の面積以上に形成する必要があり、第一開口部の面積が大きくなる分、用紙Ｐの引っ掛かりが生じやすくなる。
【００４６】
これに対して、本実施形態では、ビームフォーカシングによって、送信超音波のビーム幅を絞るため、第一開口部１５３Ａの開口面積（開口幅）を送信面１５１Ｆより小さくできる。これにより、用紙Ｐの皺や紙詰まり等の不都合を抑制できる。
さらに、第一開口部１５３Ａは、焦点Ｆでのビーム幅Ｗ以上の開口幅Ａ１Ｙを有するため、送信部１５１から送信された超音波の第一ベース１５３での反射を抑制できる。つまり、第一開口部１５３Ａの開口面積を小さくしつつ、高い音圧の超音波を用紙Ｐに向かって出力することができる。
【００４７】
図８は、本実施形態の超音波ビームの概略形状を模式的に示した斜視図である。
図６は、超音波センサー１５をＸ方向から見た際の模式図であるが、超音波センサー１５をＹ方向から見た場合、図３に示すように、センサー中心軸１５Ｃは搬送面１３０に対して、角度θで傾斜する。また、本実施形態では、送信列２３Ａは、Ｘ方向に亘って配置される複数の送信素子２３で構成されるため、Ｘ方向に対してビームフォーカシングを実施しない。このため、送信部１５１から送信される超音波は、図８に示すようになり、Ｙ方向に対して、第一開口部１５３Ａに向かってビーム幅が漸減し、Ｘに対しては、送信面１５１ＦのＸ方向の幅ＬＡＸと略同一幅のビーム形状となる。したがって、超音波ビームの第一ベース１５３での反射を抑制するためには、第一開口部１５３ＡのＸ方向の開口幅Ａ１Ｘは、Ａ１Ｘ≧ＬＡＸ／ｃｏｓθとする。なお、第一開口部１５３Ａの開口面積を、送信超音波が通過する最小面積とするために、Ａ１Ｘ＝ＬＡＸ／ｃｏｓθとすることが好ましい。
【００４８】
ところで、ビームフォーカシングによって、焦点Ｆで超音波を収束させた場合、焦点Ｆから、近距離音場限界距離Ｎまでの区間（ビーム焦点深度）で、超音波のビーム幅は略一定に維持される。
本実施形態では、送信面１５１Ｆからの搬送面１３０までの距離ＬＰが、焦点距離ＬＦ以上、近距離音場限界距離Ｎ以下となる。つまり、搬送面１３０は、ビーム焦点深度内に位置する。このため、搬送面１３０に搬送された用紙Ｐに対して、焦点Ｆでの超音波ビームと略同一のビーム幅Ｗの大音圧の超音波を入射させることができる。
【００４９】
そして、用紙Ｐに超音波ビームが入射されると、用紙Ｐの厚みに応じた音圧の超音波が用紙Ｐを透過する。例えば、用紙Ｐが複数枚重なっている場合、厚みが大きくなるので、透過される超音波の音圧は低下する。
また、用紙Ｐを透過した超音波は、用紙Ｐに入射した超音波の入射位置から拡散するように進行し、用紙Ｐ以降の透過超音波のビーム幅は、図６及び図８に示すように、用紙Ｐから離れるにしたがって漸増する。
【００５０】
本実施形態では、透過超音波が通過する第二開口部１５４Ａの開口面積は、第一開口部１５３Ａの開口面積よりも大きく、受信部１５２の受信面１５２Ｆの面積よりも小さい。より具体的には、第二開口部１５４ＡのＹ方向の開口幅Ａ２Ｙは、第一開口部１５３ＡのＹ方向の開口幅Ａ１Ｙよりも大きく、受信面１５２ＦのＹ方向の幅ＬＢＹよりも小さい。このため、用紙Ｐを透過した透過超音波が、第二ベース１５４により阻害される不都合を抑制でき、かつ、用紙Ｐから離れるにしたがってビーム幅が拡開する超音波を受信部１５２で受信させることができる。なお、第二開口部１５４ＡのＹ方向の開口幅Ａ２Ｙは、第二ベース１５４のセンサー中心軸１５Ｃに沿った厚み、及び搬送面１３０から第二ベース１５４までの距離に左右される。つまり、第二ベース１５４の厚みが大きく、搬送面１３０から第二ベース１５４までの距離も長い場合、拡開するビーム径に応じて第二開口部１５４ＡのＹ方向の開口幅Ａ２Ｙも増大する。したがって、第二ベース１５４としては、第一ベース１５３よりもセンサー中心軸１５Ｃに沿った厚みを小さくし、搬送面１３０から受信部１５２までの距離を、搬送面１３０から送信部１５１までの距離よりも短くすることが好ましい。
