(57)【要約】【課題】  検知対象の物体が超音波センサの近傍にある場合、直接波と物体に反射した反射波が重なるため反射波と検知することができなかった。【解決手段】  超音波センサから発信した超音波と受信した超音波の幅を比較し、発信した超音波の幅よりも受信した超音波の幅が広い場合、直接波と反射波が重複していると判断し、対象物が近傍であることを検知する。また、直接波と反射波が重複していると判断した場合、発信する超音波の幅、又は受信した超音波を波形整形のために使用する閾値を変更することにより直接波と反射波を分離して取得できるようにする。【選択図】  図６
2016176690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波センサであって、
所定の時間の幅だけ信号を生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段によって生成した信号を超音波として発信する発信手段と、
前記発信手段により発信された超音波を受信し、信号に変換する受信手段と、
前記受信手段により変換された信号を、該信号の振幅と所定の値とを比較することによりパルス波形に整形する波形整形手段と、
前記パルス波形に整形された信号を受信している時間の幅を計測する第１の計測手段と、
前記信号生成手段によって信号を生成した時間の幅と、前記第１の計測手段により計測した信号を受信していた時間の幅を比較し、反射波の受信を判断する判断手段と、
を有することを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記判断手段は、前記信号生成手段によって信号を生成した時間の幅よりも、前記第１の計測手段により計測した信号を受信していた時間の幅が広い場合に、近傍からの反射波を受信したと判断することを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記判断手段が近傍からの反射波を受信したと判断した場合に、前記波形整形手段における所定の値を変更することを特徴とする請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記判断手段が近傍からの反射波を受信したと判断した場合に、前記信号生成手段における信号を生成する時間を変更することを特徴とする請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記信号生成手段によって信号を生成した時間の幅よりも、前記第１の計測手段により計測した信号を受信していた時間の幅が小さいか等しい場合に、反射波による受信パルス信号を待つことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記信号生成手段によって信号が生成されてから、前記反射波による受信パルス信号を検知するまでの時間を計測する第２の計測手段を更に有し、
前記第２の計測手段により計測された時間から、対象物までの距離を算出する算出手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波センサ。
【請求項７】
超音波センサの制御方法であって、
所定の時間の幅だけ信号を生成する信号生成工程と、
前記信号生成工程によって生成した信号を超音波として発信する発信工程と、
前記発信工程により発信された超音波を受信し、信号に変換する受信工程と、
前記受信工程により変換された信号を、該信号の振幅と所定の値とを比較することによりパルス波形に整形する波形整形工程と、
前記パルス波形に整形された信号を受信している時間の幅を計測する計測工程と、
前記信号生成工程によって信号を生成した時間の幅と、前記計測工程により計測した信号を受信していた時間の幅を比較し、反射波の受信を判断する判断工程と、
を有する超音波センサの制御方法。
【請求項８】
請求項７の超音波センサの制御方法を、コンピュータが実行することにより実現するためのプログラム。
【請求項９】
超音波センサであって、
所定の時間の幅だけ信号を生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段によって生成した信号を超音波として発信する発信手段と、
前記発信手段により発信された超音波を受信し、信号に変換する受信手段と、
前記受信手段により変換された信号を、該信号の振幅と所定の値とを比較することによりパルス波形に整形する波形整形手段と、
前記パルス波形に整形された信号を受信している時間の幅を計測する計測手段と、
前記信号生成手段によって信号を生成した時間の幅と、前記計測手段により計測した信号を受信していた時間の幅を比較し、反射波の受信を判断する判断手段と、
を有することを特徴とする超音波センサを備える画像形成装置であって、
前記超音波センサによって前記画像形成装置に接近する人を検知する検知手段と、
前記検知手段により、人の接近を検知したときに、前記画像形成装置を省電力状態から復帰させるよう制御する制御手段を、
有することを特徴とする超音波センサを備える画像形成装置。
【請求項１０】
超音波センサであって、
所定の時間の幅だけ信号を生成する信号生成工程と、
前記信号生成工程によって生成した信号を超音波として発信する発信工程と、
前記発信工程により発信された超音波を受信し、信号に変換する受信工程と、
前記受信工程により変換された信号を、該信号の振幅と所定の値とを比較することによりパルス波形に整形する波形整形工程と、
前記パルス波形に整形された信号を受信している時間の幅を計測する計測工程と、
前記信号生成工程によって信号を生成した時間の幅と、前記計測工程により計測した信号を受信していた時間の幅を比較し、反射波の受信を判断する判断工程と、
を有することを特徴とする超音波センサを備える画像形成装置の制御方法であって、
前記超音波センサによって前記画像形成装置に接近する人を検知する検知工程と、
前記検知工程により、人の接近を検知したときに、前記画像形成装置を省電力状態から復帰させるよう制御する制御工程を、
有することを特徴とする超音波センサを備える画像形成装置の制御方法。
【請求項１１】
請求項１０の超音波センサを備える画像形成装置の制御方法を、コンピュータが実行することにより実現するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサ、及び画像形成装置に接近する人を超音波により検知する超音波センサを備えた画像形成装置、それらの制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置に設けられたセンサが画像形成装置に接近する人を検知して、画像形成装置を省電力状態から復帰させる技術が知られている。
