JP3306082B2

JP3306082B2 - スキャナ光学系の制御方法

Info

Publication number: JP3306082B2
Application number: JP33428591A
Authority: JP
Inventors: 浩康住田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JPH06110137A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば複写機等に用
いられる、スキャナ光学系の制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の複写機の光学系構成の概
略を図１３に示す。まず、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
けられている。これにより、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。このスキャナ光学系２は照明光源４、反
射板５、第１ミラー６等よりなる第１スキャナ７と第
２，３ミラー８，９等よりなる第２スキャナ１０と、結
像レンズ１１と、第４ミラー１２等からなる。１３は防
塵ガラスである。ここで、これらの第１スキャナ７と第
２スキャナ１０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、図１４に示すような駆動系構成の
下、２：１の速度比で直流モータ１４及びスキャナワイ
ヤ１５により復動駆動されるものである（図１４におけ
る駆動系自体の構成は周知であるので、詳細な説明は省
略する）。そして、装置本体の所定位置にはスキャナ光
学系２の基準位置に位置させて検出手段となる反射型フ
ォトインターラプタ構成のスキャナホームポジションセ
ンサ（以下ＨＰセンサという）１６が設けられている。
前記第１スキャナ７の一部にはホームポジションに到達
した時にこのＨＰセンサ１６のセンサ部を遮蔽し得るＨ
Ｐ遮蔽板１７が設けられている。

【０００３】このような構成の下、概略的には、図１３
に実線で示すようなＨＰ状態からスキャナ光学系２が右
方向に走査駆動されて原稿面を露光走査する。図１３中
に仮想線で示す第１，第２スキャナ７，１０の位置は往
復動作の最大移動位置を示す。露光走査を終了したスキ
ャナ光学系２は再びホームポジションに向けて復動動作
する。ここに、スキャナ光学系２の復動時には一般に往
動時よりも高速にて駆動され、ホームポジションＨＰに
近づいたら減速制御を行なうようにしている。そして、
ＨＰ遮蔽板１７がＨＰセンサ１６を横切った時点でモー
タ１４の回転方向を逆転（スキャナ復動方向）から正転
（スキャナ復動方向）にきりかえることにより、オーバ
ーラン位置からホームポジションＨＰに戻すものであ
る。

【０００４】このようなスキャナ光学系２の往動動作の
加速制御について、詳細に説明する。まずスキャナ光学
系２の１サイクル分の動作を考えると、図１５に示すよ
うになる。この図１５は横軸に時間軸をとり、縦軸に直
流モータ１４の回転数（または第１スキャナ７の速度）
をとって動作を示すものであり、破線で示す目標値に対
し直流モータ１４の実際の回転数（またはスキャナ速
度）は実線の状態となる。

【０００５】ここに、往動時の加速制御動作を図１６に
より説明する。図中、Ｘ軸と平行な破線は目標速度であ
る。一点鎖線で示す動作特性Ａはスキャナの摺動負荷が
軽く一定のフィードバックゲインで加速制御を行なった
場合、加速量のオーバーシュートが大きすぎて原稿先端
位置付近ではスピードがオーバーしている様子を示す。
また、実線で示す動作特性Ｂはスキャナ摺動負荷が重
く、一定のフィードバックゲインで加速制御を行なった
場合、負荷がブレーキとなって原稿先端位置では目標ス
ピードにならないでいる場合を示す。ここで、破線で示
す動作特性Ｃは最適な加速状態を示すものである。

【０００６】次に２番目の従来の複写機のスキャナ制御
方法について説明する。図１３，図１４については前記
従来例と同じなのでその説明を省略する。スキャナ光学
系２の１サイクル分の動作を考えると、図１７に示すよ
うになる。図１７は横軸に時間軸をとり、縦軸に直流モ
ータ１４の回転数（または第１スキャナ７の速度）をと
って動作を示すものであり、破線で示す目標値に対し直
流モータ１４の実際の回転数（またはスキャナ速度）は
実線の状態となる。また、図１７では加速時の目標スピ
ードを時間と共にだんだんと増していく方法を示した
が、目標スピードを可変にすることで計算が必要になる
か、加速のプロフィールを表したデータテーブルが必要
になる。このため、計算に時間がかかり、本来の制御が
時間内に終了できず制御不能になったり、変倍毎に加速
時の目標スピードを計算したデータテーブルが必要にな
ったりしてプログラム容量が大幅に増大する。このよう
な不具合を回避するため、通常は、加速時の目標スピー
ドは一定速度時の目標スピードに設定することが多い。
また、ＰＩＤ制御を行なう場合、目標スピードが加速か
ら一定速度域まで一定であるため、制御式のゲインは目
標スピードひとつに対してひとつであった。このため、
図１８に示すように一定速度の領域の速度変動を少なく
するために最適なゲインでは、スキャナの立ち上がり時
に速度のオーバーシュートが大きくなりすぎ、原稿先端
位置では、一定速度が維持できなく速度変動をしめした
り、加速不足で原稿先端位置ではスピードが足りなかっ
たりした。

