(57)【要約】【課題】本発明は、給紙装置に関し、送信側超音波センサの駆動周波数をフィードバック制御により調整する超音波検知器を備えることを目的とする。【解決手段】給紙装置は、超音波を用いてダブルフィードを検知する超音波検知器１を備える。超音波検知器１は、送信側超音波センサ１７と、送信側超音波センサ１７に対して駆動信号を供給する駆動ＩＣ１３と、送信側超音波センサ１７と給紙装置における搬送路を挟んで対向して設けられた受信側超音波センサ１８と、受信側超音波センサ１８が受信した超音波に基づいて駆動信号の駆動周波数が送信側超音波センサ１７の共振周波数に合うように駆動ＩＣ１３を制御する制御手段１１、１２、１６とを備える。【選択図】　　図３
2004107060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を用いて複数の用紙の搬送を検知する超音波検知器を備える給紙装置において、
前記超音波検知器は、
超音波を出力する送信側超音波センサと、
前記送信側超音波センサに対してこれを駆動する駆動信号を供給する駆動回路と、
前記送信側超音波センサと当該給紙装置における搬送路を挟んで対向して設けられ、超音波を受ける受信側超音波センサと、
前記受信側超音波センサが受信した超音波に基づいて、前記駆動信号の駆動周波数が前記送信側超音波センサの共振周波数に合うように前記駆動回路を制御する制御手段とを備える
ことを特徴とする給紙装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記受信側超音波センサが受信した超音波の振幅値と予め定められた基準値とを比較した結果に基づいて制御信号を形成する比較手段と、
前記制御信号に応じてその抵抗値が変化する可変抵抗と、
前記可変抵抗の抵抗値の変化に応じてその発振周波数が変化する発振出力を前記駆動回路に供給する発振器とからなり、
前記駆動回路が、前記駆動信号の駆動周波数を、前記発振出力の発振周波数に従って定まる値とする
ことを特徴とする請求項１記載の給紙装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記受信側超音波センサが受信した超音波の振幅値と予め定められた基準値とを比較した結果に基づいて制御信号を形成する比較手段と、
前記制御信号に応じてその出力電圧が変化する電圧可変調整器と、
前記電圧可変調整器の出力電圧の変化に応じてその発振周波数が変化する発振出力を前記駆動回路に供給する電圧制御発振器とからなり、
前記駆動回路が、前記駆動信号の駆動周波数を、前記発振出力の発振周波数に従って定まる値とする
ことを特徴とする請求項１記載の給紙装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記受信側超音波センサが受信した超音波の振幅値と予め定められた基準値とを比較した結果に基づいて制御信号を形成する比較手段と、
前記制御信号に応じてその周波数が変化する出力を前記駆動回路に供給する周波数調整デジタル演算器とからなり、
前記駆動回路が、前記駆動信号の駆動周波数を、前記出力の周波数に従って定まる値とする
ことを特徴とする請求項１記載の給紙装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給紙装置に関し、特に、超音波を用いて複数の用紙の搬送を検知する超音波検知器の駆動周波数をフィードバック制御する給紙装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、枚葉印刷機の前当装置において、複数枚（例えば２枚）の用紙が搬送又は給紙される（ダブルフィード）ことを超音波を用いて検知する超音波検知器が知られている。この超音波検知器は、送信側超音波センサから出力した超音波を受信側超音波センサが受信し、受信した超音波のレベル（波高）に基づいて、給紙が１枚なのか複数枚なのかを検知する。