JP2824126B2 - 画像読取装置の走査駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原稿を走査して原稿画像を撮像装置に投影
するスキャナ，原稿を走査して原稿画像を静電潜像形成
用の観光体表面に投影するスキャナ等の画像読取装置に
関し、特に、その走査駆動装置に関する。

〔従来の技術〕 従来の画像読取装置の代表的なものの１つの光学系を
第5a図に示し、その斜視図を第5b図に示す。第5a図を参
照すると、原稿（図示せず）をセットするコンタクトガ
ラス１の下方には、スキャナ光学系２が設けられてお
り、原稿からの反射光による像がこのスキャナ光学系２
を介して静電潜像を形成するためのドラム状の感光体３
上に結像される。スキャナ光学系２は、照明光源2a,反
射板2b,第１ミラー2c等よりなる第１キャリッジ（スキ
ャナ）51と、第２ミラー2d,第３ミラー2e等よりなる第
２キャリッジ52と、結像レンズ2fと、第４ミラー2g等か
らなる。2hは防塵ガラスである。なお、第１キャリッジ
51と第２キャリッジ52とは、走査中に原稿からの反射光
路長が変化しないように2:1の速度比でモータM7により
往復走査駆動されるようになっている。この駆動モータ
M7にオープンループ制御が可能なステッピングモータが
使用されている。

第5b図を参照すると、モータM7のシャフトに固定した
プーリ60に、スキャナ光学系２と結合した駆動ワイヤ61
が巻回されている。駆動ワイヤ61は、その一端61aか
ら、スタッドプーリ62,第２キャリッジ52と結合された
駆動プーリ63,ターンプーリ64,ブランケットプーリ66,
第１キャリッジ51に結合したブランケット67,駆動プー
リ63,タイトナプーリ68を通った他端61bに結合して閉ル
ープ状になっている。

第5b図に示すHP1はスキャナのホームポジションを検
出するスイッチ（フォトセンサ）である。同様にRP1は
スキャナの１つの往走査終了位置を検出するリミットス
イッチ、RP2はもう１つの往走査終了位置を検出するリ
ミットスイッチである。またこの図面には示してないが
変倍機構（すなわちレンズ）にもホームポジションを検
出するフォトセンサH2が設けてある。このスイッチは、
レンズがホーム位置および拡大位置にあるときにオンす
るようになっている。往走査終了位置を２つのリミット
スイッチで検出しているのは、１つはスキャナフルスキ
ャン時に、変倍動作を行うことによって変倍機構、特に
レンズの位置が変わり、スキャナがぶつかってしまうの
で、その保護をするためである。RP1スイッチは往走査
終了位置に、RP2スイッチは変倍機構に設けてある。

このような構成において、概略的には第5a図に示すよ
うなHP（ホームポジション）からスキャナ光学系２が右
方向に走査駆動されて原稿面を露光走査する。

露光走査を終了したスキャナ光学系２は、再びホーム
ポジションに向けてリターン駆動される。このスキャナ
光学系２の走査駆動（正転）およびリターン駆動（逆
転）における速度変化を第６図に示す。速度の正側はモ
ータの正転（走査駆動）を示しこの部分で原稿の読取
（感光体３への画像投影）を行う。速度の負側はモータ
の逆転（リターン駆動）を示しこの部分でスキャナ光学
系２がホームポジションへ戻る。モータM7の正転（走査
駆動）時は正確な定速度制御が要求され、逆転時は複写
速度を稼ぐため高速回転が要求される。

〔発明が解決しようとする課題〕

スキャナ光学系２の走査駆動には安定した定速度制御
が必要で、高分解能が必要とされるが、上述したステッ
ピングモータには分解能に限界がある。一般に、ステッ
ピングモータの分解能は200ステップ／回転（1.8度／ス
テップ）であり、分解能が最高のモータでも400ステッ
プ／回転（0.9度／ステップ）にすぎない。

この欠点を克服するためにマイクロステップ制御方式
が考えられる。

これは、モータの２つの相に電流を供給して両電流の
ベクター和に比例する相トルクを発生させるものであ
り、その際の相電流を制御すれば各ステップをより細か
いステップに分割できる。この相トルクが１回転（電気
的に360度）すると、モータは正確に４ステップ（１ト
ルクサイクル分）回転する。同様に、相が電気的に22.5
度動くとモータは１ステップの25％〔＝（22.5/90）×1
00〕だけ回転する。従って、モータを任意の角度に回転
できる。

