JP3571499B2 - 原稿読み取り速度制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロプロセッサによりステッピングモータを制御して露光走査速度を制御する複写機、スキャナー等における原稿読み取り速度制御装置に関するもので、マイクロプロセッサによりステッピングモータの回転数を制御するあらゆる機器に応用可能なものである。
【0002】
【従来の技術】
複写機、スキャナー等における原稿読み取り装置の駆動源としてステッピングモータを用い、ステッピングモータのパルスレートを制御することにより原稿読み取り速度を制御している。そして、ステッピングモータのパルスレートを決めるために、外部からのシステムクロックをもとに、これを分周したクロックをマイクロプロセッサ(マイクロコンピュータあるいはCPUともいう。以下、ここでは「CPU」という。)の内部タイマーの入力とし、このクロックによってステッピングモータを制御するための外部ポートを制御する方法が知られている。複写機あるいはスキャナーの原稿読み取りでは、副走査方向の複写倍率を変えるために、読み取り時の走査速度を変える方式が一般に採用されている。このためにステッピングモータの回転数を可変としてこれを制御するが、そのためにCPUの内部タイマーの値を変更している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複写機あるいはスキャナーは、複写倍率を例えば25%〜400%の範囲で変倍可能である。また、この変倍範囲を1%ステップで変倍するのが一般的であるが、例えば0.1%ステップというようにさらに細かいステップで変倍可能であることが望まれている。上記のように、倍率を25%〜400%の範囲で変更可能で、1%ステップで変倍する場合、最小分解能は0.3〜0.5%である。最小分解能はモータの出力、照明用のランプ、ミラー及びこれらを保持する保持体からなる走行体の質量、並びに走行体による走査速度を考慮して決められる。上記のように25%〜400%の範囲で変倍可能であるとすれば、最大倍率と最小倍率のときの走査速度比は16倍(400(%)÷25(%)=16)であり、最小倍率のときの走査速度は最大倍率のときの走査速度の16倍になる。また、光学系移動型のスキャナーでは、走査終了後キャリッジをホームポジションまで戻す必要があり、キャリッジを戻すときの高速性とモータ出力も考慮してモータ軸の回転数が決められる。
【0004】
この結果、ステッピングモータが1ステップ角(例えば0.72゜)回るためのCPUのカウント数が100%倍率のとき340であったとすると、最小分解能は100%倍率時に
1/340≒0.0029
で0.29%となる。つまり、ステッピングモータを使って0.1%単位の変倍を行おうとしても、CPUの基本クロックをカウントして、1ステップ回すためのパルス作成のカウント数が1000以上なければ、0.1%単位の変倍を行うことはできない。1000以上のカウント数にするには、モータの減速比を大きくするか、CPUの基本クロックを上げるしかないが、前者は、スキャナーのリターン時や高縮小時に速度不足になり、後者はCPUの動作速度の上限以上となるので、実現は困難である。
【0005】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、最小分解能以下の可変倍率ステップを達成することができる原稿読み取り速度制御装置を提供することにある。
具体的な数値を例にすれば、上記の例のように最小分解能の倍率が0.29%の場合、例えばこの約1/3の0.1%の可変倍率ステップを得ることができる原稿読み取り速度制御装置を実現しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1記載の発明は、原稿台上の原稿の画像をスリット状に照明し、原稿の一端部より走査する光学系と、この光学系を駆動するステッピングモータと、ステッピングモータを駆動するためのステッピングモータ駆動手段と、マイクロプロセッサ内部にあり、上記ステッピングモータ駆動手段に一連のパルスを供給するためにマイクロプロセッサの基本動作クロックをカウントし、原稿の走査速度に応じて所定時間毎に動作する可変タイマー装置とを有する原稿読み取り速度制御装置において、上記可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて、原稿走査の平均速度を変化させることを特徴とする。
