JPH03214862A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、例えば原稿台上に載置された原稿を読取り
、この読取った画像信号をコンピュータ等の外部機器へ
出力する画像読取装置に関する。

（従来の技術） 周知のように、ステッピングモータはデジタル信号によ
る駆動が容易で、且つ、オーブンループ制御ながら高精
度な位置決めが容易なことから、画像入力装置の走査手
段に使用されてきた。ところで、ステッピングモータを
広範囲な速度域で駆動する場合、低速域ではステッピン
グモータ内部のロー夕が階動することによって速度変動
が生じ、また高速域では周波数応答特性の低下から階動
はしないものの、励磁相聞の出力トルクのばらつきが原
因で速度変動が生じる。この速度変動について、さらに
第１４図を用いて説明する。第１４図はステッピングモ
ータの駆動速度と速度変動の関係を示している。低速域
で特に速度変動が大きく速度が早くなるにつれて速度変
動は小さくなっている。

このスッテッピングモータ固有の速度変動を小さくする
手段として、変動に対応してステッピングモータの励磁
を切り換える時間間隔を周期性を持たせて変動させるよ
うにした変動パルス制御が提案されている。このときメ
カニカルダンバなどの外部負荷要素を併用し負荷慣性モ
ーメントを大きくすることより速度変動を低減すること
ができる。第１５図はステッピングモータの駆動速度と
出力トルクとの関係を示したものである。第１５図から
も明らかなように高速で駆動しているときはトルクが低
下し、負荷慣性の大きい外部負荷要素を使用するときに
は高速時の立上がり特性が悪化したり脱調することが多
々ある。またステッピングモータは、前述したように高
速域では速度変動は小さく外部負荷要素を付加しなくて
も十分な性能は得られる。この様に、外部負荷要素は低
速域では速度変動の低減に大きな効果があるが、高速域
ではかえって悪影響を及ぼすという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように、従来の画像読取装置では、ステッピン
グモータに外部負荷要素を付加すると、高速域で立上が
り特性が悪化したり脱調するという不都合が生じていた
。

そこで、この発明では、ステッピングモータのトルクが
低下する領域でもメカニカルダンバの負荷慣性の影響を
受けずに、高速域で立上がり特性が悪化したり脱調する
ことを防止でざる画像読取装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） この発明の画像読取装置は、画像を読取る読取手段、こ
の読取手段によって読取られる画像の読取倍率を指示す
る指示手段、上記読取手段を上記指示手段により指示さ
れた読取倍率に対応した速度で走査する走査手段、この
走査手段を駆動するステッピングモータ、このステッピ
ングモータに負荷慣性モーメントを付与する外部負荷要
素、および上記走査手段を走査する速度に応じて、所定
の速度範囲の際に上記外部負荷要素を上記ステッピング
モータに接続する接続手段から構成されている。

（作　用） この発明は、読取り倍率に対応した速度範囲のある特定
の領域にのみ走査手段にメカニカルダンバ等の外部付加
要素を付加し、その他の速度領域では走査手段より外部
付加要素を切り離す構造としたものである。

（実施例） 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第２図はこの発明の画像読取装置として、原稿を読取り
、コンピュータ等の外部機器にその読取った画像信号を
出力するスキャナを示すものである。

すなわち、１はスキャナ本体で、この本体１の上部前部
には操作パネル（図示しない）が設けられている。この
本体１の上面には、透明ガラスによって購成される原稿
載置台（プラテンガラス）２が固定されている。この原
稿台２の近傍には開閉自在の原稿カバー１ａが設けられ
ている。そして、上記原稿台２に載置された原稿Ｏは、
露光ランブ４、ミラー５、６、７からなる光学系３が原
稿台２の下面に沿って矢印ａ方向に往復動することによ
り、その往復時に露光走査されるようになっている。こ
の場合、ミラー６、７は光露長を保持するようにミラー
５の１／２の速度にて移動する。上記光学系３の走査に
よる原稿からの反射光、つまり露光ランブ４の光照射に
よる原稿Ｏからの反射光は上記ミラー５、６、７によっ
て反射されたのち変倍用レンズブロック８を通り、列状
に配列された複数の受光素子（ＣＣＤ）を有したライン
センサ９に導かれ、原稿Ｏの像がラインセンサ９の表面
に結像されるようになっている。

