JP3933474B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取部の走行中に生じるステッピングモータの脱調や駆動系の故障を検知し、かつそれによる駆動誤差を補正して画像読取部を常に基準位置であるホームポジションで停止させることを可能とし、ファクシミリ、複写機等に適用可能な画像読取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より複写機、ファクシミリ等に装備されている画像読取装置では、スキャナーを搭載したキャリッジを駆動系を介してモータ駆動し、原稿の副走査方向に走行させて原稿の読み取り走査を行うものがあるが、その際スキャナーを搭載したキャリッジの走行は、停止位置であるホームポジションから原稿の読み取り動作を行う定速走行へとスローアップし、読み取り動作後にスローダウンし再びホームポジションに戻るようにモーター制御される。
【０００３】
この画像読取装置では、このように所定のホームポジションを基準位置として、スキャナーの読み取り位置への移動とホームポジションへの復帰を繰り返して画像の読取を行っている。そのため、スキャナーがホームポジションからずれるとその分画像の読取位置がずれ、形成される画像に位置ずれが生じる。
ところで、近年カラー画像形成装置が普及しているが、カラー画像形成装置においては同一画像に対し複数回（通常は３回）の読取走査を行っており、その読取位置がずれると画像に色ずれが生じるため、異なる多画像を重ね合わせて一枚の画像を形成するカラー画像形成装置では、とくに画像読取装置の停止位置精度を保つことが極めて重要である。
【０００４】
そのため、スキャナーを搭載したキャリッジの駆動には、容易に高精度の位置調整が可能なステッピングモータが用いれており、例えば、予め定めたスローアップパターンあるいはスローダウンパターンに基づくスローアップテーブル又はスローダウンテーブルを作成して記憶させておき、このテーブルに基づきステッピングモータの制御を行っている。
しかしながら、ステッピングモータは外的要因などで脱調を起こすと、脱調状態のままで駆動を続けるため、画像読取装置の位置ずれが解消しないばかりか運転を続けるに従いずれは加算されて益々大きくなり、ついにはキャリッジが画像読取装置の側壁に衝突するなどの問題が生じる。
また、ステッピングモータに異常がなくとも、駆動系のタイミングベルト等に飛びなどの異常が発生すると、その場合も画像読取部は基準位置からずれた位置に停止し、その位置から再駆動されるため読取画像従って出力画像に位置ずれが生じる等、同様の問題が発生する。
【０００５】
そこで、このような不都合が発生するのを防止するため、従来読取動作の基準位置であるホームポジションにセンサを設け、このセンサを検索するための走査（ホームポジションサーチ）を行ってホームポジションを検知し、画像読取装置が基準位置からずれることがないように位置制御が行われているが、初期に開発されたものは、そのホームポジションサーチはコピーボタンを押してから行うものであったため、そのサーチの分だけファーストコピーの時間が長くなるという新たな問題が生じた。
その後、この問題を解決するために、例えば、複写機においてスキャナのホームポジション検索のための走査を、設定枚数のコピーが終了した後に行うようにして、ファーストコピーの遅れの問題を解決したものが提案されている（例えば、特開平３−２２７１７０号公報）。
【０００６】
しかし、この提案された従来のものも、コピー処理中に次のスタート信号が来ると、その場合には次のコピーのスタートはやはりホームポジションのサーチ完了後となるため、直ぐにコピースタートができない。これでは近年の高速コピーなどの画像読取又は画像形成には不向である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
発明が解決しようとする課題（発明の目的）
本発明は、以上のようなステッピングモータを用いた画像読取装置における位置ずれ解消処理における従来の問題を解消し、ステッピングモータの脱調や駆動系のタイミングベルトの飛びなどによる位置ずれ補正を、高速コピーなどに支障がないように簡易な構成により迅速に行えるようにするものである。