【0007】
請求項2記載の発明は、原稿の一端部より走査を行うために原稿を搬送するステッピングモータと、このステッピングモータを駆動するためのステッピングモータ駆動手段と、マイクロプロセッサ内部にあり、上記ステッピングモータ駆動手段に一連のパルスを供給するためにマイクロプロセッサの基本動作クロックをカウントし、原稿の走査速度に応じて所定時間毎に動作する可変タイマー装置とを有する原稿読み取り装置において、上記可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて、原稿走査の平均速度を変化させることを特徴とする。
【0008】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の原稿読み取り速度制御装置において、画像形成倍率をMとするとき、原稿の読み取り速度変化の1ステップを1/Mで行うように、可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて原稿を走査することを特徴とする。
【0009】
請求項4記載の発明は、請求項2記載の原稿読み取り速度制御装置において、画像形成倍率をMとするとき、原稿の読み取り速度変化の1ステップを1/Mで行うように、可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて原稿を走査することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる原稿読み取り速度制御装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
スキャナーに使うステッピングモータは、できるだけ滑らかに動かすために一般に5相のステッピングモータが使われ、駆動方式としては10相の駆動パルスによるハーフステップ駆動が用いられている。この10相の駆動パルスは一般に駆動ドライバー基板で作られ、この駆動ドライバーに対しCPUより倍率に応じたパルス列を与える。また、加減速時はモータの脱調及びスキャナーの振動を押さえるため、CPUから出力されるパルスを順次増加し、また順次減少させている。
【0011】
図1に本発明に用いられるステッピングモータの制御回路の一例を示す。図1において、CPU(マイクロプロセッサ)1としてNEC製のV55P1を使用している。V55P1を使用する理由は、リアルタイム出力ポートとマクロサービスの組合せでインターバルタイマ値を制御することができ、ステッピングモータ制御用のパルスを、ソフトウエアの負担なしで容易に作られるためである。CPU1としては、上記V55P1以外のものを適宜選択して用いても差し支えない。
ここで、マイクロサービスとは、単純なデータ転送などを、割り込み要求で起動されるマイクロプログラム(CPU内部の専用ファームウェア)で処理する機能のことで、従来、ユーザ・プログラムでコーディングし実行していた単純かつ定型的な割り込み処理を自動処理するものである。
また、リアルタイム出力ポート機能は、タイマ0からのプログラマブルなインターバルでポート7バッファの内容を1ビット単位で出力することができる機能のことである。上記タイマ0は、タイマ・レジスタ0、コンベア・レジスタ、キャプチャ・レジスタから構成され、16ビットのフリー・ランニング・タイマとして機能する。
【0012】
上記CPU1のポート7は、ステッピングモータドライバー3に接続され、このステッピングモータドライバー3を介してステッピングモータ4の出力制御を行っている。CPU1にはクロックパルス発振器2が接続され、外部からシステムクロックが入力されるようになっている。
【0013】
上記ステッピングモータ制御のCPU内部のブロック図を図6に示す。図6において、ステッピングモータ4の相切り換えの出力パターンは外部メモリー空間の出力データ領域に確保され、ステッピングモータ4の駆動間隔を制御するためのパルスレートは、出力タイミングデータ領域に確保される。リアルタイム出力ポートはタイマ0を基に構成されており、タイマ0のカウント・クロックのソースはシステムクロックφの8分周出力すなわちφ/8となっている。このシステムクロックφは固定のため、ステッピングモータの回転速度の分解能はφ/8となっていて、これ以下の分解能を得ることはできない。例えば、システムクロックφが12.5MHzであるとすると、φ/8は640nsとなり、これが分解能であり、これ以下でのステッピングモータの速度の微調整は不可能であった。