【０００７】次に３番目の従来の複写機のスキャナ制御
方法について説明する。図１３〜１５については前記初
めの従来の複写機のスキャナ制御方法と同じなのでその
説明を省略する。往動時の加速及び、一定速度動作を図
１９により説明する。図中、破線は目標速度である。図
１９（ａ）に示す動作特性Ａはスキャナの摺動負荷が軽
く一定のフィードバックゲインで一定速度制御を行なっ
た場合、ゲインが制御対象に対して大きすぎ、スキャナ
の速度振動が発散している様子を示す。また、図１９
（ｂ）に示す動作特性Ｂはスキャナ摺動負荷が重く、一
定のフィードバックゲインで加速制御を行なった場合、
加速時のオーバーシュートが図１９（ｃ）の動作特性Ｃ
と比べてなかなか減衰できない状態、つまり、制御対象
に対して、ゲインが小さすぎる場合を示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記初
めと２番目の従来例における様な状態では加速中のまま
原稿先端を通過すると、コピーされた画像は、先端の画
像が伸びたり、速度がオーバーシュートした場合は先端
画像が振動したような状態となり、いずれもコピー画像
に不具合が生じる。また前記３番目の従来例における様
な状態で、原稿をスキャンすると画像が振動したような
状態となったり、画像の一部が伸びたり、縮んだりして
しまい、いずれの場合もコピー画像に不具合が生じる。

【０００９】そこで本発明は、次のようなことを課題と
する。（１）スキャナ光学系の往動動作において、往動開始位
置の違いや複写装置個々の機械的負荷のばらつきにより
一定速度までの立ち上がりプロフィールが違っても、ゲ
インを可変とする事で、スキャナ光学系の加速制御を円
滑に行ない、安定したコピー動作を行なわせる事ができ
る複写機のスキャナ光学系の制御方法を提供すること。（２）スキャナ光学系の往動動作において、加速期間の
スキャナの動作と一定速度時のスキャナの動作をなめら
かにつなぎ、なおかつ、加速時と一定速度時のゲインを
個別に設定可能とする事で、それぞれのスキャナの状態
に最適なゲインが設定でき、一定速度時の速度の安定を
高めると共に加速時には、加速不足、加速しすぎによ
る、速度のオーバーシュートをなくし、スキャナ光学系
の往動動作制御を円滑に行ない、安定したコピー動作を
行なわせる事ができる複写機のスキャナ光学系の制御方
法を提供すること。（３）スキャナ光学系の往動動作において、複写装置個
々の機械的負荷のばらつきにより一定速度で速度安定度
が違っても、ゲインを可変とする事で、スキャナ光学系
の一定速度制御を円滑に行ない、安定したコピー動作を
行なわせる事ができる複写機のスキャナ光学系の制御方
法を提供すること。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成としたものである。（１）往復動作が可能なスキャナ光学系と、上記スキャ
ナ光学系を搬送するためのスキャナ搬送モータと、上記
スキャナ光学系の移動速度を検出するための移動速度検
出手段と、上記スキャナ光学系の移動距離を検出するた
めの移動距離検出手段とを有し、上記スキャナ光学系の
往動時、所定の位置までに所定のスキャン速度に安定す
るよう、前記移動速度検出手段と、距離検出手段によっ
て得られた結果をモータに印加するパワーにフィードバ
ック制御する加速制御を行ない、基準位置に到達したら
一定速度で移動すべく制御を行なう一連のスキャナ光学
系往動制御において、移動距離検出手段によって検知さ
れる、原稿先端位置または、原稿先端よりも前のある一
定の地点通過時までの、スキャナの最大スキャナの速度
を読み込み、該スキャン速度に応じて、次回の往動スキ
ャン時の加速制御値としてフィードバック制御を行な
い、加速時のフィードバック制御系のゲインを可変とし
た事を構成としたものである。（２）往復動作が可能なスキャナ光学系と、上記スキャ
ナ光学系を搬送するためのスキャナ搬送モータと、上記
スキャナ光学系の移動速度を検出するための移動速度検
出手段と、上記スキャナ光学系の移動距離を検出するた
めの移動距離検出手段とを有し、上記スキャナ光学系の
往動時、所定の位置までに所定のスキャン速度に安定す
るよう、前記移動速度検出手段と、距離検出手段によっ
て得られた結果をモータに印加するパワーにフィードバ
ック制御する加速制御を行ない、基準位置に到達したら
一定速度で移動すべく制御を行なう一連のスキャナ光学
系往動制御で、ＰＩＤ制御式のうち、少なくとも積分項
（Ｉ）を用いる制御方式において、スキャナの停止位置
から原稿先端位置までの間の、ある任意の位置までのＰ
ＩＤの少なくとも一種類のゲインの値と、該位置より以
降の制御に使用される同種のゲインの値を異なるものと
すると共に、該位置において、それまでの積分項の値を
クリアする事を構成としたものである。（３）往復動作が可能なスキャナ光学系と、上記スキャ
ナ光学系を搬送するためのスキャナ搬送モータと、上記
スキャナ光学系の移動速度を検出するための移動速度検
出手段と、上記スキャナ光学系の移動距離を検出するた
めの移動距離検出手段とを有し、上記スキャナ光学系の
往動時、所定の位置までに所定のスキャン速度に安定す
るよう、前記移動速度検出手段と、距離検出手段によっ
て得られた結果をモータに印加するパワーにフィードバ
ック制御する加速制御を行ない、基準位置に到達したら
一定速度で移動すべく制御を行なう一連のスキャナ光学
系往動制御において、移動距離検出手段によって検知さ
れる、原稿先端位置以降から最大スキャン位置までの間
での、スキャナの速度と目標速度がある一定の値を越え
るか、下回る時の位置情報、または時刻を読み込み、該
位置情報または、時刻情報に応じて、次回の往動スキャ
ン時の一定速度時の制御値としてフィードバック制御を
行ない、一定速度時のフィードバック制御系のゲインを
可変とした事を構成としたものである。