一方、ビームフォーカシングが行われないＸ方向に対する第二開口部１５４Ａの開口幅Ａ２Ｘは、第一開口部１５３ＡのＸ方向の開口幅Ａ１Ｘ以上とすればよい。
【００５１】
本実施形態では、第二ベース１５４の第一ベース１５３に対向する面（第二ガイド面１５４Ｂ）が、搬送面１３０と一致する。つまり、用紙Ｐは第二ベース１５４の第一ベース１５３に対向する面に沿って搬送される。この場合、第二開口部１５４Ａの開口面積を最小にすることができ、さらに、受信部１５２も用紙Ｐに近接させて配置することが可能となるので、受信面１５２Ｆの面積も小さくできる。
【００５２】
［超音波センサー１５の回路構成］
図９は、イメージスキャナー１０の制御構成を示すブロック図である。
本実施形態では、超音波センサー１５の回路構成として、送信回路基板３１に、送信部１５１の駆動を制御する送信制御回路が設けられ、受信回路基板３２に受信部１５２の駆動を制御する受信処理回路が設けられる。なお、超音波センサー１５の回路構成としては、これに限定されるものではなく、上述したように、送信回路基板３１に、受信部１５２を制御する回路構成が一体に設けられていてもよく、受信回路基板３２に送信部１５１を制御する回路構成が一体に設けられていてもよい。その他、複数の回路基板により、これらの回路構成が構成されていてもよい。
【００５３】
本実施形態では、図９に示すように、送信回路基板３１には、送信端子３１１と、送信回路３１２と、遅延制御回路３１３とが設けられている。
送信端子３１１は、送信部１５１の各送信列２３Ａのそれぞれに対して設けられており、送信列２３Ａの第一電極２２１と、送信回路３１２とを接続する。
送信回路３１２は、送信列２３Ａを駆動させる駆動信号を生成する。送信回路３１２には、各送信列２３Ａのそれぞれに対応した複数の信号生成部３１２Ａが設けられており、遅延制御回路３１３からの制御信号に基づいたタイミングで駆動信号を発生させて送信部１５１に出力する。
遅延制御回路３１３は、送信回路３１２で生成する駆動信号のタイミングを制御する。具体的には、遅延制御回路３１３は、上述した式（１）に示した遅延時間τｉで、第ｉチャネルに対応する信号生成部３１２Ａに対して駆動信号を生成させる旨の指令信号を出力する。これにより、指令信号に基づいて信号生成部３１２Ａで駆動信号が生成され、第ｉチャネルの送信列２３Ａに入力される。
【００５４】
また、受信回路基板３２は、第二電極端子を基準電位にするグラウンド回路や、第一電極端子から入力された受信信号を処理して制御部１６に出力する受信回路等が設けられている。受信回路としては、超音波の受信により入力される受信信号を処理する一般的な回路を用いることができる。例えば、図９に示すように、受信端子３２１、バンドパスフィルター３２２、アンプ３２３、サンプルアンドホールド回路３２４、及びコンパレーター３２５等により構成することができる。受信部１５２から出力された受信信号は、受信端子３２１からバンドパスフィルター３２２に入力される。この受信信号は、バンドパスフィルター３２２でノイズ成分等が除去され、アンプ３２３で所定の信号強度以上となるように増幅され、サンプルアンドホールド回路３２４に入力される。サンプルアンドホールド回路３２４は、所定周波数で受信信号をサンプリングし、サンプリングされた受信信号は、コンパレーター３２５に入力される。コンパレーター３２５は、サンプリングされた受信信号のうち、信号強度が所定の閾値を超える受信信号を検出して制御部１６に入力する。
【００５５】
［制御部１６の構成］
図９に示すように、制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部１６１と、メモリー等の記録回路により構成された記憶部１６２とを備える。
