JP2008067449A - モータ制御装置及びモータ制御方法と電子写真式画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転制御を迅速に行う。
【解決手段】現在の回転状態を検知して（Ｓ１０２）、現在の回転状態から目標の回転状態まで回転を変化させた場合の、目標の位相との予測位相差Ｓを計算する（Ｓ１２０）。その値が一定値以上なら、現在のモータの速度を一定値ａ変化させる（Ｓ１０７）。ここでは目標速度が増速であれば減速、減速であれば増速方向に変化させる。また、差が一定値以下になったなら、予測位相差の計算に用いた減速または増速のステップで、モータの回転を目標回転速度に向けて変化させる（Ｓ１０６）。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に、画像信号によって変調されたレーザービームで感光体上を走査して画像を形成するレーザービームプリンタに関する。特に、レーザービームを偏向するための回転多面鏡制御のためのモータ制御装置及びモータ制御方法と電子写真式画像形成装置に関する。

複数の画像形成部を備えたカラープリンタでは、１ライン以下で制御することにより画像の色ずれを小さくする技術が提案されている（特許文献１参照）。また、紙の伸縮による画像の歪みを補正する倍率補正により画像の倍率ズレを小さくする技術が提案されている（特許文献２）。これらの技術にはプリント速度に与える影響を小さくするため、十分早く回転多面鏡（ポリゴンミラー）駆動用のモータ（以下ポリゴンモータ）を変速するのが望ましい。

従来の一般的なポリゴンモータの変速制御について以下に説明する。図９は、各色成分の記録部を、用紙の搬送方向について直列に配置したタンデム式のカラープリンタにおけるポリゴンモータの制御構成例を示している。図９において、画像形成装置１３０１はポリゴンモータを４つ備えている。信号生成回路１３５０は、４つのモータの回転速度および位相の基準となる信号（以下回転基準信号）を生成する。第１制御ユニット１３１０は、第１モータを制御する。信号１３１１は回転基準信号、信号１３１２はポリゴンミラー１３１８で反射されたレーザビームをＢＤセンサで検知して得られるＢＤ信号、信号１３１４は加減速指示信号である。ＢＤセンサは、ＢＤ信号（回転状態信号）を生成する回転センサである。制御計算部１３１３は、入力される回転基準信号１３１１とＢＤ信号１３１２の差分に基づいて加減速信号１３１４を生成する。回転基準信号１３１１は、制御信号ともよぶ。

モータドライバ１３１５は、直流モータを駆動する。励磁コイル１３１７は、電流により磁界を生じてモータの回転子を回転させる。相励磁１３１６は、励磁コイル１３１７に電流を供給する。ポリゴンミラー１３１８はモータにより回転する多面体で、各面がレーザビームの反射面となる。パーマネント磁石１３１９はモータの回転子に固定されており、励磁コイル１３１７にモータドライバ１３１５から通電されると回転する。信号１３２０はＦＧ信号である。レーザビーム１３２１はレーザビームの光路を模式的に示したものである。感光ドラム１３２２は、ポリゴンミラー１３１８の回転によって画像信号で変調されたレーザビームで走査され、画像が形成される。ＢＤセンサ１３２３は、ポリゴンミラー１３１８で反射されたレーザビームの走査線上で、しかも感光ドラム１３２２の画像領域外の位置に設けられて、レーザビームを検知することによりＢＤ信号１３１２を生成する。制御ユニット１３４０、１３６０、１３８０は、それぞれ第２、第３、第４モータの制御ユニットでり、いずれも第１制御ユニットと同等な構成を持つ。

図５は、従来の制御方式において、ある初期状態Ｂのモータ回転速度および回転位相から、他の状態Ａへとモータ回転速度および回転位相を制御する場合の代表的なフィードバック制御のフロー図である。図５の流れを以下に説明する。なお位相制御はたとえばカラープリンタの各色成分のエンジンにおける色ずれの補正などのために行われる。色ずれは図９に示したようなタンデム式のカラープリンタでは、露光ユニットの取り付け誤差やレーザビームの光路長差等により生じる。キャリブレーションを行っても、各色のポリゴンミラーの位相の関係が変化すると、色ずれが生じる場合がある。そこで図９のような複数のモータがある場合に、そのモータごとの位相関係を一定にするために行われる。したがって基準となるひとつのモータがあり、その回転位相を基準として、複数のモータ間の位相差が制御される。

