JPH0445434A - スキャナの定速走行制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像形成装置のスキャナ駆動を制御するスキャ
ナ制御装置に関し、特にスキャナの定速走行を制御する
スキャナ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えば、制御対象の設定値と測定値（フィードバ
ンク値）との偏差を基にした比例項、積分項に従って該
制御対象に出力する操作量を決定するＰＩ制御が、スキ
ャナの駆動制御に用いられている。

この場合、スキャナを駆動するモータに連動したエンコ
ーダからのパルスが、一定期間内（数１０ｍ５ｅｃ〜数
１００ｍ５ｅｃ）に何回入力されたかによりモータの速
度を検出し、該速度が目標値に合致するようにモータを
制御する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述の方法でモータの速度を検出する場合、
エンコーダのパルス数を数１０００パルスまで上げない
と制御速度の誤差が大きくなったり、サンプリング周期
が数１００ｍ５ｅｃとなってしまい、制御性が悪くなっ
ていた。

そこで、エンコーダパルスをハードウェアでカウントし
てその周期を求め、その周期より速度を計算してモータ
の速度を検出する方法がある。この方法ではエンコーダ
パルス周期毎（数ｍ５ｅｃ）に制御量を補正できるので
制御性が良くなる反面、計算精度をあげるための周期に
基づいた速度計算（例えば３２ｂｉｔの定数を１６ｂｉ
ｔのエンコーダ周期で割る計算）にある程度の処理時間
（８ｂｉｔのＣＰＵで５００μｓｅｃ程度の時間）を必
要とし、モータ駆動中はモータ駆動制御用のＰＩ演算以
外の処理が行なえない。

本発明では、エンコーダパルスの周期毎にＰＩ演算を行
ない、かつ画像読取時には露光ランプの光量調整等の他
の処理の実行が可能なスキャナの定速走行制御装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のスキャナの定速走行制御装置は、往復運動が可
能なスキャナ（５１）；スキャナ（５１）を駆動する電
動機（Ｍ７）　；電動機（Ｍ７）に機械的に結合され電
動機（Ｍ７）の回転速度（Ｖ＋ｏ）に比例する周波数の
パルスを発生する信号発生手段（１２）；および、信号
発生手段（１２）の発生するパルスの周期（ＬＴ）を検
出するパルス周期検出手段（１０）　；を備えるスキャ
ナの定速走行制御装置において、 回転速度（Ｖｐ）が目標速度（ＶＴ）以下の所定値（Ｖ
）に達するまではパルス周期（ＬＴ）より電動機の回転
速度（Ｖｐ）を演算し演算した速度（Ｖｐ）と目標速度
（■工）とが合致するように電動機（Ｍ７）を付勢制御
し、回転速度（Ｖｐ）が所定値（Ｖ）に達すると回転速
度（Ｖｐ）の演算を省略しパルス周期（ＬＰ）と目標パ
ルス周期（ｔｖ）とが合致するように電動機（Ｍ７）を
付勢制御する、フィードバック制御手段（１０）　；を
備えることを特徴とするスキャナの定速走行制御装置・ なお、カッコ内の記号は後述する実施伊の対応要素を示
す。

〔作用〕

これによれば、フィードバック制御手段（ｔｏ）が、回
転速度（Ｖｐ）が目標速度（ＶＴ）に達すると回転速度
（Ｖｐ）の演算を省略しパルス周期（ｔｐ）と目欅パル
ス周期（しＴ）とが合致するように電動機（Ｍ７）を付
勢制御するので、速度（Ｖｐ）を演算する時間分だけ演
算にかかる時間が短縮し、この時間を他の制御に利用す
ることができる。例えば、電動機（Ｍ７）の回転速度（
Ｖｍ）に比例する周波数のパルスが発生す度に割込処理
を実行して上述のフィートバンク制御をする場合、速度
演算を省略した分、該割込処理所要時間が短くなり、フ
ィードバック制御手段（１０）を露光ランプの光量微調
整等の他の仕事にも使用しうる。