制御部１６は、搬送部１３の搬送モーター１３５、スキャン部１４、及び超音波センサー１５に接続され、これらの搬送モーター１３５、スキャン部１４、及び超音波センサー１５の駆動を制御する。また、制御部１６は、インターフェイス部１７に接続され、例えば、パーソナルコンピューター等の外部機器５１から入力された各種のデータや信号を受信したり、イメージスキャナー１０が読み取った読取データを外部機器５１に出力したりする。
【００５６】
記憶部１６２は、イメージスキャナー１０を制御するための各種データや、各種プログラムが記録されている。
演算部１６１は、記憶部１６２に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、図９に示すように、搬送制御部１６１Ａ、読取制御部１６１Ｂ、及び重送判定部１６１Ｃ等として機能する。
【００５７】
搬送制御部１６１Ａは、搬送部１３の搬送モーター１３５を制御して、複数のローラー対１３１〜１３４を回転させることで、用紙サポート１２にセットされた用紙Ｐを１枚ずつ本体１１内へ給送する。さらに搬送制御部１６１Ａは、給送された用紙Ｐを搬送面１３０に沿って搬送させる。
読取制御部１６１Ｂは、用紙Ｐの搬送中にスキャン部１４を制御し、用紙Ｐの画像を読み取らせる。
【００５８】
重送判定部１６１Ｃは、本発明の状態検出部に相当し、超音波センサー１５を制御して、受信部１５２から入力された受信信号に基づいて、用紙Ｐの重送を判定する。
具体的には、受信信号の電圧値が所定の閾値より小さい場合に、用紙Ｐが重送されていると判定する。なお、重送判定部１６１Ｃに重送と判定された場合、搬送制御部１６１Ａは、用紙Ｐの搬送を停止する。
【００５９】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態のイメージスキャナー１０では、搬送面１３０に搬送された用紙Ｐに対して超音波を送受信する超音波センサー１５と、超音波センサー１５の超音波の送受信結果に応じて、用紙Ｐの重送を検出する重送判定部１６１Ｃ（状態検出部）として機能する制御部１６とを備える。
超音波センサー１５は、搬送部１３によって搬送される用紙Ｐの搬送面１３０に対向する第一ベース１５３と、搬送面１３０に対して傾斜するセンサー中心軸１５Ｃ上で、かつ、第一ベース１５３の搬送面１３０とは反対側に配置され送信部１５１と、センサー中心軸１５Ｃ上で、搬送面１３０の送信部１５１とは反対側に設けられた受信部１５２と、を備える。また、送信部１５１には、超音波を送信する複数の送信素子２３（送信列２３Ａ）が、センサー中心軸１５Ｃに対して交差するＹ方向に沿って配置されている。さらに、第一ベース１５３には、センサー中心軸１５Ｃ上で開口する第一開口部１５３Ａが設けられており、この第一開口部１５３Ａは、送信部１５１の送信面１５１Ｆよりも小さい開口面積に形成されている。そして、送信部１５１は、複数の送信素子２３のそれぞれを遅延時間τｉで遅延駆動させることで、送信超音波を第一ベース１５３の第一開口部１５３Ａに向かって収束させる。
【００６０】
このような超音波センサー１５では、第一ベース１５３に設けられる第一開口部１５３ＡのＹ方向の開口幅Ａ１Ｙが、送信面１５１ＦのＹ方向の幅ＬＡＹよりも小さく、搬送面１３０に沿って用紙Ｐを搬送した際に、用紙Ｐが第一開口部１５３Ａに引っ掛かりにくくなり、用紙Ｐの皺や詰まりを抑制することができる。また、送信列２３Ａを遅延時間τｉで遅延駆動させることで、送信部１５１からの送信超音波が第一開口部１５３Ａの中心を焦点Ｆとしてフォーカシングされる。よって、第一開口部１５３Ａの開口面積を小さくしても、用紙Ｐに対して所望の音圧の超音波を到達させることができる。さらに、このように収束された超音波は互いに強め合うことで音圧が大きくなるので、重送判定部１６１Ｃ（状態検出部）での重送検出処理における検出精度を向上させることもできる。
【００６１】
本実施形態の超音波センサー１５では、送信部１５１は、第一開口部１５３Ａの中心を焦点Ｆとして超音波を収束させる。複数の送信列２３Ａ（送信素子２３）を遅延駆動させてビームフォーカシングする場合、焦点Ｆにおいて、送信超音波のビーム幅が最小となる。よって、第一開口部１５３Ａの中心を焦点Ｆとしてビームフォーカシングすることで、第一開口部１５３Ａの開口面積を最小にでき、用紙Ｐの皺や詰まりをより好適に抑制できる。
