(57)【要約】【課題】対象物の状態を高精度に検出可能な超音波センサー、電子機器、及び超音波センサーの駆動方法を提供する。【解決手段】超音波センサーは、対象物の表面の法線に対して傾斜した第一軸上に配置された送信部と、前記第一軸上で、前記対象物の前記送信部とは反対側に設けられた受信部と、前記送信部の駆動を制御する送信制御部と、を備え、前記送信部は、超音波を送信する複数の送信素子を有し、複数の前記送信素子が、前記法線と前記第一軸とを含む面内で、前記第一軸に交差する第一方向に沿って配置されており、前記送信制御部は、複数の前記送信素子を遅延駆動させて、前記送信部から送信される超音波の方向を前記第一軸に合わせることを特徴とする。【選択図】図３
2019148506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面の法線に対して傾斜した第一軸上に配置された送信部と、
前記第一軸上で、前記対象物の前記送信部とは反対側に設けられた受信部と、
前記送信部の駆動を制御する送信制御部と、を備え、
前記送信部は、超音波を送信する複数の送信素子を有し、複数の前記送信素子が、前記法線と前記第一軸とを含む面内で、前記第一軸に交差する第一方向に沿って配置されており、
前記送信制御部は、複数の前記送信素子を遅延駆動させて、前記送信部から送信される超音波の方向を前記第一軸に合わせる
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、
複数の前記送信素子の配置間隔は、前記送信素子から出力される超音波の波長の１倍から２倍である
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、
前記第一方向に沿ってｎ個おきに配置される前記送信素子を１つの送信制御グループとして、各前記送信制御グループのそれぞれに対応して設けられ、周期駆動電圧を生成するｎ＋１個の送信回路と、
複数の前記送信素子のそれぞれに対して設けられ、前記送信素子と、当該送信素子が属する前記送信制御グループに対応する前記送信回路とを接続する接続位置、及び、前記送信素子と、当該送信素子が属する前記送信制御グループに対応する前記送信回路とを切断する切断位置に切り替え可能なスイッチング素子と、を備え、
ｋを１からｎ＋１までの自然数とし、前記第一方向に沿ってｋ番目の前記送信制御グループに対応した第ｋの前記送信回路は、第ｋ−１の前記送信回路で生成される前記周期駆動電圧に対して、１／（ｎ＋１）周期の整数倍だけ遅延した前記周期駆動電圧を生成し、
前記送信制御部は、前記第一方向に並ぶ前記送信素子に対応する前記スイッチング素子を、１／（ｎ＋１）周期で遅延させて順に切断位置から接続位置に切り替える
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項４】
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、
周期駆動電圧を生成する送信回路と、
複数の前記送信素子のそれぞれに対して設けられ、前記送信素子と前記送信回路とを接続する接続位置、及び、前記送信素子と前記送信回路とを切断する切断位置に切り替え可能なスイッチング素子と、を備え、
前記送信制御部は、前記第一方向に並ぶ前記送信素子に対応する前記スイッチング素子を、前記周期駆動電圧の周期の整数倍で遅延させて、順に切断位置から接続位置に切り替える
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項５】
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、
周期駆動電圧を生成する送信回路と、
複数の前記送信素子と、前記送信回路とに接続され、前記送信回路から入力された前記周期駆動電圧の出力先の前記送信素子を切り替え可能なマルチプレクサーと、を備え、
前記送信制御部は、前記周期駆動電圧の周期の整数倍で遅延させて、前記マルチプレクサーから前記周期駆動電圧を出力する前記送信素子を前記第一方向に沿って順に切り替える
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の超音波センサーにおいて、
前記送信制御部は、前記送信回路で生成する前記周期駆動電圧の周期を変更する
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。
【請求項８】
対象物の表面の法線に対して傾斜した第一軸上に配置された送信部と、前記第一軸上で前記対象物の前記送信部とは反対側に設けられた受信部と、を備え、前記送信部が、超音波を送信する複数の送信素子を有し、複数の前記送信素子が、前記法線と前記第一軸とを含む面内で、前記第一軸に交差する第一方向に沿って配置されている超音波センサーの駆動方法であって、
ｍを１以上の自然数とし、所定の周期の周期駆動電圧を、当該周期駆動電圧の１／ｍ周期の整数倍で遅延させて、前記第一方向に並ぶ複数の前記送信素子を順に入力して、前記受信部で前記超音波を受信した際に出力される受信信号の電圧を検出する電圧検出ステップと、
前記電圧検出ステップで検出される前記受信信号の電圧に基づいて、前記周期駆動電圧の周期を設定する周期設定ステップと、
前記周期設定ステップで設定された周期の前記周期駆動電圧を、前記周期駆動電圧の１／ｍ周期の整数倍で、前記第一方向に並ぶ複数の前記送信素子を順に入力して、前記第一方向に並ぶ複数の前記送信素子を順に駆動させ、前記受信部で受信される前記受信信号の電圧に基づいて前記対象物の状態を検出する状態検出ステップと、を実施し、
前記電圧検出ステップでは、前記周期駆動電圧の周期を変更して、各周期に対する前記受信信号の電圧を検出し、
前記周期設定ステップは、前記受信信号の電圧が最大値となった際の周期を選択して前記状態検出ステップに用いる周期として設定する
ことをと特徴とする超音波センサーの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサー、電子機器、及び超音波センサーの駆動方法に関する。
【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、紙面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。
ところで、上記のような重送センサーでは、発信部で発信された超音波が、用紙と発信部との間、または、受信部と用紙との間で多重反射したり、用紙を回り込んだ超音波が受信部で受信されたりすると、受信信号が不安定となって重送検知が困難になる。このため、発信部から発信する超音波の方向（音軸）を対象物の表面に対して傾斜させて斜めから入射させ、対象物の発信部とは反対側の音軸上に受信部を設ける構成が採られている。
【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】
しかしながら、発信部から受信部に向かう方向を、対象物の表面に対して傾斜させる場合、発信部及び受信部の取付角度誤差が発生する。この場合、発信部から発信される超音波の音軸が、発信部から受信部に向かう方向からずれてしまい、受信部から出力される受信信号の電圧が低下するとの課題がある。
上記特許文献１は、用紙の重送を検出する装置であるが、対象物に対して斜めから超音波を送信し、対象物を通過した超音波を受信することで、対象物の状態（例えば、対象物の厚みや対象物の種類等）を検出する他の超音波センサーにおいても同様の課題がある。
【０００５】
本発明は、対象物の状態を高精度に検出可能な超音波センサー、電子機器、及び超音波センサーの駆動方法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】
本発明に係る一適用例の超音波センサーは、対象物の表面の法線に対して傾斜した第一軸上に配置された送信部と、前記第一軸上で、前記対象物の前記送信部とは反対側に設けられた受信部と、前記送信部の駆動を制御する送信制御部と、を備え、前記送信部は、超音波を送信する複数の送信素子を有し、複数の前記送信素子が、前記法線と前記第一軸とを含む面内で、前記第一軸に交差する第一方向に沿って配置されており、前記送信制御部は、複数の前記送信素子を遅延駆動させて、前記送信部から送信される超音波の方向を前記第一軸に合わせることを特徴とする。
【０００７】
本適用例では、送信部が複数の送信素子を備え、これらの送信素子を遅延駆動させることで、送信部から送信させる超音波の送信方向を制御する。すなわち、各送信素子から超音波を送信すると、位相が同一となる超音波同士が強め合って、超音波の波面を形成する。各送信素子を遅延させることで、超音波の波面の進行方向を制御することが可能となる。よって、送信部及び受信部を、対象物の法線に対して傾斜する方向から超音波が入力されるように取り付けた際に、送信部や受信部に取付角度誤差が含まれ、音軸にずれが発生している場合でも、送信部から送信する超音波の方向を微調整して音軸を第一軸に合わせることができる。したがって、受信部で超音波を受信した際の受信信号の電圧低下を抑制でき、超音波センサーの受信部から出力される受信信号に基づいて、対象物の状態を高精度に検出することができる。
【０００８】
本適用例の超音波センサーにおいて、複数の前記送信素子の配置間隔は、前記送信素子から出力される超音波の波長の１倍から２倍であることが好ましい。