そして、第7a図に示すような電気的に位相が90度違う
周期的波形をモータに与えることにより、トルク相の角
度を容易に変えられる。

例えば、相電流を、 I_A＝I₀cosθｅ …（１） I_B＝I₀sinθｅ …（２） （θe:電気的位相角） とおくと、この相電流が発生するトルクは、 T_A＝KI_A＝KI₀cosθｅ …（３） T_A＝KI_B＝KI₀sinθｅ …（４） （K:モータのトルク常数） となる。式（３），（４）よりベクター加算を行うとモ
ータ軸に発生する全トルクは、 Ｔ＝KI₀ …（５） となる。

ベクター和が第7b図に示すような円を描くように複数
の中間レベルの振幅をもつ電流を使ってモータを駆動す
ることによって、第7c図に示すフルステップ（電気的位
相角が90度）を数多くのマイクロステップに再分割でき
る。すなわち速度変動がない細分割が可能である。

第８図に、第7c図に示したフルステップを16に分割し
た例を示す。クロックCKの立上りでモータの相電流を変
えている。このモータの相電流は、マイクロコンピュー
タからのデータに基づいてD/A変換を行うD/Aコンバータ
の値を変更することによって設定する。

このようにマイクロステップ制御は高分解制御が可能
であるが、高分解能にすればD/Aコンバータの変換速度
もその分、高速性が要求される。しかしながら、D/Aコ
ンバータの変換速度には限界があるので高分解で、かつ
高速制御を行うには限界がある。

同じマイクロステップの分解能でスキャナを正転駆動
および逆転駆動すると、正転時が高分解能であれば逆転
時に第６図に示したような高速回転（逆転側）ができな
いので、高画質が得られるが高速画像処理はできない。
また、逆転時に高速回転を行うようにすると、正転時に
高分解能が得られないので、高速な画像処理は可能とな
るが原稿読取時のスキャナ光学系２の速度の定速制御精
度が悪くなり高画質が得られない。

本発明は、高画質で、かつ高速画像処理を実施しうる
走査駆動装置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〕

本発明の画像読取装置の走査駆動装置は、原稿を照明
する光源（2a），原稿の反射光を受光手段（３）に結像
するための反射手段（2c）を含む光学手段（２），原稿
に対して光源（2a）および反射手段（2c）を相対的に走
査駆動（正転）しリターン駆動（逆転）するためのステ
ッピングモータ（M7）、および、ステッピングモータ
（M7）の各相（I_A相,I_B相）に通電するモータドライバ
（40）を備える画像読取装置の、 ステッピングモータ（M7）の走査（正転）駆動用の少
くとも１ステップ分の相付勢レベルの連なり（第3a図）
を高分解能で分解した各点のレベルデータ（第２図の正
転時）を該連なり順に書込んだ走査駆動用メモリ手段
（20）； ステッピングモータ（M7）のリターン（逆転）駆動用
の少くとも１ステップ分の相付勢レベルの連なり（第3b
図）を低分解能で分解した各点のレベルデータ（第２図
の逆転時）を該連なり順に書込んだリターン駆動用メモ
リ手段（20）； 走査駆動時に走査駆動用メモリ手段（20）よりレベル
データ（第２図の正転時）を順番に繰返し読み出し、リ
ターン駆動時にリターン駆動用メモリ手段（20）よりレ
ベルデータ（第２図の逆転時）を順番に繰返し読み出す
データ読出手段（10）；および、 読み出されたレベルデータをアナログ信号に変換しア
ナログ信号をモータドライバ（40）に与えるD/A変換手
段（30）； を備えることを特徴とする。

なお、カッコ内の記号は、図面に示し後述する実施例
の対応要素又は対応事項を示す。

〔作用〕

これによれば、D/A変換手段（30）の変換速度が間に
合う可及的に高い速度で、走査駆動用メモリ手段（20）
よりレベルデータ（第２図の正転時）を順番に繰返し読
み出すことにより、ステップモータ（M7）の相付勢電流
が高分解能で変動し微細マイクロステップの高精度制御
のモータ付勢が行なわれ、高画質が得られる。