回転速度（Ｖｐ）が目標速度（ＶＴ）以下の所定値（Ｖ
）に達するまでは、フィードバック制御手段（１０）が
、パルス周期（しＴ）より電動機の回転速度（Ｖｐ）を
演算し演算した速度（Ｖｐ）と目標速度（ＶＴ）とが合
致するように電動機（Ｍ７）を付勢制御し、この回転速
度（Ｖｐ）の演算に多くの時間を取られるので、他の仕
事をしにくいが、回転速度（Ｖｐ）が目標速度（ＶＴ）
に達するまでは露光ランプの光量微調整等は実質上不要
で、フィードバック制御手段に実行が期待される仕事は
少いので格別な不便を生じない。

一方、回転速度（Ｖｐ）が低い間に仮に、所定値（Ｖ）
に達してからの周期フィードバック制御とぽ様な制御を
なうと制御の安定性が損なわれるが、本発明では回転速
度（Ｖｐ）が目標速度近くの所定値に達してから行ない
、しかも速度変動範囲（制御節回）が極く狭いので、安
定性および信頼性共に半分な速度制御が実現する。

本発明の他の目的および特徴は２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〕 第５ａ図に、本発明の一実施例を適用するスキャナの機
構概略を示し、その斜視図を第５ｂ図に示す。

第５ａ図を参照して説明すると、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キヤリツジ５１と
、第′２ミター２ｄ、第３ミラー２８等よりなる第２キ
ヤリツジ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キヤリ
ツジ５１と第２キヤリツジ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：ｌの速度比で直流
モータＭ７により往復走査駆動されるようになっている
。

第５ｂ図を参照して説明する。直流モータ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キヤ
リツジ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キヤリツジ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ＨＰＩはスキャナのホームポジションを
横比するスイッチ（フォトセンサ）である。同様にＲＰ
Ｉ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ＨＰ２が設けである。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、変倍動作を行なうことによって変
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。ＲＰＩス
イッチは往走査終了位置に、ＲＰ２スイッチは変倍機構
に設けである。

第２図にモータＭ７の駆動制御系の構成概略を示す。

操作制御部１４は、操作ボード１５上に入力されたコピ
ー枚数設定、変倍率設定、コピースタートなどの指令を
受け、メイン制御部１３へ送信する。また、メイン制御
部１３から装置全体の状態を示す情報を受け、操作ボー
ド１５上のＬ　Ｅ　Ｄ等の表示を行なう。

メイン制御部】３は、操作制御部１４から受信した変倍
率やコピースタート等の情報をスキャナＣＰＵｌ０に送
信する。

スキャナＣＰＵｌ０は、コピースタート指示およびセン
サ１６からの入力に対応した出力をトライ／＜１１に発
し、変倍率に応じたモータ速度でモータＭ７の駆動を制
御する。この時、モータＭ７への電流指令は第４図に示
すように、２０　ｋＨｚの周期のＰＷＭパルスで、この
パルス幅が通電時間となる。

モータＭ７が回転すると、これと連動したエンコーダ１
２よりパルスが発生する。なお、このパルスはモータＭ
７が１回転すると４００パルスを発生する。

スキャナＣＰＵｌ０は、エンコーダ１２からのパルスの
立上がり毎に割込み処理を行なう。この割込み処理にお
いて、速度演算、ＰＷＭ演算などの演算を行なう。また
、スキャナＣＰＵｌ０の内部には基準クロックφにてエ
ンコーダパルスの立上がりエツジ間をカウントするカウ
ンタＣＲがあり、これによりエンコーダパルスの周期（
ｔ　ｐ）を検出する。

第１ａ図に、スキャナＣＰＵｌ０の制御フローチャート
を示す。まず、電源が投入されると、初期化を行なう（
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）。ここではレジスタ、タイマ、フラグ等のクリ
アを行なう。

次にモータへの最初の通電を行なうための、ＰＷＭ初期
値を設定する（２）。

スタート指示があるのを待って（３）、スキャナ走査を
行なう（４）。スキャナ走査が終了するとステップ２に
戻り、再度、ＰＷＭ初期値を設定する。

なおスキャナの走査では、変倍率に応じて予め設定され
ている。目標速度とモータの回転速度とが一致するよう
にモータ通電電流値（ＰＷＭ通電幅）を制御する速度フ
ィードバック制御と、目標速度対応の目標パルス周期と
モータ回転同期パルスの周期とが一致するようにＰＷＭ
通電幅を制御する周期フィードバック制御が行なわれる
。