上記動作を行うセンサとして、構成が簡単で安価に実装できるため超音波センサが用いられる。超音波センサは超音波を発信する発信器と、発信器から発信した超音波を受信する受信器から構成される。発信器より発信した超音波が人に反射した反射波を受信器で受信し、発信器より超音波を発信してから受信器が反射した超音波を受信するまでの時間を計測することにより人の接近を検知する。
【０００３】
すなわち、一定間隔で発信器から超音波を発信し、超音波の発信から反射波の受信までの時間が段々と短くなる場合は、人又は物体が近づいてくると判断することができ、逆に段々と長くなる場合は人又は物体が離れていくと判断することができる。
また、超音波の発信から反射波の受信までの時間がほとんど変化しない場合は、人又は物体が移動せずに留まっていると判断することができる。
【０００４】
なお、上記説明で説明した発信器と受信器は構造が同じ（発信器は電気信号を超音波に変換し、受信器は超音波を電気信号に変換する）であるため、超音波の発信と反射波の受信を同一の機器で行うことも可能である。
【０００５】
次に、上記説明した超音波センサを用いて画像形成装置の使用者の接近を検知し、画像形成装置を省電力状態から復帰させる場合について考える。
【０００６】
最初に、画像形成装置の使用者が、超音波センサの発信器が超音波を出力している方向（例えば画像形成装置の正面）から画像装置に近づく場合について考える。このとき、上述したように発信器が超音波を発信してから受信器が使用者に反射した反射波を受信するまでの時間は段々と短くなる。これにより、画像形成装置は使用者が近づいていることを検知することができ、使用者が画像形成装置から所定の距離以内に近づくと画像形成装置を起動してジョブが実行できるようにする。
【０００７】
次に、画像形成装置の使用者が、超音波センサの発信器が超音波を出力している方向以外の方向（例えば画像形成装置の横方向）から画像装置に近づく場合について考える。この時、使用者が発信器により超音波が発信されている領域に入るまで超音波センサは使用者を検知することができない。そして超音波が発信されている領域に入ったところで受信器は反射波を受信する。
このとき超音波センサが使用者を認識する（受信器が使用者の反射波を受信する）のは、使用者が画像形成装置に近づいた後となる。そのため、使用者が画像形成装置の正面から近づく場合に比べて、発信器が超音波を発信してから受信器が反射波を受信するまでの時間は短くなる。
また、使用者は画像形成装置を使用するために充分近づいた後であるため、反射波により使用者を認識した後は使用者の位置はほぼ変わらず、そのため発信器から超音波を発信してから受信器が反射波を受信するまでの時間はほぼ変化しない。
【０００８】
上記のように画像形成装置の横から使用者が近づいた場合、画像形成装置から所定の距離以内に使用者がいることを検知して画像形成装置を起動させると、画像形成装置の前を通過する人に対しても画像形成装置が起動してしまう。
【０００９】
そのため、使用者が画像形成装置の横から近づいた（使用者の検知が所定の距離以内から始まった）場合は、受信波を所定回数だけ受信してから画像形成装置を起動している。
【００１０】
これにより、画像形成装置の横から近づいてきた人を、画像形成装置の使用者と装置の前を通り過ぎる人とを区別し、画像形成装置の前に一定時間留まっている使用者だけ画像形成装置を起動する。
【００１１】
上記説明したように、超音波センサは波が物体に衝突したときに反射する特性を利用して反射波を受信器で受信することにより物体の存在を検知する。しかし波は反射の他に屈折・回折という特徴を持つ。特に回折により波は障害物の陰に回り込んで進むため、受信器は反射波を受信する以外に発信器から発信した超音波が回折により受信器に直接到達した超音波を受信してしまう。
すると検知する物体が超音波センサの近くにある場合、発信器から発信した超音波を直接受信器が受信した超音波（以下「直接波」という。）と反射波が重なって受信器に入力されてしまう。
そのため、反射波が検出されるタイミングでONする反射波ゲ-ト信号を生成して、受信器が受信した超音波と上記ゲ-ト信号をANDゲ-トに入力し、反射波を取り出す手段から成る反射波検出回路が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平02-019785号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記した特許文献１では静止物体の検出を前提としており、上記反射波ゲ-ト信号は決められた所定の期間だけ生成される。そのため、前述したように画像形成装置の使用者のような超音波センサとの距離が変化する対象については、上記反射波ゲ-ト信号を生成できない。
さらに、特許文献1では反射波を検出するために上記反射波ゲ-ト信号を生成する回路及び受信した超音波とのANDゲ-トが必要となる。
また、上記反射波ゲ-ト信号を用いて反射波を取り出す手段がない超音波センサを使用する場合、直接波と反射波を分離することができない。
【００１４】
そこで、本発明は、直接波と反射波が重なるほどセンサの近傍に対象物がいても、受信器に反射波が入力されていることを検知し、直接波と反射波を分離して対象物までの距離を測ることができることを目的とする。また、この超音波センサを有する画像形成装置は、直接波と反射波が重なるほど画像形成装置の近傍に使用者がいても、受信機に反射波が入力されていることを検知して、画像形成装置を起動することができることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の超音波センサは以下の構成を有する。
所定の時間の幅だけ信号を生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段によって生成した信号を超音波として発信する発信手段と、
前記発信手段により発信された超音波を受信し、信号に変換する受信手段と、
前記受信手段により変換された信号を、該信号の振幅と所定の値とを比較することによりパルス波形に整形する波形整形手段と、
前記パルス波形に整形された信号を受信している時間の幅を計測する第１の計測手段と、
前記信号生成手段によって信号を生成した時間の幅と、前記第１の計測手段により計測した信号を受信していた時間の幅を比較し、反射波の受信を判断する判断手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の超音波センサによれば、直接波と反射波が重なるほどセンサの近傍に対象物がいても、受信器に反射波が入力されていることを検知し、直接波と反射波を分離して対象物までの距離を測ることができる。また、この超音波センサを有する画像形成装置は、直接波と反射波が重なるほど画像形成装置の近傍に使用者がいても、受信機に反射波が入力されていることを検知して、画像形成装置を起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の画像形成装置の外観図