まず、モータの安定状態である初期状態Ｂから状態Ａに変更したい状況Ｓ９０１が発生する。説明を判りやすくするため、図６に例として現在状態Ｃと状態Ａの周期信号の例を示す。図６はＢＤ信号の波形を示している。現在状態Ｃとはモータの現在の動作状態で、制御開始時は状態Ｂと一致し、制御終了後は状態Ａと一致する。それぞれの周期はＣｘ，Ａｘとして示される。この場合回転速度が異なるので、周期が異なっている。状態Ｂと状態Ａはそれぞれの画像描画に関係して速度と位相が取り決められているため、位相関係は任意ではなく、絶対時間に対してそれぞれ位相が固定されている。ここでは具体的数値として５％の倍率変調を考え、Ｃｘ＝Ｂｘ＝１０５０μｓ、Ａｘ＝１０００μｓ（いずれも周期で表す）とする。

次に回転状態検知信号（回転状態信号という）による検知Ｓ９０２が行われる。回転状態検知信号としては、具体的には回転同期信号（以下ＦＧ信号）、またはＢＤ信号等が挙げられる。ＦＧ信号は、ＤＣブラシレスモータ（ポリゴンモータに相当する）の極信号とホール素子から得られる。ＢＤ信号は、ポリゴンミラー１３１８によるレーザの照射光をＢＤセンサ１３２３で検知することで生成される。ここでは前述したようにＢＤ信号の例を示す。

次に検知したタイミングに基づいて速度差および位相差の測定と計算Ｓ９０３が行われる。目標とする速度と位相について、目標との差が測定される。測定はＢＤ信号の周期（例えば１０００μｓ前後）より十分短周期な水晶発振器出力（０．１μｓ）と、それにより動作するクロック同期順序回路等のカウンタにより行われる。測定値は次のように表記される。
現在速度差Ｔ＝Ｃｘ−Ａｘ（ただし速度は周期で示す）、
現在位相差Ｐ＝ｒｅｆＡ（図６参照）。

次に状態変更制御の終了判定Ｓ９０４が行われる。終了判定の基準値となる速度残差Ｔ０、位相残差Ｐ０に対し、以下の条件が判定される。なお、残差とは目標値と測定値との差分のことを示す。
ｉｆ（（｜Ｔ｜＜Ｔ０） ＡＮＤ （｜Ｐ｜＜Ｐ０））。

次の条件が満たされると、安定制御に移り、状態変更制御が終了する（Ｓ９１０）。条件が満たされない場合、加減速実行手段の選択に移る（Ｓ９０５）。

従来の制御では、速度差が大きい場合、位相差は無意味であると判断される。特に速度差が倍以上ある場合は、長周期側の１周期内に短周期側の周期信号が２つ以上存在するため、位相差の測定方法にも条件が必要となる。速度残差閾値Ｔ１に対し、（｜Ｔ｜＞Ｔ１）なる条件が満たされると速度制御Ｓ９０６を実行する。一方上記条件が満たされない場合、位相制御Ｓ９０７が実行される。

ここで速度制御Ｓ９０６とは、位相に関わらず速度を一致させるようにモータを加減速する制御を指す。また位相制御Ｓ９０７とは、速度に関わらず位相を一致させるようにモータを加減速する制御を指す。制御方法によっては両制御が同時に実行される場合もあるが、位相および速度の双方がともに目標値からずれている場合で、双方の制御の向きが異なる場合、ゲインの大きさ比などを併用して、速度制御が優先されるのが一般的である。

このほか、分周信号制御を行うもの（たとえば特許文献３等参照）や、オーバシュート等を抑制するフィードバック制御技術等の提案（たとえば特許文献４等参照）もある。
特開平10-020220号公報 特開2002-354234号公報 特開2001-255478号公報 特開平11-237567号公報

しかしながら、従来のモータ制御方式によれば、ポリゴンモータを変速して複数種の副走査倍率の変更、印刷速度の変更を行った場合には、所望の速度と位相に収束させるため、多くの時間を必要とした。

これらの問題点は画像形成装置のポリゴンモータのように、わずかな速度変更をしたい場合などに顕著となる。たとえば、通常色ずれの制御に関するモータの位相変化量は−５０％〜５０％程度であるのに対し、速度変化量は９５％〜１０５％など極僅かである。たとえば速度変化量が５％の範囲で位相を５０％変化させるためには、最低でも回転状態検知信号の１０周期分の時間（すなわちモータ１０回転分の時間）を必要とする。よってこれらの制御においては速度制御よりも位相制御を優先しなければならない場合も多くなる。

