JP4736835B2 - 画像入力装置及び基準位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像入力装置に関し、特に、キャリッジを搬送する機構を備えた画像入力装置の基準位置検出技術に関する。

特許文献１には、イメージセンサを搭載したキャリッジを、原稿台に沿って副走査方向に移動させながら画像を読み取るフラットベット型スキャナ装置が記載されている。キャリッジは、モータにより回転するタイミングベルトに取り付けられており、モータの回転にともなって移動する。

このようなスキャナ装置は、初期化動作においてキャリッジの基準位置を検出し、読み取り動作中のキャリッジの位置をその基準位置に基づいて求める。例えば、キャリッジを、移動限界である壁（キャリッジ制止部材）まで移動させ衝突させ停止させる。そして、その位置を基準位置として検出する。

特開２００１−８０２９号公報

しかし、従来のスキャナ装置では、検出する基準位置の精度が必ずしも十分ではなかった。例えば、従来のスキャナ装置では、画像読み取り時と同じ速い速度でキャリッジを壁に衝突させるので、タイミングベルトの弾性による引き戻しが生じ易く、本来の基準位置からずれた位置を基準位置として検出してしまう。

一方で、キャリッジを最初から低速で壁まで移動させるのでは、壁への衝突までに時間がかかってしまう。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、キャリッジの基準位置を、迅速かつ精度よく検出することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明の第１の態様は、画像入力装置であって、キャリッジと、前記キャリッジの移動を制御する制御手段と、前記キャリッジの移動を制止する制止部材と、前記キャリッジが前記制止部材まで移動したことを判定する判定手段と、前記キャリッジの基準位置を検出する基準位置検出手段とを備えている。そして、前記制御手段は、前記キャリッジの前記制止部材に向けた移動をＮ回（Ｎは２以上の整数）繰り返し、２回目以降の移動速度を、１回目の移動速度よりも遅く設定するとともに、１回目からＮ−１回目までの移動においては、前記判定手段によって前記キャリッジが前記制止部材まで移動したと判定された後、前記キャリッジの位置を所定距離戻し、Ｎ回目の移動においては、前記判定手段によって前記キャリッジが前記制止部材まで移動したと判定された位置で前記キャリッジを停止させる。前記基準位置検出手段は、前記キャリッジが前記Ｎ回目の移動で前記制止部材まで移動して停止した位置を、前記キャリッジの基準位置として検出する。

前記制御手段は、２回目以降の移動速度を、回数が増加するごとに遅く設定することができる。

また、前記画像入力装置は、モータと、前記モータの駆動力を前記キャリッジに伝達するためのタイミングベルトと、前記モータの回転量を出力するためのエンコーダとを備えていてもよい。そして、前記制御手段は、前記モータに印加する駆動電流を、定期的に所定の増加率で増加させる一方、前記エンコーダが所定の回転量を検出するたびに所定の減少率で減少させ、前記判定手段は、前記駆動電流が、所定の閾値を超えた場合に、前記キャリッジが前記制止部材まで移動したと判定するようにすることができる。

以下に、本発明の一実施形態について説明する。

図１は、本発明の画像入力装置の一例であるスキャナ装置１の概略構成図を示す。

スキャナ装置１は、筐体の上面に原稿台を備えたいわゆるフラットベッド型スキャナ装置である。スキャナ装置１は、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）方式のイメージセンサを搭載したキャリッジ３００を走査して、透明板の原稿台に固定された原稿の画像を読み取る。

スキャナ装置１は、光源及びＣＣＤイメージセンサを搭載したキャリッジ３００と、キャリッジ３００の往復移動を制御する駆動機構２０と、スキャナ装置１の全体を制御する制御部１００とを備えている。

さらに、スキャナ装置１の筐体には、キャリッジ３００の基準位置を定めるための壁（キャリッジ制止部材）４００が設けられている。これにより、キャリッジ３００は、点線矢印方向に壁４００の位置まで移動可能であるが、壁４００に衝突すると、それ以上移動することができない。

キャリッジ３００は、光源及びイメージセンサを副走査方向に運搬する。キャリッジ３００は、原稿台の盤面に対し平行なガイド用のシャフト等にスライド自在に係止されており、駆動機構２０のモータ２００により回転するタイミングベルト２２４により牽引され、往復移動をする。

駆動機構２０は、ＤＣモータであるモータ２００と、モータ２００を制御するモータドライバ２３０と、モータ２００の出力軸に接合されたウォームギア２２０と、ウォームギア２２０と噛み合い所定の減速比で回転する平歯車２２１と、平歯車２２１に取り付けられた主動プーリ２２３と、反対側の従動プーリ２２２と、両プーリ２２２、２２３との間に張設されキャリッジ３００が取り付けられたタイミングベルト２２４とを備えている。このような機構により、モータ２００が所定方向に回転すると、それにともなって、キャリッジ３００は点線矢印方向（または、逆方向）に移動する。