このときの読出し速度と同一速度で、リターン駆動時
にリターン駆動用メモリ手段（20）よりレベルデータ
（第２図の逆転時）を順番に繰返し読み出すと、ステッ
プモータ（M7）の相付勢電流が低分解能で変動し粗い制
御のモータ付勢が行なわれ、高速リターンが実現する。
すなわち、走査駆動用のデータが例えば１ステップを８
分割した各点のものであり、リターン駆動用のデータが
例えば１ステップを４分割した各点のものであると、走
査駆動時の速度の２倍の速度でリターン駆動が行なわ
れ、これにより高速画像処理が実現する。すなわち走査
の繰返し速度が高くなる。

このように本発明によれば、D/A変換手段（30）の変
換速度が間に合う、比較的に低い速度で、走査駆動時に
は走査駆動用メモリ手段（20）より、またリターン駆動
時にはリターン駆動用メモリ手段（20）よりデータを繰
返し読み出すことにより、自動的に、高精度制御の走査
駆動モータ付勢が行なわれて高画質が得られると共に、
高速のリターン駆動モータ付勢が行なわれて繰返し走査
速度（回／時間）が高く高速画像処理が実現する。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下
の実施例の説明より明らかになろう。

〔実施例〕

本発明の一実施例のスキャナの機構概略は、第5a図お
よび第5b図に示した従来のスキャナと同様のものである
が、その制御系の構成が異なる。

第１図に本実施例の制御系の構成概略を示す。この制
御系は、マイクロコンピュータ（以下CPUと記す）10,読
出専用メモリ（以下ROMと記す）20,D/Aコンバータ30,モ
ータドライバ40,ステッピングモータM7等から構成され
ている。

D/Aコンバータ30は、デュアルDAコンバータであり、
エリクソン社製（TYPE PBM 3960）である。モータドラ
イバ40もエリクソン社製（TYPE PBL3771）である。

モータコイルに流せる最大電流Ipeakは、モータドラ
イバ40に外付けの抵抗およびコンデンサの値により決ま
り、実際に流れる電流I_A相あるいはI_B相はD/Aコンバー
タ30の入力データをDAdata（ただし127以下）とする
と、 I_A（I_B）＝Ipeak・（DAdata/127）となる。各相とも
正逆７ビットの分解能のマイクロステップ制御ができ
る。

CPU10は、外部のROM20に記憶されている２相の電流
（I_A相およびI_B相）を決めるデータを読込みそれをD/A
コンバータ30に送る。

D/Aコンバータ30は、CPU10に接続されており、CPU10
からのデータに基づいてD/A変換を行いモータドライバ4
0に２相のアナログ信号を送る。D/Aコンバータ30へデー
タを送る間隔、すなわちステッピングモータM7のパルス
レートは、CPU10の内部タイマ（図示しない）によって
決定される。

モータドライバ40は、このアナログ信号に基づいてス
テッピングモータM7を駆動する。

本実施例においては、ステッピングモータM7の正転
（走査駆動）時と逆転（リターン駆動）時の相付勢電流
データ２組記憶しておき、その２組のデータを用いて、
正転時は高分解能制御，逆転時は高速制御を行う。

第２図に、各組のデータ読出しアドレス（DAカウンタ
値）に対する相付勢電流データ（DAdata）の一例を示
す。正転時のDAdataは、I_A相およびI_B相とも８個のデー
タからなりDAカウンタ正の値により順番に読出され、逆
転時のDAdataは、I_A相およびI_B相とも４個のデータから
なりDAカウンタ逆の値により順番に読出される。また、
第２図における正転時のDAdataに対するI_A相およびI_B相
の信号を第3a図に、逆転時のDAdataに対するI_A相および
I_B相の信号を第3b図に示す。この実施例では、正転時に
はマイクロステップ駆動を行い、逆転時にはフルステッ
プ駆動を行っている。本実施例では、理解を容易にする
ために正転時のマイクロステップの分解能を４分割/180
度で表している。この例においてパルスレート（データ
読出し速度）を正逆とも同じにすると、逆転時は、正転
時の２倍の速度での駆動となる。