即ち、受信した超音波のレベルが閾値より高ければ給紙が一枚であると判断し、閾値より低ければダブルフィードが生じたと判断する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１９３７８６号公報（第２−３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超音波検知器を給紙装置において用いる場合、前述のように、給紙された用紙によりどの程度超音波が遮られるかにより、給紙された用紙の枚数を検出する。このため、超音波検知器では、一般に、送信側超音波センサの共振周波数とその駆動信号の駆動周波数とを一致させることにより十分に大きな出力を得て、これにより、高い受信感度を実現する必要がある。
【０００５】
そこで、送信側超音波センサの共振周波数と駆動信号の駆動周波数とを一致させるために、従来、工場からの出荷時に、人手による以下のような調整を行なっていた。例えば、駆動信号の駆動周波数を固定し、当該送信側超音波センサである圧電セラミックの表面を削ることで個々の送信側超音波センサに固有の共振周波数を変化させ、これにより当該共振周波数を前記固定の駆動周波数に一致させていた。又は、送信側超音波センサの共振周波数を当該固有の値に固定し、超音波検知器の抵抗の抵抗値を適宜選択することで個々の送信側超音波センサに供給する駆動周波数を変化させ、これにより当該駆動周波数を前記固有の共振周波数に一致させていた。
【０００６】
しかし、圧電セラミックの表面の切削による共振周波数の調整や抵抗値の選択による駆動周波数の調整は、調整の結果が固定的である。従って、一旦調整した後は、検出環境（例えば、給紙装置における変化）の変化や超音波センサそれ自体の特性の変化（例えば、経年変化）に追従することができない。このため、出荷後において、給紙装置におけるダブルフィードを的確に検知し得る程度の高い受信感度を効率よく得られなくなる可能性がある。また、前述の調整は、いずれも人手による手作業であるので、調整のための工数やコストが大きい。
【０００７】
本発明は、送信側超音波センサの駆動周波数をフィードバック制御により調整する超音波検知器を備える給紙装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の給紙装置は、超音波を用いて複数の用紙の搬送を検知する超音波検知器を備える給紙装置であって、前記超音波検知器は、超音波を出力する送信側超音波センサと、送信側超音波センサに対してこれを駆動する駆動信号を供給する駆動回路と、送信側超音波センサと当該給紙装置における搬送路を挟んで対向して設けられ超音波を受ける受信側超音波センサと、受信側超音波センサが受信した超音波に基づいて駆動信号の駆動周波数が送信側超音波センサの共振周波数に合うように駆動回路を制御する制御手段とを備える。
【０００９】
本発明の給紙装置によれば、送信側超音波センサの駆動周波数をフィードバック制御することにより、当該駆動周波数を送信側超音波センサの共振周波数に一致させる調整を自動的に行うことができる。これにより、圧電セラミックの表面の切削による共振周波数の調整や抵抗値の選択による駆動周波数の調整を行なうことなく、送信側超音波センサの十分に大きな出力を得て、高い受信感度を実現することができる。また、調整の結果が固定的でないので、一旦調整した後であっても、検出環境（例えば、給紙装置における変化）の変化や超音波センサそれ自体の特性の変化（例えば、経年変化）に追従することができ、出荷後においても、給紙装置におけるダブルフィードを常時的確に検知することができる。更に、調整に人手を必要としないので、調整のための工数やコストを削減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２はスキャナ構成図であり、本発明の給紙装置の適用されるスキャナの構成の概略を示す。特に、図１はスキャナの外観を示し、図２はスキャナの断面の概略を示す。
【００１１】