第１ｂ図にスキャナＣＰＵｌ０の割込処理の内容を示す
。この割込処理がエンコーダ１２からのパルスの立上が
り毎に実行される点に注意されたい。この割込処理に進
むとまず、カウンタＣＲのカウント値を周期レジスタに
格納して（１１）、カウンタＣＲをクリアする（１２）
。その後ＣＲによるカウントを再スタートする（１３）
。

次にフラグＦの値が１　（回転速度が所定値以上になっ
ている）であるかをチエツクしく１４）、フラグＦが１
でない場合（モータの回転速度が所定値未満）は速度演
算を行なう（１５）。速度演算の内容については後述す
る。なお、フラグＦはモータＭ７回転の速度が目標値Ｖ
工より小さい所定の速度Ｖに達したかを判断するフラグ
である。

速度演算が終了すると、演算された速度Ｖｐが所定の速
度■に達したかをチエツクしく１６）、所定速度Ｖに達
しているとフラグＦを１にセットする（１７）。次に速
度フィードバック制御のためのＰＷＭ演算を行なう（１
８）。この内容については後述する。その後、得られた
値（ＰＷＭの通電時間データ）をドライバ１１に出力し
て（１９）、リターンする。

ステップ１４においてフラグＦが１であると、速度Ｖｐ
の演算は行なわずに、周期Ｔｐ（周期レジスタＤＲの値
）に基づいて周期フィードバック制御のためのＰＷＭ演
算を行なう。この内容についても後述する。演算により
得られた値（ＰＷＭの通電時間データ）をドライバ１１
に出力して（１９）、リターンする。

以下に、速度演算、速度フィードバック制御のためのＰ
ＷＭ演算、および、周期フィードバック制御のためのＰ
ＷＭ演算について説明する。

第３ａ図に、上述の割込処理で実行される速度演算およ
び速度フィードバック制御の制御ブロック図を示す。前
述したように、エンコーダ１２からのパルスはスキャナ
ＣＰＵｌ０に対し、立上がりエツジで割込みをかけるよ
うになっている。またスキャナＣＰＵｌ０の内部には基
準クロックφをカウントするカウンタＣＲがあり、スキ
ャナＣＰＵｌ０は割込み毎にこのカウンタの値、つまり
エンコーダパルスの周期（ＬＰ）を検知する。

エンコーダパルス周期を速度に変換するため、ある定数
（Ｋｖ）をこの周期（ＬＰ）で除算して速度（Ｖｐ）を
得る。

Ｖｐ＝ＫｖＸ　ｔ　ｐ　　　　　　　　　　−−・（１
）この時、演算精度を確保するためＫｖは３２　ｂｉシ
、ｔｐは１６　ｂｉｔとなっている。よって速度（Ｖｐ
　：　１６ｂｉｔ）を得るために、（３２ｂｉｔ）÷（
１６ｂｉｔ、）の演算をエンコーダパルスの立上がり毎
（割込み毎）に行なうことになる。

さらに、このフィードバックされた速度（Ｖｐ）と、メ
イン制御部２２よりあらかじめ受信している変倍率に応
じた目標速度（ＶＴ）との差をとることにより、下記の
、速度フィードバック制御用のＰＩ演算を行なう。

Ｐｎ＝ＫｐＸｅｎ＋ΣＫ（Ｘｅｎ　　　　　・・・（２
）Ｐｎ：操作量（８ｂｉｊ）　　Ｋ　Ｐ　：比例ゲイン
（８ｂｉｔ、）Ｋ■：積分ゲイン（８ｂｉｔ） ｅｎ　　：　　　（ＶＴ　　　　Ｖｐｍ）　　（１６ｂ
ｉｔ）ｎ：割込みの回数 一般にモータを駆動するための必要トルク（Ｔ）は下記
の様になる。

Ｔ　＝　ａ　Ｘ　１　ｍ　＋　Ｔ　ｆ　　　　　　　　
　・・・（３）ａ：角加速度　　　１ｍ：負荷イナーシ
ャＴｆ：負荷トルク １ｍは駆動されるスキャナの負荷イナーシャで、Ｔｆは
スキャナ及びモータの摩擦トルクで共に固定値である。