【００６２】
本実施形態では、搬送面１３０が送信部１５１により収束する超音波のビーム焦点深度内に位置するように、送信部１５１が配置されている。
このため、本実施形態では、ビームフォーカシングによって収束された超音波を用紙Ｐに入力させることができる。この場合、用紙Ｐに入力される超音波の音圧が大きくなるので、用紙Ｐを透過する超音波の音圧も大きくなり、受信部１５２で超音波を受信した際の受信信号の信号強度も大きくできる。よって、ノイズ等の影響を抑制した高精度な超音波の送受信処理を実現でき、用紙Ｐの重送を精度良く検出できる。
【００６３】
本実施形態の超音波センサー１５では、搬送面１３０の第一ベース１５３とは反対側で、受信部１５２と搬送面１３０との間に配置される第二ベース１５４を備え、第二ベース１５４のセンサー中心軸１５Ｃ上には、受信面１５２Ｆよりも小さい開口面積の第二開口部１５４Ａが設けられている。
このように、第二開口部１５４Ａの開口面積を小さくすることで、用紙Ｐの第二開口部１５４Ａへの引っ掛かりを抑制でき、これによる用紙Ｐの皺や詰まりを抑制できる。
【００６４】
本実施形態の超音波センサー１５では、第二開口部１５４Ａの開口面積は、第一開口部１５３Ａの開口面積よりも大きい。
用紙Ｐに対して直線状に進行するビーム幅Ｗの超音波を入力させると、用紙Ｐを透過した超音波は、搬送面１３０から離れるにしたがってビーム幅が拡開する。よって、第二開口部１５４Ａの開口面積を、第一開口部１５３Ａの開口面積よりも小さくすると、用紙Ｐを透過した超音波の一部が第二開口部１５４Ａを通過できず、第二ベース１５４で反射され、受信部１５２での受信強度が低下する。これに対して、本実施形態では、第二開口部１５４Ａが第一開口部１５３Ａよりも大きい開口面積を有するので、第二ベース１５４での超音波の反射を抑制できる。
【００６５】
本実施形態の超音波センサー１５では、第二ベース１５４の第一ベース１５３に対向する面が、用紙Ｐが搬送される搬送面１３０となる。
このような構成では、用紙Ｐに超音波が入力された後、用紙Ｐを透過した超音波は搬送面１３０に連続する第二開口部１５４Ａ内を通る。つまり、第二開口部１５４Ａとして、少なくとも、用紙Ｐへのビーム照射部の面積以上とすればよいので、第二開口部１５４Ａの開口面積を最小にできる。
【００６６】
［第二実施形態］ 
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。
第一実施形態では、送信部１５１は、Ｙ方向に沿って複数配置される複数の送信列２３Ａを備え、この送信列２３Ａを遅延駆動させることで、第一開口部１５３Ａの中心を焦点Ｆとしたビームフォーカシングを行った。これに対して、第二実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向に２次元アレイ構造状に配置された送信素子２３の各々を個別に駆動させてビームフォーカシングを行う点で上記第一実施形態と相違する。なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項については同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００６７】
図１０は、第二実施形態における送信部１５５の送信素子２３の配置構成例を示す概略平面図である。
本実施形態では、図１０に示すように、送信部１５５は、ＸＹ平面において、送信素子２３が２次元アレイ構造に配置される。なお、図１０では、第二電極２２３の図示は省略している。
このような本実施形態では、送信回路３１２において、各送信素子２３のそれぞれに対応する信号生成部３１２Ａを設けることで、各送信素子２３をそれぞれ独立して、任意のタイミングで駆動させることが可能となる。
【００６８】