しかし、単純に位相制御を早く進めるために速度制御の変動量を必要以上に大きくすると、モータの加減速ゲインの非線形性による影響で制御時間が長引きやすい。

図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は特許文献１に代表される制御における制御例である。例えば、特許文献３のような分周信号制御では制御発生の瞬間に大きな変動を伴うため、モータの加減速ゲインの非線形性が大きく影響する。特に所望の速度と位相に到達するためには、制御開始後、所望の位相に収束させるため、長時間を必要とした。長時間が必要となるのは、これらのモータ制御部は回転速度振動のばらつき（回転ジッタ）を小さく抑えるための高精度回路を共用している場合が多いためである。短時間で制御を完了させるためには、モータの加減速ゲインの非線形性が制御に影響を及ぼすほど急速に加減速を行う必要があり、モータの幅広い速度の変動量、幅広い位相の変動量、低回転ジッタというこの種の回路の特性にマッチしないためである。

図８は特許文献４に代表される制御における制御例である。特許文献４のようなオーバシュート等を抑制するフィードバック制御技術も提案されているが、同様にモータの加減速ゲインの非線形の問題があるため、例えばごく限られた種類の変動を、制御装置の制御性能のばらつきの範囲で扱うように限定される場合が多い。

本発明は、上記従来技術における上述の問題を解決したモータ制御装置及びモータ制御方法と電子写真式画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る発明の画像形成装置は、つぎの手段を備えることを特長とする。

回転速度および回転位相の異なる複数の安定した回転状態の間で遷移するモータ制御装置であって、
現在状態から目標状態に変える制御を行うときに、制御前後の位相差を予測計算する予測位相差計算部と、
前記計算された位相差によって位相粗調を優先してモータの回転を変化させ、位相粗調の後に速度粗調を行うための制御信号を出力する信号生成手段とを備える。

あるいは、モータを、安定した回転周期および回転位相の現在状態から、安定した回転周期および回転位相の目標状態へと遷移させるための制御信号を生成するモータ制御装置であって、
前記現在状態から前記目標状態へと一定の周期変化率で前記モータの状態を変えた場合における、前記目標状態に達した時点での回転位相と前記目標状態の回転位相との予測位相差を予測する予測位相差計算手段と、
前記モータの回転を変化させる制御信号を出力する制御信号出力手段とを備え、
前記制御信号出力手段は、前記予測位相差が基準値以上の場合、前記目標状態に達するためにモータの増速が必要であれば該モータを一定率で減速させ、モータの減速が必要であれば該モータを一定率で増速させて、前記予測位相差が前記基準値以下になるまで前記モータの回転を変化させるための制御信号を出力し、
前記予測位相差が基準値に満たない場合、前記目標状態に達するためにモータの増速が必要であれば該モータを一定率で増速させ、モータの減速が必要であれば該モータを一定率で減速させて、前記現在状態の回転周期と前記目標状態の回転周期との差が基準値以下になるまで前記モータの回転を変化させるための制御信号を出力する。

本発明によれば、直流モータ、特に電子写真式のプリンタに用いられる回転多面鏡駆動モータの回転速度と回転位相の変更を迅速に行うことができる。

［実施形態１］
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図２は、本実施形態の画像形成装置の全体構成を表すブロック図である。図２において、画像形成装置２０１は、タンデム式のカラープリンタであり、各色のエンジンにポリゴンモータを１つずつ、あわせて４つ備えている。基準信号生成回路（信号生成手段あるいは制御信号出力手段）２５０は、各モータの回転位相及び速度を示す基準信号を生成する。制御回路２５１は水晶発振の基準クロックを含む４つのモータの基準信号の生成を統括する。第１制御ユニット１３１０は、モータの回転を制御する。制御ユニット１３４０、１３６０、１３８０は、それぞれ第２、第３、第４モータの制御ユニットであり、第１モータのユニットと同等な構成を持つ。これらは図９と同等であるので、説明を省略する。

状態Ｂ基準信号発生部２１２および状態Ａ基準信号発生部２１３は、それぞれ、状態Ｂ基準信号２１４，状態Ａ基準信号２１５を発生する。状態Ａ基準信号発生部２１３は、不図示のクロックジェネレータにより生成されるクロック信号にしたがって、目的となる周期および位相の信号を生成する。目的となる位相は、たとえば特定の制御ユニットから出力されるＢＤ信号に合わせて、所定時間ずらすなどして決定される。

予測位相差計算部（予測位相差計算手段）２１６は、位相制御時に位相を予測する。基準信号１３１１は、第１制御ユニットに入力される。予測位相差計算部２１６には、検出されたＢＤ信号１３１２も入力される。基準信号１３１１は、モータの回転速度（周期）および位相の基準となる信号であり、制御ユニットでは基準信号にしたがってモータを駆動する。