また、この必要トルク（Ｔ）とモータへの電流指令（１
）とは下記の関係がある６Ｔ　＝　Ｔ　ｋ　Ｘ　ｉ　　
　　　　　　　　　・・’（４）Ｔｋ二トルク定数 （３）、　（４）式より ｉ＝ａＸＩｍ／Ｔｋ＋Ｔｆ／Ｔｋ　　　　−・・（ｓ）
（２）式は（５）式と対応して考えることができ、Ｐｎ
は１に対応し、ＫｐＸｅｎはｅ　ｎ　＝　（シエーシｐ
ｎ）で加速度を意味し、（５）式のａＸＩｍ／Ｔｋに相
当し、ΣＫＩＸｅｎは目標速度に達した時（ａ＝０とな
り、Ｔ＝Ｔｆであるため）、Ｔｆ／Ｔｋに相当する。

最終的に計算されたＰｎはＦＦＨで１００％デユーティ
、ＯＯＨで０％のデユーティのパルス幅となるようにド
ライバ１１で変換され、モータ駆動用の電流指令となる
。

以上のようにスキャナスタート指令を受信した後、（２
）式に従ってエンコーダ割込み毎に演算を行なう。エン
コーダ割込み信号は、速い時で約１ｍ５ｅｃ毎になる。

よって、スキャナＣＰＵｌ０はこの割込み間隔内で（２
）式の演算を行なう必要がある。８　ｂｉｔのＣＰＵを
使用した場合、（２）式を演算するのに８００μｓｅｃ
程度の時間がかかり、モータ駆動中は他の仕事をするこ
とが不可能になる。特に、（１）式の（３２ｂｉｔ）÷
（１６ｂｉｔ）の演算は、全演算時間の約６割が必要で
ある。

そこで本発明においては、スキャナモータが目標速度に
近づいた時に（２）式の速度偏差による演算を、目標周
期と周期との偏差による下記の様な演算に切換える。そ
の制御ブロック図を第３ｂ図に示す。

Ｐｎ＝Ｋｐ　′Ｘｅｎ　′＋Σにｒ′×ｅｎ′＋Ｐｋ・
・・（６）ｅｎ　　’　　＝　（ｔｐ−ｔｖ　　）ｔＴ
：エンコーダパルスの目標周期（１６ｂｉｊ）ＫＰ’：
第２の比例ゲイン に、’：第２の積分ゲイン ｐｋ　：　（６）式に切換えた時点での（２）式におけ
るΣにＩＸｅｎの項 この演算において問題となるのは、偏差の項が（２）式
と比べると速度の逆数である周期による計算となってい
るため制御系が不安定となり、発振等の恐れがあること
である。

ここで簡単にするため（２）式の積分項は、通常Ｋ　＝
　１／１０程度であり、目標速度に近づいた時はほぼ一
定となるためこの積分項を無視するとＰｎ＝Ｋｐ　（Ｖ
７−Ｖｐｎ）　　　　−（７）となる。また（６）式も
同様に積分項を無視するとＰｎ　　＝Ｋｐ　　　（ｔｐ
ｎ−ｔ７）　　　・・・（８）となる。（８）式を速度
を用いた式に変換すると、Ｐｎ　　＝Ｋｐ’（１／Ｖｐ
ｎ−１／ＶＴ）　　・・・（９）となる。

第６図に（７）式、第７図に（８）式のグラフそれぞれ
を示す。第６図においては操作量ＰｎはＶｐｎに対して
比例しているので制御系は安定している。

しかし、第７図では操作量Ｐｎ′はＶｐｎに対し反比例
となっており、速度０から目標速度までの全範囲の制御
は不安定となり易い。ところが本発明では、目標速度Ｖ
１前後の極く狭い範囲内でのみこの制御を行なうので、
第７図においては、目標速度に十分近づいた時点（操作
量Ｐｎ’が０になる付近）で適切な比例ゲインを選んで
やれば、比例式に近似することができ十分に安定な制御
となる。

本発明では上述のように、モータの回転速度が目標速度
より小さい所定値に達した以降は、速度フィードバック
制御のためのＰＷＭ演算を周期フィードバック制御のた
めのＰＷＭ演算に切換えることにより、スキャナのスタ
ートから目標速度走行の全範囲に渡ってフィードバック
制御を安定化する。