【図２】画像形成装置のハ-ドブロック図
【図３】超音波センサの構成図である
【図４】超音波センサの動作を説明する図
【図５】超音波センサの動作を説明する図
【図６】本発明の制御部の動作の一例を表すフローチャート
【図７】本発明の制御部の動作の他の例を表すフローチャート
【図８】本発明の超音波センサの動作の他の例を説明するための図
【図９】本発明の制御部の動作の更に別の例を表すフローチャート
【図１０】本発明の超音波センサの動作の更に別の例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
［第１実施例］
【００１９】
＜画像形成装置100の外観＞
図１は、本発明の画像形成装置100の外観図である。
画像形成装置100は、プリント機能、スキャナ機能、コピ-機能、FAX機能などの複数の機能を備えるMFP(Multifunction Peripheral)である。
画像形成装置100は、画像形成装置100に接近する人を検知するための超音波センサ15を備えている。超音波センサ15が画像形成装置100に接近する人を検知した場合、画像形成装置100は、消費電力の小さい省電力状態から上記した機能の何れかが使用可能なスタンバイ状態へ復帰する。
【００２０】
本実施例における超音波センサ15は、非可聴域である40KHzの超音波のパルス波を出力する発信器と、当該パルス波が物体で反射したパルス波の反射波を受信する受信器を持つ。そして、超音波センサ15は、発信器から超音波のパルス波を出力してから受信器で反射波を受信するまでの時間を基に、画像形成装置100と前記物体との間の距離を計測する。発信器からのパルス波の出力は一定時間毎に実施され、前記パルス波の反射波を受信することによって時間毎の画像形成装置100と物との距離の遷移が確認することができる。
【００２１】
また図１に示した扇形の検知エリアA1は、超音波センサ15が検知できる領域を示している。検知エリアA1内に物体が置かれる、又は人が移動して検知エリアA1内に入ると、超音波センサ15はそれらの物体や人を検出する。なお、超音波センサ15は机の上に置かれたコンピュ-タなどの物体の影響を受けずに人を検知するために、パルス波の出力方向が上方になるように配置しても良い。
【００２２】
図２は、画像形成装置100のハ-ドブロック図である。
図２を参照して、画像形成装置100の全体の動作を制御するコントロ-ラ11の詳細について説明する。
図２に示すように、画像形成装置100は、画像形成装置100の動作を統括するコントロ-ラ11、操作部12、スキャナ部13、プリンタ部14及び超音波センサ15を備えている。
【００２３】
コントロ-ラ11は、操作部12、スキャナ部13及びプリンタ部14と通信可能に接続されている。このコントロ-ラ11は、ＣＰＵ201、ＲＡＭ202、ＲＯＭ203、電源制御部204、入出力Ｉ/Ｆ205及びLANコントロ-ラ206を備えている。そして、ＣＰＵ201、ＲＡＭ202、ＲＯＭ203、電源制御部204、入出力Ｉ/Ｆ205及びLANコントロ-ラ206は、システムバス207に接続されている。また、コントロ-ラ11は、ＨＤＤ208、画像処理部209、スキャナＩ/Ｆ210及びプリンタＩ/Ｆ211を備えている。そして、ＨＤＤ208、画像処理部209、スキャナＩ/Ｆ210及びプリンタＩ/Ｆ211は、画像バス212に接続されている。
【００２４】
ＣＰＵ201は、ＲＯＭ203に記憶された制御プログラム等に基づいて接続中の各種デバイスとのアクセスを統括的に制御するとともに、コントロ-ラ11で実行される各種処理についても統括的に制御する。ＲＡＭ202は、ＣＰＵ201が動作するためのシステムワ-クメモリである。このＲＡＭ202は、画像デ-タを一時記憶するためのメモリでもある。ＲＯＭ203には、装置のブ-トプログラムなどが格納されている。
【００２５】
電源制御部204は、画像形成装置100の各部への電力供給を制御し、画像形成装置を消費電力の少ないスリ-プ状態や、各部が動作可能なスタンバイ状態にする。
入出力Ｉ/Ｆ205は、システムバス207と操作部12と接続するためのインターフェース部である。この入出力Ｉ/Ｆ205は、操作部12に表示するための画像デ-タをシステムバス207から受け取り操作部12に出力するとともに、操作部12から入力された情報をシステムバス207へと出力する。LANコントロ-ラ206は、ネットワ-ク30に接続される外部装置20と情報の送受信を行う。
【００２６】
超音波センサ15は図１で説明したように、画像形成装置に近づく人を検知する。本実施例では操作部12上に設置されている。そのため、超音波センサ15で検知した結果は操作部12及び入出力Ｉ/Ｆ205を介して、システムバス207に接続されているＣＰＵ201に送られる。また、超音波センサ15に対する設定もＣＰＵ201によって行われる。超音波センサ15の動作については後述する。
【００２７】
ＨＤＤ208は、ハ-ドディスクドライブであり、システムソフトウェアや画像デ-タを格納する。画像処理部209は、画像処理を行うためのものであり、ＲＡＭ202に記憶された画像デ-タを読み出し、JPEG、JBIGなどの拡大又は縮小及び色調整などの画像処理を行う。スキャナＩ/Ｆ210は、スキャナ部13のスキャナ制御部231と通信するためのインターフェース部である。プリンタＩ/Ｆ211は、プリンタ部14のプリンタ制御部241と通信するためのインターフェース部である。画像バス212は、画像デ-タをやり取りするための伝送路であり、PCIバスやIEEE1394等のバスで構成されている。
【００２８】
スキャナ部13は、原稿から光学的に画像を読み取り画像デ-タを生成する。スキャナ制御部231とスキャナ駆動部232とを有している。スキャナ駆動部232は、原稿を読み取る読取ヘッドを移動させるための駆動部、原稿を読取位置まで搬送するための駆動部などを含む。スキャナ制御部231は、スキャナ駆動部232の動作を制御する。スキャナ制御部231は、スキャナ処理を行う際にユ-ザによって設定された設定情報をＣＰＵ201との通信により受信し、当該設定情報に基づいてスキャナ駆動部232の動作を制御する。
【００２９】
プリンタ部14は、電子写真方式に従って記録媒体（用紙）に画像を形成する。このプリンタ部14は、プリンタ制御部241とプリンタ駆動部242とを有している。プリンタ駆動部242は、図示しない感光ドラムを回転させるモ-タ、定着器を加圧するための機構部、ヒ-タなどを含む。プリンタ制御部241は、プリンタ駆動部242の動作を制御する。プリンタ制御部241は、プリント処理を行う際にユ-ザによって設定された設定情報をＣＰＵ201との通信により受信し、当該設定情報に基づいてプリンタ駆動部242の動作を制御する。
【００３０】
＜超音波センサの構成＞
図３は、超音波センサ15の構成図を表している。