モータドライバ２３０は、電力制御用トランジスタを備え、このトランジスタのスイッチング周期に対するオン期間の割合（デューティ比）を変化させる、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、モータ２００に印加する駆動電流を制御する。すなわち、デューティ比を小さくすることで、オン時間を短くして駆動電流を小さくする。反対に、デューティ比を大きくすることで、オン時間を長くして駆動電流を大きくする。

また、モータ２００には、エンコーダ２１０が取り付けられている。エンコーダ２１０は、モータ２００の回転量に応じたパルス（エンコーダパルス）を出力する。

制御部１００は、その特徴的な機能部として、デューティ比発生部１１１と、壁判定部１１２と、モータ制御部１２０と、タイマ１３０とを備える。各機能部は、ソフトウェアあるいはハードウェア的に実現することができる。なお、スキャナ装置１の本来の基本動作である画像読み取り動作に関する機能の説明は省略する。

デューティ比発生部１１１は、定期的に、モータ２００を駆動するためのデューティ比を発生する。具体的には、タイマ１３０の割込みごとに、予め定められた増加率でデューティ比を増加させる。一方、エンコーダパルスの出力を受けるごとに、予め定められた減少率でデューティ比を減少させる。そして、調整したデューティ比をモータ制御部１２０に送る。なお、タイマ割込みによるデューティ比の増加率、及びエンコーダパルスによるデューティ比の減少率は、キャリッジ３００の移動速度に対応して予め定められている。

このように調整されたデューティ比により、通常、キャリッジ３００は、一定の速度で移動することができる。すなわち、デューティ比が大きくなると、モータ２００への駆動電流が大きくなり、モータ２００の回転が早くなり、キャリッジ３００は高速で移動しようとする。しかし、モータ２００が早く回転するということは、エンコーダパルスが短い周期で出力されるということなので、その分、デューティ比が減少される。したがって、デューティ比は、所定の期間で平均すると、ほぼ一定に保たれるので、キャリッジ３００は、一定の速度で移動することになる。

壁判定部１１２は、キャリッジ３００が壁４００に衝突したか否かを判定し、壁４００に衝突したと判定した場合、そのときのキャリッジ３００の位置を基準位置として検出する。壁４００への衝突は、デューティ比発生部１１１が決定するデューティ比を監視し、デューティ比が予め定めた閾値を超えたか否かを判定することにより行う。

なお、画像読み取り時のキャリッジ３００の位置は、基準位置からカウントされるエンコーダパルスの数で表される。従って、基準位置を検出した場合、エンコーダパルスカウンタは０に初期化される。

モータ制御部１２０は、デューティ比発生部１１１からデューティ比を取得し、モータドライバ２３０に送る。そのため、モータ制御部１２０は、デューティ比を格納するためのレジスタを備えている。

このような制御部１００は、主制御装置であるＣＰＵ１１０と、プログラム等が記録されたＲＯＭと、メインメモリとしてデータ等を一時的に格納するＲＡＭと、ホスト等との入出力を制御するインタフェースと、各装置間の通信経路となるシステムバスとを備えて構成することができる。なお、各処理を専用に行うように設計されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成されていてもよい。

＜動作の説明＞
つぎに、上記のように構成されるスキャナ装置１の特徴的な動作について説明する。

上記のように構成されるスキャナ装置１は、初期動作において基準位置を設定するために、キャリッジ３００を壁４００まで移動させ、衝突させる。そして、衝突した位置を基準位置として検出する。

ここで、壁４００への衝突は、デューティ比が所定の閾値（通常の移動では超えることのない値）を超えたかどうかで判断する。ただし、１回閾値を超えた場合に、直ちに基準位置を検出するのではなく、最初に衝突させた速度より低速で、再度キャリッジ３００を壁４００に衝突させた後、基準位置を検出する。

図２は、スキャナ装置１の基準位置の検出処理のフロー図である。また、図３は、本処理においてキャリッジ３００が移動する様子を壁４００との関係で示した図である。

図２で示したフローは、電源投入時や節電解除時などの画像読み込み前の初期動作として、基準位置の検出が必要になったときに開始される。

壁判定部１１２は、キャリッジ３００の最初の移動速度Ｖ１を設定する。例えば、通常の画像読み取り時の移動速度を移動速度Ｖ１に設定することができる。そして、デューティ比発生部１１１に、キャリッジ３００を移動速度Ｖ１で壁４００の方向に移動させるためのデューティ比を発生するように指示する（Ｓ１１）。