そして、本実施形態では、遅延制御回路３１３は、各送信素子２３から出力された超音波が第一開口部１５３Ａの中心を焦点Ｆとして収束するように、各送信素子２３を駆動させる遅延時間を制御する。つまり、本実施形態では、Ｙ方向のみならず、Ｘ方向に並ぶ送信素子２３に対しても遅延制御を行う。
【００６９】
図１１は、本実施形態における送信部１５５での各送信素子２３に対する遅延制御を説明するための図である。
センサー中心軸１５Ｃ上の焦点Ｆに対して超音波を収束させる場合、図１１に示すように、送信面１５５Ｆの中心点１５５Ｏからの距離が同一となる送信素子２３（図１１において同一円上に配置される送信素子２３）を１つの素子群とし、各素子群を、中心点１５５Ｏからの距離が遠い順に遅延させて駆動する。図１１に示す例では、各送信素子２３が、Ｘ方向及びＹ方向に等ピッチで８個ずつ配置される例であり、この場合、９つの素子群が形成される。素子群を駆動させる遅延時間は、直前に駆動された素子群の各送信素子２３の中心点１５５Ｏからの距離と、次に駆動させる素子群の各送信素子２３の中心点１５５Ｏからの距離との半径差に応じて変化し、半径差が短い程、遅延時間も短くなる。
【００７０】
図１２は、本実施形態において、送信部１５５から送信される超音波のビーム形状を示す模式図である。
図１２に示すように、本実施形態では、２次元アレイ構造に配置された各送信素子２３を遅延させることで、Ｘ方向及びＹ方向のいずれの方向から超音波センサー１５Ａを見た場合でも、送信超音波が焦点Ｆに向かって収束するビーム形状となる。
よって、第一開口部１５３ＡのＸ方向の開口幅Ａ１Ｘ、及びＹ方向の開口幅Ａ１Ｙの双方を、ビーム焦点深度内のビーム径Ｗ２に応じて小さくすることができ、第一実施形態に比べて、さらに第一開口部１５３Ａの開口面積を小さくできる。
具体的には、焦点Ｆから近距離音場限界距離Ｎまでのビーム焦点深度における送信超音波のビーム径をＷ２、送信面１５５ＦのＹ方向の幅をＬＡＹとして、第一開口部１５３ＡのＹ方向の開口幅Ａ１Ｙは、ＬＡＹ＞Ａ１Ｙ≧Ｗ２とすることができ、好ましくは、Ａ１Ｙ＝Ｗ２である。さらに、本実施形態では、第一開口部１５３ＡのＹ方向の開口幅Ａ１Ｙは、送信面１５５ＦのＸ方向の幅をＬＡＸとすると、ＬＡＹ＞Ａ１Ｙ≧Ｗ２／ｃｏｓθとすることができ、好ましくは、Ａ１Ｘ＝Ｗ２／ｃｏｓθである。
【００７１】
また、図１２に示すように、用紙Ｐに入力される送信超音波の範囲も、第一実施形態に比べて小さくなる。このため、第二開口部１５４ＡのＸ方向の開口幅Ａ２Ｘを、第一実施形態に比べて小さくでき、その分、第二開口部１５４Ａの開口面積も小さくできる。
【００７２】
以上に示すように、第二実施形態の超音波センサー１５Ａでは、第一開口部１５３Ａ及び第二開口部１５４ＡのＸ方向の開口幅Ａ２Ｘをさらに小さくできる。よって、その分、第一実施形態に比べて開口面積もさらに小さくできる。これにより、用紙Ｐを搬送した際の、用紙Ｐの第一開口部１５３Ａや第二開口部１５４Ａへの引っ掛かりを抑制でき、用紙Ｐの皺や詰まりを効果的に抑制することができる。
【００７３】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【００７４】
［変形例１］
第一実施形態及び第二実施形態において、搬送方向（Ｙ方向）から超音波センサー１５を見た際に、センサー中心軸１５Ｃが用紙Ｐの法線に対して角度θで傾斜する例を示したが、これに限定されない。
例えば、Ｘ方向から超音波センサー１５を見た際に、センサー中心軸１５Ｃが用紙Ｐの法線に対してθで傾斜するように、送信部１５１（１５５）及び受信部１５２を配置してもよい。
【００７５】
［変形例２］
第一実施形態において、複数の送信列２３ＡがＹ方向に沿って配置される例を示したが、Ｘ方向に沿って複数の送信列２３Ａが配置される構成としてもよい。
この場合、第一開口部１５３Ａや第二開口部１５４ＡのＸ方向に対する開口幅Ａ１Ｘ，Ａ２Ｘを、焦点ＦでのＸ方向のビーム幅に応じて小さくすることができる。