【0014】
本発明は、前述のようにCPU1のマクロサービスを活用し、最小のソフトウエア負担で分解能以下の微調整を可能にするものであって、そのために、パルスレートを時間的に変化させ、その速度の平均値をとることにより0.1%ステップの倍率の微調整を達成している。
【0015】
ここで、スキャナーの構造例について説明する。図2において、ステッピングモータ4の回転力は、タイミングベルトを介して駆動プーリ13に伝達され、さらに、一対のプーリ14、15間に掛け渡され、上記駆動プーリ13に巻きつけられた駆動ワイヤ12に伝達されるようになっている。駆動ワイヤ12は、原稿載置台を構成するコンタクトガラス11の下方にコンタクトガラス11と平行に張設され、コンタクトガラス11上に載置される原稿を走査するための第1キャリッジと第2キャリッジに連結されている。第1キャリッジは上記原稿を照明するための蛍光灯などからなる光源5a,5bと第1ミラー6とを有してなり、コンタクトガラス11に平行に移動可能に構成されている。第2キャリッジは第2ミラー7と第3ミラー8とを有してなり、コンタクトガラス11に平行に移動可能に構成されている。
【0016】
第1キャリッジは光源5a,5bでコンタクトガラス11上の原稿をスリット状に照明しながら原稿面と平行に移動し、第1ミラー6は原稿面からの反射光を水平方向に反射する。第2、第3ミラー7、8を有する第2キャリッジは、第1キャリッジと同じ向きに、第1キャリッジの速度の1/2の速度で移動し、第1ミラー6からの反射光を第2、第3ミラー7、8が水平方向に折り返す。第3ミラー8による反射光路上には結像レンズ9と読取り用の一次元CCD10があり、光源5a,5bで照明されている原稿の画像がCCD10の受光面に結像され、CCD10から原稿の画像情報信号が主走査方向の1ラインずつ出力されるようになっている。以上説明したスキャナー自体は周知である。
【0017】
上記画像情報信号は画像形成装置に入力され、周知の書き込み装置、電子写真プロセスを用いて原稿の画像が再現される。図5に書き込み装置の例を示す。図5において、上記画像情報信号は半導体レーザ31に入力され、半導体レーザ31から画像情報信号に応じてオン・オフするレーザ光が出射される。このレーザ光は、モータ30によって回転駆動されるポリゴンミラー29によって偏向される。偏向される光路上にはfθレンズ32、感光体ドラム35があり、上記偏向光が感光体ドラム35上で等速度で走査されるようになっている。この走査が主走査である。感光体ドラム35上で主走査の同期を図るための同期検知素子34がfθレンズ32の側方に配置されている。同期検知素子34には、ポリゴンミラー29による偏向開始位置のレーザ光であってfθレンズ32を透過しミラー33によって反射されたレーザ光が入射し、このレーザ光を検出する。この検出信号はクロック発生装置37に入力され、同期を取るためのクロック信号が出力される。このクロック信号により同期を取りながらLD制御部36が上記画像情報信号に応じて半導体レーザ31を駆動するようになっている。一つの主走査が行われるごとに感光体ドラム35は微小角度ずつ回転駆動され、副走査が行われる。
【0018】
上記感光体35は予め帯電部で均一に帯電されていて、上記のように主走査および副走査が行われることによって露光されることにより、原稿の画像と同一また相似の潜像が形成される。この潜像は現像部でトナーにより現像され、次の転写部で転写紙に転写され、転写紙は定着部でトナー像が定着される。転写部を経た感光体ドラム35はクリーニング部で残留トナーが除去され、再び帯電部で均一に帯電され、以上説明した周知の電子写真方式による画像形成プロセスが繰り返し行われる。
【0019】
上記第1、第2のスキャナの読み取り時の移動速度およびリターン時の移動速度制御パターンの例を図3に示す。第1、第2のスキャナが図3に示す例のように動作するには、その駆動源であるステッピングモータ4が図3に示す例に応じて正逆回転しかつ所定の速度で回転し、加速し、減速しなければならない。図3に示すように、ステッピングモータ4は、停止から、定速駆動までは、直線的に加速されるスローアップ駆動が行われる。読み取り時は200mm/sの一定速度で原稿を読取る。読み取り後は、直線的に減速させ、停止後に逆方向に駆動し、第1、第2キャリッジを高速度でホームポジションに戻し、次の走査が行われる。これらの制御は全て図1に示すCPU1のポートP7出力をリアルタイムで制御する前記マクロサービス機能を使って行っている。