第３図は前記光学系３を往復移動させるための駆動機構
を示すものである。即ち、ミラー５および露光ランブ４
は第１キャリッジｌｌａに、ミラー６、７は第２キャリ
ッジｌｌｂにそれぞれ支持されており、これら第１、第
２キャリツジ１１８１１１ｂは図示しない案内レールに
案内されて矢印ａ方向に平行移動自在となっている。即
ち、ステッピングモータ１２は伝達機構１３を介してブ
ーリ１４、１４の固定軸１５を駆動する。このブーリ１
４、１４の回転はそれぞれ伝達ベルト１６、１６を介し
て上記キャリッジｌｌａ，ｌｌｂに伝達されるようにな
っている。伝達ベルト１６、１６は、それぞれ一端１６
Ａがスキャナ本体１に固定され、この一端１６Ａから第
２キャリッジ１ｌｂに回転自在に設けられたブーり１７
、ブーリ１４、アイドルブーり１８、および第２キャリ
ッジｌｌｂに回転自在に設けられたブーり１９を介して
掛け渡されており、他端１６Ｂは一定の張力が付与され
ているばね２０を介して本体１に固定されている。上記
伝達ベルト１６の中途部１６ａつまりブーリ１７とブー
リ１４との間にミラー５を支持する第１キャリッジｌｌ
ａの一端が固定されている。したがって、ステッピング
モータ１２が回転することにより、その回転が伝達機構
１３、固定輔１５、ブーリ１４を介して伝達ベルト１６
に伝達され、伝達ベルト１６が移動して第１キャリッジ
ｌｌａが移動し、それにともなって第２キャリッジｌｌ
ｂも移動する。このとき、ブーり１７、１９が動滑車の
役目をするため、第１キャリッジｌｌａに対して第２キ
ャリッジ１ｌｂが１／２の速度にて同一方向へ移動する
。

尚、第１、第２キャリッジｌｌａ，ｌｌｂの移動方向は
、ステッピングモータ１２の回転方向を切換えることに
より制御する。

また、ステッピングモータ１２には、クラッチ（接続手
段）２３を介してメカニカルダンバ（外部負荷要素）２
４が接続されている。これにより、メカニカルダンバ２
４がクラッチ２３のオン、オフによりステッピングモー
タ１２に接続されたり、切り離されたりしている。

また、第１キャリッジｌｌａは原稿Ｏのサイズおよび読
取り倍率に応じてステッピングモータ１２が駆動される
ことにより、所定の位置（倍率に応じたホームポジショ
ン）へ移動するようになっている。そして、読取り開始
が指示されると、第１キャリッジｌｌａは、先ず、第２
キャリッジ１ｌｂの方向へ移動され、その後露光ランブ
４が点灯されて第２キャリッジｌｌｂから離れる方向に
移動される。原稿Ｏの走査が完了すると、露光ランブ４
が消灯され、第１キャリッジｌｌａは前記ホームポジシ
ョンに復帰される。

また、上記第１キャリッジｌｌａのホームポジションへ
の移動を検知する検知器２１、上記第１キャリッジｌｌ
ａのリミットポジションへの移動を検知する検知器２２
、２２が設けられている。

第１図は全体的な制御系統を概略的に示すものである。

すなわち、全体を制御する制御部としてのＣＰｔＴ３０
は、内部バス３１および各入出力部３　２　ａ　％　　
３　２　ｂ　ｓ　　３　２　ｃ　ｓ　　３　２　ｄ　ｓ
　３　２　ｅ　，３２ｆを介してインターフェース回路
３３、画像処理回路３４、調光付インバータ回路３５、
モータ駆動回路３６、上記検知器群２１、２２、２２、
および表示部を有する操作バネル３７にそれぞれ接続さ
れている。