一般に、複数の送信素子から超音波を送信してこれらの超音波を合成する場合、メインローブの形成位置以外に、グレーティングローブが形成される。このようなグレーティングローブは、超音波の波長をλとし、送信素子の配置間隔をｄとした際に、ｄ＜λ／（ｓｉｎθ＋１）とすることで防止できる。よって、グレーティングローブを考慮した従来の複数の送信素子を有する超音波発信装置では、一般に、送信素子の配置間隔は、送信素子から送信する超音波の波長より小さく設定されている。
したがって、グレーティングローブの発生を防止するために、送信素子の配置間隔をｄ／λ＜１とすると、送信部に多数の送信素子を配置する必要が生じる。この場合、各送信素子の各々を制御するための回路規模も複雑かつ大型化する。例えば、印刷装置やイメージスキャナー等の電子機器に超音波センサーを搭載する場合、回路規模が大きい超音波センサーを搭載すると、電子機器のコストアップにも繋がり、回路の配置スペースも確保する必要が生じる。
【０００９】
一方、対象物を挟んで送信部及び受信部を配置し、送信部から送信されて対象物を通過した超音波を受信部で受信する超音波センサーでは、超音波を通過させることが可能な対象物の厚みは限られ、送信部及び受信部の距離は、大凡２０ｍｍ程度となる。本願発明者は、鋭意研究により、このような送信部から受信部までの距離が近距離となる超音波センサーにおいて、以下の２点の新たな知見を得た。１つ目は、送信部から送信される超音波の波長λが、ｄ／λ＜２の範囲を満たす場合、グレーティングローブの影響が小さく、これによる超音波センサーの精度低下が無視できる程度となることである。２つ目は、送信部から送信される超音波の波長λが、ｄ／λ＜２の範囲を満たす場合、各送信素子を駆動させた際に、対象となる２０ｍｍ程度の深さ位置において、超音波の到達位置を変化させることが可能となる。しかしながら、ｄ／λ＞２となる場合、当該深さ位置に対して、超音波の到達位置を変化させることができないとの点である。つまり、ｄ／λ＜２となる場合、超音波の送信方向を送信素子の遅延駆動によって制御することが可能となるが、ｄ／λ＞２となる場合、送信素子の遅延駆動による超音波の送信方向の制御が困難となる。
本適用例では、上記のような知見に基づいて、送信素子の配置間隔が、１＜λ／ｄ＜２を満たすように設定されている。この場合、グレーティングローブの発生による超音波センサーの精度低下を抑制でき、かつ、所望の深さ位置に対する超音波の到達位置を送信素子の遅延駆動で制御することができ、その上、送信部に配置する送信素子の配置数も少なくでき、回路規模も小さくできる。これにより、超音波センサーのコストダウンを図れ、かつ、当該超音波センサーを電子機器に搭載する場合では、電子機器のコストダウンをも図れる。
【００１０】
本適用例の超音波センサーにおいて、前記第一方向に沿ってｎ個おきに配置される前記送信素子を１つの送信制御グループとして、各前記送信制御グループのそれぞれに対応して設けられ、周期駆動電圧を生成するｎ＋１個の送信回路と、複数の前記送信素子のそれぞれに対して設けられ、前記送信素子と、当該送信素子が属する前記送信制御グループに対応する前記送信回路とを接続する接続位置、及び、前記送信素子と、当該送信素子が属する前記送信制御グループに対応する前記送信回路とを切断する切断位置に切り替え可能なスイッチング素子と、を備え、ｋを１からｎ＋１までの自然数とし、前記第一方向に沿ってｋ番目の前記送信制御グループに対応した第ｋの前記送信回路は、第ｋ−１の前記送信回路で生成される前記周期駆動電圧に対して、１／（ｎ＋１）周期の整数倍だけ遅延した前記周期駆動電圧を生成し、前記送信制御部は、前記第一方向に並ぶ前記送信素子に対応する前記スイッチング素子を、１／（ｎ＋１）周期で遅延させて順に切断位置から接続位置に切り替えることが好ましい。
【００１１】
本適用例では、第一方向に沿ってｎ個おきの送信素子を１つの送信制御グループとする。また、送信回路は、これらの送信制御グループの各々に対して設けられ、生成される周期駆動電圧が、１／ｎ＋１周期ずつ遅延している。そして、送信制御部は、スイッチング素子を第一方向に沿って順に、切断位置から接続位置に切り替える。つまり、第一方向に沿って、ｋ番目〜ｋ＋ｎ番目までのｎ＋１個の送信素子には、ｋ番目の送信素子に入力される周期駆動電圧から、１／ｎ周期ずつ遅延した周期駆動電圧が順次入力される。また、同一の送信制御グループに対しては周期駆動電圧の１周期の整数倍だけ遅延して周期駆動電圧が入力される。これにより、第一方向に並ぶ各送信素子に、１／（ｎ＋１）周期ずつ遅延した周期駆動電圧が印加されることになって、遅延時間に応じた方向に超音波が送信される。
例えば、ｎ＝１の場合、複数の送信素子は、奇数番目の送信素子を含む送信制御グループと、偶数番目の送信素子を含む送信制御グループとに分けられる。この場合は、偶数番目の送信素子を含む送信制御グループに対応する送信回路は、奇数番目の送信素子を含む送信制御グループに対応する送信回路が生成する周期駆動電圧に対して１／２周期（半周期）遅延した周期駆動電圧を生成する。また、送信制御部は、１番目の送信素子に対するスイッチング素子を接続位置に切り替えてから、周期駆動電圧の半周期だけ遅延させて、２番目の送信素子に対するスイッチング素子を接続位置に切り替える。３番目以降の送信素子に対するスイッチング素子も同様であり、周期駆動電圧の半周期だけ遅延させて順次接続位置に切り替えられる。
このような構成では、１つの送信制御グループに対して１つの送信回路を設ければよい。したがって、各送信素子に対して、それぞれ個別の送信回路を設ける場合に比べて、回路規模を縮小することができ、超音波センサーのコストダウンを図れ、且つ、回路サイズも小さくできる。
【００１２】
本適用例の超音波センサーにおいて、周期駆動電圧を生成する送信回路と、複数の前記送信素子のそれぞれに対して設けられ、前記送信素子と前記送信回路とを接続する接続位置、及び、前記送信素子と前記送信回路とを切断する切断位置に切り替え可能なスイッチング素子と、を備え、前記送信制御部は、前記第一方向に並ぶ前記送信素子に対応する前記スイッチング素子を、前記周期駆動電圧の周期の整数倍で遅延させて、順に切断位置から接続位置に切り替えることが好ましい。
本適用例では、第一方向に並ぶ複数の送信素子に対して、周期駆動電圧の周期の整数倍の遅延時間で順次周期駆動電圧が入力される。このような構成では、複数の送信素子に対して、１つの送信回路を設けるだけでよい。よって、各送信素子に対して、それぞれ個別の送信回路を設ける場合に比べて、回路規模を縮小することができ、超音波センサーのコストダウンを図れ、且つ、回路サイズも小さくできる。
【００１３】
本適用例の超音波センサーにおいて、周期駆動電圧を生成する送信回路と、複数の前記送信素子と、前記送信回路とに接続され、前記送信回路から入力された前記周期駆動電圧の出力先の前記送信素子を切り替え可能なマルチプレクサーと、を備え、前記送信制御部は、前記周期駆動電圧の周期の整数倍で遅延させて、前記マルチプレクサーから前記周期駆動電圧を出力する前記送信素子を前記第一方向に沿って順に切り替えることが好ましい。
本適用例においても、上記適用例と同様に、第一方向に並ぶ複数の送信素子に対して、周期駆動電圧の周期の整数倍の遅延時間で順次周期駆動電圧が入力される。このような構成では、複数の送信素子に対して、１つの送信回路を設けるだけでよい。よって、各送信素子に対して、それぞれ個別の送信回路を設ける場合に比べて、回路規模を縮小することができ、超音波センサーのコストダウンを図れ、且つ、回路サイズも小さくできる。また、各送信素子に対して１つのマルチプレクサーを設ければよく、複数の送信素子のそれぞれに対してスイッチング素子を設ける場合に比べて回路構成を簡略化できる。
【００１４】
本適用例の超音波センサーにおいて、前記送信制御部は、前記送信回路で生成する前記周期駆動電圧の周期を変更することが好ましい。
本適用例では、上述したように、各送信素子に対して、周期駆動電圧の１／（ｎ＋１）周期、または周期駆動電圧の周期の整数倍だけ遅延させて周期駆動電圧を順に入力する。このような本適用例では、周期駆動電圧の周期を変更することで、各送信素子の遅延時間が調整され、超音波の送信方向を制御することができる。
【００１５】
本発明の一適用例に係る電子機器は、上述したような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、送信部及び受信部を電子機器に取り付けた際に、送信部及び受信部の取付角度誤差によって、送信部から送信される超音波の音軸が、受信部に対してずれている場合でも、送信部の複数の送信素子を遅延駆動させることで、超音波の送信方向を制御でき、音軸を受信部に向かう方向に合わせることができる。よって、電子機器において、対象物の状態を制度良く検出することができる。
【００１６】
本発明の一適用例に係る超音波センサーの駆動方法は、対象物の表面の法線に対して傾斜した第一軸上に配置された送信部と、前記第一軸上で前記対象物の前記送信部とは反対側に設けられた受信部と、を備え、前記送信部が、超音波を送信する複数の送信素子を有し、複数の前記送信素子が、前記法線と前記第一軸とを含む面内で、前記第一軸に交差する第一方向に沿って配置されてている超音波センサーの駆動方法であって、ｍを１以上の自然数とし、所定の周期の周期駆動電圧を、当該周期駆動電圧の１／ｍ周期の整数倍で遅延させて、前記第一方向に並ぶ複数の前記送信素子を順に入力して、前記受信部で前記超音波を受信した際に出力される受信信号の電圧を検出する電圧検出ステップと、前記電圧検出ステップで検出される前記受信信号の電圧に基づいて、前記周期駆動電圧の周期を設定する周期設定ステップと、前記周期設定ステップで設定された周期の前記周期駆動電圧を、前記周期駆動電圧の１／ｍ周期の整数倍で、前記第一方向に並ぶ複数の前記送信素子を順に入力して、前記第一方向に並ぶ複数の前記送信素子を順に駆動させ、前記受信部で受信される前記受信信号の電圧に基づいて前記対象物の状態を検出する状態検出ステップと、を実施し、前記電圧検出ステップでは、前記周期駆動電圧の周期を変更して、各周期に対する前記受信信号の電圧を検出し、前記周期設定ステップは、前記受信信号の電圧が最大値となった際の周期を選択して前記状態検出ステップに用いる周期として設定することをと特徴とする。