【0020】
図1に示すステッピングモータ4の駆動手段としてのドライバー3は、上記CPU1のポートP7から出力されるパルスを受け、これを基に10分割したモータ用の駆動パルスを作り、ステッピングモータ4を1ステップ角ずつ回転させる。ステッピングモータ4は、できるだけ滑らかに回転させるために、例えば5相のモータを使いハーフステップ駆動させている。
【0021】
上記CPU1は、その内部に、複写倍率を例えば25%〜400%の範囲で変倍可能とするための可変タイマー装置を有している。この可変タイマー装置は、CPU1の基本動作クロックをカウントし、原稿の走査速度に応じて所定時間毎に動作するもので、所定時間の動作毎にポートP7からパルスを出力し、この一連のパルスをステッピングモータ駆動手段としてのドライバー3(図1参照)に供給する。ドライバー3は、入力されたパルスをもとに前述のように駆動パルスを作り、ステッピングモータ4を1ステップ角ずつ回転駆動する。
【0022】
上記ポートP7から出されるパルスは倍率100%のとき基本動作クロックを可変タイマー装置で341カウントして所定時間毎に作られる。倍率を微調整させるために可変タイマー装置のカウント値(従って、時間)を±1カウント変化させると、
+1カウントの場合 342/341=1.0029
−1カウントの場合 340/341≒0.9971
となり、約0.3%変化する。これが最小変化幅となるので、0.1%の微調整は制御上できないことになるが、ここでは平均値速度という考え方で制御する。すなわち、平均速度を+0.1%変化させようとする場合は
341、341、342、341、341、342、・・・・
というように可変タイマー装置のカウント動作3回につき1回ずつ、そのカウントを「1」だけ増やす。こうすれば、平均速度としては
0.29/3=0.097≒0.1(%)
となり、約0.1%変化させることができる。+0.2%の場合は
341、342、342、341、342、342、・・・
というように可変タイマー装置のカウント動作3回につき2回ずつ、そのカウントを「1」だけ増やし、
0.29×2/3=0.193≒0.2(%)
とする。+0.3%の時は
342、342、342、・・・
というように可変タイマー装置のカウント動作3回につき3回ずつ、そのカウントを「1」だけ増やす。−0.1%も同様の考え方で制御し、可変タイマー装置のカウント動作3回につき1回ずつ、そのカウントを「1」だけ減らす。
【0023】
以下に、変倍率を微調整するときのカウント値の組合せの例を示す。
微調整時のカウント値組合せ
99.7%時 ・・340、340、340、・・
99.8%時 ・・341、340、340、341、340、340・・
99.9%時 ・・341、341、340、341、341、340・・
100%時 ・・341、341、341、・・・
100.1%時 ・・341、341、342、341、341、342・・
100.2%時 ・・341、342、342、341、342、342・・
100.3%時 ・・342、342、342・・
上記のカウント値組合せの例では、可変タイマー装置のカウント動作3回につき1回、2回または3回、そのカウント値を「1」だけ変化させているが、可変タイマー装置のカウント動作間隔およびそのカウント値の変化量は任意に変更することができる。例えば、カウント動作1回につきそのカウント値を「1」だけ変化させてもよいし、カウント動作2回、4回、5回、…につきそのカウント値を「1」だけ変化させてもよく、カウント値の変化量も「1」に限ることなく、「2」または「3」というように変化させてもよい。以上要するに、可変タイマー装置のカウント動作1回または複数回につき1回または複数回、そのカウント値を変化させて原稿を走査するようにしてもよい。
【0024】
1ステップ当たりの移動距離は0.04373mmであり、読み取り密度を400dPI(0.0635mm)とすると、上記移動距離は読み取り密度以下である。パルスを1クロック増やしたときの移動距離は
0.04373×1.0029≒0.04385(mm)
となるが、これは1ピクセル以下であり、また、スキャナーのワイヤーでの伝達遅延等でほぼ等速で動き問題はない。読み取りを600dPI(0.0423mm)にしても、問題になる値ではない。
このように、駆動パルス間隔を制御することにより、最小分解能以下で変倍率の微調整を行うことができる。