このスキャナは、給紙装置と一体に形成される。給紙装置は、図２に示すように、用紙載置台（シュータ）３１、ピックローラ３２、ピックアーム３３、分離パッド３４、フィードローラ３５、３６、排出ローラ３７、３８を備え、また、後述する超音波検知器１の送信側超音波センサ１７、受信側超音波センサ１８を備える。また、図２において、２点鎖線は用紙１００の搬送路を示し、矢印Ｒは用紙１００の読取位置を示す。
【００１２】
用紙載置台（シュータ）３１上に載置された用紙１００は、ピックアーム３３により適切な押圧力を付与された状態で、ピックローラ３２によりピックされる。この時、用紙１００は、ピックローラ３２及び分離パッド３４により、下側から順に１枚づつに分離される。ピックされた用紙１００は、更に、ピックローラ３２によりフィードローラ３５、３６へ搬送され、フィードローラ３５、３６により読取位置に搬送され、排出ローラ３７、３８により排出される。
【００１３】
この用紙１００を前記搬送路に沿って搬送する過程で、分離パッド３４によっても１枚に分離されなかった複数枚（通常は２枚）の即ちダブルフィードされた用紙１００が、送信側超音波センサ１７、受信側超音波センサ１８で検出される。このために、送信側超音波センサ１７、受信側超音波センサ１８は、図２に示すように、読取位置よりも搬送路において上流に設けられる。特に、フィードローラ３５、３６の下流又は上流のいずれか一方の近傍に設けられる。これにより、ダブルフィードされた用紙１００が読取位置に達する前に検出して必要な処理（例えば、搬送の停止）を行なうことができる。
【００１４】
なお、図１及び図２に示すスキャナは、本発明の給紙装置の適用される画像処理装置の一例である。本発明は、スキャナに限らず、コピー機、ファクシミリ等の給紙装置を備える種々の画像処理装置に適用することができる。
【００１５】
図３は、超音波検知器構成図であり、超音波検知器の構成の一例を示す図である。
【００１６】
超音波検知器１は、給紙装置に設けられ、超音波を用いて複数の用紙１００の搬送を検知する。超音波検知器１は、前述のように、超音波を出力する送信側超音波センサ１７と、これから出力された超音波を受ける受信側超音波センサ１８とを備える。受信側超音波センサ１８は、図２に示すように、送信側超音波センサ１７と当該給紙装置における搬送路を挟んで対向して設けられる。
【００１７】
超音波検知器１は、更に、抵抗周波数調整発振器（ＯＳＣ）１１、可変抵抗器１２、駆動ＩＣ１３、増幅器１４、ＡＤ（アナログ／デジタル）変換器１５、比較器１６を備える。これらは、駆動ＩＣ１３を除き、後述する制御手段を構成する。比較器１６は、ＭＰＵ１６０を備える。
【００１８】
駆動ＩＣ１３は、送信側超音波センサ１７に対してこれを駆動する駆動信号を供給する駆動回路である。これにより、送信側超音波センサ１７が超音波を出力する。この超音波を受信側超音波センサ１８が受信して、当該受信した超音波の強度に応じて検出信号を出力する。例えば、用紙１００が送信側超音波センサ１７と受信側超音波センサ１８との間に存在しない場合、受信側超音波センサ１８は、あるレベル（通常レベル）の信号を検出し、用紙１００が１枚存在する場合、通常レベルより小さく所定の閾値よりは大きいレベル（正常レベル）の信号を検出し、用紙１００が２枚（以上）存在する場合、正常レベル及び前記閾値よりも小さいレベル（異常レベル）の信号を検出する。
【００１９】
例えば、用紙１００の搬送に先立って、受信側超音波センサ１８が通常レベルの信号（実際には、通常レベルと等しいか又はより大きい信号）を検出するように、制御手段による駆動ＩＣ１３の制御が行なわれる。即ち、制御手段が、受信側超音波センサ１８が受信した超音波に基づいて、駆動信号の駆動周波数が送信側超音波センサ１７の共振周波数に合うように、駆動ＩＣ１３を制御する。なお、用紙１００の搬送開始後は、送信側超音波センサ１７の駆動周波数の制御は行なわない。
【００２０】
この例において、送信側超音波センサ１７の駆動周波数は、具体的には、以下のように制御される。
【００２１】
