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Dokumentenidentifikation DE19643611A1 30.04.1998
Titel Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen
Anmelder Océ Printing Systems GmbH, 85586 Poing, DE
Erfinder Maeß, Volkhard, 85435 Erding, DE;
Winter, Hans, 80634 München, DE
Vertreter Schaumburg und Kollegen, 81679 München
DE-Anmeldedatum 22.10.1996
DE-Aktenzeichen 19643611
Offenlegungstag 30.04.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.04.1998
IPC-Hauptklasse G03G 13/00
IPC-Nebenklasse G03G 15/00   
Zusammenfassung Zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druckeinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen wird mittels kapazitiver Sensoren (S1, S2) gegen ein unbetonertes Trägermedium sowie gegen eine Tonermarke (4) gemessen. Aus den zwei Meßwerten wird die Schichtdicke dT bestimmt mit:
<formula>
wobei UDiff ein Differenzpotential ist, UT und UoT Spannungen sind, die gegen eine Tonermarke bzw. unbetonerte Fläche gemessen werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen.

In anschlaglosen Druck- und Kopiergeräten wird zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes Farbstoff oder Toner auf ein Trägermedium aufgebracht und gegebenenfalls auf diesem fixiert. Hierbei wird zwischen direkt und indirekt arbeitenden, anschlaglosen Druck- und Kopiergeräten unterschieden. Bei direkt arbeitenden Druck- und Kopiereinrichtungen, wie beispielsweise Tintenstrahl-Druckern, wird das Bild direkt auf einem Aufzeichnungsträger erzeugt. Bei indirekt arbeitenden Druck- und Kopiereinrichtungen, wie beispielsweise bei den meisten elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen, wird ein Tonerbild zunächst auf einem Bilderzeugungsmedium, wie beispielsweise einem Fotoleiter, erzeugt, anschließend auf einen Aufzeichnungsträger übertragen und auf diesem fixiert.

Eine erzielbare Druckqualität hängt insbesondere von dem Einfärbungsgrad eines Druck- bzw. Tonerbildes, und somit von der Menge des auf einen Aufzeichnungsträger übertragenen Farbstoffs bzw. Toners ab. Ferner muß beispielsweise bei Vollflächen, gerasterten Halbtonflächen, Linien, Zeichen u. ä. der Einfärbungsgrad des Druckbildes in bestimmten Grenzen gehalten werden. Daher muß zuerst der Einfärbungsgrad eines Druck- bzw. Tonerbildes gemessen und anschließend mit Hilfe eines Regelsystems entsprechend dem Meßergebnis die aufzubringende Farbstoff- bzw. Tonermenge eingestellt werden. Entsprechend den Anforderungen an die Druckqualität kann der Regelvorgang auch in bestimmten zeitlichen Abständen wiederholt werden.

Zum Bestimmen bzw. Messen des Einfärbungsgrades von Druck- bzw. Tonerbildern werden beispielsweise Flächenbereiche gezielt eingefärbt, die als Druck- oder Tonermarken bezeichnet werden.

Ein Bestimmen bzw. Messen des Einfärbungsgrades von Druck- oder Tonermarken kann direkt auf einem Aufzeichnungsträger und/oder einem Bilderzeugungsmedium, wie beispielsweise einer Fotoleitertrommel, vorgenommen werden.

Bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen wird beispielsweise von einem Zweikomponenten-Entwickler, d. h. einem Entwicklergemisch aus Träger und Toner, der Toner von einer Entwicklerstation aus an den Fotoleiter übertragen. Hierbei wird in Abhängigkeit von dem eingesetzten Verfahren aus dem Zweikomponenten-Entwickler der Toner von belichteten oder nicht-belichteten Bereichen auf dem Fotoleiter angezogen. Die Menge Toner, die an dem Fotoleiter angezogen wird, ist hierbei unter anderem von dem Mischungsverhältnis der beiden Komponenten des Zweikomponenten-Entwicklers und einer an den Fotoleiter angelegten Bias-Spannung abhängig.