【００１７】
本適用例では、電圧検出ステップにおいて、周期駆動電圧の１／ｍ周期で遅延させて複数の送信素子に周期駆動電圧を順に入力して、受信部から出力される受信信号の電圧を検出する。この際、周期駆動電圧の周期を変化させた際の受信信号の電圧をそれぞれ検出する。そして、周期設定ステップでは、電圧検出ステップで検出した受信信号の電圧が最大値となる周期を特定して、状態検出ステップにおいて用いる周期駆動電圧の周期とする。そして、状態検出ステップにおいて、設定された周期の周期駆動電圧を、１／ｍで遅延させて各送信素子に入力し、受信信号に基づいて、対象物の状態を検出する。
これにより、送信部及び受信部を電子機器等に取り付けた際に、取付角度誤差が有る場合でも、送信部の各送信素子を遅延駆動させた際に、送信部から送信した超音波の音軸が、受信部に向かうように調整することができ、対象物の状態を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】第一実施形態のイメージスキャナー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模式図。
【図４】第一実施形態の超音波センサーを構成する送信部の平面図。
【図５】図４のＡ−Ａ線を切断した際の送信部の一部の断面図。
【図６】送信素子ピッチｄがｄ＝ｄｇである場合の超音波の音圧分布を示す図。
【図７】送信素子ピッチｄがｄ＝２ｄｇである場合の超音波の音圧分布を示す図。
【図８】送信素子ピッチｄがｄ＞２ｄｇである場合の超音波の音圧分布を示す図。
【図９】送信部からの距離（深さ）が２０ｍｍとなる位置での音圧強度分布を示す図である。
【図１０】第一実施形態の送信部の回路構成の概略を示す図。
【図１１】第一実施形態において、第一送信回路及び第二送信回路で生成される周期駆動電圧、及び、各送信列に入力される周期駆動電圧のタイミングチャート。
【図１２】第一実施形態のイメージスキャナーの制御構成を示すブロック図。
【図１３】第一実施形態の周期駆動電圧の周期設定方法を示すフローチャート。
【図１４】第一実施形態における周期の変更方法を示す図。
【図１５】第一実施形態の重送検知処理を含む用紙のスキャン方法を示すフローチャート。
【図１６】第二実施形態の送信部の回路構成の概略を示す図。
【図１７】第二実施形態において、第一送信回路及び第二送信回路で生成される周期駆動電圧、及び、各送信列に入力される周期駆動電圧のタイミングチャート。
【図１８】第三実施形態の送信部の回路構成の概略を示す図。
【図１９】第三実施形態において、第一送信回路及び第二送信回路で生成される周期駆動電圧、及び、各送信列に入力される周期駆動電圧のタイミングチャート。
【図２０】一変形例に係る周期駆動電圧の周期変更方法を説明するための図。
【図２１】一変形例に係る超音波センサーの回路構成を説明するための図。
【図２２】図２１の超音波センサーにおけるタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［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。
［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、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１３０（図２参照）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。
【００２０】
［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１２Ａ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を搬送経路１３０に沿って搬送する。
【００２１】
より具体的には、搬送部１３は、本体１１内の搬送経路１３０の上流端位置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よりも搬送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、Ｙ方向に用紙Ｐの読取位置を挟んで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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、制御部１６の制御に基づいて、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に積載された複数枚の用紙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。
【００２４】
［スキャン部１４の構成］
図２に示すように、搬送経路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、搬送経路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。
【００２５】
［超音波センサー１５の構成］
超音波センサー１５は、搬送経路１３０において、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。
【００２６】
図３は、超音波センサー１５の概略構成を示す図である。
図３に示すように、超音波センサー１５は、搬送部１３により搬送される用紙Ｐを通過するように送信部１５Ａから超音波を発信し、この超音波を受信部１５Ｂで受信することで用紙Ｐの重送を検出する。すなわち、送信部１５Ａと受信部１５Ｂは、搬送経路１３０を挟んで配置されている。
図３に示すように、送信部１５Ａ及び受信部１５Ｂは、送信部１５Ａの中心と受信部１５Ｂの中心とを通るセンサー中心軸１５Ｃ（第一軸）が、搬送経路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１５Ａから送信された超音波が、用紙Ｐと送信部１５Ａ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１５Ｂ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１５Ｂでは、送信部１５Ａから用紙Ｐを通過して受信部１５Ｂ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１５Ｂ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１５Ｂ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。
【００２７】
送信部１５Ａは、送信回路基板３１を介して、また、受信部１５Ｂは、受信回路基板３２を介して本体に取り付けられる。送信回路基板３１や受信回路基板３２は、図３に示すように、本体１１の内部に固定された基板支持部１１１の所定位置に係合されて固定される。本実施形態では、送信回路基板３１や受信回路基板３２は、搬送経路１３０と略平行となるように固定される。そして、本実施形態では、送信部１５Ａは、送信回路基板３１の基板面に対して送信面１５Ａ１が平行となるように固定される。一方、受信部１５Ｂは、受信回路基板３２の基板面に対して受信面１５Ｂ１が角度θで傾斜するように固定される。
なお、ここでは、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１５Ａの素子構成］
超音波センサー１５を構成する送信部１５Ａをより具体的に説明する。
図４は、送信部１５Ａの概略構成を示す平面図である。図５は、送信部１５Ａの一部の断面図である。
図４及び図５に示すように、送信部１５Ａは、素子基板２１と圧電素子２２とを備えて構成されている。本実施形態では、素子基板２１の基板厚み方向（Ｚ方向）は、用紙Ｐの法線方向と一致（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。なお、Ｘ方向は本発明の第一方向となる。
【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、Ｙ方向に沿って直線状に形成される。第一電極２２１の両端部（±Ｙ側端部）は、例えば、送信部１５Ａ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、Ｘ方向に沿って直線状に形成されている。第二電極２２３の±Ｘ側端部は、共通電極線２２３Ａに接続される。共通電極線２２３Ａは、Ｘ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（±Ｙ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つの超音波トランスデューサー（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１５Ａ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１５Ａでは、Ｙ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Ｙ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１５Ａが構成されている。