また、第一実施形態では、第一開口部１５３Ａ及び第二開口部１５４Ａは、Ｘ方向に長手となる開口形状となる。この場合、例えば、用紙ＰがＹ方向に搬送される際に自重によってＸ方向に沿って撓むと、用紙Ｐの撓み部分が第一開口部１５３Ａや第二開口部１５４Ａ内に入り込んで引っ掛かる虞がある。
これに対して、変形例２では、第一開口部１５３Ａや第二開口部１５４Ａが、Ｙ方向に長手となる開口形状となる。よって、自重によって用紙ＰがＸ方向に沿って撓んだ場合でも、第一開口部１５３Ａや第二開口部１５４ＡのＸ方向の開口幅が小さく、第一開口部１５３Ａや第二開口部１５４Ａの内部に用紙Ｐが入り込む不都合を抑制でき、用紙Ｐの引っ掛かりをより効果的に抑制できる。
【００７６】
［変形例３］
第一実施形態では、送信回路３１２が、各送信列２３Ａのそれぞれに対応する信号生成部３１２Ａを有する例、第二実施形態では、送信回路３１２が、各送信素子２３のそれぞれに対応する信号生成部３１２Ａを有する例を説明したが、これに限定されない。
すなわち、ビームフォーカシングにおいて、同時に駆動信号を入力する送信列２３Ａや送信素子２３に対して、１つの信号生成部３１２Ａが設けられる構成としてもよい。例えば、第二実施形態では、９つの素子群が設けられる例を示したが、送信素子２３毎ではなく、送信群毎に信号生成部３１２Ａが設けられる構成としてもよい。
【００７７】
［変形例４］
第一実施形態及び第二実施形態において、送信面１５１Ｆ（１５５Ｆ）及び受信面１５２Ｆが、センサー中心軸１５Ｃに対して直交する例を示したが、これに限定されない。
例えば、第一実施形態において、複数の送信列２３ＡがＸ方向に沿って配置される構成とする場合、送信面１５１Ｆとセンサー中心軸１５Ｃとが直交していなくてもよい。この場合、複数の送信列２３Ａの遅延タイミングを制御することで、センサー中心軸１５Ｃ上の焦点Ｆに向かって超音波を収束させることができる。
また、第二実施形態においても同様であり、各送信素子２３に対する駆動信号の入力タイミングをそれぞれ制御することで、センサー中心軸１５Ｃ上の焦点Ｆに超音波を収束させることができる。
【００７８】
［変形例５］
第一実施形態及び第二実施形態では、送信部１５１（１５５）は、第一ベース１５３の第二ベース１５４とは反対側の面と、センサー中心軸１５Ｃとの交点を焦点Ｆとしてビームフォーカシングを行ったが、これに限定されない。例えば、第一ベース１５３の第一ガイド面１５３Ｂと、センサー中心軸１５Ｃとの交点を焦点Ｆとしてもよく、例えば、搬送面１３０等、第一開口部１５３Ａから離れた位置に焦点Ｆを設定してビームフォーカシングを実施してもよい。
さらに、受信部１５２から出力される受信信号の信号強度に基づいて、ビームフォーカシングを行う際の遅延時間τｉをフィードバック制御して調整する構成としてもよい。つまり、受信信号の信号強度を参照し、各送信列２３Ａ（または送信素子２３）を駆動させる際の遅延時間τｉを変更して、受信信号の信号強度が最大となる焦点Ｆを探索する。この場合、例えば、超音波センサー１５，１５Ａをイメージスキャナー１０に取り付けた際に、送信部１５１（１５５）、受信部１５２、第一開口部１５３Ａ、及び第二開口部１５４Ａの相対位置にずれが生じていた場合でも、最適な焦点Ｆを探索することができ、取付誤差による重送検知精度の低下を抑制することができる。
【００７９】
［変形例６］
第一実施形態及び第二実施形態において、送信部１５１（１５５）が搬送面１３０よりも本体１１の天面側（図２の上側）に配置され、受信部１５２が搬送面１３０よりも本体１１の底面側（図２の下側）に配置される例を示したが、送信部１５１が底面側に配置され、受信部１５２が天面側に配置されていてもよい。この場合、搬送面１３０は、第一ベースの第一ガイド面１５３Ｂと同一面としてもよい。第一開口部１５３Ａは、第二開口部１５４Ａよりも開口面積が小さいため、用紙Ｐの引っ掛かりをより効果的に抑制できる。
【００８０】