Zur Erzielung einer geforderten Druckqualität muß die auf den Fotoleiter aufgebrachte Tonermenge und damit die Einfärbung eines Druck- oder Tonerbildes genau in vorgegebenen Grenzen gehalten werden, da beispielsweise eine schwarz einzufärbende Fläche nur tiefschwarz erscheint, wenn ausreichend Toner aufgebracht wird. Andererseits darf beispielsweise bei dünnen, dicht nebeneinander liegenden Linien nicht zuviel Toner aufgetragen werden, da sonst die Linien ineinander verlaufen.

Ferner ist es aus ökonomischen sowie ökologischen Gründen auch bei einer einzufärbenden Fläche nicht sinnvoll bzw. vertretbar, mehr Toner auf den Fotoleiter als unbedingt notwendig aufzutragen oder anders ausgedrückt, es soll möglichst nur immer soviel Toner aufgebracht werden, wie für den jeweils gewünschten Einfärbungsgrad benötigt wird.

Zum Messen des Einfärbungsgrades von Druck- oder Tonerbildern in Form von Tonermarken sind optoelektrisch arbeitende Sensorsysteme bekannt. Bei Verwenden solcher Sensorsysteme wird eine Tonermarke mit Testlicht, beispielsweise mit sichtbarem oder infrarotem Licht, bestrahlt. Aufgrund unterschiedlicher Reflexions- und Absorptionseigenschaften von Tonermarken, welche von der Tonermenge auf der Tonermarke abhängen, bzw. eines Toner tragenden Mediums wird mittels eines optoelektrischen Sensorsystems die Intensität des reflektierten bzw. transmittierten Licht gemessen und daraus der Einfärbungsgrad bestimmt.

Das reflektierte bzw. transmittierte Licht wird mit Hilfe eines Fotoempfängers, beispielsweise eines Fotowiderstands, einer Fotodiode oder eines Fototransistors in ein elektrisches Signal umgesetzt. Mit Hilfe dieses elektrischen Meßsignals wird die an den Fotoleiter zu übertragende Tonermenge beispielsweise durch Ändern des Mischungsverhältnisses der zwei Komponenten eines Entwicklergemisches neu eingestellt.

Optoelektrisch arbeitende Sensorsysteme, die zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von Tonermarken verwendet werden, weisen insbesondere den Nachteil auf, daß durch die optischen Eigenschaften des Toner tragenden Mediums die Intensität des reflektierten Lichts und damit das von dem optoelektrischen Sensorsystem erzeugte elektrische Signal beeinflußt wird. Wird beispielsweise der Einfärbungsgrad direkt auf einem Aufzeichnungsträger gemessen, so können bereits bei Verwenden verschiedener Papierarten Druckbild-Fehlanpassungen auftreten. Ähnliche Druckbild-Fehlanpassungen können beispielsweise durch Schwankungen in den Fotoleiter-Chargen auftreten.

Nachteilig ist außerdem, daß bei zunehmender Betonerung von Vollflächen-Tonermarken die reflektierte bzw. transmittierte Lichtmenge nur so lange abnimmt, bis sämtliche Flächenelemente der Tonermarke einmal lückenlos mit Toner bedeckt sind. Eine danach weiter zunehmende, mehrlagige Belegung der Tonermarke führt bei vollständig absorbierendem Tonermaterial nicht mehr zu Veränderungen der reflektierten/absorbierten Lichtmenge und damit des elektrischen Signals und kann deshalb mit optoelektrischen Sensoren nicht erkannt werden.

Mit Hilfe eines optoelektrisch arbeitenden Sensorsystems läßt sich somit nicht feststellen, wie viele Tonerschichten oder -lagen auf einer Tonermarke übereinander liegen. Da eine schwarze Fläche bereits bei durchschnittlich 1,5 bis 2 Tonerschichten erzielt wird, führt jeder zusätzlich aufgebrachte Toner zu unnötig hohem Tonerverbrauch; dies läßt sich jedoch mittels eines optoelektrischen Sensorsystems nicht mehr feststellen.

Ein weiterer Nachteil von optoelektrischen Sensorsystemen besteht darin, daß unterschiedliche Tonerfabrikate bzw. verschiedenfarbige Toner auch unterschiedliche Reflexions- und Absorptionseigenschaften haben. Daher ist ein optoelektrischer Sensor an den jeweils verwendeten Toner bzw. jeden farbigen Toner speziell anzupassen, was sehr kostenintensiv sein kann. Im Extremfall können optoelektrische Sensorsysteme bei bestimmten Farbtonern überhaupt nicht eingesetzt werden.

Bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen, in welchen zur Bilderzeugung Licht verwendet wird, kann der Einsatz optoelektrisch arbeitender Sensorsysteme zum Feststellen von Tonermarken zu unerwünschten Wechselwirkungen des verwendeten Testlichts mit dem lichtempfindlichen Bilderzeugungsmedium führen. Durch solche Wechselwirkungen kann einerseits die Druckqualität beeinträchtigt und andererseits die Lebensdauer des lichtempfindlichen Bilderzeugungsmediums verkürzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen dahingehend zu verbessern, daß das Aufbringen von Toner so geregelt wird, daß der Einfärbungsgrad eines Tonerbildes in einem vorgegebenen engen Toleranzbereich gehalten wird, um dadurch die Bildqualität zu verbessern und gleichzeitig den Tonerverbrauch zu optimieren.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch die Merkmale in Anspruch 1, 2 oder 3 gelöst. Ferner ist dies gemäß der Erfindung mit einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen werden mittels eines Sensors, in anderen Ausführungsformen vorzugsweise mittels zwei Sensoren, gegen eine auf einem Trägermedium aufgebrachte Tonermarke sowie auch gegen ein unbetonertes Trägermedium gemessen. Um diese Meßwerte zu erhalten, sind gemäß der Erfindung als Sensoren vorzugsweise kapazitive Sensoren verwendet, die üblicherweise als Abstandssensoren bezeichnet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist von der Erkenntnis ausgegangen, daß der Einfärbungsgrad einer gleichmäßig betonerten bzw. gleichmäßig gerastert betonerten Fläche in einer festen, vorgegebenen Abhängigkeit zur mittleren integralen Tonerschichtdicke steht. Die mittels eines erfindungsgemäßen kapazitiven Sensors gemessene Tonerschichtdicke ist somit ein Maß für den Einfärbungsgrad der betonerten Flächenbereiche.

Das Verwenden von solchen Abstandssensoren gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da bei kapazitiven Sensoren kein Testlicht erforderlich ist; somit treten einerseits keine Wechselwirkungen mit dem lichtempfindlichen Bilderzeugungsmedium auf, und andererseits ist es nicht erforderlich, den Sensor unterschiedlichen Tonerfarben oder Papiersorten anzupassen. Vielmehr läßt sich mit Hilfe eines kapazitiven Sensors gemäß der Erfindung die Schichtdicke des Toners unabhängig von Tonerart oder Tonerfarbe oder auch unabhängig von einem Toner tragenden Medium, wie beispielsweise einem Fotoleiter oder einer Papiersorte, bestimmen.

Bei Benutzen eines kapazitiven Sensors bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen wird vorzugsweise der leitfähige Untergrund eines Fotoleiters unter dessen fotoempfindlichen Schicht als eine der beiden Kondensatorplatten verwendet.

Gemäß einer vorteilhaften ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen wird vorzugsweise mittels eines kapazitiven Sensors gegen eine auf einem Trägermedium vorgesehene Tonermarke gemessen und zum Bestimmen des Einfärbungsgrades eine Schichtdicke dT gemäß der nachstehenden Gleichung (1) bestimmt:





Hierbei sind mit UT eine Spannung, die mittels des Sensors gegen die Tonermarke gemessen wurde, mit K eine geometrie- und ladungsabhängige Sensorkonstante, mit dP die Dicke einer fotoelektrischen Schicht, mit d der Abstand des Sensors von der fotoempfindlichen Schicht, mit εT die Dielektrizitätskonstante der Tonermarke, mit εM die Dielektrizitätskonstante des Mediums der Umgebung, und mit εP die Dielektrizitätskonstante der fotoempfindlichen Schicht bezeichnet.

Gemäß vorteilhaften zweiten und dritten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels des Sensors gegen das unbetonerte Trägermedium und mittels desselben Sensors gegen eine auf ein Trägermedium aufgebrachte Tonermarke gemessen oder die beiden Meßvorgänge werden mit Hilfe von zwei Sensoren durchgeführt. Anschließend werden sowohl bei beiden vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens die erhaltenen beiden Meßwerte miteinander verglichen.