図３において、パルス信号生成部301は発信トリガ信号が入力されると、指定された振幅で、指定された幅のパルス状の発信信号を生成する。パルス信号生成部301で生成される発信信号の振幅及び幅は後述する制御部305に格納されており、パルス信号生成部301に出力される。発信部302はパルス信号生成部301から入力される発信信号を電気信号から超音波に変換して出力する。
【００３１】
受信部303は発信部302から出力した超音波が対象物に反射した反射波を受信する。また、受信した超音波を電気信号に変換して受信信号として後段に出力する。なお、反射波は物体に反射する際や空中を伝搬している間に減衰するため、受信部303が受信する反射波は発信部302から出力したパルス状の超音波に比べて振幅が小さく、幅も短くなる。また受信部303は反射波だけでなく、発信部302から出力された超音波を直接波として受信する。すなわち、発信部302から超音波を出力すると、受信部303では直接波と反射波の二つを受信する。なお、発信部302から出力した超音波が到達する範囲に物体や人がいない場合は反射波が生成されずに、受信部303は直接波のみ受信する。
【００３２】
波形整形部304は受信部303から入力される受信信号と、指定された閾値と比較することにより、受信信号をパルス状の電気信号に整形して受信パルス信号として出力する。波形整形部304で使用する閾値は、制御部305に設定されて波形整形部304に出力される。
【００３３】
制御部305は超音波センサ15の動作の制御を行うとともに、パルス信号生成部301でパルス信号を生成するために必要な振幅、パルス幅及び波形整形部304で波形整形に必要な閾値を出力する。
また、制御部305は操作部12に接続されており、上記閾値、振幅及びパルス幅の値は操作部12と入出力Ｉ/Ｆ205を介して、システムバス207に接続されるブロックから設定することが可能である。以降、本実施例では制御部305に対する諸設定、命令及びデ-タの送受信はＣＰＵ201に対して行うものとして説明する。
【００３４】
制御部305はＣＰＵ201から超音波センサ15を動作させる命令を受けることで発信部302からパルス波の超音波を出力する。そして波形整形部304から受信パルス信号が入力されると、受信パルス信号を直接波と反射波に切り分け、パルス信号生成部301に対して発信トリガ信号を出力してから反射波が入力されまでの時間をＣＰＵ201に対して出力する。これにより、ＣＰＵ201は反射波が受信されるまでに要した時間から対象物までの距離を知ることができる。
【００３５】
＜超音波センサの動作原理＞
図４は超音波センサ15の動作を説明する図であり、発信部302から出力された超音波が所定の距離にある対象物に反射して受信部303に反射波が入力される場合について示す。
図４では、発信部302から出力されるパルス状の超音波、受信部303が受信する直接波および反射波、および波形整形部304により波形整形された受信パルス信号の波形の一例を示している。
なお、図４において横軸方向は時間の経過を表す。
【００３６】
図４において、(a)はパルス信号生成部301の出力を表す。401は制御部305から出力された発信トリガ信号によりパルス信号生成部301で生成したパルス状の信号を表しており、時間t1からt3の間に発信部301から発信信号が出力されている。
なお、図４(a)ではt1からt3の間に波形が変化していないように記載しているが、実際はt1からt3の期間中、所定の周波数（例えば40kHz）で振動している。
401の波形は、発信部302に送られて超音波として出力される。
【００３７】
図４(b)は受信部303が受信した直接波及び反射波を電気信号に変換した受信信号の一例を表している。図４(b)において、402は発信部302から出力した超音波を直接受信部303が受信した直接波である。一般的に発信部302と受信部303はごく近くに配置されるために、直接波は空中を伝搬するために生じる減衰がほとんどなく受信部に受信される。
また、前述の通り発信部302と受信部303は近くに配置されるため、受信部303は図４(a)においてパルス信号が生成されるのとほぼ同時に、図４(b)において直接波402を受信する。
【００３８】
403は、発信部302から出力した超音波が対象物に反射した後に受信部303が受信した反射波である。反射波403の波形は空中を伝搬する間に減衰するため振幅は直接波402よりも小さく、また反射が発生している時間も直接波に比べて短くなる。
なお、図４(b)における直接波402及び反射波403は、パルス状の信号401と同様に所定の周波数（例えば40kHz）で振動している。
図４(b)において、破線で示す404は受信信号をパルス状の電気信号に整形するための閾値を表す。
【００３９】
図４(c)は波形整形部304で波形整形を行った後の受信パルス信号の一例を表している。図４(c)の405は波形整形部304で波形整形を行った直接波である。波形整形後の直接波405は図４(b)の直接波402と閾値404を用いて、直接波402の値が閾値404より小さい部分では0を、直接波402の値が閾値404より大きい部分では所定の振幅値を出力することで、直接波をパルス波形に整形している。
図４(c)では、波形整形後の直接波はt2からt4の間でパルス波形を制御部に出力している。なお、波形整形後の直接波405は信号401と同様にt2からt4の間で所定の周波数（例えば40kHz）で振動している。
【００４０】
図４(c)の406は波形整形部304で波形整形を行った反射波である。波形整形後の反射波406は図４(b)の反射波403と閾値404を用いて、反射波403の値が閾値404より小さい部分では0を、反射波403の値が閾値404より大きい部分では所定の振幅値を出力する。これにより、受信した反射波をパルス波形に整形している。
図４(c)では、波形整形後の反射波はt5からt6の間でパルス波形を制御部305に出力している。なお、波形整形後の反射波406は信号401と同様にt5からt6の間で所定の周波数（例えば40kHz）で振動している。
【００４１】
＜超音波センサの動作波形：近距離であることの検知＞
図５は超音波センサ15の動作を説明する図であり、発信部302から出力された超音波が、超音波センサの近傍にある対象物に反射して受信部303に反射波が入力される場合について示す。
図５では図４と同様に、発信部302から出力されるパルス状の超音波、受信部303が受信する直接波、反射波及び波形整形部304により波形整形された受信パルス信号の波形の一例を示している。
【００４２】
図５において、(a)はパルス信号生成部301の出力を表す。501は制御部305から出力された発信トリガ信号によりパルス信号生成部301で生成したパルス状の信号を表しており、時間t1からt3の間に発信部301から発信信号が出力されている。
501の波形は、発信部302に送られて超音波として出力される。
【００４３】