一方、受信部１５２や第二ベース１５４が用紙Ｐから離れると、受信面１５２Ｆの受信面積や、第二開口部１５４Ａの開口面積を大きくする必要がある。したがって、送信部１５１を本体１１の底面側に配置する場合でも、搬送面１３０を第二ベース１５４の近傍（例えば第二ガイド面１５４Ｂ）に設定してもよい。この場合、上記実施形態と同様、第二開口部１５４Ａの開口面積を可能な限り小さくできるので、第二開口部１５４Ａによる用紙Ｐの引っ掛かりも抑制できる。
【００８１】
［変形例７］
用紙Ｐが搬送される搬送経路 （搬送面１３０）としては、第二ベース１５４の第二ガイド面１５４Ｂに限定されない。例えば、第二ガイド面１５４Ｂに対してスペーサー等が設けられ、スペーサーによって搬送面１３０の位置が規定されていてもよい。この場合、搬送面１３０は、第二ガイド面１５４Ｂからスペーサーの高さ分だけ離れた位置に設定されるので、第二開口部１５４Ａの開口面積をその分大きく形成する。
【００８２】
［変形例８］
第一実施形態では、本発明の電子機器の一例として、イメージスキャナー１０を例示したが、これに限定されない。例えば、搬送面１３０上に搬送された印刷紙に対して、画像を印刷する印刷ヘッドが設けられた印刷装置（プリンター）において、印刷紙の重送を検出する際に本発明の超音波センサー１５を適用してもよい。
【００８３】
また、このような印刷装置において、印刷紙の種類を判定する際に、本発明の超音波センサー１５を用いてもよい。つまり、印刷装置は、受信部１５２からの受信信号の信号強度と、印刷紙の種類とを対応付けたテーブルデータを記憶する記憶部に記憶しておく。そして、印刷装置に設けられた制御部（コンピューター）は、本発明の状態検出部として機能し、テーブルデータを参照して、受信部１５２からの受信信号に対応する印刷紙の種類を判定する。この場合、印刷装置は、印刷紙の種類に応じた最適な画像を印刷紙に形成することができる。
また、対象物としては、用紙Ｐや印刷紙に限定されず、上述したように、フィルムや布帛等であってもよい。
【００８４】
さらに、配管等を流れる流体の流速を検出する流速検出装置において、本発明の超音波センサーを適用してもよい。つまり、対象物である流体に対して超音波を送信し、流体を通過する超音波を受信すると、流体の流速に応じて超音波の進行方向が変化する。この際、受信信号の電圧値の変化を検出することで、流体の流速を測定することが可能となる。このような流速検出装置では、受信信号の電圧変化から流体の流速を測定するため、送信部から送信される超音波の音軸を、正確に受信部に向けておき、基準位置を設定する必要がある。本発明の超音波センサーを用いることで、基準位置を正確に設定することができ、流速検出装置における流速検出精度を向上させることができる。
【００８５】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０…イメージスキャナー（電子機器）、１３…搬送部、１５，１５Ａ…超音波センサー、１５Ｃ…センサー中心軸（第一軸）、１６…制御部、２３…送信素子、２３Ａ…送信列、１３０…搬送面、１５１，１５５…送信部、１５１Ｆ，１５５Ｆ…送信面、１５２…受信部、１５２Ｆ…受信面、１５３…第一ベース、１５３Ａ…第一開口部、１５３Ｂ…第一ガイド面、１５４…第二ベース、１５４Ａ…第二開口部、１５４Ｂ…第二ガイド面、１６１Ｃ…重送判定部（状態検出部）、Ａ１Ｙ…第一開口部のＹ方向に沿った開口幅、Ａ１Ｘ…第一開口部のＸ方向に沿った開口幅、Ａ２Ｙ…第二開口部のＹ方向に沿った開口幅、Ａ２Ｘ…第二開口部のＸ方向に沿った開口幅、Ｆ…焦点、ＬＦ…焦点距離、ＬＰ…送信面から搬送までの距離、Ｐ…用紙（対象物）、Ｗ…ビーム幅（Ｙ方向）、Ｗ２…ビーム径、θ…角度、τｉ…遅延時間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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