Gemäß einer modifizierten Weiterbildung sowohl der zweiten als auch der dritten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Vergleichen der beiden erhaltenen Meßwerte dahingehend spezifiziert, daß zum Bestimmen des Einfärbungsgrades die Schichtdicke dT der Tonermarke mittels eines Differenzpotentials UDiff, welches die Differenz einer Spannung UT bei Messen gegen eine Tonermarke und einer Spannung UoT bei Messen gegen einen unbetonerten Bereich eines Trägermediums ist, mit Hilfe der nachstehenden Gl. (2) bestimmt wird:





Hierbei sind mit K eine geometrie- und ladungsabhängige Sensorkonstante, mit εT die Dielektrizitätskonstante der Tonermarke und mit εM die Dielektrizitätskonstante des Mediums bezeichnet.

Wenn die Spannungen UT und UoT nacheinander mit nur einem Sensor gemessen werden, wird der Sensor hierzu jeweils in solche Positionen gebracht, daß in einer ersten Position die Spannung UoT gegen den unbetonerten Bereich des Trägermediums gemessen wird, während in einer zweiten Position die Spannung UT gegen die auf einem Trägermedium aufgebrachte Tonermarke gemessen wird. Wenn die beiden Spannungen UT und UoT nacheinander mittels desselben Sensors gemessen werden, wird vorzugsweise der in entsprechenden Zeitabständen gegen das unbetonerte Trägermedium gemessene Spannungswert in einem Speicher abgelegt und aus diesem zur Bildung des Differenzpotentials UDiff abgerufen.

Gemäß noch einer weiteren modifizierten Ausbildung der dritten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zuerst beispielsweise mittels des ersten Sensors und anschließend mittels des zweiten Sensors jeweils sowohl gegen das unbetonerte Trägermedium als auch gegen die auf dem Trägermedium aufgebrachte Tonermarke gemessen. Hierbei sind die beiden Sensoren in der Transportrichtung des Trägermediums hintereinander angeordnet und messen zeitversetzt die gleichen betonerten oder nicht betonerten Oberflächenelemente des Trägermediums.

Zur Bestimmung des Einfärbungsgrades aus den beiden erhaltenen Meßwerten wird dann die Schichtdicke dT gemäß der vorstehend wiedergegebenen Gleichung bestimmt, mit dem Unterschied, daß das Differenzpotential UDiff durch ein Potential U'Diff gemäß der nachstehenden Gleichung ersetzt wird:





wobei ≙, ≙ Spannungen sind, die jeweils mittels des ersten Sensors gegen die Tonermarke bzw. gegen die unbetonerte Fläche gemessen werden und ≙ sowie ≙ Spannungen sind, die jeweils mittels des zweiten Sensors gegen die Tonermarke bzw. die unbetonerte Fläche gemessen werden.

Gemäß noch einer anderen modifizierten Ausbildung der zweiten oder dritten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wer den ausgehend von einer (beispielsweise mit Hilfe einer Lichtschranke) festgelegten Ausgangsposition eines unbetonerten Trägermediums mittels eines Sensors an einer Vielzahl von Meßpunkten die jeweils, dort vorhandenen Spannungen UoT gegen das unbetonerte Trägermedium gemessen; die auf diese Weise erhaltenen Spannungswerte werden in einem Speicher abgelegt. Anschließend werden bezüglich derselben Ausgangsposition bei einem Teil der Vielzahl Meßpunkte auf dem unbetonerten Bereich die jeweiligen Spannungen gegen betonerte Bereiche (beispielsweise in Form von Tonermarken) gemessen. Schließlich wird analog den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten zur Bestimmung des Einfärbungsgrades aus den erhaltenen Meßwerten eine Schichtdicke dT nach Gl. (2) oder (2') bestimmt.

Bei Verwenden der zuletzt beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Spannungen UoT und UT vorzugsweise mit zwei separaten, jedoch baugleichen Sensoren gemessen werden, können Meßfehler ausgeschlossen werden, die beispielsweise bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen auftreten würden, in denen eine Fotoleitertrommel eingesetzt ist, deren Achse keinen einwandfreien Rundlauf aufweist. Gleichzeitig sind dadurch auch Meßfehler eliminiert, die bei einer Fotoleitertrommel mit Höhenschlag entstehen würden.