【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の間に所定周波数の周期駆動電圧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１５Ａは、Ｘ方向に沿って並ぶ送信列２３Ａへの周期駆動電圧の入力タイミングを異ならせることで超音波の送信方向を制御する。つまり、複数の送信素子２３から送信される超音波が合成されることで、超音波の波面が形成される。各送信列２３Ａへの周期駆動電圧の入力タイミングを遅延させることで、超音波の波面の進行方向を所定の角度方向に制御することが可能となる。例えば、超音波の送信方向を、Ｚ方向（用紙Ｐの法線方向）に対して＋Ｘ側に傾斜させて送信する場合、Ｘ方向の−Ｘ側端部の送信列２３Ａから、＋Ｘ側に向かって、周期駆動電圧の入力タイミングを遅延させる。また、超音波の送信方向を、Ｚ方向から−Ｘ側に傾斜させて送信する場合、Ｘ方向の＋Ｘ側端部の送信列２３Ａから、−Ｘ側に向かって、周期駆動電圧の入力タイミングを遅延させる。本実施形態では、図３に示すように、受信部１５Ｂが送信部１５Ａよりも＋Ｘ側に配置されるので、−Ｘ側端部から＋Ｘ側に向かって順に送信列２３Ａが駆動される。
【００３６】
図６は、送信素子ピッチｄがｄ＝ｄｇである場合の超音波の音圧分布を示す図である。図７は、送信素子ピッチｄがｄ＝２ｄｇである場合の超音波の音圧分布を示す図である。図８は、送信素子ピッチｄがｄ＞２ｄｇである場合の超音波の音圧分布を示す図である。なお、図６〜図８では、色の濃淡により超音波の音圧分布を示し、色が淡い部分（白色部分）程、音圧が高いことを示す。
ここで、「ｄｇ」は、送信部１５Ａから超音波を送信した際に、グレーティングローブが発生しない送信素子ピッチの最大値を示している。一般に、送信素子２３から出力される超音波の波長λと、送信素子２３間の距離（送信素子ピッチ）をｄとすると、グレーティングローブが発生しない条件は、ｄ＜λ／（ｓｉｎθ＋１）となる。図６〜図７において、送信音場は、送信部１５Ａの送信面１５Ａ１を示し、図６では、送信面１５Ａ１に１６個の送信列２３Ａが配置される例、図７は、８個の送信列２３Ａが配置される例、図８は、４個の送信列２３Ａが配置される例である。
また、図９は、送信部１５Ａから、Ｚ方向に対して２２°の方向に超音波を送信した際の、Ｚ方向の位置（深さ）が２０ｍｍとなる位置での音圧強度分布を示す図である。図９において、曲線Ｐ１は図６（ｄ＝ｄｇ）に対応し、曲線Ｐ２は図７（ｄ＝２ｄｇ）に対応し、曲線Ｐ３は図８（ｄ＞２ｄｇ）に対応している。
【００３７】
本実施形態のように、送信部１５Ａから超音波を送信し、用紙Ｐを通過した超音波を受信部１５Ｂで受信する場合、送信部１５Ａと受信部１５Ｂとの距離として、約２０ｍｍの距離が有れば十分である。ここで、送信素子ピッチｄがｄ≦２ｄｇとなる場合、図６、図７及び図９に示すように、送信部１５Ａから約２０ｍｍの距離に、所定音圧以上の超音波が到達し、受信部１５Ｂから出力される受信信号の信号強度が閾値Ｐ４以上となる。一方、図８及び図９に示すように、送信素子ピッチｄがｄ＞２ｄｇとなる場合、送信部１５Ａから所望深さの位置（本実施形態では約２０ｍｍの位置）において、十分な音圧の超音波を確保できず、受信部１５Ｂからの受信信号の信号強度も閾値Ｐ４未満となる。
つまり、本実施形態では、上述したように、複数の送信列２３Ａを遅延駆動させることで、超音波の送信方向が受信部１５Ｂの方向に向かうように制御する。この際、送信列２３Ａの間隔（送信素子ピッチｄ）をｄ＞２ｄｇとすると、送信部１５Ａから所望深さの位置に対して、十分な音圧の超音波を送信することができず、超音波の送信方向の制御も困難となる。
これに対して、送信部１５Ａにおいて、送信素子ピッチｄをｄ≦２ｄｇとすることで、所望深さの位置に対して十分な音圧で到達する超音波を出力でき、かつ、遅延制御により超音波の送信方向を精度良く制御できる。
【００３８】
これに加え、図８に示すように、送信素子ピッチｄがｄ＞２ｄｇとなる場合、複数の方向にグレーティングローブが形成される。このようなグレーティングローブが発生すると、超音波が用紙Ｐを回り込んで受信部１５Ｂで受信されて、超音波センサー１５による重送検出の精度が低下する虞がある。これに対して、図６及び図７のように、送信素子ピッチｄをｄ≦２ｄｇとした場合、約２０ｍｍの深さに対して、グレーティングローブが見られず、所定方向に音圧強度がピークとなるようにメインローブを形成することができる。
【００３９】
一方、送信素子ピッチｄを小さくすると、送信部１５Ａに対して、より多くの送信列２３Ａを形成する必要が生じる。本実施形態では、送信部１５Ａから送信する超音波の方向を、送信列２３Ａに入力する周期駆動電圧を遅延させることで制御する。この場合、送信音圧を確保するために送信部１５Ａにある程度の面積の送信面１５Ａ１を形成する必要がある。このため、送信素子ピッチｄを小さくする程、送信部１５Ａに配置する送信素子２３及び送信列２３Ａの数は多くなる。
【００４０】
例えば、本実施形態では、送信部１５Ａの送信面１５Ａ１（図３，４参照）のＸ方向の幅は１０ｍｍであり、当該１０ｍｍの範囲内に送信列２３Ａが等間隔に配置されることで、超音波の送信方向を制御する。ここで、各送信素子２３から例えば５６０ｋＨｚの超音波（波長約６００μｍ）を送信する場合、超音波の送信方向を精度良く制御するためには、少なくとも８個以上の（８Ｃｈ以上の）送信列２３Ａを形成すればよい。
しかしながら、送信列２３Ａの数が増大すると、これらの送信列２３Ａを駆動させるための回路構成も複雑化し、超音波センサー１５のコストが高くなる。例えば、本実施形態では、各送信列２３Ａのそれぞれに対して、それぞれスイッチング素子３１１（図１０参照）を接続する。よって、送信列２３Ａの数が多くなると、スイッチング素子３１１の設置数も多くなり、かつ、各スイッチング素子３１１に対する配線構成も複雑化する。また、送信部１５Ａにおいても、配線構成が複雑化し、かつ、配線幅も小さくなることで、配線抵抗も増大する。
そこで、本実施形態の超音波センサー１５では、送信素子２３（送信列２３Ａ）の送信素子ピッチｄは、ｄｇ＜ｄ≦２ｄｇ、つまり、λ＜ｄ≦２λとなるように形成されている。これにより、送信部１５Ａにおける高精度な超音波の送信制御と、グレーティングローブの発生の抑制とを図りつつ、送信列２３Ａの配置数も減らすことができ、回路構成の簡略化を図ることが可能となる。例えば、送信素子ピッチｄをｄ＝２ｄｇとして、Ｘ方向の幅が１０ｍｍの送信部１５Ａに送信素子２３（送信列２３Ａ）を配置する場合、送信列２３Ａの数は８Ｃｈとなり、送信素子ピッチｄをｄ＝ｄｇとした場合に比べて、配線数やスイッチング素子３１１の数を１／２に削減できる。
【００４１】
［送信部１５Ａの回路構成］
図１０は、本実施形態の送信部１５Ａの回路構成の概略を示す図である。なお、図１０では、説明の簡略化のため、送信列２３Ａの数を４個としている。図１１は、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂで生成される周期駆動電圧、及び、各送信列２３Ａに入力される入力電圧（周期駆動電圧）のタイミングチャートである。
図３に示すように、送信部１５Ａは、送信回路基板３１に接続されている。この送信回路基板３１には、図１０に示すように、スイッチング素子３１１と、第一送信回路３１２Ａと、第二送信回路３１２Ｂと、タイミング制御部３１３と、が配置されている。
【００４２】
スイッチング素子３１１は、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と、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂのいずれかと、を接続する。具体的には、Ｘ方向に沿って−Ｘ側から２ｋ−１番目（但し、ｋは１以上の自然数）に配置される送信列２３Ａに接続されるスイッチング素子３１１は、第一送信回路３１２Ａに接続される。また、Ｘ方向に沿って−Ｘ側から２ｋ番目に配置される送信列２３Ａに接続されるスイッチング素子３１１は、第二送信回路３１２Ｂに接続される。すなわち、本実施形態では、Ｘ方向に対して１つ置きに配置される送信列２３Ａ（送信素子２３）を１つの送信制御グループとして、対応する１つの送信回路（第一送信回路３１２Ａまたは第二送信回路３１２Ｂ）に接続可能となる。
これらのスイッチング素子３１１は、タイミング制御部３１３の制御により、送信列２３Ａと送信回路（第一送信回路３１２Ａまたは第二送信回路３１２Ｂ）とを接続する接続位置、及び、送信列２３Ａと送信回路（第一送信回路３１２Ａまたは第二送信回路３１２Ｂ）とを切断する切断位置に切り替えられる。
【００４３】
第一送信回路３１２Ａは、２ｋ＋１番目の送信列２３Ａに対して入力する周期駆動電圧を生成する。第二送信回路３１２Ｂは、２ｋ番目の送信列２３Ａに対して入力する周期駆動電圧を生成する。これらの第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂは、プラス電源、マイナス電源、及び耐圧性の高いトランジスター等により構成される。