【００１１】

【作用】

（１）上記手段の（１）によれば、スキャナ光学系の往
動動作の加速制御を行なうとき、摺動負荷の変動により
加速のプロフィールが変動しても、スキャナ光学系の一
定速度への加速制御が円滑に行なえ、このためスキャナ
光学系摺動負荷の変動によらず複写された画像の先端画
像伸びなどのない良好なコピー結果がえられる。（２）上記手段の（２）によれば、スキャナ光学系の往
動動作の加速制御を行なうとき、加速時間の短縮がで
き、コピースピードの向上が図れる。また、加速、一定
速度の安定した制御が可能となり、加速から一定速度に
移行するとき速度曲線がなめらかとなり、スキャナ光学
系の振動、しいては、画像の振動をなくする事ができ
る。（３）上記手段の（３）によれば、スキャナ光学系の往
動動作の加速制御を行なうとき、摺動負荷の変動により
一定速度範囲の速度が変動しても、次回のスキャン時に
は、より一定速度に近づけようと繰り返しゲインの補正
を行なうために、スキャナ光学系の速度が一定速度にな
り、このためスキャナ光学系摺動負荷の変動によらず複
写された画像の伸び、振動などのない良好なコピー結果
がえられる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１ないし図７
に基づいて説明する。まず、図１に前記スキャナ光学系
２の制御回路の構成を示す。制御手段となるマイクロコ
ンピュータ２０が設けられている。このマイクロコンピ
ュータ２０は例えばμＰＤ７８１１Ｇによるものであ
り、このマイクロコンピュータ２０には計測手段となる
例えばμＰＤ８２５３Ｃによるプログラマブルインター
バルタイマ２１が接続されている。また前記スキャナ光
学系２の搬送用直流モータ１４は、前記マイクロコンピ
ュータ２０に対し駆動用トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４が
介して接続されて駆動制御される。即ち、トランジスタ
Ｔｒ１，Ｔｒ３がオンしてトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４
がオフの状態で、直流モータ１４には時計方向（ＣＷ）
に回転する電流が供給され、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ
４がオンしてトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３がオフの状態
で、直流モータ１４には反時計方向（ＣＣＷ）に回転す
る電流が供給される。ここに、直流モータ１４が時計方
向ＣＷに回転するとスキャナ光学系２は往動し、直流モ
ータ１４が反時計方向ＣＣＷに回転するとスキャナ光学
系２は復動するように設定されている。

【００１３】また、この直流モータ１４にはパルス発生
手段としてのロータリーエンコーダ２２が直結されてい
る。ここに、このエンコーダ２２は直流モータ１４の回
転量及び回転方向に応じて位相の異なる２つのパルス信
号を発生する。１つはＡ相エンコーダパルスＥＮＣＡで
あり、他の１つはＢ相エンコーダパルスＥＮＣＢであ
る。Ａ相エンコーダパルスＥＮＣＡはバッファ２３を介
してマイクロコンピュータ２０のカウンタインプット端
子ＣＩに入力されている。これにより、マイクロコンピ
ュータ２０はＡ相エンコーダパルスＥＮＣＡのパルス間
隔をマイクロコンピュータ内部のカウンタφ１２（マイ
クロコンピュータ２０の発振器２４の発信周波数×１／
１２）により計測する。また、このカウンタインプット
端子ＣＩへの入力信号は割込み入力となっており、後述
する割込みプログラムの処理中にエンコーダ間隔の測定
データ（ＴＩＭＥＲ／ＥＶＥＮＴＣＯＵＮＴＥＲＣ
ＡＰＵＲＥＲＥＧＩＳＴＥＲ（ＥＣＰＴ）の値）を読
み、このデータを基に直流モータ１４の回転数（スキャ
ナ速度）の算出、目標回転数（目標速度）との誤差の算
出、比例・積分制御演算によるモータ制御量（パルス幅
変調ＰＷＭ制御のＯＮ時間）の算出及び出力（プログラ
マブルインターバルタイマ２１へのデータロード）を行
なう。

【００１４】また、エンコーダパルスＥＮＣＡ，ＥＮＣ
Ｂはバッファ２３，２５及びフリップフロップ２６を介
してマイクロコンピュータ２０の入力端子ＰＣ７に入力
され、位相差検知に供され、直流モータ１４の回転方向
が判定される。また、前記タイマ２１には発振器２７が
接続され、クロック信号が得られる。

【００１５】しかして、直流モータ１４の制御はＰＷＭ
制御にて行なわれる。即ち、タイマ２１のカウンタ０に
ＰＷＭ周期のデータがロードされ、カウンタ０の出力Ｏ
ＵＴ０からＰＷＭ周期の方形波が出力される。この信号
はカウンタ１のゲート入力となっている。このカウンタ
１にはＰＷＭ信号のＯＮ時間データがロードされ、ＰＷ
Ｍ周期に同期したワンショット出力がＯＵＴ１から出力
され、ゲート回路２８，２９を介してトランジスタＴｒ
３またはＴｒ４をＯＮ／ＯＦＦ制御する。図２はこのよ
うなＰＷＭ制御の波形例を示すものである。この図２で
は、ＯＮ時間ｔＯＮが可変してもＰＷＭ周期ｔ（＝ｔＯ
Ｎ＋ｔＯＦＦ）が一定であることを示す。