画像処理回路３４は、上記ラインセンサ９からＡ／Ｄ変
換回路３８を介して供給される読取信号に対する画像処
理を行うものである。この画像処理がなされた画像信号
はインターフェース回路３３を介して外部機器４０へ読
取結果として出力されるようになっている。調光付イン
バータ回路３５は、上記露光ランブ４の光量を検知器３
５ａの検知出力によって調光するものである。モータ駆
動回路３６は、読取倍率に対応した複数の速度で上記ス
テッピングモータ１２を回転駆動するものである。操作
パネル３７は複数の指示を入力したり、あるいは複数の
状態を表示するものである。

上記ラインセンサ９は、ＣＣＤドライバ３９によって駆
動制御されている。

次に、上記ステッピングモータ１２とそのモータ駆動回
路３６の構成について、第４図から第８図を用いて説明
する。すなわち、ステッピングモータ１２は、ハイブリ
ッド形（同極形）で５相のステッピングモータを示し、
ロータ５１と、ステータ５２とで構成されている。ロー
タ５１は質量バランスのとれた図示しない回転負荷に連
結されている。

ロータ５１は、第４図に示すように、非磁性材で形成さ
れた軸５３と、この軸５３の外周に装着されるとともに
軸方向に着磁された永久磁石５４と、永久磁石５４の両
端側からそれぞれキャップ状に装着された磁性材製の歯
切りカップ５５ａ１５５ｂとで構成されている。歯切り
力ップ５５ａ１５５ｔ）には、この例ではそれぞれ周方
向に等ピッチに５０個の小歯５６が形成されている。な
お、歯切りカップ５５ａ側の小歯５６と、歯切りカップ
５５ｂ側の小南５６とは周方向に１／２ビッチの位｝目
差を持って設けられている。

一方、ステータ５２は、第５図に示すように、ロータ５
１を囲むように配置されたステータコア５７と、このス
テータコア５７の内面に突設された１０本のステータ突
極５８と、これらステータ突極５８の先端部に等ピッチ
に設けられた小歯５９と、ステータ突極５０に巻装され
た励磁巻線６０とで構成されている。なお、各励磁巻線
６０は、相対向するステータ突極５８に装管されたもの
同志か直列あるいは並列に接続され、これによって５つ
の励磁相Ａ．ＢＳＣＳＤ，Ｅに区分けされた５柑横成と
なっている。

モータ駆動回路３６は、第６図に示すように、大きく別
けて、励磁回路７１と、分配回路７２と、記憶回路７３
と、演算回路７４と、速度設定器７５と、ドライブ回路
７６で構成されている。

励磁回路７１は、第７図に示すように、各励磁相を構成
する励磁巻線の両端をそれぞれパワー１・ランジスタ６
１、６２を介して電源ライン６３、６４に接続し、対角
線上に位置するパワートランジスタ同志を順番にオン、
オフすることにより、各相の励磁巻線に正あるいは負の
電流を流し、ステータ５２とロータ５１との間に磁界を
発生させるように構成されている。

分配回路７２は、演算回路７４の出力パルスにしたがっ
て第８図に代表的な励磁シーケンスを示すように、各相
の励磁巻線に励磁電流を流すべくパワートランジスタ６
１、６２をオン、オフ制御するベース信号を出力するよ
うに構成されている。

この例では１０ステップの繰り返しになっている。

記憶回路７３は、この例では駆動対象である光学系３の
複数の速度、つまり読取倍率に対応した複数の速度にそ
れぞれ対応する複数のステッピングモータ１２の固有の
速度変動を記憶している。