これらの第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂは、タイミング制御部３１３の制御に基づいて、所定周期（周期Ｔ）の周期駆動電圧を生成する。第二送信回路３１２Ｂで生成される周期駆動電圧は、第一送信回路３１２Ａで生成される周期駆動電圧に対して位相が半周期だけずれた（遅延された）周期駆動電圧となる。
【００４４】
タイミング制御部３１３は、本発明の送信制御部を構成し、例えばＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等の集積回路により構成されている。
タイミング制御部３１３は、第一送信回路３１２Ａや第二送信回路３１２Ｂを制御する。例えば、タイミング制御部３１３は、周期駆動電圧の生成を指令する制御信号を第一送信回路３１２Ａや第二送信回路３１２Ｂに入力する。制御信号には、生成する周期駆動電圧の周波数（周期）が含まれる。これにより、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂは、指定された周波数の周期駆動電圧を生成する。
この際、タイミング制御部３１３は、図１１に示すように、第一送信回路３１２Ａに対して、所定周期分（例えば６周期）の周期駆動電圧を生成する旨の第一制御信号を出力する。また、タイミング制御部３１３は、第二送信回路３１２Ｂに対して、第一制御信号を出力してから、周期駆動電圧の半周期だけ遅延させて、所定周期分（例えば６周期）の周期駆動電圧を生成する旨の第一制御信号を出力する。
これにより、図１１に示すように、第一送信回路３１２Ａで６波分の周期駆動電圧が生成され、第二送信回路３１２Ｂで、第一送信回路３１２Ａで生成される周期駆動電圧から半周期分だけ遅延した６波分の周期駆動電圧が生成される。
なお、図１１に示す例は、送信列２３Ａが４つで、５波分の周期駆動電圧を入力する例であるため、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂで６波分の周期駆動電圧を生成しているが、送信列２３Ａの数や、各送信列２３Ａに入力する周期駆動電圧の周波数により、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂで生成する周期駆動電圧の波数は適宜調整できる。
【００４５】
また、タイミング制御部３１３は、各スイッチング素子３１１をゲート制御することで、スイッチング素子３１１の接続状態を接続位置及び切断位置に切り替える。
本実施形態では、受信部１５Ｂが送信部１５Ａよりも＋Ｘ側に配置されるので、タイミング制御部３１３は、Ｘ方向の−Ｘ側端部に位置する送信列２３Ａから＋Ｘ側に向かって順に周期駆動電圧が入力されるように、各スイッチング素子３１１をゲート制御し、切断位置から接続位置に切り替える。
【００４６】
具体的には、タイミング制御部３１３は、−Ｘ側端部からｉ番目の送信列２３Ａに対応するスイッチング素子３１１を接続位置に切り替えた後、周期駆動電圧の半周期だけ遅延させて、ｉ＋１番目の送信列２３Ａに対応するスイッチング素子３１１を接続位置に切り替える。また、スイッチング素子３１１を接続位置に切り替えた後、周期駆動電圧の５周期分の時間が経過した後、スイッチング素子３１１を切断位置に切り替える。
これにより、図１１に示すように、１番目の送信列２３Ａに対して第一送信回路３１２Ａで生成された１波から５波までの周期駆動電圧が入力される。また、２番目の送信列２３Ａには、１番目の送信列２３Ａに周期駆動電圧が入力されたタイミングから半周期分だけ遅れて、第二送信回路３１２Ｂで生成された１波から５波までの周期駆動電圧が入力される。
さらに、３番目の送信列２３Ａには、２番目の送信列２３Ａに周期駆動電圧が入力されたタイミングから半周期分だけ遅れて、第一送信回路３１２Ａで生成された２波から６波までの周期駆動電圧が入力される。そして、４番目の送信列２３Ａには、３番目の送信列２３Ａに周期駆動電圧が入力されたタイミングから半周期分だけ遅れて、第二送信回路３１２Ｂで生成された２波から６波までの周期駆動電圧が入力される。
すなわち、Ｘ方向に奇数番目に配置される送信列２３Ａに入力される周期駆動電圧は同位相となり、第一送信回路３１２Ａで生成される周期駆動電圧を入力することができる。同様に、Ｘ方向に偶数番目に配置される送信列２３Ａに入力される周期駆動電圧は同位相となり、第二送信回路３１２Ｂで生成される周期駆動電圧を入力することができる。このように、本実施形態では、各送信列２３Ａや各送信素子２３に対応する送信回路をそれぞれ設ける必要がなく、同じ送信制御グループに属する送信列２３Ａや送信素子２３に対して、同じ送信回路から出力された周期駆動電圧を入力すればよい。
以上の制御により、図１０に示すように、遅延時間に応じた方向に超音波が送信される。
【００４７】
［受信部１５Ｂの構成］
受信部１５Ｂは、図３に示すように、受信面１５Ｂ１が、送信部１５Ａに向くように配置されている。つまり、受信部１５Ｂの中心と送信部１５Ａの中心とを結ぶセンサー中心軸１５Ｃに対して、受信面１５Ｂ１が垂直（または略垂直）となるように受信部１５Ｂが配置される。
この受信部１５Ｂは、送信部１５Ａ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１５Ｂ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１５Ａと同一であるため、ここでの説明は省略する。
【００４８】
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１５Ｂの受信面１５Ｂ１のいずれかで、送信部１５Ａ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１５Ｂ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。
【００４９】
そして、受信部１５Ｂの各第一電極端子や第二電極端子は、受信部１５Ｂを固定する受信回路基板３２に接続される。この受信回路基板３２には、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受信回路を用いることができ、ここでの説明は省略する。
【００５０】
［制御部１６の構成］
図１２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。
図１２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。
【００５１】
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１２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、周期設定部１６１Ｄ等として機能する。
【００５２】
搬送制御部１６１Ａは、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を搬送経路１３０に沿って読取条件に応じた搬送速度で搬送させる。
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。
【００５３】
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１５Ｂ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。
【００５４】
周期設定部１６１Ｄは、超音波センサー１５において、送信部１５Ａから送信される超音波の送信方向（音軸）が受信部１５Ｂに向くように、送信部１５Ａの各送信列２３Ａに入力される周期駆動電圧の周期を設定する。
【００５５】
［超音波センサー１５の駆動方法］
［周期駆動電圧の周期設定］
図１３は、本実施形態の周期駆動電圧の周期設定方法を示すフローチャートである。
本実施形態のイメージスキャナー１０では、超音波センサー１５のセンサー中心軸１５Ｃが、搬送経路１３０の法線に対して傾斜する。この場合、送信部１５Ａから送信される超音波の音軸が、センサー中心軸１５Ｃと一致（または略一致）するように、送信部１５Ａの各送信列２３Ａに入力される周期駆動電圧を設定する必要がある。
周期駆動電圧の周期設定処理は、例えば、イメージスキャナー１０が工場において製造された際に実施されてもよく、イメージスキャナー１０が起動された際に実施されてもよく、周期的に実施されてもよい。また、周期設定処理は、用紙Ｐが搬送経路１３０上に搬送されていない状態で実施されることが好ましいが、用紙Ｐが搬送経路１３０内に搬送されている状態で実施されてもよい。
【００５６】
周期設定処理では、図１３に示すように、周期設定部１６１Ｄは、送信部１５Ａを駆動させる際の周期駆動電圧の周期（指令周期ＴＳ）を、予め設定された所定の最小周期（ＴＳ１）に設定する（ステップＳ１１）。
【００５７】
この後、周期設定部１６１Ｄは、設定した指令周期ＴＳｉの周期駆動電圧Ｖｉでの駆動を指令する指令信号を生成して超音波センサー１５に出力する（ステップＳ１２）。なお、添え字「ｉ」は、測定回数を示す変数であり、最小値（初期値）は１、最大値はＩである。ステップＳ１１の直後では、最小周期ＴＳ１の周期駆動電圧Ｖ１での駆動を指令する指令信号が生成される。