【００１６】ここで、カウンタ０はモード３（方形波レ
ート・ジェネレータ）に設定され、カウンタ１はモード
１（プログラマブル・ワンショット）に設定される。Ｐ
ＷＭ周期ｔは一定であるので、カウンタ＝０のカウント
数のロードは一度行なえばよい。そして、ＰＷＭのｔＯ
Ｎ時間を変更する度にカウンタ０のカウント数をロード
する。

【００１７】次に、プログラマブルインターバルタイマ
２１のモード３及びモード１の内容を説明する。図３に
モード３（方形波レート・ジェネレータ）のタイミング
チャートを示す。この場合、入力クロックのｎ分周カウ
ンタとして動作する。なお、カウント数が偶数の場合の
デューティ比は１／２であり、カウント数が奇数の場合
のデューティ比は（ｎ−１）／２ｎである。例えば、カ
ウンタ数ｎ＝５の時には、デューティ比は２／５（アク
ティブ・ロウ）となる。しかして、コントロールワード
にてこのモードを選択すると、ＯＵＴ０＝１となり、Ｇ
ＡＴＥ１＝１としてカウント数をロードする。これによ
り、カウントが開始される。カウント数が偶数の時には
カウントの前半１／２がＯＵＴ０＝１、後半１／２がＯ
ＵＴ０＝０となる。カウント数が奇数の時にはカウント
の前半（ｎ＋１）／２がＯＵＴ０＝１、後半（ｎ−１）
／２がＯＵＴ０＝０となる。ＧＡＴＥ１＝０とすると、
その立ち下がりに同期してＯＵＴ０＝１となってカウン
トが停止する。その後、ＧＡＴＥ１＝１となると初期値
よりカウントが再開される。そして、カウント中にカウ
ント数をロードすると、次のサイクルから新しいカウン
トが開始される。カウント数が偶数の場合はカウンタは
２ずつデクリメントされ、奇数の場合はＯＵＴ０＝１の
時には最初の１クロックで１デクリメントされ、２クロ
ック目からは２ずつデクリメントされる。

【００１８】図４にモード１（プログラマブル・ワンシ
ョット）のタイミングチャートを示す。これは、指定し
た長さのワンショット・パルス（アクティブ・ロウ）を
出力するものである。コントロールワードにてこのモー
ド１を選択すると、ＯＵＴ０＝１となり、カウント数の
ロード後にＧＡＴＥ１の立ち上がりによりトリガされて
カウントを開始する。カウント中はＯＵＴ０＝０とな
り、カウントが終了すると再びＯＵＴ０＝１となる。つ
まり、パルス幅がカウント数に対応したアクティブ・ロ
ウのワンショット出力となる。カウント中にトリガをか
けると（ＧＡＴＥ１を０から１とすると）、再び初期値
よりカウントを開始する。なお、カウント中にカウント
数をロードしても実行中のカウントには影響しないが、
トリガをかけると新しいカウント数でカウントを開始す
る。

【００１９】ここで、スキャナ速度のフィードバック制
御について説明する。エンコーダの入力のサンプリング
毎にスキャナモータに与えるＰＷＭ値、つまり操作量Ｙ
ｎは以下のＰＩＤ制御式で表わされる。Ｙｎ＝Ｋｐ×ｅｎ＋（１／Ｋｉ）× Σｅｎここで、ｅｎは目標値に対する現在の速度の偏差であ
る。Ｋｐは一般に比例ゲインと呼ばれＫｉは積分ゲイン
と呼ばれている。ところで、本実施例では、スキャナ光
学系の摺動負荷変動による、加速時の速度情報を、スキ
ャナ往動時のフィードバック制御のゲイン等に反映する
ものである。

【００２０】本実施例では位置情報を、以下のように得
ている。エンコーダから出力されるパルスをマイクロコ
ンピュータでカウントし、スキャナ往動時にはカウント
アップ、復動時にはカウントダウンすることで、現在の
スキャナの位置が正確に把握できる。電源投入時にスキ
ャナの正確な位置を検出するために、スキャナをゆっく
り動かし、ＨＰセンサ１６が検知した場所を全ての動作
の基準アドレス（位置）とする。

【００２１】次に上記、アドレス情報（スキャナ位置情
報）を基にスキャナたち上げ時の制御方法を示す。ここ
では、ホームポジションのアドレスを４００パルスと
し、往動時にはスキャナが移動しエンコーダから１パル
ス出力される毎にアドレスを加算していく。またリター
ン時にエンコーダから１パルス出力される毎にアドレス
を減算していく。往動か、復動かは、スキャナモータ回
転方向検知手段で判定可能である。また、原稿先端アド
レスは４５０パルスとする。つまり、スキャナがＨＰセ
ンサに停止していた場合５０パルス分の距離以内に一定
速にスキャナを立ち上げなければならない。通常この５
０パルス分の距離を助走距離と呼ぶ。通常の制御では助
走距離内で一定速度になるよう、フィードバック制御
（例えばＰＩＤ制御）のゲイン及び、停止から移動を開
始するときに与える初期のパワーを予め固定値として決
定している。