図１は、本実施形態の制御フローを表す図である。図１の制御は、基準信号発生部２１０、２２０，２３０，２４０、とくに予測位相差計算部２１６において、ＢＤ信号１３１２を１パルス分受信した際に、基準信号１３１１を生成しつつリアルタイムに実行される。ただし、Ｓ１０４、Ｓ１５０を経由するループでも、ＢＤ信号が１パルス検知される。モータの回転周期は１０００マイクロ秒前後であるのに対して、１００ＭＨｚのＣＰＵであっても１クロックの周期は１０ナノ秒であるから、図１の処理は実時間で実行可能である。図１において、まず、安定した初期状態Ｂ（周期Ｂｘ、位相Ｂｐ）から状態Ａ（周期Ａｘ、位相Ａｐ）に変更すべくＳ１０１で制御が開始される。たとえば、定期的に位相差を補正する場合の、補正開始のタイミングや、あるいは画像サイズの補正が指示された場合などがＳ１０１に該当する。なお現在の状態を状態Ｃで示す。なお状態とは、回転周期および回転位相を含む。現在の状態Ｃは、ＢＤ信号によって決定される。すなわちＢＤ信号の位相が現在の位相であり、ＢＤ信号の周期が現在の周期Ｃｘである。

次に回転状態検知信号による検知がＳ１０２で行われる。回転状態検知信号としては本実施形態ではＢＤ信号を採用している。

次に検知した回転状態検知信号に基づいて、現在の状態Ｂと変更後の状態Ａのモータの速度差および位相差の測定と計算が、Ｓ１０３で行われる。ここまでは、従来例と同様である。

次に状態変更制御の位相粗調制御終了判定がＳ１２０で行われる。Ｓ１２０では、諸測定値と条件パラメータを元に、予測位相差計算部２１６で予測位相差Ｓを計算する。予測位相差は、以下のように与えられる。以下の説明において現在状態Ｃにおけるモータの回転周期を現在周期Ｃｘと定義する。周期は回転速度を表す値である。初期状態においては状態Ｃ＝Ｂ，周期Ｃｘ＝Ｂｘである。予測位相差計算２１６は、Ｓ２１０において、周期Ｃｘから周期Ａｘに最大変化量ｄで変化する過程で経過する総位相積算量Ｑを計算する。これは図３（ａ）の区間３０３のアミ部分の面積に相当する。予測位相差計算部Ｓ１２０が、周期Ｃｘから周期Ａｘに最大変化量ｄで変化する過程で制御する変速回数をｎとすると、以下の関係式が成立する。
ｎ＝（Ｃｘ−Ａｘ）／ｄ、
Ｑ＝Σ（Ａｘ＋ｉ＊ｄ）＝ｎ＊Ａｘ＋ｄ＊ｎ（ｎ＋１）／２。
ただしΣＸｉはｉ＝１〜ｎについてのＸｉの総和を表す。

予測位相Ｒは、総位相積算量Ｑを、回転数変更後の周期Ａｘのサイクル数で表した値であり、
Ｒ＝（Ｑ ｍｏｄ Ａｘ）
で与えられる。

現在時点において既に状態Ａと状態Ｃとの位相差Ｐ＝ｒｅｆＡ（図６参照）が存在している。したがって、現時点での位相差Ｐから、回転数変更後の予測位相Ｒを差し引いた値が、回転数変更後における目標とする位相との予測位相差Ｓとなる。
Ｓ＝Ｐ−Ｒ（∵−Ａｘ＜Ｓ＜Ａｘ）
となる。

ステップＳ１２０ではさらに、予測位相差Ｓが、現在の周期Ｃｘと回転数変更後の周期Ａｘとの差Ｔ＝Ｃｘ−Ａｘよりも小さいか否かが判定される。すなわち、（Ｓ＜Ｔ）であるか否か判定される。

予測位相差Ｓが、現在の１周期あたりの位相変化量Ｔ＝Ｃｘ−Ａｘ（ただしＴはＡｘ、Ｃｘより比較的小）より大きい場合、速度制御を始めないほうがより予測位相差Ｓを迅速に小さくできる。この場合にはむしろ速度制御を逆方向（最終的に速くするなら遅くし、遅くするなら速くする）に制御するほうが、早く予測位相差Ｓを小さくできる可能性がある。そこで、点Ｊを起点として遡って回転速度を逆方向に制御することによって、予測位相差Ｓを小さくする過程が図３（ａ）の区間３０２である。図３（ａ）では、初期状態の回転速度は周期Ｂｘであり、目標の回転速度は周期Ｂｘよりも短い（すなわち速い）周期Ａｘである。ところが、区間３０２では、逆に周期はＢｘよりも長く（すなわち遅く）変化している。これが「逆方向」の意味である。もちろん、目標速度が現在速度よりも遅い場合にも、同様にいったん速くすることがあり得る。