図５(b)は受信部303が受信した直接波及び反射波を電気信号に変換した受信信号の一例を表している。図５(b)において、502は発信部302から出力した超音波を直接受信部303が受信した直接波を表している。
【００４４】
503は、発信部302から出力した超音波が超音波センサ15の近傍にある対象物に反射した後に受信部303が受信した反射波である。反射波503の波形は空中を伝搬する距離が短いためにあまり減衰せずに受信部303に入力される。また、図５(b)では対象物までの距離が短いために直接波502の入力が終了する前に反射波503の入力が始まり、受信信号は直接波と反射波が重なった状態となる。
【００４５】
図５(b)において、破線で示す504は受信信号をパルス状の電気信号に整形するための閾値を表す。
【００４６】
図５(c)は波形整形部304で波形整形を行った受信パルス信号の一例を表している。
図５(c)の505は波形整形部304で波形整形を行ったパルス波形である。パルス波形505は図５(b)で示す受信信号と閾値504を用いて波形整形を行っている。
図５(b)では直接波502と反射波503が重なり、直接波502と反射波503の間で閾値504よりも下回ることがないため、図５(c)では直接波502と反射波503が一つのパルス波形として形成されている。なお、形成されたパルス波形は図５(c)ではt2からt7の間で入力されているが、その中でt2からt4の間は直接波502を形成したパルス波形である。
【００４７】
図４の説明で前述したように、直接波は発信部302と受信部303は近くに配置されるために、直接波の波形はあまり減衰しない。そのため、図５(a)のパルス状信号501が生成されている幅（t1からt3の間）と、図５(b)において直接波502が閾値504を上回っている時間（t2からt4の間）はほぼ同じ幅となる。
また、図５(c)で生成されるパルス波形505は、反射波503の分（t4からt7の間）だけ長くなるため、パルス波形505はパルス状信号501の幅よりも広くなる。
このように直接波と反射波が重なった場合、波形整形部304で波形整形を行ったパルス波形505は、パルス信号生成部で生成したパルス状信号501の幅よりも広くなる。
【００４８】
＜制御部の動作フロー（１）＞
図６は制御部305の動作を表すフローチャートである。
以下、図６のフローチャートを用いて制御部305の動作を説明する。
[S601]  制御部305は始めに、外部から超音波センサ15を動作させるために超音波を発信する指示が入力されたかどうかを判断する。本実施例では、上記命令はＣＰＵ201が制御部305に対して行う。
--超音波を発信する指示が入力された場合、S602に進む。
--指示が入力されない場合は、S601で留まり、発信指示の入力を待つ。
【００４９】
[S602]  超音波センサの稼働時間Taを設定する。稼働時間Taは反射波が入力されるのを待機する時間であり、発信部302から超音波を発信してからTaだけ経過しても反射波が入力されない場合は、反射波がない（反射波を発生する対象物がない）と判断する。
【００５０】
[S603]  次に発信部302から出力する超音波を生成するための設定、および受信波の波形を形成するための閾値を出力する。本実施例では、出力するパルス状の超音波の幅（Wd）、超音波の振幅（An）及び閾値（Th）の設定値をS603において出力する。上記各設定値は制御部305内に格納されており、動作前にＣＰＵ201から各設定値を変更することが可能である。
[S604]  超音波の発信、受信に必要な設定を出力すると、超音波を出力するためにパルス信号生成部301に対して発信トリガ信号を出力する。
【００５１】
S604により発信トリガ信号を出力すると、パルス信号生成部301は発信信号を生成して発信部302からパルス状の超音波を出力する。受信部303は発信部302から出力した超音波の直接波（及び対象物がある場合は反射波）を受信し、波形整形部304で波形整形された受信パルス信号が制御部305に入力される。
【００５２】
S604で発信トリガ信号を出力すると、制御部305は受信パルス信号を参照する。ここで、制御部305に入力される受信パルス信号は、S604によって発信トリガ信号を出力した直後に受信部において受信された直接波である。
[S605]  そのため、制御部305は直接波の影響を除くため受信パルス信号の入力があるか（直接波の入力が終了したか）どうかを判断し、受信パルス信号の入力が終了するのを待つ。
--受信パルス信号の入力が有る場合は、S605に留まる。
--受信パルス信号の入力が終了した場合は、S606に進む。
【００５３】
図４で説明したように、パルス信号生成部301から出力される発信信号、発信部から出力されるパルス状の超音波は所定の周波数で振動している。以下、本実施例では所定の周波数を40KHzとして説明する。
発信部から出力される超音波が40KHzで振動している場合、受信部で受信される直接波及び反射波も同様に40KHzで振動し、それらを基に生成した受信信号及び受信パルス信号も40KHzで振動している。
【００５４】
そのため、S605では、受信パルス信号が40KHzで信号している間は受信パルス信号が入力されていると判断し、受信パルス信号が40KHzで振動しなくなるのを待って受信パルス信号の入力が終了したと判断する。
具体的には、受信パルス信号が40KHzで振動している場合、入力信号は12.5sec毎に値が変化する。そのため、制御部305は受信パルス信号として12.5sec以上同じ値が入力されると受信パルス信号の入力が終了したと判断する。
【００５５】
[S606]  S605において受信パルス信号の入力が終了したと判断すると、S605において入力されていた受信パルス信号の幅Wr（受信パルス信号が入力されていた時間）を計測する。受信パルス信号の幅Wrの計測の方法としては、S605において受信パルス信号の終了を待っている間の時間から算出する、又はS605において入力された受信パルス信号の値が変化した回数をカウントするなどの方法が考えられる。
【００５６】
[S607]  S606において受信パルス信号幅Wrを計測すると、発信部302から出力した超音波の幅であるパルス幅Wdと比較する。受信部303が受信する直接波は、発信部から出力した超音波を受信した信号であるため、直接波の幅は発信部から出力した元の超音波の幅Wdより大きくなることはない。そのため、S607で受信パルス信号の幅WrとWdを比較した結果、WrがWdよりも大きい場合、S605において取得した受信パルス信号は、直接波と反射波が重なって入力されたと判断する。
--受信パルス信号の幅WrとWdを比較した結果、WrがWdよりも大きい場合（直接波と反射波が重なったと判断した場合）は、S608に進む。
--受信パルス信号の幅WrとWdを比較した結果、受信パルス信号幅WrがWdより小さいか等しい場合（受信パルス信号は直接波による信号であると判断した場合）は、S610へ進む。