本発明の第１の目的は、モータの脱調、タイミングベルト飛び等が発生した場合に生じる画像読取装置における画像読取部（キャリッジ及び該キャリッジに搭載された画像読取手段を総称して画像読取部という）の位置ずれ量を検出することである。
本件発明の第２の目的は、位置ずれがあるときにその位置ずれ量に対応して迅速かつ簡易に補正して画像読取が常に正しい位置で行えるようにすることである。
本発明の第３の目的は、位置ずれが何度も発生するような場合に異常があることを容易に知ることができるようにすることである。
本発明の第４の目的は、補正不可能な大きな異常が発生したときに無駄な画像読取を防止することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、原稿台上の画像を読み取るため、画像読取部が所定距離往復駆動される画像読取装置において、往復駆動される画像読取部を検知するため、ホームポジション近傍の所定の位置に設けられ該画像読取部を検知するための検知手段、前記所定の位置からホームポジションまでの前記ステッピングモータの駆動量を予め設定する手段、前記画像読取部のリターン時における前記検知手段の検知出力から、前記ステッピングモータの残り駆動量を求める手段、該残り駆動量と前記予め設定された駆動量との比較から前記画像読取部の駆動の異常を検知する手段、を有し、かつ前記異常を検知する手段は、前記ステッピングモータの残り駆動量と前記予め設定された駆動量との差を検出し、さらに、該駆動量の差を無くすように前記モータを駆動制御する手段を有し、前記所定の位置からホームポジションまでの前記ステッピングモータの駆動量を予め設定する手段は、画像読取装置のスローダウンのためのステッピングモータ速度制御テーブルを備え、かつ前記モータを制御する手段は、前記駆動量の差に応じて前記ステピングモータ速度制御用テーブルを変更することを特徴とする画像読取装置である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載された画像読取装置において、テーブル変更回数が予め定められた回数以上になったとき異常表示を行う手段を有することを特徴とする画像読取装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された画像読取装置を備えた画像形成装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明を添付する図面とともに示す以下の実施例に基づき説明する。
先ず、本発明を実施する読取装置の１例について説明する。
図１は読取装置の駆動系の概要構成を示す斜視図、及び図２は読取装置の概略構成を示す側断面図である。
図１において、１は露光ランプ及び第１ミラー（何れも図示せず）を一体化して有し原稿を走査する第１のキヤリッジ。２は第２及び第３ミラー（何れも図示せず）を一体化して第１のキャリッジからの光を結像レンズ（図示せず）に導く第２のキャリッジ、３はワイヤ、４は駆動軸、５は駆動軸４と一体化されたワイヤプーリ、６−１〜４はアイドルプーリ、７はタイミングベルト、８はステッピングモータ、９，１０はタイミングベルトプーリ、１１は検知部、１２はホームポジションセンサである。
【００１５】
第１キヤリッジ１は、その両端部が２本の対称に張られたワイヤ３に固定されワイヤ３の移動と共に往復移動可能にされており、かつ、第２キヤリッジ２はその両端部に第１キャリッジが固定されたワイヤ３が掛け渡されると共に、それとは逆向きに掛け渡されたワイヤ３’が掛け渡されたプーリーが設けられている。前記ワイヤ３，３’はそれぞれ駆動軸４のプーリー５，５に逆向きに巻き掛けられており、かつ、駆動軸４の一端にはタイミングベルトプーリ９が設けられている。このタイミングベルトプーリー９とステッピングモータ８の回転軸に設けられたタイミングベルトプーリー１０間にはタイミングベルト７が掛け渡されている。
【００１６】
以上の構成において、電源スイッチをＯＮにすると、ホーミングのためにステッピングモータ８が始動し、タイミングベルト７を介してその駆動力がタイミングベルトプーリー９に伝達され、かつタイミングベルトプーリーと一体の駆動軸４がステッピングモータの回転方向に回転する。また、それに伴ってそれぞれワイヤ３，３’は互いに逆方向に移動する。これによって、ワイヤ３に固定された第１のキャリッジ１がワイヤ３と同じ方向であるフォワード方向に移動し、かつ、第２のキャリッジもワイヤ３’に牽引されて第１のキャリッジ１の半分の速度でこれも第１のキャリッジと同方向に移動する。