送信部１５Ａのタイミング制御部３１３は、指令信号を受信すると、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂに、設定された指令周期ＴＳｉの周期駆動電圧Ｖｉを生成させる。また、タイミング制御部３１３は、各スイッチング素子３１１の切り替えを制御し、−Ｘ側端部の送信列２３Ａから＋Ｘ側に向かって、指令周期ＴＳｉの１／ｍ周期の遅延時間で順に周期駆動電圧を入力させる。本実施形態では、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂにより周期駆動電圧を生成するため、ｍ＝２であり、指令周期ＴＳｉの半周期の遅延時間で周期駆動電圧を順に入力させる。これにより、送信部１５Ａから、指令周期ＴＳｉの半周期に対応する方向に超音波が送信され、受信部１５Ｂは、受信した超音波の音圧に応じた受信信号を制御部１６に出力する。
周期設定部１６１Ｄは、受信部１５Ｂから出力された受信信号の電圧値Ｄｉを検出する（ステップＳ１３）。また、周期設定部１６１Ｄは、読み取った電圧値Ｄｉを指令周期ＴＳｉと対応付けて、例えばメモリー等の一次記憶領域に記憶する。
【００５８】
次に、周期設定部１６１Ｄは、指令周期ＴＳｉが所定の最大周期であるか否か、つまり変数ｉが最大値Ｉとなったか否かを判定する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４でＮｏと判定される場合（変数ｉが最大値Ｉではない場合）、周期設定部１６１Ｄは、変数ｉに１を加算し、指令周期ＴＳｉの値を所定値αだけ増大させて（ステップＳ１５）、ステップＳ１２に戻る。
図１４は、本実施形態における周期の変更方法を示す図である。
ステップＳ１５において、周期設定部１６１Ｄにより指令周期ＴＳｉの値が増大された後、ステップＳ１２が実施されると、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂの各々で生成される周期駆動電圧の周期が変更される。この際、本実施形態では、図１４に示すように、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂは、周期駆動電圧（パルス波）のディーティー比を維持し、ハイレベル期間及びローレベル期間を同じ割合だけ増加させた周期駆動電圧を生成する。これにより、図１４に示すように、各送信列２３Ａを遅延駆動させる際の遅延時間がΔＴだけ増加することになり、超音波の送信方向がΔＴに対応する角度だけ変化する。
周期設定部１６１Ｄは、ステップＳ１４でＹｅｓと判定されるまで、ステップＳ１２からステップＳ１５の処理をループさせ、指令周期ＴＳｉの値を、最小周期ＴＳ１から最大周期ＴＳＩまで所定値αずつ増加させる。これにより、送信部１５Ａから出力される超音波の送信方向は、−Ｘ側から＋Ｘ側に徐々に変化する（超音波の音軸と送信面１５Ａ１の法線との為す角度が漸増する）。なお、このステップＳ１２からステップＳ１５の処理は、本発明の電圧検出ステップに相当する。
【００５９】
ステップＳ１４でＹｅｓと判定される場合、周期設定部１６１Ｄは、一時記憶領域に記憶された、指令周期ＴＳｉに対する受信信号の電圧値Ｄｉの測定結果を参照し、受信信号の電圧値Ｄｉが最大となった際の指令周期ＴＳｉを選択し、設定周期Ｔｇに設定する（ステップＳ１６）。このステップＳ１６は、本発明の周期設定ステップに相当する。
また、周期設定部１６１Ｄは、設定周期Ｔｇを、記憶部１６２または送信部１５Ａの送信回路基板３１に設けられた記憶回路（メモリー等）に記憶する。
【００６０】
［用紙搬送時の重送検知］
次に、本実施形態のイメージスキャナー１０において、用紙Ｐの搬送時における超音波センサー１５による重送検知処理について説明する。
図１５は、重送検知処理を含む用紙Ｐのスキャン方法を示すフローチャートである。
イメージスキャナー１０において、用紙Ｐの画像を読み取る際、搬送制御部１６１Ａは、搬送モーター１３５を駆動し、搬送部１３によって用紙Ｐを１枚ずつ搬送させる（ステップＳ２１）。
【００６１】
また、重送判定部１６１Ｃは、超音波センサー１５を、ステップＳ１６で設定した設定周期Ｔｇの周期駆動電圧で駆動させる（ステップＳ２２）。
ここで、上述したように、Ｘ方向に並ぶ各送信列２３Ａに設定周期Ｔｇの周期駆動電圧を、設定周期Ｔｇの１／２周期で−Ｘ側から＋Ｘ側に順に入力し、送信部１５Ａから超音波を送信した際に、受信部１５Ｂから出力される受信信号が最大となるように、設定周期Ｔｇが設定されている。このため、送信部１５Ａや受信部１５Ｂを本体１１に取り付ける際に、取付角度誤差が含まれていても、タイミング制御部３１３は、設定周期Ｔｇの周期駆動電圧に基づいた遅延制御で送信部１５Ａを駆動させることで、送信部１５Ａから送信される超音波の音軸を、センサー中心軸１５Ｃに一致または略一致させることができる。
【００６２】
そして、重送判定部１６１Ｃは、超音波センサー１５の受信部１５Ｂから出力される受信信号の電圧値Ｄが、閾値Ｄｈ未満か否かを判定する（ステップＳ２３；状態検出ステップ）。
ステップＳ２３において、Ｙｅｓと判定される場合、つまり、受信信号の電圧値が、閾値未満である場合は、用紙Ｐを通過した超音波の音圧が小さく、２枚以上の用紙が搬送されている状態（重送）であると判定する。この場合、搬送制御部１６１Ａは、用紙Ｐの搬送動作を停止させる（ステップＳ２４）。この場合、搬送制御部１６１Ａは、用紙Ｐの搬送方向を反転させて、搬送経路１３０内の用紙Ｐをリタードローラーを含む第二給送ローラー対１３２よりも上流側（−Ｙ側）に戻し（ステップＳ２５）、ステップＳ２１の処理に戻す。なお、エラーメッセージ等を表示させて処理を終了させてもよい。
【００６３】
また、ステップＳ２３において、Ｎｏと判定される場合、つまり、受信信号の電圧値が閾値以上である場合は、搬送制御部１６１Ａによる用紙Ｐの搬送動作を継続して行う（ステップＳ２６）。そして、搬送された用紙Ｐが読取位置まで来ると、読取制御部１６１Ｂは、スキャン部１４を制御して画像を読み取らせる（ステップＳ２７）。この後、搬送制御部１６１Ａにより、さらに用紙Ｐが搬送されることで、用紙Ｐが排出口１１Ｂから排出される。
【００６４】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波センサー１５は、用紙Ｐ（対象物）の表面の法線に対して傾斜したセンサー中心軸１５Ｃ（第一軸）上に配置されて、用紙Ｐに向かって超音波を送信する送信部１５Ａと、センサー中心軸１５Ｃ上で、用紙Ｐの送信部１５Ａとは反対側に設けられた受信部１５Ｂとを備える。また、送信部１５Ａは、送信回路基板３１に接続され、この送信回路基板３１には、送信部１５Ａの駆動を制御するタイミング制御部３１３（送信制御部）が設けられている。そして、タイミング制御部３１３は、各送信列２３Ａを遅延駆動させて、送信部１５Ａから送信される超音波の方向をセンサー中心軸１５Ｃに合わせる。
【００６５】
このため、イメージスキャナー１０の本体１１に、送信部１５Ａ及び受信部１５Ｂを、装着する際に、取付角度誤差が含まれて、送信部１５Ａの音軸がセンサー中心軸１５Ｃからずれている場合でも、送信部１５Ａからの超音波の送信方向を微調整することができる。したがって、受信部１５Ｂで超音波を受信した際の受信信号の電圧低下を抑制でき、受信部１５Ｂから出力される受信信号に基づいて、用紙Ｐの重送を高精度に検出することができる。
【００６６】
本実施形態の超音波センサー１５では、送信部１５Ａの複数の送信素子２３の送信素子ピッチｄ（配置間隔）は、送信素子２３から出力される超音波の波長λの１倍から２倍である。つまり、送信素子ピッチｄは、グレーティングローブが発生しない最大の送信素子ピッチｄをｄｇ（＝λ）とした場合に、ｄｇ＜ｄ≦２ｄｇとなる。
本実施形態の超音波センサー１５では、用紙Ｐを通過させて重送を検出するものであり、送信部１５Ａから受信部１５Ｂまでの距離は、２０ｍｍ程度となる。この場合、ｄｇ＜ｄ≦２ｄｇとすることで、超音波の送信方向を精度良く制御することができ、送信部１５ＡからＺ方向に約２０ｍｍの距離（深さ）となる位置に対して、超音波の到達位置をＸ方向に変化させることができる。これに加え、当該深さでのグレーティングローブの発生はほぼなく、グレーティングローブによる精度低下も無視できる程度となる。
また、送信部１５Ａの送信面１５Ａ１に対して、送信素子ピッチｄがｄ＜ｄｇで送信素子２３を配置した場合、送信部１５Ａにおける配線構成が複雑になり、各配線の抵抗も大きくなる。これに対して、送信素子ピッチｄをｄｇ＜ｄ≦２ｄｇとする場合では、送信部１５Ａや送信回路基板３１における配線構成も簡素化でき、送信部１５Ａでの配線太さも確保できることから配線抵抗も減らすことができる。
【００６７】
本実施形態の超音波センサー１５では、Ｘ方向に沿って奇数番目に配置される送信列２３Ａが属する送信制御グループに対する周期駆動電圧を生成する第一送信回路３１２Ａと、Ｘ方向に沿って偶数番目に配置される送信列２３Ａが属する送信制御グループに対する周期駆動電圧を生成する第二送信回路３１２Ｂとを有する。また、各送信列２３Ａには、それぞれ、スイッチング素子３１１が設けられる。そして、タイミング制御部３１３は、−Ｘ側端部に位置する送信列２３Ａに対応するスイッチング素子３１１から、＋Ｘ側に向かって順に、周期駆動電圧の半周期で、スイッチング素子３１１を接続位置に切り替える。
これにより、Ｘ方向に並ぶ各送信列２３Ａに、半周期ずつ遅延した周期駆動電圧が順に入力されることになって、送信部１５Ａから遅延時間に応じた方向に超音波を送信することができる。
このような構成では、送信列２３Ａの数が３以上であっても、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂの２つの送信回路によって、各送信列２３Ａを遅延駆動させることができる。したがって、例えば各送信列２３Ａに対してそれぞれ送信回路を設ける場合等に比べて、回路構成を簡略化でき、超音波センサー１５のコストダウンを図れる。