【００２２】一方、スキャナの摺動負荷は色々な要因で
変化する。機械組み立て時の機械それぞれの摩擦係数の
差異、経時変化要因としては、スキャナ移動時の摩擦に
よる摩擦係数の違い、露光ランプからの熱によるメカニ
カル部品の寸法変化による摺動力の変動、また、駆動側
の駆動力変動の要因としては、スキャナモータへの通電
による巻線抵抗変化によるトルクの変動等のモータ動特
性の変化などがあり、一定の電圧を印加すれば一定の立
ち上がり、及び減速、一定速の速度プロフィールをトレ
ースするとは限らない要因となっている。この様な要因
によって、前述のように、スキャナが加速する際、固定
値として与えられた制御値で助走距離内で必ずしも安定
した一定速度になるとは限らない。

【００２３】本発明は、上記のように変動要因があって
も、スキャナ往動時、図１４に破線で示すように、原稿
先端の地点では必ず一定速度になるように、前回のスキ
ャナ加速時のデータとして、原稿先端通過時までのスキ
ャナ最大スピードから、最新のスキャナ加速時のフィー
ドバック制御ゲインあるいは、スキャナスタート時のモ
ータに印加する初期駆動パワーの少なくとも一方を可変
にした。なお、前述の様に、スキャナモータはＰＷＭ制
御されているので、初期駆動パワーはモータに印加する
ＰＷＭ値となる。

【００２４】実際の応用例としては、上記のようにスキ
ャナの原稿先端位置が４５０パルスとすると、距離を計
測しているカウンタが４５０を示すまで、そのときのエ
ンコーダ割り込みの間隔ＥＣＰＴとそれまでの最小ＥＣ
ＰＴを比較し（ＥＣＰＴは速度の逆数となるので最大ス
ピードは最小ＥＣＰＴとなる）小さい値の方をメモリす
る。原稿先端に達したらこのＥＣＰＴのサンプリングと
比較をやめる。

【００２５】この時のフローを図５に示す。このような
動作により最小のＥＣＰＴが得られる。この値の逆数が
スキャナの速度となるわけであるが、この値の逆数と、
目標スピードの値から次回のスキャナ加速時の制御値を
計算する。つまり、最小ＥＣＰＴが目標スピードのＥＣ
ＰＴ値よりも小さい場合は速度が加速時にオーバーシュ
ートしている事を示し（図１４のＡ）、加速時加速し過
ぎを示し、もっと緩やかな加速が必要と判断できる。ま
た、最小ＥＣＰＴが目標スピードのＥＣＰＴよりも大き
い場合（図１４のＢ）は原稿先端位置までにスキャナが
一定速度になっていない事を示す。この場合は、もっと
加速にパワーが必要である事をしめしている。

【００２６】なお、計算するタイミングは、現在のスキ
ャンが終了し、スキャナがホームポジションにリターン
してからでよい。また、この方法では、前回スキャンの
状態が次回のスキャンの加速制御値にフィードバックさ
れるため、最初のスキャン動作の加速時には、あらかじ
め決められた初期値で行なう以外には方法はない。この
ため、初回は、コピー動作以外のスキャン動作を、コピ
ー開始前に行ないその後の、コピー動作にフィードバッ
クするか、あるいは、不揮発メモリを登載して、工場出
荷時のエージング時に、フィードバックされた値をあら
かじめメモリしておけば良い。

【００２７】図６の表に、スキャナが原稿先端位置通過
時までの最大スピードの目標スピードに対する誤差に対
応する、ＰＷＭ値、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）
の比例項のゲイン、積分項のゲインの一例を示す。ま
た、計算フローを図７に示す。スピードの誤差の割合が
１１５の場合は、スピードが出すぎてオーバーシュート
している場合を示している。新しいＰＷＭは、ＨＰに停
止した状態から加速し原稿先端までに一般的な負荷条件
において一定速度になるように予め決められた値で、工
場出荷時に決定される値（初期値）である。Ｋｐは同様
に決定されるＰＩＤ制御の比較項のゲイン、Ｋｉは積分
項のゲインである。なお、この加減される制御量は、実
際に実験され求められる値である。

【００２８】本発明の第２実施例においては、スキャナ
光学系の摺動負荷変動による、停止時のスキャナの位置
情報を、スキャナ往動時のフィードバック制御のゲイン
に反映するものである。また、目標速度は前述のよう
に、加速から一定速度まで、固定値としてプログラムさ
れている。スキャンは、一定速度の領域の速度誤差を少
なくするように、ゲインは設定されている。このため、
一定速度のゲインを加速時のゲインとして適応すると、
立ち上がり速度は足りず、原稿先端で一定速度にならな
いとか、加速しすぎて、オーバーシュートしてしまい、
同じく一定速度にならない。このため、この第２実施例
では、スキャナの立ちあげ時の加速動作に対する制御ゲ
インと一定速度動作における制御ゲインを別なものとし
た。

【００２９】つまり、加速時の速度は加速用のゲインで
行なえ、一定速度時のゲインは一定速度用のゲインで制
御しようとするものである。これにより、加速時は専用
ゲインのために、目標スピードに早く到達する。また、
目標スピードに到達すると予測される地点、または、一
定速度に達した地点でゲインを一定速度専用ゲインに切
り換える事で、加速終了後の一定速度域で安定した速度
制御が可能になる。