そこで、Ｓ１２０における判定の結果、ＳがＴ以上であれば、Ｓ１０７に分岐してまず位相の粗調整を実行する。ステップＳ１０７では、現在の周期Ｃｘに所定値ａを加算するよう基準信号１３１１を生成して出力する。所定値ａは、周期Ｃｘ＞Ａｘであれば正の値であり、周期Ｃｘ≦Ａｘであれば負の値である。すなわち、最終的に増速する場合には減速し、減速する場合には増速する。なおたとえば｜ａ｜＝｜ｄ｜でもよい。

この基準信号によってモータを駆動し、それによって駆動されたポリゴンミラーで反射されたＢＤ信号１３１２を受信する。なおレーザの走査位置がＢＤセンサ付近にあるときはレーザは強制点灯される。そしてＳ１０２から繰り返す。

一方、Ｓ１２０の条件が満たされると、位相残差保持Ｓ１３０に移る。Ｓ１３０では、速度制御に移る段階での位相残差がＳ０として保存される。

次に、終了判定Ｓ１０４では、速度差Ｔ（＝Ｃｘ−Ａｘ）および位相残差Ｓ０が所定量より小さいか否か判定される。すなわち、（（Ｔ＜Ｔ０）ＡＮＤ（Ｓ０＜Ｐ０））であるか否かが判定される。

この条件が満たされると状態（速度及び位相）の変更制御は終了する（Ｓ１１０）。Ｓ１１０では、変更が終了した時点における状態Ｃを維持したまま、基準信号１３１１が生成され、出力される。この時点では、Ｃｘ＝Ａｘであり、位相も一致しているはずである。この時の状態が状態Ｂ基準信号発生回路２１２に記憶され、その状態に従って基準信号１３１１が出力される。

一方条件が満たされない場合、位相微調判定Ｓ１５０に移る。位相微調判定Ｓ１５０では、位相残差Ｓ０が、現在の制御量（すなわち目標周期と現在周期との差）よりも小さいか否か判定される。すなわち（Ｓ０＜Ｔ）なる条件が満たされるか否か判定される。満たされなければ、位相微調実行Ｓ１５７に移る。

Ｓ１５７では、この後のステップＳ１６０で待機するモータ１周期の時間経過によりずれたはずの時間Ｔを位相残差Ｓ０から差し引いて新たな位相残差とする。そして、Ｓ１６０で、モータの１周期の時間そのまま待機する。すなわち次のＢＤ信号の入力があるまで待機する。Ｓ１５７を経由する手順では、モータの速度は変わらず、位相のみが変化する。

一方、Ｓ０＜Ｔなる条件が満たされれば、Ｓ１０６で速度粗調整を実行する。速度粗調整は、現在の周期Ｃｘから、増速のステップである値ｄを差し引いた周期の基準信号を生成することで行われる。生成された基準信号は、制御ユニットに入力される。なおｄの符号は、Ｃｘ＞Ａｘの場合には正であり、それ以外の場合には負である。値ｄは、予測位相差の計算に用いた値と同じ値である。その後はＳ１６０に分岐する。

Ｓ１６０では、新たな基準信号（変わらない場合もある）により駆動されたポリゴンミラーにより反射されたレーザ光がＢＤセンサにより検出され、ＢＤ信号のパルスが入力されると、Ｓ１７０に進む。Ｓ１７０では、速度差（周期差）Ｔを再計算する。

このように、予測位相差が制御量Ｔより大きい場合、位相粗調が行われる。予測位相差が制御量Ｔより小さい場合、速度制御が行われる。なおＳ１０６およびＳ１５７の後には、Ｓ１０２に分岐しても良い。

以上の制御手順により、ポリゴンモータは１周期ごとにその回転速度及び位相が制御されて、目的の速度及び位相に達するまで、制御が繰り返される。

ここで、Ｓ１２０は、前記現在状態から前記目標状態へと一定の周期変化率で前記モータの状態を変えた場合における、前記目標状態に達した時点での回転位相と前記目標状態の回転位相との予測位相差を予測する予測位相差計算工程に相当する。