すなわち、このモータ駆動回路３６では、各速度ごとに
、使用最大速度までの範囲を複数段階に分け、各段階に
おける複数ステップ（読取倍率が１００％の場合１０ス
テップ）範囲の速度変動を６週べておき、これら速度変
動データを速度変動振幅を考慮に入れた１周期分の正弦
波状の変動波に模擬し、この速度変動データを予め記憶
回路７３に記憶させている。

演算回路７４は、速度設定器７５（パルス発生手段）か
ら速度設定信号が与えられると、設定速度に対応した速
度変動データを記憶回路７３から読出（７、設定速度と
倍率に応じて選択される速度塵動データとに基いて分配
回路７２に供給するｄカパルスの間隔（ステップ間隔）
を制御する。なお、二′のとき記憶回路７３から読み出
される速度変動データの位相を考慮に入れ、パルス時間
間隔の逆数で定義されるバルスレートの変動が速度変動
に対してはほほ逆位相となるように上記パルス間隔を制
御している。ただし、分割された各速度の中間の速度に
対する速度変動データは、その速度の前後の速度変動デ
ータから導くようになっている。

ドライブ回路７６は速度設定器７５から供給される速度
設定信号の設定速度に対応して、上記クラッチ２３をオ
ン、オフするものである。すなわち、光学系３の移動速
度が低速な場合、ドライブ回路７６によりクラッチ２３
がオンされ、メカニカルダンバ２４がステッピングモー
タ１２に接続される。これにより、光学系３つまりステ
ツビングモータ１２の負荷慣性モーメントが増し、光学
系３の駆動が円滑化され、高周波成分のピークが激減す
るようになっている。また、光学系３の移動速度が高速
な場合、ドライブ回路７６によりクラッチ２３がオフさ
れ、メカニカルダンバ２４がステッピングモータ１２か
ら切り離される。これにより、光学系３つまりステツビ
ングモータ１２の負荷慣性モーメントを小さくすること
ができ、立上り特性に悪影響を与えることがない。

このような構成であると、速度設定器７５である速度を
設定すると、この速度設定器７５の出力は一定の傾斜で
設定速度に対応するレベルまで増加する。速度設定器７
５の出カが立ち上がると、演算凹路７４が速度設定器７
５の出力に対応した速度変動データを記憶回路７３がら
読み出し、上記出力と読み出された速度変動データとに
基いて出力パルスの時間間隔を制御する。このパルス間
隔のバルスレートの変動は、記憶回路７３から読み出さ
れる速度変動データに対してはほぼ逆位相となっている
。演算回路７４の出力パルスは分配回路７２に与えられ
、この分配回路７２がら励磁回路７１のパワートランジ
スタ６１、６２を第８図に示すように予め定められた順
序にオン、オフさせるためのベース信号が出力される。

したがって、ステッピングモータ１２のロータ５〕が回
転を開始する。

この場合、光学系３の固有の速度変動を考慮に入れ、各
励磁相Ａ，Ｂ，ＣＳＤＳＥの励磁タイミングを制御して
いるので、固有の速度変動分を打ち消すことができ、滑
らかな回転を行なわせることができる。

また、速度設定器７５の出力が立ち上がると、ドライブ
回路７６が速度設定器７５から供給される速度設定信号
の設定速度に対応して、上記クラッチ２３をオン、ある
いはオフする。これにより、光学系３の移動速度が低速
な場合、メカニカルダンバ２４がステッピングモータ１
２に接続され、光学系３つまりステッピングモータ１２
の負荷慣性モーメントが増し、光学系３の駆動が円滑化
され、高周波成分のピークが激減する。また、光学系３
の移動速度が高速な場合、メカニカルダンバ２４がステ
ッピングモータ１２から切り離され、光学系３つまりス
テッピングモータ１２の負荷慣性モーメントを小さくす
ることができ、立上り特性に悪影響を与えない。