超音波検知器１の駆動ＩＣ１３から出力された駆動信号に基づいて、送信側超音波センサ１７が超音波を出力する。この時、駆動周波数が共振周波数に一致していれば、大きな超音波出力が得られる。
【００２２】
この出力を受信側超音波センサ１８が受信する。受信側超音波センサ１８は、受信した超音波の音圧又は強度に応じた電気信号（アナログ信号）を出力する。この電気信号は、増幅器１４で所定のレベルまで増幅された後、ＡＤ変換器１５でデジタル信号に変換されて、比較器１６に入力される。比較器１６は、前記デジタル信号（即ち、受信側超音波センサ１８が受信した超音波）の最大値（最大振幅の値又は波高値）を検出して保持（サンプル＆ホールド）し、これと予め定められた基準値（電圧値）とを比較し、当該比較の結果に基づいて例えば所定（例えば、８ビット）の制御信号を形成して、可変抵抗器１２に出力する。
【００２３】
例えば、制御信号は、前記デジタル信号の大きさが基準値より小さい場合、駆動ＩＣ１３の駆動信号の駆動周波数を増加させる（又は減少させる）ようにされる。当該基準値は、経験により定まる値である。
【００２４】
可変抵抗器１２は、当該制御信号に応じてその抵抗値が変化するものであり、抵抗周波数調整発振器（ＯＳＣ）１１に外付けされている。抵抗周波数調整発振器１１は、可変抵抗器１２の抵抗値の変化に応じて、その発振周波数が変化する発振出力（パルス信号）を、駆動ＩＣ１３に供給する。これにより、駆動ＩＣ１３は、これが出力する駆動信号の駆動周波数を、前記発振出力の発振周波数に従って定まる値とする。この駆動周波数の値は、通常は、前記発振周波数の値と（実質的に）同一の値とされる。これにより、駆動周波数をフィードバック制御して、送信側超音波センサ１７の共振周波数に駆動信号の駆動周波数を自動的に一致させることができ、大きな超音波出力が得られ、高い受信感度を効率よく得ることができる。
【００２５】
なお、可変抵抗器１２は、例えば８ビットのデジタル信号からなる制御信号により制御されるデジタル可変抵抗である。この８ビットの制御信号は、ＭＰＵ１６０において、前記比較の結果に基づいて形成される。
【００２６】
また、駆動ＩＣ１３としては、例えば株式会社東芝製のＴＣ４０４９等を用い、抵抗周波数調整発振器１１としては、例えばリニアテクノロジ社製のＬＴＣ１７９９等を用いればよい。また、抵抗周波数調整発振器１１に代えて、周波数調整発振器やタイマＩＣを用いることもできる。タイマＩＣとしては、例えばテキサスインスツルメンツ社製のＴＬＣ５５５等を用いればよい。
【００２７】
図４は、駆動周波数のフィードバック制御処理フローであり、図３の超音波検知器におけるフィードバック制御処理フローである。
【００２８】
スキャナの電源が投入されると（ステップＳ１）、送信側超音波センサ１７の駆動周波数の調整が行なわれる（ステップＳ２）。即ち、電源の投入に応じて、抵抗周波数調整発振器１１、駆動ＩＣ１３及びＭＰＵ１６０が動作して、送信側超音波センサ１７が超音波を出力する。この時の可変抵抗器１２の値は、所定の初期値又は前回調整された値とされる。このような値とするための制御信号は、例えばＭＰＵ１６０の所定のレジスタ（図示せず）に格納され、電源の投入に応じてＭＰＵ１６０から出力される。この後、前述のように、送信側超音波センサ１７が出力した超音波を受信側超音波センサ１８が受信した結果に基づいて制御信号を形成し、これにより可変抵抗器１２の抵抗値を変化させて、駆動ＩＣ１３における駆動信号の周波数を変化させる。これにより、スキャナの前回の使用の後に、送信側超音波センサ１７の共振周波数が変化していても、これに追随することができる。
【００２９】
次に、ＭＰＵ１６０が、その時点での制御信号をＭＰＵ１６０の所定のレジスタに格納することにより、駆動周波数を固定する（ステップＳ３）。これにより、搬送された１枚又は複数枚の用紙１００を検出しても、制御信号が変動することを防止することができる。なお、通常は、電源の投入の後、利用者が読取条件等を入力した上で読取動作（用紙１００の搬送）が開始されるので、駆動周波数を送信側超音波センサ１７の共振周波数に一致させる処理を完了する時間は十分にある。