各キャリッジ１，２がフォワード方向に一定距離移動するとステッピングモータ８は逆転（リターン）を開始し、各キャリッジ１，２をそれぞれフォワード側で移動した分と同一距離だけリターン側に駆動し停止する。画像読取装置はこの位置（ホームポジション）で次の読み取り指令が発せられ読み取り動作を開始するまで待機する。
【００１７】
図２は、読取装置の要部断面図である。図中、１３はコンタクトガラス、１４は露光ランプ、１５は第１ミラー、１６は第２ミラー、１７は第３ミラー、１８はレンズ系、１９はＣＣＤ、２０は画像処理制御基板である。
原稿読取時、第１及び第２のキャリッジ１，２は、フォワード方向に走行を開始しコンタクトガラス１３上に載置された原稿（図示せず）を第１キャリッジ１に搭載した露光ランプ１４により照射し、同キャリッジに搭載したその反射光を第１ミラー１５、第２キャリッジに搭載した第２ミラー１６、第３ミラー１７を介してレンズ１８によりＣＣＤ１９に結像し、原稿を読み取る。読み取ったデータは画像処理制御基板２０に転送されるようになっている。
【００１８】
図３はステッピングモータの駆動制御板のブロック図を示す。
ステッピングモータ８は駆動制御板２１（図２）によって駆動される。駆動制御板２１は画像読取り装置全体を制御するスキャナ制御板２０からステッピングモータ駆動クロックＣＬ，正逆転信号ＲＳと駆動電流切換信号ＳＳ、マイクロステップ駆動を制御する分割数切換信号ＤＳが入力され、これに基づいてステッピングモータ８の各相に流れる駆動電流を制御し、ステッピングモータ８の駆動制御を行う。
即ち、ステッピングモータ８の相切換えタイミングは駆動クロック周波数によって制御することができ、駆動クロック周波数が高いとステッピングモータ８の回転は速くなり、低いと遅くなる。このように駆動クロック周波数を制御することによりステッピングモータ８、従って前記第１及び第２キャリッジの多種多様なスローアップ及びスローダウンが可能となる。
つまり、駆動電流はスローアップ、スローダウン、読取り動作時、リターン時、待機時などの状態により切換え制御され、かつ、ステッピングモータ８の位置は駆動クロック数で制御することができる。
【００１９】
実際の制御はマイクロステップ駆動制御板２１に入力される４つの信号により下記(1)〜(4)に示すように行われる。
(1) 駆動パルス信号のパルス周期を変えることにより走行速度を変化させる。つまり、走行速度を速くする場合には周期を短くし、走行速度を遅くする場合は周期を長くする。実際の制御では、この駆動パルス信号を基にマイクロステップ駆動制御板２１内のＦＥＴドライバをＯＮ・ＯＦＦしてモータの各相に電流を流すことで行う。
(2) 正逆転信号によりステッピングモータ８の正転、逆転を制御する。
(3) 分割数切換え信号によりステッピングモータ８の１ステップ当たりの移動量（ステップ角度）を制御する。例えば、５相ステッピングモータでは基本ステップ（フルステツプ）はステップ角度を０．７２゜、２分割（ハーフステップ）で０．３６゜、４分割で０．１８゜、８分割で０．０９゜等とする。
ここで、駆動クロック１パルスでステッピングモータにより第一キャリッジ１は0.18ｍｍ移動するよう設定されている。
(4) 電流切換信号はステッピングモータ８の１相当たりに流れる電流を制御する。電流を制御することは基本的にはトルクを制御することであり、ここでは０．６〜２．１Ａ間の値で制御する。
【００２０】
図４は読取装置の走行制御に用いる代表的な速度線図（スキャナ駆動の基本的な駆動パターン）を示す。
ステッピングモータ８は図示の速度線図に従って駆動制御され、原稿の読取は、図示のように、スローアップ動作を経て一定速度で走行させるフォワード期間に行い、この間に原稿の先端から後端までを読み取るので、この間は一番速度を安定させなければならない。図中太線で示されている部分は１００％（等倍）時を示す。例えば、ステッピングモータを分割数切換え信号により８分割に切換える。これで駆動クロック１パルスでの移動量がフルステップ駆動時の１／８となり第一キャリッジ１の移動量が１ステップ当たり０．０２２５ｍｍとなる。