第９図（ａ）はステッピングモータ１２を定速回転駆動
しているときの励磁切換タイミングを示している。この
切換タイミングにしたがって各相を構成する励磁巻線の
励磁が切換られる。このモ一夕駆動回路３６では、励磁
切換タイミングの時間間隔をΔｔを基準としてΔｔ　ｓ
ｉｎ〜Δｔ　Ｉｌａｘの間で変動させている。この時間
間隔の逆数がパルスレートであり、このパルスレートは
第９図（ｂ）に示すように周期Ｔで正弦波状に変動して
いる。

通常、光学系３には各速度域で必ず固有の速度変動が存
在している。このモータ駆動回路３６では周期Ｔを光学
系３に固有の速度変動周期と一致させ、かつ、ほほ逆位
相となるように励磁切換タイミングの時間間隔、つまり
パルスレートを変動させている。したがって、今、振幅
が適当に設定されているものとすると、パルスレートの
変動に伴う速度変動で光学系３の固有の速度変動を打消
すことができ、ロータ５１を滑かに回転させることかで
きる。

第１０図には、このモータ駆動回路３６を使ってハイブ
リッド形５　ｉｌｌステッピングモータ１２の速度変動
を低減した例が示されている。これは駆動条件として速
度設定器７５の出力パルスのバルスレートが１５００ｐ
ｐｓで、かつ励磁切換タイミングの時間間隔の変動周波
数を１５０Ｈｚとし、しかも上記変動位相が光学系３の
固有の速度変動と逆位相となるように制御した例である
。このときのパワースペクトルは第１１図に示す結果と
なる。この図か゛ら、速度変動低減のターゲットとして
いるｌ・５０Ｈｚでのピークレベルが激減し、速度波形
が滑らかになっていることが判る。

上述した実施例は、低減すべき速度変動が１０ステップ
分に相当し、励磁切換タイミングの時間間隔を比較的滑
らかに変動させることのできるステッピングモータ１２
を対象とした例である。

また、たとえば２相ステッピングモータでは励磁相が２
つとなり、励磁相のばらつきによる出力トルクの変動が
４ステップに相当することがある。

このような場合、励磁切換タイミングの時間間隔を正弦
波状に変動させようとしても滑らかな変動力−ブにはな
らず、充分な速度変動低減効果が得られないことがある
。

このように、充分に滑らかな変動力−ブが得られない場
合には、マイクロステップ駆動を併用すればよい。この
駆動方法は同時に励磁している異なる励磁巻線への印加
電圧を段階的に増減することにより、ロータ停止点をず
らすものであり、基本ステップ量を数ステップ〜数１０
ステップに分割することができる。

マイクロステップ駆動の概念を第１２図を用いて簡単に
説明する。この例は２相バイボーラ型ステッピングモー
タであり、ロータ８０とステータ９０の構造は５相ステ
ッピングモータとほぼ同様であるが、励磁巻線数が２組
である。各励磁巻線ＸＳＹに印加する電圧はパルス状で
はなく、デジタル演算回路から出力されたデジタル量を
Ｄ／Ａ変換するなどして第１３図に示すような正弦波状
としている。また、励磁巻線Ｘ１励磁巻線Ｙへの印加電
圧は９０″位相がずれるようにしてある。

このような駆動方法で励磁すると、ロー夕の移動量は第
１３図に示すようになり、この例では基本ステップ量θ
Ｓの１／４ずつステップ動作する。

このように、速度変動周期が基本ステップの４ステップ
分であるときには、励磁タイミング切換時間の時間間隔
を１６ステップで周期的に変動させればよく、これによ
って、より滑らかにでき、速度変動低減効果を増大させ
ることができる。

なお、２相ステッピングモータにおいてマイクロステッ
プ駆動を併用する場合について説明したが、５相あるい
は４相ステッピングモータでも全く同様であり、マイク
ロステップ駆動を併用して励磁切換タイミングの時間間
隔を周期的に切換えることにより、速度変動低減効果を
増すことができる。