【００３０】
この後、用紙１００の搬送が開始され（ステップＳ４）、用紙１００の読取動作が行なわれ、この過程でダブルフィードの有無が超音波検知器１により検出される（ステップＳ５）。１枚又は複数枚の用紙１００の読取動作が終了すると（ステップＳ６）、ステップＳ２以下が繰り返される。これにより、用紙１００の搬送のためのモータの動作や用紙１００の摩擦等により、超音波検知器１の周囲温度が上昇して、送信側超音波センサ１７の共振周波数が多少変化しても、これに追随することができる。
【００３１】
図５は、超音波検知器構成図であり、超音波検知器の構成の他の一例を示す図である。
【００３２】
この例においては、図３の超音波検知器１において、抵抗周波数調整発振器１１に代えて電圧制御発振器（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１９が設けられ、可変抵抗器１２に代えて電圧可変調整器２０が設けられる。電圧可変調整器２０は、比較器１６からの制御信号に応じてその出力電圧が変化する。ＶＣＯ１９は、電圧可変調整器の出力電圧の変化に応じてその発振周波数が変化する発振出力（パルス信号）を、駆動ＩＣ１３に供給する。これにより、駆動ＩＣ１３は、前述のように、これが出力する駆動信号の駆動周波数を、前記発振出力の発振周波数に従って定まる値とする。
【００３３】
この例において、送信側超音波センサ１７の駆動周波数は、具体的には、以下のように制御される。
【００３４】
図３と同様に、駆動ＩＣ１３からの駆動信号に基づいて送信側超音波センサ１７が出力した超音波は、受信側超音波センサ１８で受信され、増幅器１４で増幅され、ＡＤ変換器１５でデジタル信号に変換され、比較器１６に入力され、基準値と比較される。この後、比較器１６のＭＰＵ１６０が、当該比較の結果に基づいて例えば所定（例えば、８ビット）の制御信号を形成して、電圧可変調整器２０に出力する。
【００３５】
電圧可変調整器２０は、比較器１６からの制御信号に応じてその出力電圧（の値）が変化するものであり、その出力電圧をＶＣＯ１９に印加する。ＶＣＯ１９は、電圧可変調整器２０の出力電圧値の変化に応じて、その発振周波数が変化する発振出力（パルス信号）を、駆動ＩＣ１３に供給する。これにより、駆動ＩＣ１３は、これが出力する駆動信号の駆動周波数を、前記発振出力の発振周波数に従って定まる値とする。この駆動周波数の値は、通常は、前記発振周波数の値と（実質的に）同一の値とされる。これにより、駆動周波数をフィードバック制御して、送信側超音波センサ１７の共振周波数に駆動信号の駆動周波数を自動的に一致させることができ、大きな超音波出力が得られ、高い受信感度を効率よく得ることができる。
【００３６】
なお、電圧可変調整器２０は、例えば８ビットのデジタル信号からなる制御信号により制御されるデジタル可変電圧発生回路である。この８ビットの制御信号は、ＭＰＵ１６０において、前記比較の結果に基づいて形成される。
【００３７】
図６は、超音波検知器構成図であり、超音波検知器の構成の更に他の一例を示す図である。
【００３８】
この例においては、図３の超音波検知器１において、抵抗周波数調整発振器１１及び可変抵抗器１２に代えて周波数調整デジタル演算器２１が設けられる。また、周波数調整デジタル演算器２１のために、基準クロック発生器２２が設けられる。基準クロック発生器２２は、例えば水晶発振器からなり、所定の周波数の基準クロック信号（パルス信号）を発振出力する。周波数調整デジタル演算器２１は、比較器１６からの制御信号に応じてその周波数が変化する出力を駆動ＩＣ１３に供給する。当該出力は、基準クロック発生器２２からの基準クロック信号を分周することにより形成される。これにより、駆動ＩＣ１３は、前述のように、これが出力する駆動信号の駆動周波数を、前記発振出力の発振周波数に従って定まる値とする。
【００３９】
この例において、送信側超音波センサ１７の駆動周波数は、具体的には、以下のように制御される。