【００３０】ところで、加速過程において、目標スピー
ドに到達した時に単純にゲインを変更すると、以下の様
な不具合が生じる。加速時の目標スピードは前述のよう
に、一定速度時の目標スピードと同じにしているため、
加速時はＰＩＤ制御の積分項がどんどん増していく。一
般に、加速時のゲインは小さな変動でも大きくフィード
バックするように設定してあり、一定速度では、加速時
よりもフィードバック量を小さくするのが常である。こ
のため、加速時の積分項は、目標速度到達時にはかなり
大きなものとなっており、このまま次行程の一定速度制
御に移行すればこの肥大した積分項で速度を増そうとし
てしまう。別な言い方をすれば、一定速度に達した後に
大きなオーバーシュートを起こしてしまう。

【００３１】図８に破線で示す曲線が、加速制御時の積
分項を継続して一定速度制御域に入った場合の速度の変
化の様子をしめしたものである。この第２実施例では、
この不具合をなくするために、加速制御から、一定速度
制御に移行し、ゲインを変更するのと同じタイミングに
加速時に累積された積分項をクリアすることを特徴とす
る。このような速度制御を行なった様子を図８の実線で
示した。ゲインの変更点で積分項を０にすることによ
り、一定速度に達した時に余分な加速がなくなり、速度
のオーバーシュートを起こす事もなくなる。

【００３２】以上の様に、加速制御時と一定速度制御時
のゲインを異なったものにすることで、加速時は加速時
間の短縮が行なえ、一定速度では、ゲインのミスマッチ
等による制御系の発振などのない、安定したフィードバ
ック制御が可能となり、また加速制御から、一定速度制
御に移行するときの積分項を０にすることで、速度カー
ブがなめらかとなり、オーバーシュートなどのない安定
したスキャナ動作を可能にした。ゲイン切り換えと、積
分項のクリアを行なう地点は、実験によってえられた、
必ず目標一定速度に達していると予想される地点として
固定値としてもよいが、エンコーダ割り込みによって計
測された、速度が目標速度になった地点でも良い。

【００３３】本発明の第３実施例においては、スキャナ
光学系の摺動負荷変動による、一定速度時の速度情報
を、スキャナ往動時のフィードバック制御のゲイン等に
反映するものである。そして、スキャナがＨＰセンサに
停止していた場合５０パルス分の距離以内に一定速にス
キャナを立ち上げなければならない。通常この５０パル
ス分の距離を助走距離と呼ぶ。通常の制御では助走距離
内で一定速度になり、一定速度走行時においても、スキ
ャナスピードの持続振動が発生しない程度に、フィード
バック制御（例えばＰＩＤ制御）のゲインを予め固定値
として決定している。

【００３４】一方、スキャナの摺動負荷は色々な要因で
変化する。機械組み立て時の機械それぞれの摩擦係数の
差異、経時変化要因としては、スキャナ移動時の摩擦に
よる摩擦係数の違い、露光ランプからの熱によるメカニ
カル部品の寸法変化による摺動力の変動、また、駆動側
の駆動力変動の要因としては、スキャナモータへの通電
による巻線抵抗変化によるトルクの変動等のモータ動特
性の変化などがあり、一定の電圧を印加すれば一定の立
ち上がり、及び減速、一定速の速度プロフィールをトレ
ースするとは限らない要因となっている。この様な要因
によって、前述のように、スキャナが一定速度で走行す
る際、固定値として与えられた制御値で必ずしも安定し
た一定速度になるとは限らない。

【００３５】ここで、ゲインと制御対象の挙動を簡単に
説明するために、ＰＩＤの制御の内、Ｐだけを用いた比
例制御を例に取って説明する。比例定数（ゲイン）を決
定する際に用いる方法として、限界感度法という手法が
ある。これは、ゲインを少しづつ大きくして、制御対象
の挙動を観察して、最適と思われるゲインを決定する方
法である。比例ゲインが小さいときは、振動は収束の方
向に進み、さらに比例ゲインを大きくすると、次第に振
動的になる。そして、さらに比例ゲインを大きくする
と、この振動が持続される持続振動の状態になる。この
状態から、さらに比例ゲインを大きくすると、発散する
振動になり制御対象の乱れがおおきくなり、ついには制
御不能に陥る可能性がでてくる。ＰＩＤ制御では、持続
振動を起こす時までが、安定限界であり、比例制御の値
はこの値よりも小さい値でなければならない（図９）。
また、他の制御ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインは、持
続振動の周期に応じて決定される。ゲインを最終的に決
定する際は、外乱等があっても、できるだけ発散振動を
起こさないようにするために、安全側つまり振動が減衰
する方向にゲインを決定するが、ゲインを小さくすれ
ば、鈍感な制御になってしまい外乱等によって発生した
振動を、なかなか一定速度に戻せない事になってしま
う。上記説明では、ゲインを変えたときの制御対象の挙
動を記述したが、ゲインが一定で、制御対象の負荷が変
化したときも同じ事が起きる。