フォワード側の移動距離は、駆動開始しスローアップ後、読取り開始までの距離、原稿読取り距離、スローダウン距離を合わせると駆動クロックは９９２０パルス分（つまり２２３．２mm）となる。
【００２１】
原稿の読み取りが完了すると、リターン行程へと移りステッピングモータ８は逆転を開始する。できるだけ短い時間で戻すため、第１キヤリッジ１を高速で移動させ、第２のキヤリッジ２はその半分の速度で高速リターンさせる。リターン側移動距離はフォワード側で移動した距離分、つまり２２３．２mmをフルステップで移動するので１パルスでの移動量は８倍となる。リターンのパルス数は１／８の１２４０パルス分（２２３．２mm）戻ればホームポジション位置に戻ることになる。
本実施例では、リターン側についてはリターン開始から１２４０パルスをスキャナ制御板２０内にある図示しないカウンターにセットしダウンカウントする。
【００２２】
リターン時において、第１キヤリッジ１に設けた検知部１１（図１）を、ホームポジション近傍においてその位置から所定の位置に配置されたホームポジションセンサ１２が検知する。その際、このホームポジションセンサ１２を通過する際のカウンタが実際にダウンカウントしたカウント値と、予め定められたダウンカウント値、つまり正しく復帰した場合にダウンカウントされる筈のカウント値とを比較する。
正常動作していればステッピングモータ８の残り駆動量に相当する第１のキャリッジ１の移動距離と第１のキャリッジ１の検知タイミングにおける該キャリッジとホームポジションとの距離は同一である。即ち駆動が正常であれば、ホームポジションセンサ１２が検知部１１を検知した時は常に残りのパルス数は一定となる。
【００２３】
例えば、ホームポジションの位置を検知部１１がホームポジションセンサ１２を切ってから３ｍｍ〜４ｍｍ程度リターン側に進んだ位置とするために、例えば、ダウンカウント数、つまり残カウント数を２０パルス（キャリッジの距離にして３．６ｍｍ分）としてこれを予め定められたダウンカウント値とする。この値がリターン途中でホームポジションセンサ１２を検知部１１が切ったときのダウンカウンタの実際の値と比較し、同じであればステッピングモータ８は現在使用しているスローダウンテーブルをそのまま実行して停止する。つまり、本発明によるスキャナ駆動制御ではリターン時のステッピングモータ８の立ち下がり時に、ホームポジションセンサ１２が検知部１１を検知してからリターン側に予め定められたステップ数（ここでは２０パルス）移動し停止するように制御し、その位置がホームポジションである。
【００２４】
図５はパルスモータ８の速度と残パルスとの関係を示した図である。図中実線ｂがその時の速度と残りパルスの関係を示しており、その実線ｂで示すスローダウンのパターンテーブル（スローダウンパルスパターンテーブル）が予めメモリーに記憶されている。
表１は、ステッピングモータの残り駆動量つまり残り２５パルス目からのスローダウンパルスパターンテーブルの実例を示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
ステッピングモータは、通常は上記のスローダウンパルスパターンテーブルに従って速度制御され、減速駆動されてホームポジション位置に停止する。
次回の画像読取では、画像読取装置はそのホームポジションからスキャナー（画像読取部）が始動されるから、前回と同じ位置で原稿の読取を開始し、スキャンを繰り返えす毎に読み取り位置がずれることはない。
しかしながら、既に述べたとおり、ステッピングモータの異常時に、例えば高速リターン中にスキャナ駆動のステッピングモータ８が脱調したりタイミングベルト７が飛んだりする時には、キャリッジ１とステッピングモータ８の位置関係つまり位相がずれる。
【００２７】
リターン時の脱調やベルト飛びは、ステッピングモータ８の正規の駆動位置に対する各キャリッジ１、２の位置は遅れる方向にずれるので、ホームポジションセンサ１２が検知部１１を検知するタイミングでのステッピングモータの残りの駆動量を表すパルスのカウンタ値は少くなる。例えば正常値である残り２０パルスに対して、リターン時に異常が発生するとそれより少ないカウント値、例えば１８パルスとなる。図５の破線ｃがこの時のキャリッジ１の速度とステッピングモータの残りの駆動量を表すパルスの関係を示している。