実際の実施においては、正転時のマイクロステップの
分解能を16,32,・・・と大きくとり、逆転時の駆動を正
転時の駆動に比べて低分解能とするマイクロステップ駆
動が可能である。

第4a図に、スキャナ駆動に関連するCPU10の主制御動
作を示す。

まず、電源が投入されると（ステップ1:以下カッコ内
ではステップという語は省略する）、スキャナの正確な
位置を検出するために、スキャナをゆっくり動かしHPセ
ンサが検知した場所を全ての動作の基準（ホームポジシ
ョン）とする初期化を行い（２）、スタート指示がある
まで待機する（３）。

スタート指示があるとD/Aコンバータ30にデータ０を
設定し（DAa←0,DAb←０）、ROM20に記憶されているDAd
ataを指定する、正転時のDAカウンタ正および逆転時のD
Aカウンタ逆を０にセットし、正転，逆転を指定するデ
ータをクリアする（４）。このときI_A相およびI_B相には
電流は流れない。次に、ステッピングモータM7の起動パ
ルスレート（内部タイマの時限値：パルス周期）を設定
する。

次に、CPU10の内部タイマをスタートし（５）、後述
する内部タイマの割込みを許可する（６）。この許可に
より該内部タイマがタイムオーバする毎に、後述する第
4b図の割込処理が実行されてステップモータM7が通電さ
れて正転又は逆転する。次のように更新されるパルスレ
ート対応の時限値が内部タイマに更新設定され該内部タ
イマが再スタートされる。

CPU10は、内部タイマ割込みを許可すると次に、スキ
ャナの「往動制御」を行う（７）。「往動制御」（７）
ではまず正転＝1,逆転＝０を設定し、第６図に示した速
度プロフィールに沿って、スキャナが所定速度になるま
で加速するようにステッピングモータM7のパルスレート
（内部タイマに設定する時限値：周期）を次第に短く変
更し、その後スキャナが定速になるようにパルスレート
を一定にする。このパルスレートは、後述する内部タイ
マ割込処理21で、内部タイマに設定する（第4b図の22
A）。

そしてセンサRP1によりスキャナがリターン位置に到
達したことを検出すると（８）、スキャナの「復動制
御」を行う（９）。「復動制御」（９）では、まず正転
＝0,逆転＝１を設定し、この実施例では第６図に示した
ように「往動制御」（７）の時よりも速い速度（４倍程
度）でスキャナをリターン駆動するように、概略で前述
の「往動制御」（７）のときの略２倍のパルスレート
（内部タイマに設定する時限値が大略で1/2）とし、最
初は低パルスレートから次第に高パルスレートに立上げ
そして一定とし、次に次第に低パルスレートに更新す
る。そして、センサHP1によりHP位置を検出すると（1
0）、タイマ割込みを禁止し、正転＝0,逆転＝０を設定
する（11）。次に指定回数の往復動を完了したかをチェ
ックして（12）、完了していないとまたステップ４に戻
る。指定された回数の往復制御が終了するとステップ３
に戻りスタート指示があるまで待機する。

第4b図に、前述の内部タイマがタイムオーバする毎に
実行する「内部タイマ割込処理」（21）の内容を示す。
これに進むとまず、その時定められている前記パルスレ
ート対応の時間データ（内部タイマに設定する時限値）
を内部タイマに設定して内部タイマを再スタートする
（22A）。次に走査（正転）駆動かリターン（逆転）駆
動かをチェックして（22B,22C）、走査（正転）駆動で
あると、第２図に示したようにDAカウンタの正の値で指
定されるROM20のDAdataを読出してD/Aコンバータ30へ送
ってI_A相の電流を設定し、DAカウンタ正の値に８を加算
した値で指定されるROM20のDAdataを読出してD/Aコンバ
ータ30へ送ってI_B相の電流を設定する（23）。次に、DA
カウンタ正の値を１インクリメントし（24）、この値が
８以上となったときは、DAカウンタ正の値を０に戻す
（25,26）。