Bei Vorsehen von zwei baugleichen Sensoren sind diese gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fest miteinander verbunden. Hierbei können die beiden fest miteinander verbundenen, baugleichen Sensoren senkrecht zur Transportrichtung eines Trägermediums bzw. senkrecht zur Drehrichtung einer Fotoleitertrommel nebeneinander oder in der Transportrichtung des Trägermediums bzw. der Drehrichtung der Fotoleitertrommel auch hintereinander angeordnet sein.

Sobald zwei baugleiche Sensoren fest miteinander verbunden sind, wirken sich auch Störungen, beispielsweise aufgrund von Erschütterungen nicht auf die Meßergebnisse aus. Wenn die beiden fest miteinander verbundenen Sensoren in Transportrichtung bzw. in Fotoleiter-Drehrichtung hintereinander angeordnet sind, waren die Meßergebnisse auch dann nicht verfälscht, wenn die fiktive Achse einer Fotoleitertrommel nicht mit der tatsächlichen Achse der Fotoleitertrommel zusammenfällt.

Des weiteren sind beliebige Kombinationen der beiden vorstehenden Anordnungsmöglichkeiten der Sensoren denkbar.

In Abhängigkeit von dem zu erzeugenden Druckbild werden in Verbindung mit der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise Vollflächen- oder Raster-Tonermarken verwendet. Ferner ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl die auf einer Tonermarke befindliche maximale, minimale oder integrale Schichtdicke bestimmbar.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren werden somit die Messungen weder durch Art oder Farbe des Toners noch durch optische Eigenschaften des Toner tragenden Mediums beeinflußt bzw. verfälscht. Da die Schichtdicke und hieraus auch in etwa die Anzahl Schichten bestimmbar ist, kann die Schichtdicke, die beispielsweise zum Einfärben einer schwarzen Fläche 1,5 bis 2- lagig sein sollte, entsprechend optimiert werden. Dadurch kann der Tonerverbrauch bei gleichzeitig optimierter Druckqualität gesenkt werden, was sowohl unter ökonomischen als auch ökologischen Gesichtspunkten sehr vorteilhaft ist.

Bei Anwenden der erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich auch die Qualität beim Vollfarbendruck wesentlich verbessern, da beispielsweise erforderliche Tonerschichtdicken farbabhängig eingestellt werden können.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a einen prinzipiellen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung für einen Einsatz bei den erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 1b ein Ersatzschaltbild des in Fig. 1a dargestellten Aufbaus;

Fig. 2a und 2b jeweils Graphen von Spannungsverläufen bei Verwenden einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung bei einer Fotoleitertrommel mit Höhenschlag, und zwar Fig. 2a einen Spannungsverlauf bei Messen gegen einen unbetonerten Bereich und Fig. 2b einen Spannungsverlauf bei Messen gegen einen betonerten Bereich der Fotoleitertrommel mit Höhenschlag;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung bei Vorsehen von zwei senkrecht zur Transportrichtung eines Trägermediums nebeneinander angeordneten Sensoren, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Aufbaus noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Vorsehen von zwei in der Transportrichtung eines Aufzeichnungsmediums hintereinander angeordneten Sensoren.

Fig. 1a zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung, in welcher ein Sensor S mit einer Halterung 1 fest verbunden ist. Der Sensor S ist in einem Abstand d von der Oberfläche einer fotoempfindlichen Schicht 2 angeordnet, die beispielsweise auf einer Fotoleitertrommel vorgesehen ist. Unterhalb der fotoleitfähigen Schicht 2 befindet sich ein leitfähiger, vorzugsweise metallischer Untergrund 3, beispielsweise die Fotoleitertrommel.

Wie Fig. 1a zu entnehmen ist, weist die fotoempfindliche Schicht eine Dicke dP auf. Ferner ist Fig. 1a gegenüber dem Sensor S auf der fotoempfindlichen Schicht 2 eine Tonermarke 4 mit einer die Dicke dT vorgesehen.