[S608]   直接波と反射波が重なったと判断した場合は、発信部302から超音波が出力されてから反射波が入力されるまでに要した時間（対象物までの距離に相当する）を計測することはできない。本実施例では、対象物が超音波センサの近傍にあると判断して反射波を取得するまでの時間として0を出力する。
前述のように、本実施例では反射波を取得するまでの時間を出力する先はＣＰＵ201であり、以降の説明においても反射波を取得するまでの時間を出力する先はＣＰＵ201である。
【００５７】
[S609]  その後、超音波センサの動作を終了させる指示が入力されているかを判定する。
--終了指示が入力されている場合は、動作を終了する。
--動作終了の指示が入力されていない場合は、S601に戻り、再び超音波発信の指示の入力を待つ。
【００５８】
[S610]  S607において、受信パルス信号幅WrがWdより小さいか等しい場合、S605で取得した受信パルス信号は直接波による信号であると判断し、反射波による受信パルス信号の入力を待つ。
【００５９】
--S610において受信パルス信号の入力を検知した場合は、S611に進む。
--S610において受信パルス信号の入力を検知しない場合は、S612に進む。
[S611]  S604において発信トリガ信号を出力（発信部302から超音波を出力することと同等）してから受信パルス信号が入力されるまでの時間tを計測し、ＣＰＵ201に出力する。そしてS609へ進み動作終了の指示の有無を判定する。
【００６０】
[S612]  S610において受信パルス信号の入力が検知されない場合、S610における受信パルス信号の入力待ち時間がS602で設定した稼働時間Taを経過しているかどうか判断を行う。
--待ち時間がTa以下の場合、S610に戻り、再び受信パルス信号の入力を待つ。
--待ち時間がTa以上になった場合、制御部305は反射波が入力されない、すなわち超音波センサの検出範囲に対象物がないと判断して、S613に進む。
【００６１】
[S613]  反射波が入力されなかったことをＣＰＵ201に出力する。そしてS609へ進み動作終了の指示の有無を判定する。
【００６２】
本実施例では、制御部305から出力する時間tの値として、tが表現可能な最大の値(Max値)を出力することで反射波が入力されなかったことを表現している。
【００６３】
またS613における動作を行わず、何も出力しないことにより反射波が検知入力されなかったことを表現する方法も考えられる。
【００６４】
以上の動作により、本実施例では図５で示すような直接波と反射波が重なって受信部に受信された場合でも、受信した波形の幅を参照することにより反射波が受信されていることを検知することができる。
【００６５】
［第２実施例］
第１実施例では、受信した超音波の幅で直接波と反射波が重なっていることを判別した。
第２実施例では、波形整形部304で使用する閾値を変更することにより、直接波と反射波を分離することで反射波を判別する方法について説明する。
【００６６】
＜制御部の動作フロー（２）＞
図７は本発明の第２実施例の制御部305の動作を表すフローチャートである。なお、ここでは、図６で説明した第１実施例と異なる部分のみ説明を行う。
図７において、S607で受信パルス信号の幅WrとWdを比較した結果、WrがWdよりも大きい場合は、S701に進む。
[701]  制御部305が閾値として格納している値に対して、所定の値（本実施例ではΔth）を加算する。これにより、次回超音波を受信した時に波形整形部304で波形を形成する際には、S701で変更した閾値により波形の形成が行われる。
S701において閾値を変更すると、制御部305は、S609へ進む。
[S609]  動作終了の指示の有無を判定し、動作終了の指示が入力されていない場合は、S601に戻り、変更された閾値に基づいて、再び超音波発信の指示の入力を待ち、続く処理を行う。
【００６７】
＜超音波センサの動作と波形：閾値の変更＞
図８は第２実施例による超音波センサ15の動作を説明するための図であり、図７のS701において閾値を変化させる場合の動作を表す。
図８では、図５と同様に(a)はパルス信号生成部301の出力、(b)は受信部303が受信した直接波及び反射波を電気信号に変換した受信信号、(c)は波形整形部304で波形整形を行ったパルス波形を表す。以下、図７及び図８を用いて第２実施例の動作の説明を行う。
なお、図８において501から505及びt1からt7は図５と同じ状態であるため同じ番号を使用している。
【００６８】
図７のS601で超音波発信指示があると、S603において制御部305はパルス幅Wd及び振幅An、及び閾値Thを出力する。第２実施例の説明では、最初にS603から出力される値として、それぞれパルス幅Wdの値としてWdinit、閾値の値としてThinitが出力される。
【００６９】
図８の501は、パルス信号生成部301で生成したパルス状の信号で、時間t1からt3の間に発信部301から発信信号が出力されている。ここで、図８(a)においてパルス状信号501が出力されているt1からt3の間は、S603で出力されたパルス幅Wd（ここでの値はWdinit）と同じである。
【００７０】
図８(b)に示す波形502及び503はそれぞれパルス状信号501に対する直接波及び反射波を示し、直接波と反射波が重なって入力されている状態を表している。破線504は閾値であり、502及び503が入力された時点では閾値504の値はS603で出力したThinitとなっている。
図８(b)では、直接波502と反射波503の間で閾値Thinitを下回らならないため、502及び503は波形整形部304において直接波と反射波に分離できない。そのため、波形整形部304で波形整形した結果は図８(c)の505のようにひとつのパルス波形として生成される。このときパルス波形505の幅Wrは、図８(a)のパルス状信号501の幅Wdinitよりも広くなる。そのため、図７のS607においてWr＞Wd（＝Wdinit）と判断され、S701に進む。
S701では、閾値Thとして現在の値Thinitに対してΔthを加算した値を制御部305に保存する。その後S609において終了指示が入力されていない場合はS601に戻り、再び超音波発信指示を待つ。
【００７１】
S601において再び超音波発信指示があると、制御部305は２回目の動作を開始し、S603において制御部305はパルス幅Wd及び振幅An、及び閾値Thを出力する。このとき、S603から出力される閾値Thの値は、１回目に出力した値のThinitではなく、S701において保存した値である（Thinit+Δth）が出力される。
【００７２】
図８において、t8はS601において２回目の超音波発信指示が行われた時間を表している。t8では、S603において閾値Thとして出力する値がThinitから（Thinit+Δth）に変化する。