【００６８】
以上のような本実施形態の超音波センサー１５では、タイミング制御部３１３は、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂに、指令周期または設定周期を含む制御信号を出力し、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂで生成される周期駆動電圧の周期を変更する。
本実施形態では、Ｘ方向に順に並ぶ各送信列２３Ａ素子に対して、周期駆動電圧の半周期だけ遅延させて順に周期駆動電圧が入力される。このような本実施形態では、遅延時間を変更して超音波の送信方向を変更するためには、周期駆動電圧の周期を変更する必要がある。本実施形態では、上記のように、タイミング制御部３１３は、第一送信回路３１２Ａや第二送信回路３１２Ｂに制御信号を出力して、周期駆動電圧の周期を変更することができ、これにより、超音波の送信方向を所望の方向に変更することができる。
【００６９】
本実施形態のイメージスキャナー１０は、超音波センサー１５の受信部１５Ｂから出力された受信信号の電圧値に基づいて、用紙Ｐの重送を検出する重送判定部１６１Ｃを備える。
上記のように、超音波センサー１５は、送信部１５Ａ及び受信部１５Ｂを本体１１に取り付けた際に取付角度誤差が生じた場合でも、送信部１５Ａから送信される超音波の送信方向（音軸）を、センサー中心軸１５Ｃに一致させるように調整することができる。よって、受信部１５Ｂにおいて、送信部１５Ａから送信され、用紙Ｐを通過した超音波を好適に受信することができる。したがって、重送判定部１６１Ｃは、このような受信部１５Ｂから出力される受信信号に基づいて、精度よく用紙Ｐの重送を検出することができる。
【００７０】
本実施形態では、周期設定部１６１Ｄは、周期駆動電圧を、周期駆動電圧の半周期の遅延時間で、Ｘ方向に並ぶ複数の送信素子２３（送信列２３Ａ）に順に入力して、受信部１５Ｂで超音波を受信した際に出力される受信信号の電圧を検出する電圧検出ステップ（ステップＳ１２からステップＳ１５）を実施する。この際、周期設定部１６１Ｄは、周期駆動電圧の周期を所定値αずつ変化させ、周期を変化させた各周期駆動電圧に対する受信信号の電圧を検出する。そして、周期設定部１６１Ｄは、電圧検出ステップで検出された受信信号が最大となる周期を、設定周期として設定する。
これにより、送信部１５Ａ及び受信部１５Ｂが本体１１に取り付けられた際に、取付角度誤差が生じていた場合でも、送信部１５Ａから送信する超音波の送信方向（音軸）をセンサー中心軸１５Ｃに合わせることができる。これにより、超音波センサー１５を用いた重送検出を高精度に行うことができる。
【００７１】
［第二実施形態］ 
上記第一実施形態では、Ｘ方向に沿って奇数番目に配置される送信列２３Ａに入力する周期駆動電圧を生成する第一送信回路３１２Ａと、偶数番目に配置される送信列２３Ａに入力する周期駆動電圧を生成する第二送信回路３１２Ｂとを備える構成を例示した。
これに対して、第二実施形態では、各送信列２３Ａに入力する周期駆動電圧を１つの送信回路で生成する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、既に説明した構成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。
【００７２】
図１６は、第二実施形態の送信部１５Ａにおける回路構成を示す図である。図１７は、第二実施形態において、送信回路３１２で生成される周期駆動電圧、及び、各送信列２３Ａに入力される周期駆動電圧のタイミングチャートである。
図１６に示すように、本実施形態の送信回路基板３１Ａは、スイッチング素子３１１、送信回路３１２、及びタイミング制御部３１３Ａを備える。
スイッチング素子３１１は、第一実施形態と同様に、各送信列２３Ａのそれぞれに対応して設けられる。これらのスイッチング素子３１１は、タイミング制御部３１３Ａによるゲート制御により、送信列２３Ａと送信回路３１２とを接続する接続位置、及び送信列２３Ａと送信回路３１２とを切断する切断位置とに切り替え可能となる。
また、各スイッチング素子３１１は、１つの送信回路３１２に接続されている。この送信回路３１２は、第一実施形態と同様に、タイミング制御部３１３Ａからの制御信号に基づいて、指令周期または設定周期の周期駆動電圧を生成する。
【００７３】
そして、本実施形態のタイミング制御部３１３Ａは、図１７に示すように、送信部１５Ａから超音波を送信する際に、各スイッチング素子３１１の接続位置への切り替えを、周期駆動電圧の周期の整数倍（例えば１倍）だけ遅延させて実施する。つまり、−Ｘ側端部に配置された送信列２３Ａに対応するスイッチング素子３１１を接続位置に切り替えた後、周期駆動電圧の１周期分の遅延時間が経過してから、−Ｘ側から２番目に配置された送信列２３Ａに対応するスイッチング素子３１１を接続位置に切り替える。以降、周期駆動電圧の１周期分の遅延時間を設けて、順次＋Ｘ側の送信列２３Ａに周期駆動電圧を入力する。
【００７４】
このような構成でも、Ｘ方向に並ぶ複数の送信列２３Ａが、−Ｘ側から＋Ｘ側に向かって、順に遅延駆動されることで、超音波の送信方向を、送信面１５Ａ１の法線に対して＋Ｘ側に向けることができる。
【００７５】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波センサー１５では、周期駆動電圧を生成する１つの送信回路３１２と、複数の送信列２３Ａのそれぞれに対して設けられたスイッチング素子３１１と、を備える。そして、タイミング制御部３１３Ａは、Ｘ一方向に並ぶ送信列２３Ａに対応するスイッチング素子３１１を、周期駆動電圧の１周期の遅延時間で、順に切断位置から接続位置に切り替える。
このような本実施形態でも、上記第一実施形態と同様に、Ｘ方向に並ぶ各送信列２３Ａを順に遅延駆動させることができ、送信部１５Ａから遅延時間に応じた方向に超音波を送信することができる。
また、本実施形態では、１つの送信回路３１２が設けられていればよいので、第一実施形態よりもさらに回路構成を簡素化でき、超音波センサー１５のコストダウンを図れる。
【００７６】
［第三実施形態］
上記第一実施形態及び第二実施形態では、各送信列２３Ａのそれぞれに対応してスイッチング素子３１１を設ける構成を例示したが、第三実施形態では、スイッチング素子３１１に替えてマルチプレクサーを用いる点で、上記第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
【００７７】
図１８は、第三実施形態の送信部１５Ａにおける回路構成を示す図である。図１９は、第三実施形態において、送信回路３１２で生成される周期駆動電圧、及び、各送信列２３Ａに入力される周期駆動電圧のタイミングチャートである。
図１８に示すように、本実施形態の送信回路基板３１Ｂは、マルチプレクサー３１４、送信回路３１２、及びタイミング制御部３１３Ｂを備える。
【００７８】
マルチプレクサー３１４は、各送信列２３Ａと、送信回路３１２とに接続されており、送信回路３１２から入力された周期駆動電圧を、複数の送信列２３Ａのいずれかに出力する。
また、送信回路３１２は、第二実施形態と同様の構成である。
【００７９】
そして、本実施形態のタイミング制御部３１３Ｂは、送信部１５Ａから超音波を送信する際に、マルチプレクサー３１４をコントロール制御して、図１９に示すように、送信回路３１２から入力された周期駆動電圧の出力先を、周期駆動電圧の周期の整数倍（例えば１倍）のタイミングで、−Ｘ側の送信列２３Ａから＋Ｘ側の送信列２３Ａに切り替える。
つまり、−Ｘ側端部に配置される送信列２３Ａから＋Ｘ側端部に配置される送信列２３Ａまでの各送信列２３Ａが、周期駆動電圧の１周期分の遅延時間で、順に、駆動されることになる。この場合、各送信列２３Ａに入力される周期駆動電圧は、１周期分のパルス波となる。
【００８０】
このような構成でも、Ｘ方向に並ぶ複数の送信列２３Ａが、−Ｘ側から＋Ｘ側に向かって、順に遅延駆動されることで、超音波の送信方向を、送信面１５Ａ１の法線に対して＋Ｘ側に向けることができる。
【００８１】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波センサー１５では、周期駆動電圧を生成する１つの送信回路３１２と、複数の送信列２３Ａと、送信回路３１２とに接続されたマルチプレクサー３１４と、を備える。そして、タイミング制御部３１３Ｂは、周期駆動電圧の１周期分の遅延時間で、マルチプレクサー３１４から周期駆動電圧を出力する送信列２３Ａを、Ｘ方向に沿って順に切り替える。
このような本実施形態でも、上記第一実施形態や第二実施形態と同様に、Ｘ方向に並ぶ各送信列２３Ａを順に遅延駆動させることができ、送信部１５Ａから遅延時間に応じた方向に超音波を送信することができる。
また、第二実施形態と同様に、１つの送信回路３１２が設けられていればよいので、第一実施形態よりもさらに回路構成を簡素化でき、超音波センサー１５のコストダウンを図れる。
【００８２】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態及び変形例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。
【００８３】