【００２８】
図５の破線ｃの状態で、そのまま補正制御しないでスローダウンすると正常時より２パルス手前で停止することになる。
そのため、次の読取り時にはキャリッジはホームポジションの２パルス即ち０．３６ｍｍ手前の位置画像から始動し、かつ異常が解除されないと、読取の度毎に画像先端が２パルス分（０．３６ｍｍ）づつずれてしまう。つまり、この現象が毎回起こると０．３６ｍｍづつ画像が毎回加算されてずれが生じ、原稿に対する読取り開始位置が原稿先端から食込む方向にずれるため読取った画像は先端が欠けてしまうことになる。更に連続して発生すると遂にはキャリジが図示しない画像読取装置の側版に衝突することになる。
【００２９】
そこで、本発明では、このような不具合を防止するために、ホームポジションセンサ１２で検知した時の残りのパル数が２０パルス以外の時には補正するようにしている。即ち、残り１８パルスで検知すると図６に示すように、破線ｃで示すスローダウン状態が２パルス駆動後に実線ｂで示すスローダウン状態に移行しスローダウンを継続する。こうすることで２パルス分のずれを補正することができる。
この補正を表１のスローダウンテーブルで説明すると、残り１６パルスになると同時にテーブルの残り１８パルス目に移行することで２パルス分が加算されたことになり、スローダウンパルスパターンテーブル中の駆動クロック周波数を１８５５Ｈｚから１９３４Ｈｚに変更する。
【００３０】
次に、フォワード方向駆動時にステッピングモータ８が脱調すると各キャリッジとステッピングモータ８の位置関係がずれるが、フォワード時の脱調は、ステッピングモータ８に対してキャリッジ１の位置は進み方向にずれるので、ホームポジションセンサ１２が検知部１１を検知すると残りのパルスのカウンタ値は設定されたダウンカウント数より多くなる。カウンタ値は例えば正常値、残り２０パルスに対して２２パルスとなる。図５の一点鎖線ａがこの時の速度と残りパルスの関係を示す。
このまま補正制御しないでスローダウンすると正常時より２パルス奥で停止してしまうため、次の読取り画像から画像先端が２パルス分（０．３６ｍｍ）づつずれてしまう。
この現象が毎回起こると０．３６ｍｍづつ画像が毎回加算されてずれが生じ、原稿に対する読取り開始位置が原稿先端より速く読取りを開始するため読取った画像は先端に原稿セット用のスケールの影が読取られてしまう。更に連続して発生するとキャリジ１が図示しない画像読取装置の側版に衝突することとなる。
このような不具合を防止するために、ここでもホームポジションセンサ１２で検知した時の残りのパル数が２０パルス以外の時には補正する。
残り２２パルスで検知すると図６に示すように一点鎖線ａで示されたスローダウン状態が２パルス駆動後に実線ｂのスローダウン状態に移行しスローダウンを継続する。こうすることにより２パルス分のずれを補正する。
【００３１】
表１のスローダウンパルスパターンテーブルで説明すると、残り２０パルスになると同時に同テーブルの残り１８パルス目に移行する、つまり、テーブル中のパルスパターンの位置を変更することにより２パルス分が減算されたことになる。駆動クロック周波数は２０４６Ｈｚから１９３４Ｈｚに変更され、以後そのスローダウンテーブルの指示内容に沿ってパルスモータの駆動を制御し、第１キャリッジを正規のホームポジションに導き、停止させることができる。
【００３２】
本発明ではスローダウンパルスパターンテーブルの移行を１つのテーブルを利用して行っているが、スローダウンのスピードに応じてテーブルを複数用いて、補正を行ってもよいことは勿論である。従って、本発明でテーブルを変更するというときは、１つのテーブル内で他のパルスのカウント値に移行する場合だけでなく、他のテーブルのパルスカウント値に移行する場合も含まれる。
また、本発明では、テーブルが変更される毎にその回数を加算し、例えば５回以上テーブルが変更された場合には、スキャナ制御板２０より外部の表示装置に異常を表示するようにすることで、オペレータにキャリッジの移動に変調が生じていることを知らせ、適切な処置を可能にすることができる。。