これを受けて、デューティ比発生部１１１は、キャリッジ３００を移動速度Ｖ１で壁４００の方向に移動させるためのデューティ比を発生する。

図４（Ａ）は、かかる場合の時間とデューティ比の関係を示す図である。図示するように、デューティ比発生部１１１は、タイマ割込みを受け付けるたびに、移動速度Ｖ１に対応した増加率で、デューティ比を増加させる。一方、エンコーダパルスを受け付けるたびに、移動速度Ｖ１に対応した減少率で、デューティ比を減少させる。

こうして、キャリッジ３００は、図３に示すように、移動速度Ｖ１で壁４００まで移動することになる。

この間、壁判定部１１２は、デューティ比発生部１１１により設定されたデューティ比を監視し（Ｓ１２）、デューティ比が、予め定めた閾値を超えたか否か判定する（Ｓ１３）。

ここでの判定方法について具体的に説明する。キャリッジ３００が壁４００まで移動し、壁４００により制止された場合、タイミングベルト２２４の回転が止まる。そうすると、モータ２００の回転も停止する。そして、エンコーダパルスが出力されなくなる。しかし、デューティ比は、タイマ割込みにより増加し続けることになる。そこで、壁判定部１１２は、所定の閾値を超えたか否かで、壁への衝突を判定することができる。所定の閾値は、キャリッジ３００の通常の移動では超えることのないデューティ比が設定されている。

デューティ比が予め定めた閾値を超えた場合（Ｓ１３でＹ）、壁判定部１１２は、モータ２００を逆回転させ、キャリッジ３００の位置を、所定の距離だけ戻す処理を行う（図３参照）。すなわち、壁判定部１１２は、デューティ比発生部１１１に、所定の距離だけ戻すためのデューティ比を発生するように指示する。

ここでの所定の距離は、後述する２回目のキャリッジ３００の移動において、キャリッジ３００を後述する移動速度Ｖ２まで加速するのに十分な距離であればよい。あまり短いと速度Ｖ２まで加速できないが、あまり長いと無駄にキャリッジ３００を移動させることになる。このような距離は、実験的に予め定められている。

次に、壁判定部１１２は、キャリッジ３００の２回目の移動速度Ｖ２を定める。移動速度Ｖ２は、初回の移動速度Ｖ１より遅いようにする。移動速度２は、基準位置を精度良く求めるために実験的に求められた速度を設定することができる。

そして、デューティ比発生部１１１に、キャリッジ３００を移動速度Ｖ２で壁４００の方向に移動させるためのデューティ比を発生するように指示する（Ｓ１５）。

これを受けて、デューティ比発生部１１１は、キャリッジ３００を移動速度Ｖ１で壁４００の方向に移動させるためのデューティ比を発生する。

図４（Ｂ）は、かかる場合の時間とデューティ比の関係を示す図である。図示するように、デューティ比発生部１１１は、タイマ割込みを受け付けるたびに、移動速度Ｖ２に対応した増加率でデューティ比を増加させる。一方、エンコーダパルスを受け付けるたびに、移動速度Ｖ２に対応した減少率でデューティ比を減少させる。図４（Ｂ）に示すように、移動速度Ｖ２＜移動速度Ｖ１であるので、図４（Ａ）に示したデューティ比の変化に比べて、タイマ割込みによる増加率は小さくなっている。こうして、キャリッジ３００は、図３に示すように、移動速度Ｖ１より遅い移動速度Ｖ２で、壁４００まで移動することになる。

この間、壁判定部１１２は、デューティ比発生部１１１により設定されたデューティ比を監視し（Ｓ１６）、デューティ比が、上述した予め定めた閾値を超えたか否か判定する（Ｓ１７）。

デューティ比が予め定めた閾値を超えた場合（Ｓ１７でＹ）、壁判定部１１２は、キャリッジ３００が存在する位置を基準位置として検出する。すなわち、エンコーダパルスカウンタを０に初期化する。そして、基準位置の設定処理を終了する。

こうして、画像読み取り前の初期動作において、基準位置が設定される。

制御部１は、画像読み取り動作において、キャリッジ３００の位置を求める場合、上記のように設定された基準位置を用いる。すなわち、ある位置の基準位置からの距離は、基準位置からその位置までにキャリッジ３００が移動した間にカウントされたエンコーダパルスの数により表される。

以上、本発明の一実施形態について説明した。

上記実施形態によれば、基準位置の検出において、最初は高速（例えば、画像読み取り時の速度）でキャリッジ３００を壁４００に衝突させる。その後、低速で再度、壁４００に衝突させ、その位置を基準位置として検出する。これにより、駆動機構の仕組みに起因する基準位置の検出のずれを減少できる。すなわち、高速でキャリッジ３００を移動させると、モータのトルクが大きいので、タイミングベルトの弾性による引き戻しの影響が大きくなるが、低速にすることで、この影響を減少させることができる。そして、基準位置をより正確に設定することができる。