Ｓ１０７は、前記予測位相差が基準値以上の場合、前記目標状態に達するためにモータの増速が必要であれば該モータを一定率で減速させ、モータの減速が必要であれば該モータを一定率で増速させるための制御信号を出力する位相調整工程に相当する。

Ｓ１０６は、前記位相調整工程により、前記予測位相差が前記基準値より小さくなった場合、前記目標状態に達するためにモータの増速が必要であれば該モータを一定率で増速させる。また、モータの減速が必要であれば該モータを一定率で減速させるための制御信号を出力する速度調整工程に相当する。

＜具体例の説明＞
図１の制御の例を、図３を参照して説明する。図３は本実施形態の基準信号生成回路による制御例を表す図である。縦軸は基準信号の周期、横軸は時間を指す。信号が平坦の部分は安定状態でモータが駆動されていることを示す。図３（ａ）の区間３０１が初期状態Ｂ（Ｓ１０１）に、図３（ａ）の区間３０４が目的状態Ａ（Ｓ１１０）に相当する。図３（ａ）の区間３０２は、位相粗調制御ステップ（Ｓ１０７）を経由する制御ループに相当する。図３（ａ）の区間３０３は、速度制御ステップ（Ｓ１０６）を経由する制御ループに相当する。区間３０２の上昇部および区間３０３の下降部の傾斜は、予測位相差計算部Ｓ１２０に予め設定された周期変化量の最大値ｄ（以下最大変化量）によって制限された傾きである。本実施形態の制御が図３（ａ）のような軌道を辿るのは予測位相差計算部Ｓ１２０の計算とその判断による。図３（ａ）の区間３０２および３０３という鉛筆状に尖った速度制御部分が発生する。図３（ａ）の区間３０２が位相調整のために使われた時間であり、そのアミ部分の面積が位相積算量の調整量と成っている。図３（ａ）の区間３０２と区間３０３の境界の頂点は、Ｓ＜ＴというＳ１２０の条件が満たされたタイミングである。図３（ａ）の区間３０３では最大変化量ｄで予測したように変速をするので、速度制御を開始した時点での小さな予測位相差Ｓ０を維持したまま制御が為される。

図３（ａ）の例では、状態Ｂと状態Ａの位相関係は随時変化している。そのため、位相調整のために使われる区間３０２の長さは、制御の開始タイミングによっておおよそ０以上〜最大Ｃｘ／Ｔ程度（Ｃｘ≒Ａｘとして）まで変化する。よって制御は図３（ｂ）のように鉛筆状突起が無い場合もある。また、ＢｘとＡｘの速度関係が図３（ａ）とは逆（すなわちＢｘ＜Ａｘ）の場合、図３（ｃ）のようにもなる。ただし上述の式では符号が異なる部分が発生する。また、ＢｘとＡｘが近い値であり、位相制御量が大きい場合、図３（ｄ）（ｅ）のようにもなる。

次に位相微調ステップＳ１５０の例について説明する。位相微調ステップＳ１５０の動作を図示した例が、図３（ｆ）である。図３（ａ）と異なり、図３（ｆ）の区間３５３には、区間３５５で示される位相微調実行ステップＳ１５７に相当する平坦部がある。Ｓ１５７では、１周期分の速度制御の休止が２回行われていることが模式的に示されている。すなわちＳ１５７が１回実行されている。

速度粗調整ステップＳ１０６の繰り返しにより、現在の１周期Ｃｘあたりの位相変化量Ｔ＝Ｃｘ−Ａｘは、速度制御が進むに連れ、位相粗調を開始したときのＴより短い値となってゆく。この過程で位相残差Ｓ０がＴより大きい場合、制御を１回休止することによって収束までの制御時間は１周期分増加する。しかし位相残差Ｓ０は、１周期分のずれすなわちＴだけ減算されて小さくなる。そして、制御終了時にはほぼ０となる。この位相微調制御はＴが大きな状態から順次変化してゆくため、ほぼ１、２回程度の非常に少ない回数増で高い位相微調を実現できる。

以上の制御手順により、本実施形態の画像形成装置は、短時間でポリゴンモータの回転速度（周期）および回転位相を、目的の状態まで変化させることができる。

なお、最大値ｄは、回転状態の現在状態および最終の目標となる動作状態（目標状態）の２状態の速度と位相の４パラメータとして、加減速のそれぞれに合わせた所定のテーブルから各々読み出されて設定されることが望ましい。