例えば、上記第一実施形態では、ステップＳ１５において、指令周期を増加させ、ステップＳ１２を実施した際に、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂは、周期駆動電圧のディーティー比を維持し、ハイレベル期間及びローレベル期間を同割合だけ増加させる例を示した。これに対して、周期駆動電圧のディーディー比を変更してもよい。
図２０は、周期駆動電圧の他の周期変更方法の例を説明するための図である。
例えば、図２０に示すように、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂは、基準周期電圧Ｑに対して、遅延時間Δｔを挿入してデューティー比を変更してもよい。具体的に説明すると、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂは、指令周期が最小周期である場合に、図２０に示すような基準周期電圧Ｑを生成する。この基準周期電圧Ｑは、半周期（Ｔ１／２）のパルス幅のハイレベル信号と、半周期（Ｔ１／２）のパルス幅のローレベル信号とを有する基準波形部Ｑ１が、連続するパルス波形である。
【００８４】
そして、周期設定部１６１Ｄにより、指令周期Ｔ２が増加されると、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂは、指令周期Ｔ２から基準周期Ｔ１を減算した待機時間ｔを算出する。そして、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂは、基準波形部Ｑ１に、待機時間ｔの基準レベル波形部Ｑ２を追加して、１周期分の周期電圧波形Ｑ３とし、周期電圧波形Ｑ３が連続する周期駆動電圧を生成する。すなわち、本例では、ハイレベル信号のパルス幅は変動しないが、周期が変化するのでディーティー比が変動する。
このような場合でも、図２０に示すように、各送信列２３Ａを遅延駆動させる際の遅延時間ΔＴは、最小周期の周期駆動電圧を用いて送信部１５Ａを駆動させる際に比べて、待機時間ｔ／２だけ増加することになり、超音波の送信方向が待機時間ｔ／２に対応する角度だけ変化する。
【００８５】
また、図２０は、第一実施形態のように複数の送信回路が設けられる例であるが、第二実施形態や第三実施形態のように、１つの送信回路３１２のみが設けられる構成でも同様にして、周期駆動電圧の周期を調整できる。
つまり、１つの送信回路３１２のみが設けられる場合でも、上記と同様に、基準波形部Ｑ１に、基準周期Ｔ１と指令周期Ｔ２との差である待機時間ｔの基準レベル波形部Ｑ２を追加して、１周期分の周期電圧波形Ｑ３とし、周期電圧波形Ｑ３が連続する周期駆動電圧を生成すればよい。
【００８６】
上記第一実施形態では、Ｘ方向に沿って１個おきに配置された送信列２３Ａ（送信素子２３）を１つの送信制御グループとした。
これに対して、ｎ個おきに配置された送信列２３Ａを１つの送信制御グループとしてもよい。つまり、Ｘ方向に沿って−Ｘ側から（ｎ＋１）ｋ−ｎ番目（ｋが１以上の自然数）の送信列２３Ａを含む送信制御グループ、（ｎ＋１）ｋ−（ｎ−１）番目の送信列２３Ａを含む送信制御グループ、…（ｎ＋１）ｋ＋１番目の送信列２３Ａを含む送信制御グループ、（ｎ＋１）ｋ番目の送信列２３Ａを含む送信制御グループ、の合計ｎ＋１個の送信制御グループに分けられる。この場合、各送信制御グループに対応した、ｎ＋１個の送信回路が設けられ、順にｈ／（ｎ＋１）周期（ｈは正の整数）だけ遅延させた周期駆動電圧を生成する。つまり、Ｘ方向に沿ってｋ番目の送信制御グループに対応した第ｋの送信回路は、第ｋ−１の送信回路で生成される周期駆動電圧に対して、ｈ／（ｎ＋１）周期の整数倍だけ遅延した周期駆動電圧を生成する。
図２１は、ｎ＝２とした場合の回路構成を示す図であり、図２２は、ｎ＝２，ｈ＝１とした場合の超音波センサー１５の各送信列２３Ａに入力される入力電圧（周期駆動電圧）のタイミングチャートである。
図２１の例では、Ｘ方向に２個おきに配置された送信列２３Ａ（送信素子２３）を１つの送信制御グループとする。つまり、−Ｘ側から３ｋ−２番目の送信列２３Ａを含む送信制御グループ、３ｋ−１番目の送信列２３Ａを含む送信制御グループ、３ｋ番目の送信列２３Ａを含む送信制御グループに分けられる。
【００８７】
また、図２２に示すように、３ｋ−２番目の送信列２３Ａに対応した第１の送信回路３１２Ｃは、タイミング制御部３１３から指令された周期の周期駆動電圧を生成する。３ｋ−１番目の送信列２３Ａに対応した第２の送信回路３１２Ｄは、第１の送信回路３１２Ｃで生成される周期駆動電圧に対して、位相が１／３周期だけ遅延した周期駆動電圧を生成する。３ｋ番目の送信列２３Ａに対応した第３の送信回路３１２Ｅは、第２の送信回路３１２Ｄで生成される周期駆動電圧に対して、位相が１／３周期だけ遅延した周期駆動電圧を生成する。
そして、タイミング制御部３１３は、各送信列２３Ａに接続されるスイッチング素子３１１を−Ｘ側端部（または＋Ｘ側端部）から順に、周期駆動電圧の１／３周期だけ遅延させて切断位置から接続位置に切り替える。これにより、図２２に示すように、−Ｘ側端部の１番目の送信列２３Ａから＋Ｘ側に向かって、１／３周期の遅延時間で順に周期駆動電圧が印加される。
【００８８】
また、図２１は、各送信回路において、−Ｘ側端部の送信列２３Ａから順に、位相を１／ｎ周期だけ遅延させた周期駆動電圧を入力する例であるが、これに限定されない。例えば、ｈ／ｎ周期だけ遅延させた周期駆動電圧を入力してもよい。
図２１に示す例において、第２の送信回路３１２Ｄは、第１の送信回路３１２Ｃで生成される周期駆動電圧を、位相を２／３周期だけ遅延させた周期駆動電圧を生成し、第３の送信回路３１２Ｅは、第２の送信回路３１２Ｄで生成される周期駆動電圧を、位相を２／３周期だけ遅延させた周期駆動電圧を生成してもよい。
【００８９】
上記第一実施形態において、送信素子２３の間隔（送信素子ピッチｄ）を、グレーティングローブが発生しない素子ピッチをｄｇとして、１＜ｄ＜２ｄｇとする例を示したが、これに限定されず、送信素子ピッチｄを、グレーティングローブが発生しないｄｇ以下としてもよい。
送信素子ピッチｄをｄ≦ｄｇとすることで、送信部１５Ａに配置する必要がある送信素子２３の数が増大し、送信回路基板３１の配線構成は複雑になる。しかしながら、第一実施形態では、第一送信回路３１２Ａ及び第二送信回路３１２Ｂのみで、各送信列２３Ａを遅延駆動させることができ、第二実施形態や第三実施形態では、１つの送信回路３１２のみで、各送信列２３Ａを遅延駆動させることができる。よって、例えば、ｄ≦ｄｇの送信素子ピッチｄで配置された複数の送信素子２３（送信列２３Ａ）の１つ１つに対応して専用の送信回路を設ける構成に比べて、回路構成を簡素化することができる。
【００９０】
また、送信素子２３の送信素子ピッチｄをｄｇ＜ｄ＜２ｄｇとする場合、送信部１５Ａの回路構成として、各送信列２３Ａの１つ１つに対して、送信回路を設ける構成としてもよい。送信素子ピッチｄをｄｇ＜ｄ＜２ｄｇとすることで、送信素子ピッチｄをｄ≦ｄｇとする場合に比べて送信列２３Ａの数が少なくなり、その分、必要となる送信回路も少なくなる。特に、各送信列２３Ａに入力する周期駆動電圧を生成する送信回路には、バイポーラ駆動のためのプラス電源、マイナス電源の他、耐圧の高いトランジスターを必要とし、回路規模が大きく高価な回路となる。したがって、従来に比べて、送信回路の数を減らすことができる本構成では、超音波センサーのコストダウンを効果的に図ることができる。
【００９１】
上記第一実施形態では、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、搬送経路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。
【００９２】
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１５Ｂからの受信信号の電圧値と、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１５Ｂ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。
【００９３】
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、流速測定装置における流速測定精度を向上させることができる。
【００９４】
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】
【００９５】
１０…イメージスキャナー（電子機器）、１５…超音波センサー、１５Ａ…送信部、１５Ａ１…送信面、１５Ｂ…受信部、１５Ｂ１…受信面、１５Ｃ…センサー中心軸（第一軸）、１６…制御部、２１…素子基板、２２…圧電素子、２３…送信素子、２３Ａ…送信列、３１，３１Ａ，３１Ｂ…送信回路基板、３２…受信回路基板、５１…外部機器、１１１…基板支持部、１３０…搬送経路、１６１…演算部、１６１Ａ…搬送制御部、１６１Ｂ…読取制御部、１６１Ｃ…重送判定部、１６１Ｄ…周期設定部、１６２…記憶部、２１１…基板本体部、２１２…振動膜、２１２Ａ…振動部、２２１…第一電極、２２２…圧電膜、２２３…第二電極、３１１…スイッチング素子、３１２…送信回路、３１２Ａ…第一送信回路、３１２Ｂ…第二送信回路、３１２Ｃ…第１の送信回路、３１２Ｄ…第２の送信回路、３１２Ｅ…第３の送信回路、３１３，３１３Ａ，３１３Ｂ…タイミング制御部（送信制御部）、３１４…マルチプレクサー、Ｐ…用紙（対象物）。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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