本発明は、上記実施形態に制限されない。上記実施形態は、様々な変形が可能である。

例えば、低速で衝突させるのを１回ではなく、それ以上、行ってもよい。また、複数回行う場合、回数を重ねるごとに、速度を遅く設定してもよい。そして、検出される基準位置に変化がなくなった場合（例えば、衝突後に位置を戻したときにカウントされるエンコードパルスと、次の衝突までのエンコードパルスが等しい場合）に、基準位置の設定処理を終了するようにしてもよい。こうすれば、より精度良く基準位置を検出することができる。

本発明は、ＣＩＳ方式のイメージスキャナに限定されない。例えば、イメージセンサが固定されており、光源と反射ミラーをキャリッジにより移動させるＣＣＤ方式のスキャナ装置にも適用することができる。

また、本発明は、ＤＣモータを用いてキャリッジを搬送する機構を備えた装置（例えば、プリンタ）に適用することもできる。

また、本発明の画像入力装置は、スキャナ装置に限定されず、プリンタ、コピー機、ファクシミリなどとの複合機であってもよい。

スキャナ装置の概略構成図。 基準位置の検出処理のフロー図。 キャリッジの移動を説明するための図。 時間とデューティ比との関係を示す図。図４（Ａ）は、初回の衝突。図４（Ｂ）は２回目の衝突。

符号の説明

１…スキャナ装置、
１００制御部、１１０…ＣＰＵ、１１１…デューティ比発生部、１１２…壁判定部、１２０…モータ制御部、１３０…タイマ
２０…駆動機構、２００…モータ、２１０…エンコーダ、２２０…ウォームギア、２３１…平歯車、２２３、２２２…プーリ、２２４…タイミングベルト、２３０…モータドライバ
３００…キャリッジ、
４００…壁

Claims (4)

1. 画像入力装置であって、
   キャリッジと、
   前記キャリッジの移動を制御する制御手段と、
   前記キャリッジの移動を制止する制止部材と、
   前記キャリッジが前記制止部材まで移動したことを判定する判定手段と、
   前記キャリッジの基準位置を設定する基準位置検出手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記キャリッジの前記制止部材に向けた移動をＮ回（Ｎは２以上の整数）繰り返し、２回目以降の移動速度を、１回目の移動速度よりも遅く設定するとともに、１回目からＮ−１回目までの移動においては、前記判定手段によって前記キャリッジが前記制止部材まで移動したと判定された後、前記キャリッジの位置を所定距離戻し、Ｎ回目の移動においては、前記判定手段によって前記キャリッジが前記制止部材まで移動したと判定された位置で前記キャリッジを停止させ、
   前記基準位置検出手段は、
   前記キャリッジが前記Ｎ回目の移動で前記制止部材まで移動して停止した位置を、前記キャリッジの基準位置として検出する
   ことを特徴とする画像入力装置。
2. 請求項１に記載の画像入力装置であって、
   前記制御手段は、２回目以降の移動速度を、回数が増加するごとに遅く設定する、
   ことを特徴とする画像入力装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像入力装置であって、
   モータと、
   前記モータの駆動力を前記キャリッジに伝達するためのタイミングベルトと、
   前記モータの回転量を出力するためのエンコーダとを備え、
   前記制御手段は、
   前記モータに印加する駆動電流を、定期的に所定の増加率で増加させる一方、前記エンコーダが所定の回転量を検出するたびに所定の減少率で減少させ、
   前記判定手段は、
   前記駆動電流が、所定の閾値を超えた場合に、前記キャリッジが前記制止部材まで移動したと判定する
   ことを特徴とする画像入力装置。
4. 画像入力装置の基準位置検出方法であって、
   前記画像入力装置は、
   キャリッジと、
   前記キャリッジの移動を制止する制止部材と、を備え、
   前記キャリッジの前記制止部材に向けた移動をＮ回（Ｎは２以上の整数）繰り返し、２回目以降の移動速度を、１回目の移動速度よりも遅く設定するとともに、１回目からＮ回目までの移動において、前記キャリッジが前記制止部材まで移動したことを判定し、１回目からＮ−１回目までの移動においては、前記キャリッジが前記制止部材まで移動したと判定された後、前記キャリッジの位置を所定距離戻し、Ｎ回目の移動においては、前記キャリッジが前記制止部材まで移動したと判定された位置で前記キャリッジを停止させ、
   前記キャリッジが前記Ｎ回目の移動で前記制止部材まで移動して停止した位置を、前記キャリッジの基準位置として検出する、
   ことを特徴とする画像入力装置の基準位置検出方法。

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