更に、第２の予め定められたカウント値、例えばパルスが２０パルス±１０パルスの範囲を超えたカウント値で、キャリッジがホームポジションセンサ１２を切るようであれば、動作中に大きな脱調が発生し、読取り画像が異常画像となっている可能性が高いため、直ちに画像読み取り動作を禁止すると共にランプなどの周知の表示装置により異常表示を行う。
また、本発明の画像読取装置をファクシミリや複写機などの一般の画像形成装置に適用することで、ずれのない品質精度の高い画像を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に対応する効果；スキャナ駆動系の異常、例えば脱調、タイミングベルと飛びなどによるスキャナの駆動量の異常が生じたことを容易に検知することができ、異常の検知と同時に補正を行うことで高速の画像形成においても画像読取部を常に正しい基準位置に停止させることができる。
また、速度制御テーブルを変更するだけの処理操作で、画像読取部の異常駆動による位置ずれを簡易かつ精度良く補正することができる。
請求項２に対応する効果；読取り動作を止めずオペレータに画像読取部の駆動量に異常があることを知らせることができる。つまり、異常があっても前記補正を行うことから、作業を妄りに中断をする必要がない。
請求項３に対応する効果；画像形成装置において、請求項１又は２に対応した効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用する読取装置の駆動系の概略構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明を適用する読取装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】 本発明に用いるステッピングモータの駆動制御系のブロック図を示す。
【図４】 画像読取装置における画像読取部（スキャナ）の走行制御に用いる代表的な速度線（基本駆動パターン）図を示す。
【図５】 ステッピングモータの速度と残パルスとの関係を示す図である。
【図６】 ステッピングモータの速度と残パルスとの関係を状態を示す図であって、位置ずれが発生したときの補正を説明するための図である。
【符号の説明】
１…第１キャリッジ、 ２…第２キャリッジ、
３…ワイヤ、 ４…駆動軸、
５…ワイヤプーリ、 ６ー１〜４…アイドルプーリ、
７…タイミングベルト、 ８…ステッピングモータ、
９，１０…タイミングベルトプーリ、１１…検知部、
１２…ホームポジションセンサ、 １３…コンタクトガラス、
１４…露光ランプ、 １５…第１ミラー、
１６…第２ミラー、 １７…第３ミラー、
１８…レンズ、 １９…ＣＣＤ、
２０…画像処理制御基板、 ２１…マイクロステップ駆動制御板。

Claims (3)

1. 原稿台上の画像を読み取るため、画像読取部が所定距離往復駆動される画像読取装置において、
   往復駆動される画像読取部を検知するため、ホームポジション近傍の所定の位置に設けられ該画像読取部を検知するための検知手段、前記所定の位置からホームポジションまでの前記ステッピングモータの駆動量を予め設定する手段、前記画像読取部のリターン時における前記検知手段の検知出力から、前記ステッピングモータの残り駆動量を求める手段、
   該残り駆動量と前記予め設定された駆動量との比較から前記画像読取部の駆動の異常を検知する手段、
   を有し、かつ
   前記異常を検知する手段は、前記ステッピングモータの残り駆動量と前記予め設定された駆動量との差を検出し、さらに、該駆動量の差を無くすように前記モータを駆動制御する手段を有し、
   前記所定の位置からホームポジションまでの前記ステッピングモータの駆動量を予め設定する手段は、画像読取装置のスローダウンのためのステッピングモータ速度制御テーブルを備え、かつ前記モータを制御する手段は、前記駆動量の差に応じて前記ステピングモータ速度制御用テーブルを変更することを特徴とする画像読取装置。
2. 請求項１に記載された画像読取装置において、
   テーブル変更回数が予め定められた回数以上になったとき異常表示を行う手段を有することを特徴とする画像読取装置。
3. 請求項１又は２に記載された画像読取装置を備えた画像形成装置。

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