そしてS604によって出力した発信トリガ信号によってパルス信号生成部301は発信信号を生成する。図８(a)における801は２回目の超音波発信指示により生成された発信信号を表す。このとき、パルス状信号801の幅Wdは１回目と同じくWdinitである。
【００７３】
パルス状信号801に対する直接波及び反射波はそれぞれ図８(b)の802及び803で示している。このとき、波形501と波形801は同じ波形であるため、直接波802及び反射波803もそれぞれ502及び503とほぼ同じ形状であり、直接波802及び反射波803は重なって入力される。
【００７４】
直接波802及び反射波803に対して波形整形部304で波形整形する場合、破線504で示す閾値の値はt8において（Thinit+Δth）になっている。そのため、直接波802及び反射波803に対しては（Thinit+Δth）の値を用いて波形整形を行う。
図８(b)では、直接波802と反射波803の間で閾値（Thinit+Δth）以下にならないため、波形整形部304において802及び803が分離できない。そのため波形整形部304で波形整形した結果は図８(c)の804のようにひとつのパルス波形として生成される。このときパルス波形804の幅Wrは、図８(a)のパルス状信号801の幅Wdinitよりも広くなる。そのため、図７のS607においてWr＞Wd（＝Wdinit）と判断され、再びS701に進む。
S701では、閾値Thの値である（Thinit+Δth）に対してΔthを加算した値である（Thinit+2Δth）を制御部305に保存する。その後S609において終了指示が入力されていない場合はS601に戻り、再び超音波発信指示を待つ。
【００７５】
これ以降、S601において超音波発信指示が入力されるたび、波形整形部304において直接波と反射波が分離されるまで上記動作を繰り返し、繰り返すごとに閾値Thの値をΔthだけ上げる。
【００７６】
以下に波形整形部304直接波と反射波が分離された場合の動作を説明する。
S601において超音波発信指示があると、制御部305は３回目の動作を開始し、S603において制御部305はパルス幅Wd及び振幅An、及び閾値Thを出力する。このとき、S603から出力される閾値の値は、２回目に出力した値の（Thinit+Δth）ではなく、２回目の動作でS701において保存した値である（Thinit+2Δth）が出力される。
【００７７】
図８において、t12はS601において３回目の超音波発信指示が行われた時間を表している。t12では、S603において閾値Thとして出力する値が（Thinit+Δth）から（Thinit+2Δth）に変化する。
そしてS604によって出力した発信トリガ信号によってパルス信号生成部301は発信信号を生成する。図８(a)における805は３回目の超音波発信指示により生成された発信信号を表す。このとき、パルス状信号805の幅Wdは１回目及び２回目のと同じWdinitである。
【００７８】
パルス状信号805に対する直接波及び反射波はそれぞれ図８(b)の806及び807で示している。直接波806及び反射波807に対して波形整形部304で波形整形する場合、破線504で示す閾値の値は、t12において（Thinit+2Δth）になっており、図８では（Thinit+2Δth）の値を用いて波形整形を行う。
図８(b)では、直接波806と反射波807の間で閾値（Thinit+2Δth）以下の値をとるため、806及び807は波形整形部304により、それぞれ図８(c)の808及び809のように分割したパルス波形として生成される。このときt13からt15に示すパルス波形808は直接波によるパルス波形であり、その幅Wrは、図８(a)のパルス状信号805の幅Wdinitよりも狭くなる。したがって、図７のS607においてWr≦3fWd（=Wdinit）と判断され、S610に進む。
【００７９】
S610において受信パルス信号の入力を待ち、t16において反射波の受信パルス信号が入力されると、制御部305はS611において反射波を取得するまでの時間（図８におけるt12からt16の間の時間）を出力する。
【００８０】
以上説明したように、第２実施例では直接波と反射波が重なり波形整形部304で直接波と反射波が分離できない場合、波形整形部304で使用する閾値を変化させることにより直接波と反射波を分離させることを特徴とする。
【００８１】
［第３実施例］
第２実施例では、波形整形部304で使用する閾値を変更することにより直接波と反射波を分離したが、第３実施例ではパルス信号生成部301で生成する発信信号のパルス幅Wdを変更することにより同等の効果を得る方法を説明する。
【００８２】
＜制御部の動作フロー（３）＞
図９は本発明の第３実施例の制御部305の動作を表すフローチャートである。第３実施例では第２実施例と同様、図６で説明した第１実施例と異なる部分のみ説明を行う。
[S607]  受信パルス信号の幅WrとWdを比較する。
--比較した結果、WrがWdよりも大きい場合は、S901に進む。
[S901]  制御部305がパルス幅Wdとして格納している値に対して、所定の値（本実施例ではΔwd）を減算する。
これにより、次回超音波を発信する時にパルス信号生成部301で生成される発信信号は、S901で変更したパルス幅で生成される。
S901においてパルス幅の値を変更すると、制御部305は、S609へ進み動作終了の指示の有無を判定する。
【００８３】
＜超音波センサの動作と波形：パルス幅の変更＞
図１０は第３実施例による超音波センサ15の動作を説明するための図であり、図９のS901においてパルス幅の値を変化させる場合の動作を表す。
図１０では、図５と同様に(a)はパルス信号生成部301の出力、(b)は受信部303が受信した直接波および反射波を電気信号に変換した受信信号、(c)は波形整形部304で波形整形を行ったパルス波形である。以下、図９及び図１０を用いて第３実施例の動作の説明を行う。
なお、図１０において501から505及びt1からt7は図５と同じ状態であるため同じ番号を使用している。
【００８４】
図９のS601で超音波発信指示があると、S603において制御部305はパルス幅Wd及び振幅An、及び閾値Thを出力する。第３実施例の説明では、最初にS603から出力される値として、それぞれパルス幅Wdの値としてWdinit、閾値の値としてThinitが出力される。
【００８５】
図１０の501は、パルス信号生成部301で生成したパルス状の信号で、時間t1からt3の間に発信部301から発信信号が出力されている。ここで、図１０(a)において、波形501が出力されているt1からt3の間は、S603で出力されたパルス幅Wd（ここでの値はWdinit）と同じである。
【００８６】
図１０(b)に示す波形502及び503はそれぞれパルス状信号501に対する直接波及び反射波を示し、直接波と反射波が重なって入力されている状態を表している。破線504は閾値であり、閾値504の値はS603で出力したThinitとなっている。