スキャナーで読み取る全倍率において、以上説明した制御と同様の制御を行うことで、0.1%ステップの変倍を行うことができる。換言すれば、0.1%のズーム変倍が可能であるということにもなる。
【0025】
今までは、最小分解能が0.3%の例であったが、これ以下でも同様に制御可能である。最小分解能が0.5%の場合は、5パルスごとに1パルスずつ順に変化させれば、0.1%ステップで倍率を可変できる。
1%の分解能でも同様に制御可能であるが、速度変化が1%あるので、モータ振動が増大する場合等があり得る。しかし、このような振動等の影響がなければ、原理上同様に制御することは可能である。
【0026】
以上説明した実施の形態は、デジタル機の場合、副走査方向の微調整として使用できるが、次の場合は微調整の値を倍率補正した方が使い易くなる。
主走査方向の微調整を、書き込みクロックで行ったときは、変倍処理された画像データで0.1%変化するので、倍率をMとすると、副走査方向の微調整をこのMで補正する必要がある。すなわち、倍率200%の時、0.2%ステップの微調整で読み取り、倍率50%の時は0.05%のステップで微調整すると、前記画像形成装置で転写紙上に形成される画像の主走査方向および副走査方向の変化値が同一となる。この場合の微調整方法は今まで説明してきた微調整方法の延長上にある。すなわち、0.3%の分解能のとき、0.05%のステップで微調整するには、6パルスのうちの1パルスだけカウント値を順次1カウントずつ増加させまたは減少させる。
【0027】
走査部より前記倍率微調整を倍率Mで補正する、しないを選択し、0.1%のズーム微調整と0.1%の倍率補正モードを切り換えることも可能である。0.1%倍率ステップでのズームの場合は、主走査方向もこれに合わせて補正する必要が生じる。主走査方向の補正を書き込みクロック周波数で行う場合は、微調整値を1/Mで補正する必要がある。
【0028】
本発明は、図2に示すような原稿台としてのコンタクトガラス11上の原稿の画像をスリット状に照明し、原稿の一端部より走査する形式のスキャナに限らず、図4に示すような原稿移動型のスキャナにも適用することができる。図4において、スキャナ本体の上部には原稿27を載せる原稿載置台と、コンタクトガラス22と、このコンタクトガラス22を覆う圧板カバー23があり、スキャナ本体上部と圧板カバー23とに対をなして配置された複数の搬送ローラ対21によって原稿27が上記原稿載置台およびコンタクトガラス22上を所定の速度でかつ等速度で搬送されるようになっている。上記各搬送ローラ対21はステッピングモータ4によって回転駆動される。コンタクトガラス22の下方直近には、原稿搬送方向前後に蛍光灯からなる照明光源24が配置されている。コンタクトガラス22の下方に離れて、結像レンズ25とCCD26が配置されている。
【0029】
ステッピングモータ4によって搬送ローラ対21が回転駆動されると、原稿載置台上の原稿27が搬送される。原稿27はコンタクトガラス22上で照明光源24によりスリット状に照明され、原稿27の画像が結像レンズ25によってCCD26の受光面に結像される。CCD26からは、原稿27の画像情報が主走査方向の1ラインずつ出力される。この画像情報は、図5について説明したような書き込み装置によって感光体ドラムに書き込まれ、原稿27の画像が再現される。この形式のスキャナにおける上記ステッピングモータ4も、前述のように平均値速度という考え方と全く同じ考え方で制御する。これによって、変倍率の可変ステップを細分化することができる。
画像形成倍率をMとするとき、原稿の読み取り速度変化の1ステップを1/Mで行うように、可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を変化させて原稿を走査することも前述の実施の形態と同様である。
【0030】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、光学系移動タイプの原稿読み取り装置において、光学系を駆動するステッピングモータと、ステッピングモータを駆動するためのステッピングモータ駆動手段と、マイクロプロセッサ内部にあり、上記ステッピングモータ駆動手段に一連のパルスを供給するためにマイクロプロセッサの基本動作クロックをカウントし、原稿の走査速度に応じて所定時間毎に動作する可変タイマー装置とを有し、この可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて、原稿走査の平均速度を変化させるようにしたため、最小分解能以下の走査時間の制御が可能となり、内部クロックを高くすることなく、最小分解能以下の可変倍率ステップを達成することが可能となる。