すなわち、スキャナが変倍率に応じた口達速度ＶＴに近
づいた時にＰ　Ｗ　Ｍ演算の演算式を（６）式に切換え
、あらかしめ計算された変倍率に応じた目標周期（し工
）とＣＰＵ内部のカウンタによって与えられるエンコー
ダパルス周期（シｐ）とのダ差によりＰＩ演算を行ない
、（１）式に示した速度演算（３２ｂｉｔ）÷（１６ｂ
ｉｔ）を行なう必要をなくし、約３００μｓｅｃでモー
タ制御用の演算を終了する。

なお、スキャナ制御においては、通常、第１スキヤナが
画像先端に到達する前に目標値に達するように各ゲイン
を定めているので、画像読取時にはすでに（９）式によ
る周期フィートバック制御のためのＰＷＭ計算が行なわ
れることになり、例えばＣＰＵｌ０でスキャナ速度制御
を行なうと共に露光ランプの光量微調整制御を行なうな
ど、リアルタイムな画像読取制御を行なうことができる
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、フィードバック制御手段
（ｌＯ）が電動機（Ｍ７）の回転速度（Ｖｐ）が目標速
度（ＶＴ）より小い所定の速度（Ｖ）に達すると、周期
（ＬＰ）と目標周期（Ｌ丁）とが合致するように電動機
（Ｍ７）の回転を制御する。

従って速度演算手段（１０）においてパルス周期検出手
段で検出した周期（しρ）より速度（Ｖｐ）を演算しそ
の速度（Ｖｐ）により電動機（Ｍ７）を制御する場合に
比して、速度（Ｖｐ）を演算する時間分だけ演算にかか
る時間を短縮することができるので、この時間を他の制
御に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明の一実施例のスキャナＣＰＵｌ０の
制御内容を示すフローチャートである。 第１ｂ図は、スキャナＣＰＵｌ０の割込み処理の内容を
示すフローチャートである。 第２図は、本発明の一実施例のモータＭ７の駆動制御系
の構成概略を示すブロック図である。 第３ａ図および第３ｂ図は、スキャナＣＰＵ１０の制御
動作により実現される機能を示すブロック図であり、第
３ａ図は速度フィードバック制御時のものを、第３ｂ図
は周期フィードバック制御時のものを示す。 第４図は、モータＭ７の通電波形の一例を示すタイムチ
ャートである。 第５ａ図は、第２図に示す駆動制御系により駆動される
スキャナの機構概略を示す側面図であり、第５ｂ図はそ
の斜視図を示す。 第６図は、モータＭ７の回転速度とモータＭ７の操作量
との関係を示すグラフである。 第７図は、エンコーダ１２の発するパルスの周期と、モ
ータＭ７の操作量との関係を示すグラフである。 ■＝コンタクトガラス　　　　２：スキャナ光学系２ａ
＝照明光源　　　　　　　　２ｂ二反射板２ｃ：第１ミ
ラー　　　　　　　２ｄ：第２ミラ２ｅ：第３ミラー　
　　　　　　２ｆ：結像レンズ２ｇ＝第４ミラー　　　
　　　　２ｈ：防塵ガラス５１：第１キヤリツジ（スキ
ャナ）５２：第２キャリッジＨＰＩ：ホームポジション
センサ ＲＰＩ、ＲＰ２　：リターンポジションセンサＭ７：ス
キヤナモータ（電動機） １０：スキャナＣＰＵ （パルス周期検出手段、フィードバック制御手段）１１
：ドライバ １３：メイン制御部 １５：操作ボード １２：エンコーダ（信号発生手段） １４：操作制御部 １６：センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 往復運動が可能なスキャナ；前記スキャナを駆動する電
   動機；前記電動機に機械的に結合され電動機の回転速度
   に比例する周波数のパルスを発生する信号発生手段；お
   よび、信号発生手段の発生するパルスの周期を検出する
   パルス周期検出手段；を備えるスキャナの定速走行制御
   装置において、回転速度が目標速度以下の所定値に達す
   るまではパルス周期より電動機の回転速度を演算し演算
   した速度と目標速度とが合致するように電動機を付勢制
   御し、回転速度が所定値に達すると前記回転速度の演算
   を省略しパルス周期と目標パルス周期とが合致するよう
   に電動機を付勢制御する、フィードバック制御手段；を
   備えることを特徴とするスキャナの定速走行制御装置。