さらに、この発明はステッピングモータであれば、形、
相数に限定されるものではない。また、上述した実施例
ではステッピングモータ固有の速度変動が、単一の周波
数成分を持つ場合への適用について述べているが、複数
の周波数成分を持っていても、その周波数がステッピン
グモータ駆動周波数より小さい範囲にあればこの発明の
適用が可能である。

上記したように、メカニカルダンバの効果により移動走
査系の速度変動を低減することができ、同時に移動走査
系の速度変動と同周期で、且つ逆位相となる、適度な周
期を持つバルスレートでステッピングモータを駆動する
ことにより更に移動走査系の速度変動を低減できる。

また、メカニカルダンパを切り離すことにより、トルク
の低下する領域でも、速度変動の少ない駆動をすること
ができる。

なお、ステッピングモータ固有の速度変動の周波数が比
較的高周波領域にある場合には、マイクロステップ駆動
を併用し、ステツビングモータの基阜ステップ量を分割
すると共に励磁切換タイミングの時間間隔をより滑らか
に変動させることによって効果的に速度変動を低減させ
ることができる。

このような構成であると、速度設定器７０である速度を
設定すると設定速度に対応してメカニカルダンパとステ
ッピングモータの接続、切り離しが行われ、メカニカル
ダンバの効果がある領域のみ負荷慣性モーメントを移動
走査系に付加することができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、ステッピングモータ
のトルクが低下する領域でもメカニカルダンバの負荷慣
性の影響を受けずに、高速域で立上がり特性が悪化した
り脱調することを防止できる画像読取装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１３図はこの発明の一実施例を示すもので
、第１図は画像読取装置の概略構成を示すブロック図、
第２図は画像読取装置の構成を示す断面図、第３図は画
像読取装置の内部構成を示す斜視図、第４図はステッピ
ングモータにおけるロータの縦断面図、第５図はステッ
ピングモータにおけるロー夕を組み込んだステータの平
面図、第６図はステッピングモータとモータ駆動回路の
構成を示す図、第７図はモータ駆動回路における励磁回
路の構成図、第８図はモータ駆動回路における分配回路
の動作シーケンスを示す図、第９図（ａ）はモータ駆動
回路のおける演算回路のパルス出力の一例を示す図、第
９図（ｂ）は同パルス出力をバルスレートに変換した例
を示す図、第１０図はモータ駆動回路で等倍読取時の速
度域を制御した例の速度変動結果を示す図、第１１図は
第１０図に示す条件におけるパワースペクトルを示す図
であり、第１２図および第１３図はマイクロステップ駆
動方式を併用する場合の例を説明するための図であり、
第１４図はステッピングモータの駆動速度と速度変動の
関係を示す図、第１５図はステッピングモータの駆動速
度と出力トルクとの関係を示す図である。 １・・・本体、３・・・光学系、４・・・露光ランプ、
５、６、７・・・ミラー　９・・・ラインセンサ、ｌｌ
ａ・・・第１キャリツジ、１ｌｂ・・・第２キャリツジ
、１２・・・ステッピングモータ、２３・・・クラッチ
（接続手段）、２４・・・メカニカルダンパ（外部負荷
要素）　３０・・・ＣＰＵ，３６・・・モータ駆動回路
、５１・・・ロータ、５２・・・ステータ、７１・・・
励磁回路、７２・・・分配回路、７３・・・記憶回路、
７４・・・演算回路、７５・・・速度設定器、７６・・
・ドライブ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 画像を読取る読取手段と、 この読取手段によって読取られる画像の読取倍率を指示
   する指示手段と、 上記読取手段を上記指示手段により指示された読取倍率
   に対応した速度で走査する走査手段と、この走査手段を
   駆動するステッピングモータと、このステッピングモー
   タに負荷慣性モーメントを付与する外部負荷要素と、 上記走査手段を走査する速度に応じて、所定の速度範囲
   の際に上記外部負荷要素を上記ステッピングモータに接
   続する接続手段と、 を具備したことを特徴とする画像読取装置。