【００３６】この第３実施例は、上記のように変動要因
があっても、スキャナ往動時、図１０に示すように、可
能な限り外乱に対して敏感な制御であり、持続振動が発
生しない状態で制御できるように、また、一定速度にな
るように、前回のスキャナ一定速度時のデータとして、
移動距離検出手段によって検知される、原稿先端位置以
降から最大スキャン位置までの間での、スキャナの速度
と目標速度がある一定の値を越えるか、下回る時の位置
情報、または時刻を読み込み、該位置情報または、時刻
情報に応じて、次回の往動スキャン時の一定速度時の制
御値としてフィードバック制御を行ない、一定速度時の
フィードバック制御系のゲインを可変とした事を特徴と
したスキャナ光学系の制御方法である。

【００３７】実際の応用例としては、ここでは仮にスキ
ャナの一定速度での走行時の目標速度をｖとする。ま
た、許される速度変動率を２％とする。このような状態
において、制御された一定速度でなければならない範囲
でのスキャナの速度が、ｖ±０．０２ｖを越える、また
は下回る場合は、前述のように、ゲインが適正でないと
判断する。また、ｖ±０．０２ｖを越える、または下回
る時の位置情報を検出する事によって、ゲインが大きす
ぎて振動が発散状態にあるのか、立ち上がり時の、速度
のオーバーシュートをゲインが小さすぎて一定速度に収
束できないのかが、判断できる。

【００３８】それでは、スキャナのスピードがｖ±０．
０２ｖを越えるか、下回るかを判断するための方法を説
明する。前述のようにスキャナの原稿先端位置が４５０
パルスとすると、距離を計測しているカウンタが４５０
を越えてからスキャナの最大スキャン位置に達するまで
の間、エンコーダ割り込みの間隔ＥＣＰＴを常に監視す
る。このＥＣＰＴの値によってスキャナ速度を算出し、
ｖ±０．０２ｖと比較を行なう。スキャナ速度が、ｖ＋
０．０２ｖを越える時の位置情報、及びｖ−０．０２ｖ
を下回った時の位置情報を全てメモリに記憶する。ま
た、速度偏差の最大となる地点の位置情報もメモリに記
憶する。位置情報は、スキャナのホームポジションから
のエンコーダ割り込み回数の積算で得られる。

【００３９】１回のスキャンが終了した時点で、メモリ
に記憶された位置情報をチェックする。１回のスキャン
長を前半１／３と後半２／３とに分け、スキャナ速度が
範囲外の時メモリされた位置情報が、前半に多いのか、
後半に多いのか、またはスキャン全体で計測されたかを
判断する。前半に多い場合は、スキャナ立ち上がり時の
オーバーシュートを収束できなくゲインが小さすぎる事
を示し、全体に現れているときは、ゲインが大きくて持
続振動を起こしているか、または振動が発散状態にある
と判断できる。ここでさらに速度の偏差の最大値が後半
に多い場合は、振動が時間と共に発散していてゲインが
大きすぎる事を示している。

【００４０】以上のように、ゲインが小さすぎる場合を
ｃａｓｅ１（図１０（ａ））、ゲインが大きすぎて持続
振動をおこしていると判断できる場合をｃａｓｅ２（図
１０（ｂ））、振動が発散状態にあると考えられる場合
をｃａｓｅ３（図１０（ｃ））とする。それぞれの場合
で、ゲインを計算し次回のスキャン時にゲインの補正を
行なう。一例を図１１の表に示す。ここでは、比例ゲイ
ンのみを可変としたが、さらに許容速度を逸脱する位置
情報の周期を計算し、積分ゲイン、微分ゲインにフィー
ドバックすることも可能である。図１２に許容速度を逸
脱した地点の位置情報と速度偏差の最大地点の位置情報
のメモリを行なうフローチャートを示す。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
キャナ光学系の往動動作の加速制御を行なうとき、摺動
負荷の変動により加速のプロフィールが変動しても、ス
キャナ光学系の一定速度への加速制御が円滑に行なえ、
このためスキャナ光学系摺動負荷の変動によらず複写さ
れた画像の先端画像伸びなどのない良好なコピー結果が
えられる。また、スキャナ光学系の往動動作の加速制御
を行なうとき、加速時間の短縮ができ、コピースピード
の向上が図れる。また、加速、一定速度の安定した制御
が可能となり、加速から一定速度に移行するとき速度曲
線がなめらかとなり、スキャナ光学系の振動、しいて
は、画像の振動をなくする事ができる。さらにスキャナ
光学系の往動動作の加速制御を行なうとき、摺動負荷の
変動により一定速度範囲の速度が変動しても、次回のス
キャン時には、より一定速度に近づけようと繰り返しゲ
インの補正を行なうために、スキャナ光学系の速度が一
定速度になり、このためスキャナ光学系摺動負荷の変動
によらず複写された画像の伸び、振動などのない良好な
コピー結果がえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スキャナ光学系の制御回路の構成図である。