【0031】
請求項2記載の発明によれば、光学系固定で、原稿移動タイプの原稿読み取り装置において、原稿の一端部より走査を行うために原稿を搬送するステッピングモータと、このステッピングモータを駆動するためのステッピングモータ駆動手段と、マイクロプロセッサ内部にあり、上記ステッピングモータ駆動手段に一連のパルスを供給するためにマイクロプロセッサの基本動作クロックをカウントし、原稿の走査速度に応じて所定時間毎に動作する可変タイマー装置とを有し、この可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて、原稿走査の平均速度を変化させるようにしたため、最小分解能以下の走査時間の制御が可能となり、内部クロックを高くすることなく、最小分解能以下の可変倍率ステップを達成することが可能となる。
【0032】
請求項3または4記載の発明によれば、請求項1または2記載の発明において、画像形成倍率をMとするとき、原稿の読み取り速度変化の1ステップを1/Mで行うように、可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて原稿を走査するようにしたため、主走査方向の倍率徴調整を書き込みクロックで行った場合に、主走査方向と副走査方向の変化量を同一にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる原稿読み取り速度制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】本発明に適用可能な原稿読取装置の例の概略を示す正面図である。
【図3】同上原稿読取装置の読み取りおよびリターン動作の例を示す線図である。
【図4】本発明に適用可能な原稿読取装置の別の例の概略を示す正面図である。
【図5】本発明に適用可能な画像書き込み装置の例を示す斜視図である。
【図6】本発明に適用可能なCPUの内部構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 CPU
2 クロックパルス発振器
3 ステッピングモータ駆動手段
4 ステッピングモータ
Claims (4)
- 原稿台上の原稿の画像をスリット状に照明し、原稿の一端部より走査する光学系と、
この光学系を駆動するステッピングモータと、
ステッピングモータを駆動するためのステッピングモータ駆動手段と、
マイクロプロセッサ内部にあり、上記ステッピングモータ駆動手段に一連のパルスを供給するためにマイクロプロセッサの基本動作クロックをカウントし、原稿の走査速度に応じて所定時間毎に動作する可変タイマー装置とを有する原稿読み取り速度制御装置において、
上記可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて、原稿走査の平均速度を変化させることを特徴とする原稿読み取り速度制御装置。 - 原稿の一端部より走査を行うために原稿を搬送するステッピングモータと、
このステッピングモータを駆動するためのステッピングモータ駆動手段と、
マイクロプロセッサ内部にあり、上記ステッピングモータ駆動手段に一連のパルスを供給するためにマイクロプロセッサの基本動作クロックをカウントし、原稿の走査速度に応じて所定時間毎に動作する可変タイマー装置とを有する原稿読み取り装置において、
上記可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて、原稿走査の平均速度を変化させることを特徴とする原稿読み取り速度制御装置。 - 画像形成倍率をMとするとき、原稿の読み取り速度変化の1ステップを1/Mで行うように、可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて原稿を走査することを特徴とする請求項1記載の原稿読み取り速度制御装置。
- 画像形成倍率をMとするとき、原稿の読み取り速度変化の1ステップを1/Mで行うように、可変タイマー装置の1回または複数回のカウント動作につき1回又は複数回そのカウント値を増減させて原稿を走査することを特徴とする請求項2記載の原稿読み取り速度制御装置。
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