【００４０】
図３と同様に、駆動ＩＣ１３からの駆動信号に基づいて送信側超音波センサ１７が出力した超音波は、受信側超音波センサ１８で受信され、増幅器１４で増幅され、ＡＤ変換器１５でデジタル信号に変換され、比較器１６に入力され、基準値と比較される。この後、比較器１６のＭＰＵ１６０が、当該比較の結果に基づいて例えば所定（例えば、８ビット）の制御信号を形成して、周波数調整デジタル演算器２１に出力する。
【００４１】
この制御信号は、周波数調整デジタル演算器２１が分周するパルス信号数を変化させることにより、駆動信号の駆動周波数を変化させるための信号である。例えば、制御信号は、前記デジタル信号の大きさが基準値より小さい場合、駆動ＩＣ１３が発信する駆動信号の駆動周波数を増加させるようにされる。
【００４２】
周波数調整デジタル演算器２１は、前述のように、比較器１６からの制御信号に応じてその周波数が変化する出力を駆動ＩＣ１３に供給する。即ち、周波数調整デジタル演算器２１は、制御信号に基づいて、基準クロック発生器２２からの基準クロック信号（パルス信号）を分周し、これにより得たパルス信号（発振出力）を駆動ＩＣに入力する。これにより、駆動ＩＣ１３は、これが出力する駆動信号の駆動周波数を、前記パルス信号の発振周波数に従って定まる値とする。この駆動周波数の値は、通常は、前記発振周波数の値と（実質的に）同一の値とされる。これにより、駆動周波数をフィードバック制御して、送信側超音波センサ１７の共振周波数に駆動信号の駆動周波数を自動的に一致させることができ、大きな超音波出力が得られ、高い受信感度を効率よく得ることができる。
【００４３】
なお、周波数調整デジタル演算器２１は、例えば８ビットのデジタル信号からなる制御信号により制御される基準クロックの分周回路である。この８ビットの制御信号は、ＭＰＵ１６０において、前記比較の結果に基づいて形成される。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、給紙装置において、送信側超音波センサの駆動周波数をフィードバック制御することにより、当該駆動周波数を送信側超音波センサの共振周波数に一致させる調整を自動的に行うことができるので、圧電セラミックの表面の切削による共振周波数の調整や抵抗値の選択による駆動周波数の調整を行なうことなく、送信側超音波センサの十分に大きな出力を得て、高い受信感度を実現することができる。また、調整の結果が固定的でないので、検出環境や超音波センサの特性の変化に追従して出荷後においても給紙装置におけるダブルフィードを的確に検知することができ、更に、調整に人手を必要としないので、調整のための工数やコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スキャナ構成図であり、本発明の給紙装置の適用されるスキャナの構成の概略を示す図である。
【図２】スキャナ構成図であり、本発明の給紙装置の適用されるスキャナの構成の概略を示す図である。
【図３】超音波検知器の構成の一例を示す図である。
【図４】図３の超音波検知器におけるフィードバック制御処理フローである。
【図５】超音波検知器の構成の他の一例を示す図である。
【図６】超音波検知器の構成の更に他の一例を示す図である。
【符号の説明】
１　　　超音波検知器
１１　　抵抗周波数調整発振器
１２　　可変抵抗器
１３　　駆動ＩＣ
１４　　増幅器
１５　　ＡＤ変換器
１６　　比較器
１７　　送信側超音波センサ
１８　　受信側超音波センサ
１９　　ＶＣＯ
２０　　電圧可変調整器
２１　　周波数調整デジタル演算器
２２　　基準クロック発生器
【図１】
2004107060.tif 000003
【図２】
2004107060.tif 000004
【図３】
2004107060.tif 000005
【図４】
2004107060.tif 000006
【図５】
2004107060.tif 000007
【図６】
2004107060.tif 000008