【図２】ＰＷＭ制御の波形例を示す図である。

【図３】モード３のタイミングチャートを示す図であ
る。

【図４】モード１のタイミングチャートを示す図であ
る。

【図５】最小のＥＣＰＴを得るための動作を示すフロー
チャートである。

【図６】スキャナが原稿最先端位置通過時までの最大ス
ピードの目標スピードに対する誤差に対応するＰＷＭ値
と各種ゲインを示す表である。

【図７】図６の値を求めるための計算動作を示すフロー
チャートである。

【図８】スキャナ光学系の往動作において加速制御時の
積分項を継続して一定速度制御域に入った場合の速度の
変化を示す速度−時間特性図である。

【図９】ＰＩＤ制御の内Ｐだけを用いた比例制御の制御
ブロック図と比例ゲインの大きさによる振動特性を示す
図である。

【図１０】ゲインの大きさによって異なるスキャナ光学
系の速度−時間特性図である。

【図１１】図１０に対応して次回のスキャン時に補正す
る新しいゲインを示す表である。

【図１２】許容速度を逸脱した地点の位置情報と速度偏
差の最大地点の位置情報のメモリを行うフローチャート
である。

【図１３】従来のスキャナ光学系の概略構成図である。

【図１４】図１３に示すスキャナ光学系の斜視図であ
る。

【図１５】スキャナ光学系の往復動作の加速制御につい
て示す速度−時間特性図である。

【図１６】スキャナ光学系の往動作の加速制御における
異る動作特性を示す図である。

【図１７】スキャナ光学系の往動作の速度−時間特性図
である。

【図１８】スキャナ光学系の往動作の速度−時間特性図
である。

【図１９】スキャナ光学系の往動作の加速制御による各
種振動特性を示す図である。

【符号の説明】

２スキャナ光学系１４搬送用直流モータ１６ＨＰセンサ２０マイクロコンピュータ２１プログラマブルインターバルタイマ２２エンコーダ２３，２５バッファ２４，２７発振器２６フリップフロップ２８，２９ゲート回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０６Ｔ 1/00 Ｇ０６Ｆ 15/64 ３２５ＦＨ０４Ｎ 1/04 １０５ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 27/50 G03G 15/04 G05B 11/36 G06T 1/00 H04N 1/04 105

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】往復動作が可能なスキャナ光学系と、上
記スキャナ光学系を搬送するためのスキャナ搬送モータ
と、上記スキャナ光学系の移動速度を検出するための移
動速度検出手段と、上記スキャナ光学系の移動距離を検
出するための移動距離検出手段とを有し、上記スキャナ
光学系の往動時、所定の位置までに所定のスキャン速度
に安定するよう、前記移動速度検出手段と、距離検出手
段によって得られた結果をモータに印加するパワーにフ
ィードバック制御する加速制御を行ない、基準位置に到
達したら一定速度で移動すべく制御を行なう一連のスキ
ャナ光学系往動制御において、移動距離検出手段によっ
て検知される、原稿先端位置または、原稿先端よりも前
のある一定の地点通過時までの、スキャナの最大スキャ
ナの速度を読み込み、該スキャン速度に応じて、次回の
往動スキャン時の加速制御値としてフィードバック制御
を行ない、加速時のフィードバック制御系のゲインを可
変とした事を特徴としたスキャナ光学系の制御方法。
【請求項２】前記加速時のフィードバック制御が、Ｐ
ＩＤ制御式で行なわれる事を特徴とした請求項１のスキ
ャナ光学系の加速制御方法。
【請求項３】往復動作が可能なスキャナ光学系と、上
記スキャナ光学系を搬送するためのスキャナ搬送モータ
と、上記スキャナ光学系の移動速度を検出するための移
動速度検出手段と、上記スキャナ光学系の移動距離を検
出するための移動距離検出手段とを有し、上記スキャナ
光学系の往動時、所定の位置までに所定のスキャン速度
に安定するよう、前記移動速度検出手段と、距離検出手
段によって得られた結果をモータに印加するパワーにフ
ィードバック制御する加速制御を行ない、基準位置に到
達したら一定速度で移動すべく制御を行なう一連のスキ
ャナ光学系往動制御で、ＰＩＤ制御式のうち、少なくと
も積分項（Ｉ）を用いる制御方式において、スキャナの
停止位置から原稿先端位置までの間の、ある任意の位置
までのＰＩＤの少なくとも一種類のゲインの値と、該位
置より以降の制御に使用される同種のゲインの値を異な
るものとすると共に、該位置において、それまでの積分
項の値をクリアする事を特徴としたスキャナ光学系の制
御方法。
【請求項４】往復動作が可能なスキャナ光学系と、上
記スキャナ光学系を搬送するためのスキャナ搬送モータ
と、上記スキャナ光学系の移動速度を検出するための移
動速度検出手段と、上記スキャナ光学系の移動距離を検
出するための移動距離検出手段とを有し、上記スキャナ
光学系の往動時、所定の位置までに所定のスキャン速度
に安定するよう、前記移動速度検出手段と、距離検出手
段によって得られた結果をモータに印加するパワーにフ
ィードバック制御する加速制御を行ない、基準位置に到
達したら一定速度で移動すべく制御を行なう一連のスキ
ャナ光学系往動制御において、移動距離検出手段によっ
て検知される、原稿先端位置以降から最大スキャン位置
までの間での、スキャナの速度と目標速度がある一定の
値を越えるか、下回る時の位置情報、または時刻を読み
込み、該位置情報または、時刻情報に応じて、次回の往
動スキャン時の一定速度時の制御値としてフィードバッ
ク制御を行ない、一定速度時のフィードバック制御系の
ゲインを可変とした事を特徴としたスキャナ光学系の制
御方法。
【請求項５】前記加速時のフィードバック制御が、Ｐ
ＩＤ制御式で行なわれる事を特徴とした請求項４のスキ
ャナ光学系の制御方法。