図１０(b)では、直接波502と反射波503の間で閾値Thinit以下にならないため、波形整形部304において502及び503が分離できない。そのため、波形整形部304で波形整形した結果は図１０(c)の505のようにひとつのパルス波形として生成される。このときパルス波形505の幅Wrは、図１０(a)のパルス状信号501の幅Wdinitよりも広くなる。したがって、図９のS607においてWr＞Wd（＝Wdinit）と判断され、S901に進む。
S901では、パルス幅Wdとして現在の値Wdinitに対してΔwdを減算した値を制御部305に保存する。その後、S609において終了指示が入力されていない場合はS601に戻り、再び超音波発信指示を待つ。
【００８７】
S601において再び超音波発信指示があると、制御部305は２回目の動作を開始し、S603において制御部305はパルス幅Wd及び振幅An、及び閾値Thを出力する。このとき、S603から出力されるパルス幅Wdの値は、１回目に出力した値のWdinitではなく、S901において保存した値である（Wdinit-Δwd）が出力される。
【００８８】
図１０において、t8はS601において２回目の超音波発信指示が行われた時間を表している。t8では、S603においてパルス幅Wdとして出力する値がWdinitから（Wdinit-Δwd）に変化する。
そのため、S604によって出力した発信トリガ信号によってパルス信号生成部301が生成する発信信号の幅は、（Wdinit-Δwd）となる。図１０(a)における1001は２回目の超音波発信指示により生成された発信信号を表す。このとき、パルス状信号1001の幅Wdは１回目と同じWdinitではなく、図１０(a)に示したように（Wdinit-Δwd）となる。
【００８９】
パルス状信号1001に対する直接波及び反射波はそれぞれ図１０(b)の1002及び1003で示している。このとき、波形1001の幅は波形501の幅よりも狭いため、直接波1002及び反射波1003の幅もそれぞれ502及び503より狭くなり、直接波1002及び反射波1003の重なる部分は少なくなる。
【００９０】
直接波1002及び反射波1003に対して波形整形部304で波形整形する場合、破線504で示す閾値の値は、１回目の動作と同じThinitの値を用いて波形整形を行う。
図１０(b)では、直接波1002と反射波1003の間で閾値（Thinit）以下にならないため、波形整形部304において1002及び1003が分離できない。そのため、波形整形部304で波形整形した結果は図１０(c)の1004のようにひとつのパルス波形として生成される。このときパルス波形1004の幅Wrは、図１０(a)のパルス状信号1001の幅（Wdinit-Δwd）よりも広くなる。したがって、図９のS607においてWr＞Wd（＝Wdinit-Δwd）と判断され、S901に進む。
S901では、パルス幅の値Wdの値である（Wdinit-Δwd）に対して、更にΔwdを減算した値である（Wdinit-2Δwd）を制御部305に保存する。その後S609において終了指示が入力されていない場合はS601に戻り、再び超音波発信指示を待つ。
【００９１】
これ以降、S601において超音波発信指示が入力されるたび、波形整形部304において直接波と反射波が分離されるまで上記動作を繰り返し、繰り返すごとにパルス幅の値Wdの値をΔwdだけ下げる。
【００９２】
以下に波形整形部304直接波と反射波が分離された場合の動作を説明する。
S601において超音波発信指示があると、制御部305は３回目の動作を開始し、S603において制御部305はパルス幅Wd及び振幅An、及び閾値Thを出力する。このとき、S603から出力されるパルス幅Wdの値は、２回目に出力した値の（Wdinit-Δwd）ではなく、S901において保存した値である（Wdinit-2Δwd）が出力される。
【００９３】
図１０において、t12はS601において３回目の超音波発信指示が行われた時間を表している。t12では、S603においてパルス幅Wdとして出力する値が（Wdinit-Δwd）から（Wdinit-2Δwd）に変化する。
そのためS604によって出力した発信トリガ信号によってパルス信号生成部301が生成する発信信号の幅は（Wdinit-2Δwd）となる。図１０(a)における1005は３回目の超音波発信指示により生成された発信信号を表す。このとき、パルス状信号1005の幅Wdは図１０(a)に示したように（Wdinit-2Δwd）となっている。
【００９４】
パルス状信号1005に対する直接波及び反射波をそれぞれ図１０(b)の1006及び1007で示す。直接波1006及び反射波1007に対して波形整形部304で波形整形する場合、破線504で示す閾値の値は、１回目及び２回目の動作と同じThinitの値を用いて波形整形を行う。
【００９５】
10図(b)では、直接波1006と反射波1007の間で閾値Thinit以下の値をとるため、1006及び1007は波形整形部304により、それぞれ図１０(c)の1008及び1009のように分割したパルス波形として生成される。このときt13'からt15'に示すパルス波形1008は直接波によるパルス波形のため、その幅Wrは、図１０(a)のパルス状信号1005の幅（Wdinit-2Δwd）よりも狭くなる。したがって、図９のS607においてWr≦Wd（=Wdinit-2Δwd）と判断されてS610に進む。
【００９６】
S610において受信パルス信号の入力を待ち、t16'において反射波の受信パルス信号が入力されると、制御部305はS611において反射波を取得するまでの時間（図１０におけるt12からt16'の間の時間）を出力する。
【００９７】
以上説明したように、第３実施例では直接波と反射波が重なり波形整形部304で直接波と反射波が分離できない場合、超音波センサ15から発信する超音波のパルス幅を変化させることにより直接波と反射波を分離させることを特徴とする。
【符号の説明】
【００９８】
15  超音波センサ
100  画像形成装置
301  パルス信号生成部
302  発信部
303  受信部
304  波形整形部
305  制御部
【図１】
2016176690.tif 000003
【図２】
2016176690.tif 000004
【図３】
2016176690.tif 000005
【図４】
2016176690.tif 000006
【図５】
2016176690.tif 000007
【図６】
2016176690.tif 000008
【図７】
2016176690.tif 000009
【図８】
2016176690.tif 000010
【図９】
2016176690.tif 000011
【図１０】
2016176690.tif 000012