リターン（逆転）駆動の時には、第２図に示したよう
にDAカウンタ逆の値で指定されるROM20のDAdataを読出
してD/Aコンバータ30へ送ってI_A相の電流を設定し、DA
カウンタ逆の値に４を加算した値で指定されるROM20のD
Adataを読出してD/Aコンバータ30へ送ってI_B相の電流を
設定する（27）。次に、DAカウンタ逆の値を１インクリ
メントし（28）、この値が４以上となったときは、DAカ
ウンタ逆の値を０に戻す（29,30）。また、走査（正
転）駆動でもリターン（逆転）駆動でもなければ（22B,
22C）、D/Aコンバータ30にデータ０を設定する（DAa←
0,DAb←０）。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば、D/A変換手段（30）の
変換速度が間に合う、比較的に低い速度で、走査駆動時
には走査駆動用メモリ手段（20）より、またリターン駆
動時にはリターン駆動用メモリ手段（20）よりデータを
繰返し読み出すことにより、自動的に、高精度制御の走
査駆動モータ付勢が行なわれて高画質が得られると共
に、高速のリターン駆動モータ付勢が行なわれて繰返し
走査速度（回／時間）が高く高速画像処理が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の制御系の構成概略を示す
ブロック図である。 第２図は、第１図に示したROM20が記憶するスキャナ正
転時および逆転時のデータの一例を示す平面図である。 第3a図は、第２図に示したスキャナ正転時のデータに対
応する出力信号を示すグラフである。 第3b図は、第２図に示したスキャナ逆転時のデータに対
応する出力信号を示すグラフである。 第4a図は、第１図に示すCPU10の制御動作を示すフロー
チャートである。 第4b図は、第１図に示すCPU10の内部タイマ割込処理の
動作を示すフローチャートである。 第5a図は、従来のスキャナの機構概略を示す側面図であ
り、第5b図はその斜視図である。 第６図は、スキャナの動作特性を示すグラフである。 第7a図は、電気的に90度位相の違う相電流I_AおよびI_Bを
示すグラフである。 第7b図は、第7a図に示した相電流I_AおよびI_Bのベクター
和を示すグラフである。 第7c図は、第7a図に示した相電流I_AおよびI_Bのグラフ
（１周期）をフルステップとして示すグラフである。 第８図は、第7c図に示したフルステップを16分割したグ
ラフである。 1:コンタクトガラス、2:スキャナ光学系（光学手段） 2a:照明光源（光源）、2b:反射板 2c:第１ミラー（反射手段）、2d:第２ミラー 2e:第３ミラー、2f:結像レンズ 2g:第４ミラー、2h:防塵ガラス 3:感光体（受光手段） 10:CPUデータ（読出手段） 20:ROM（走査駆動用メモリ手段，リターン駆動用メモリ
手段） 30:D/Aコンバータ（D/A変換手段） 40:モータドライバ（モータドライバ） 51:第１キャリッジ、52:第２キャリッジ HP1:ホームポジションセンサ RP1,RP2:リターンポジションセンサ M7:ステッピングモータ（ステッピングモータ）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原稿を照明する光源，原稿の反射光を受光
   手段に結像するための反射手段を含む光学手段，原稿に
   対して該光源および反射手段を相対的に走査駆動しリタ
   ーン駆動するためのステッピングモータ、および、ステ
   ッピングモータの各相に通電するモータドライバを備え
   る画像読取装置の、 前記ステッピングモータの走査駆動用の少くとも１ステ
   ップ分の相付勢レベルの連なりを高分解能で分解した各
   点のレベルデータを該連なり順に書込んだ走査駆動用メ
   モリ手段； 前記ステッピングモータのリターン駆動用の少くとも１
   ステップ分の相付勢レベルの連なりを低分解能で分解し
   た各点のレベルデータを該連なり順に書込んだリターン
   駆動用メモリ手段； 走査駆動時に走査駆動用メモリ手段よりレベルデータを
   順番に繰返し読み出し、リターン駆動時にリターン駆動
   用メモリ手段よりレベルデータを順番に繰返し読み出す
   データ読出手段；および、 読み出されたレベルデータをアナログ信号に変換しアナ
   ログ信号を前記モータドライバに与えるD/A変換手段； を備えることを特徴とする、画像読取装置の走査駆動装
   置。