［その他の実施形態］
図３（ｆ）では本発明の代表的な制御状態をしめしたが、モータ制御ユニット内の非線形性を考慮すると様々な応用が考えられる。

例えば、図４（ａ）のように、位相微調区間５０３において逆速度制御５０５を行うことも可能である。すなわち、図１のＳ１５０で否の判定の場合、Ｓ１０７へと分岐する。この様にしても、位相差の微調整を迅速に行えるとともに、制御手順が簡略化できる。

また別の応用例として、加速ゲイン係数Ｇａと減速ゲイン係数Ｇｄとが異なる場合は、例えば図４（ｂ）、図４（ｃ）のように、最大変化量を加速用と減速用と２つ用意しておく。そして極力それに合わせた制御計算をすることも可能である。この場合、２つの最大変化量と、状態Ｂと状態Ａとを加味し、鉛筆状突起を状態Ｂ，Ａに対して、加速−減速方向、減速−加速方向、の２つの選択肢を選ぶ基準とすることもできる。例えば、速度変化量が大きい場合は、ゲインの大きい向きを速度制御向きに割り当てた方が制御が早く収束する場合がでてくる。このように最大変化量、ゲイン係数といった制御パラメータは、ルックアップテーブルに格納して本発明に適用することもできる。制御量ａとルックアップテーブル関数ｆ（）は次のようにあらわされる。

ａ＝ｆ（Ｇａ，Ｇｄ，Ａｘ，Ｃｘ）
また本発明の最初の実施形態では、速度の変動を最大周期変化量として説明しているが、最大加速度（回転角加速度）を周期の変わりに用いて計算しても同様な制御ができる。

また本発明は速度の変動が数％程度であるが、慣性の大きな物体の制御を素早く行いたい場合に適している。よって、いくつかの条件で例外処理する形でも、本発明の効果を利用することが可能である。例えば、ＢｘとＡｘで、(1)全く速度が一致していた場合、または、(2)速度が非常に近く一致していた場合、または、(3)位相が非常に近く一致していた場合など、最終的に制御速度量や位相量の小さい範囲では切替制御で強制収束させる。速度が一致していた場合には、図４（ｄ）、図４（ｅ）のように位相の向きに合わせて、鉛筆型突起の向きを変えて制御する例外処理なども考えられる。

本発明の実施形態の制御はフィードバック型の直流モータの制御基準信号の生成方法として例を示した。これにより、フィードバック系の比較的安定状態を維持しつつ制御可能であるので、フィードバック系の非線形応答による状態変更収束時間のバラツキがあらわれにくく、様々な状態間の遷移について収束時間を予測しやすい制御が可能となった。

また、基準信号の制御という点で、別の応用例として、オープンループのステッピングモータなど、高周波発振器とカウンタ回路を用いたパルス幅変調で回転速度と回転位相を所望に制御する制御方法としても利用可能である。

以上説明したように、従来、モータの回転速度がある程度一致しなければ位相制御ができなかった。そのため、速度制御後に位相制御を行っていたが、速度がある程度一致すると位相を制御するための速度差が小さくなってしまい、位相制御時間の短縮には不利な制御方法となっていた。

これに対し、本発明では、速度および位相の状態変更制御において、位相を予測計算し、位相粗調を速度制御に先だっておこなうことによって無駄なく速度制御と位相制御を行うため、素早い状態変更ができる。また、極微小な速度および位相変化を繰り返す制御によってモータの加減速ゲインの非線形性影響を極力避け、安定制御をある程度追従させることで目標の状態へ素早く収束ができる。

なお本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。また本発明の目的は、前述の実施形態の機能を実現するプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体およびプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、本発明には、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた場合についても、本発明は適用される。その場合、書き込まれたプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。

本発明の実施例１における代表的なモータ回転制御フローの図である。 本発明の実施形態１におけるモータ回転制御装置の４つのポリゴンミラー回転制御部の概要図である。 本発明の実施形態１におけるモータ回転制御における速度と時間の関係図（制御プロファイル）の概略図である 本発明のその他の実施形態におけるモータ回転制御における速度と時間の関係図の概略図である 従来例における代表的なモータ回転制御フローの図である。 従来例におけるモータの制御状態を表す現在基準信号Ｃと目標基準信号Ａの波形例の図である。 従来例の特許文献１の制御プロファイル例の図である。 従来例の特許文献４の制御プロファイル例の図である。 従来例におけるモータ回転制御装置の４つのポリゴンミラー回転制御部の概要図である。

Claims (12)

1. 回転速度および回転位相の異なる複数の安定した回転状態の間で遷移するモータを制御するモータ制御装置であって、
   前記モータの現在の動作状態から目標の動作状態に変える制御を行うときに、制御前後の前記モータの回転位相差を予測計算する予測位相差計算部と、
   前記計算された位相差によって位相粗調を優先してモータの回転を変化させ、位相粗調の後に速度粗調を行うための制御信号を出力する信号生成手段と
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記予測位相差計算手段は、現在状態から最終状態までの累積位相変化量と、現在の位相差とから位相差を予測することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記予測位相差計算手段は、前記モータの回転状態を検知タイミングまたは回転制御を開始するタイミングを基準として、モータの回転を一定の率で変化させた場合の位相差を予測することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記信号制御手段は、前記速度粗調の際には、位相微調時を除き、前記一定の率で目標速度に至るよう制御するための制御信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記信号生成手段は、前記位相粗調において、モータの回転速度を維持するか、または最終目標速度と逆方向に変速するか、または最終目標速度方向へ非最大値で変速するよう制御するための制御信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記信号生成手段は、前記位相粗調において、さらにモータの加速と減速の制御応答性の差異に応じて、位相粗調のための変速方向を決定することを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記信号生成手段は、前記位相微調において、モータの回転速度を維持するか、または最終目標速度と逆方向に変速するよう制御するための制御信号を出力することによって、位相粗調後に残っている位相残差を小さくすることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
8. モータの回転を検出して回転状態信号を生成する回転信号生成手段を更に備え、
   前記信号生成手段は、前記回転状態信号を基準信号として加減速指示信号を発生して、直流モータのフィードバック制御を行うための制御信号を生成することを特徴とする請求項１のモータ制御装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモータ制御装置により制御されたモータにより回転する回転多面鏡と、
   画像担持体と、
   前記回転多面鏡により走査される光ビームにより所定の書込タイミングで前記画像担持体を走査する複数の走査手段と、
   前記走査手段により前記画像担持体上に形成された画像を記録媒体に転写する転写手段と
   を備えることを特徴とする電子写真型画像形成装置。
10. モータを、安定した回転周期および回転位相の現在状態から、安定した回転周期および回転位相の目標状態へと遷移させるための制御信号を生成するモータ制御装置であって、
    前記現在状態から前記目標状態へと一定の周期変化率で前記モータの状態を変えた場合における、前記目標状態に達した時点での回転位相と前記目標状態の回転位相との予測位相差を予測する予測位相差計算手段と、
    前記モータの回転を変化させる制御信号を出力する制御信号出力手段とを備え、
    前記制御信号出力手段は、前記予測位相差が基準値以上の場合、前記目標状態に達するためにモータの増速が必要であれば該モータを一定率で減速させ、モータの減速が必要であれば該モータを一定率で増速させて、前記予測位相差が前記基準値以下になるまで前記モータの回転を変化させるための制御信号を出力し、
    前記予測位相差が基準値に満たない場合、前記目標状態に達するためにモータの増速が必要であれば該モータを一定率で増速させ、モータの減速が必要であれば該モータを一定率で減速させて、前記現在状態の回転周期と前記目標状態の回転周期との差が基準値以下になるまで前記モータの回転を変化させるための制御信号を出力することを特徴とするモータ制御装置。
11. モータを安定した回転周期および回転位相の現在状態から、安定した回転周期および回転位相の目標状態へと遷移させるための制御信号を生成する、モータ制御方法であって、
    前記現在状態から前記目標状態へと一定の周期変化率で前記モータの状態を変えた場合における、前記目標状態に達した時点での回転位相と前記目標状態の回転位相との予測位相差を予測する予測位相差計算工程と、
    前記予測位相差が基準値以上の場合、前記目標状態に達するためにモータの増速が必要であれば該モータを一定率で減速させ、モータの減速が必要であれば該モータを一定率で増速させるための制御信号を出力する位相調整工程と、
    前記位相調整工程により、前記予測位相差が前記基準値より小さくなった場合、前記目標状態に達するためにモータの増速が必要であれば該モータを一定率で増速させ、モータの減速が必要であれば該モータを一定率で減速させるための制御信号を出力する速度調整工程とを備え、
    前記予測位相差が前記基準値より小さくなるまで、予測位相差計算工程および前記位相調整工程を繰り返し、
    前記現在状態の回転周期と前記目標状態の回転周期との差が基準値以下になるまで前記速度調整工程を繰り返すことを特徴とするモータ制御方法。
12. 請求項１１記載のモータ制御装置装置により出力される制御信号により駆動制御されるモータで回転多面鏡を回転させ、該回転多面鏡で反射されたレーザ光で感光体表面を走査して画像を形成することを特徴とする電子写真式画像形成装置。

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