Im folgenden wird anhand von Fig. 1b, die ein Ersatzschaltbild des in Fig. 1a dargestellten Aufbaus zeigt, das Bestimmen der Dicke dT der Tonermarke 4 erläutert. Der in dem Ersatzschaltbild oberste Kondensator mit einer Kapazität CM entspricht in Fig. 1a dem Bereich zwischen dem Sensor S und der Tonermarke 4. Der hellgraue mittlere Kondensator mit einer Kapazität CT entspricht der Tonermarke 4 und der dunkelgrau wiedergegebene Kondensator mit einer Kapazität CP entspricht der fotoempfindlichen Schicht 2.

Die Gesamtkapazität C des Ersatzschaltbildes bzw. der in Fig. 1a dargestellten Anordnung läßt sich somit nach Gleichung Gl. 1a berechnen.





Durch Einsetzen der vorstehend definierten Abstände d, dT und dP und der entsprechenden Dielektrizitätskonstanten εM, εt und εP, und zwar εM des Mediums zwischen Sensor S und Tonermarke 4, εT der Tonermarke 4 und εP der fotoempfindlichen Schicht, sowie durch Einführen einer geometrie- und ladungsabhängigen Sensorkonstante K läßt sich die mittels des Sensors gemessene Spannung UT gegen die Tonermarke 4 durch Gl. 1b darstellen als:





Entsprechend läßt sich die mittels des Sensors gemessene Spannung UoT gegen eine nicht-betonerte Oberfläche, d. h. eine Oberfläche ohne Toner (oT) durch Gl. 1c darstellen als:





Durch Umformen der Gl. 1b und Einsetzen in Gl. 1c läßt sich die Schichtdicke dT der Tonermarke 4 durch Gl. (1) folgendermaßen darstellen:





Liegen beim Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung die beiden Spannungswerte UT und UoT vor, so läßt sich mit Hilfe des Differenzpotentials UDiff aus den beiden Spannungen UT und UoT d. h. UDiff = UT - UoT aus den Gl'en. 1b und 1c die Schichtdicke dT der Tonermarke 4 nach der erheblich einfacheren Gl. 2 berechnen als:





Fig. 2a und 2b zeigen schematische Spannungsverläufe, die bei Verwendung eines kapazitiven Sensors bzw. von kapazitiven Sensoren bezüglich einer Fotoleitertrommel mit Höhenschlag gemessen werden. Hierbei sind in den Graphen der Fig. 2a und 2b auf der Ordinate eine Spannung U und auf der Abszisse die Zeit aufgetragen.

Die sinusförmige Linie in Fig. 2a gibt einen Spannungsverlauf UoT wieder, den ein Sensor mißt, wenn die Messung direkt gegen eine unbetonerte Fotoleitertrommel erfolgt. Dagegen zeigt Fig. 2b zusätzlich noch einen Spannungsverlauf UoT, der dem in Fig. 2a dargestellten überlagert ist. Der Spannungsverlauf in Fig. 2b wird erhalten, wenn die Messung gegen einen betonerten Bereich der Fotoleitertrommel, vorzugsweise gegen eine Tonermarke 4 (siehe Fig. 1a) erfolgt.

Da der Höhenschlag der Fotoleitertrommel eine zyklische, sich wiederholende Abstandsänderung zwischen dem Sensor und der Fotoleitertrommel bewirkt, kann eine elektronische Meßwertspeicherung vorgenommen werden. Mit Hilfe der gemessenen Spannungen UoT und UT läßt sich dann die Schichtdicke dT der Tonermarke 4 eindeutig bestimmen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung. In Fig. 3 sind zwei Sensoren S1 und S2 vorzugsweise fest miteinander verbunden und senkrecht zur Drehrichtung der Fotoleitertrommel 3 nebeneinander angeordnet. Hierbei verläuft die Drehrichtung in der schematischen Darstellung der Fig. 3 auf den Betrachter der Fig. 3 zu, was unter der Fotoleitertrommel 3 durch einen in einem Kreis vorgesehenen Punkt angedeutet ist, durch welchen die Spitze eines die Drehrichtung angebenden Pfeils a angezeigt ist.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, ist der Sensor S1 gegenüber einem unbetonerten Bereich eines Trägermediums in Form der fotoleitenden Schicht 2 angeordnet, während der zweite Sensor S2 gegenüber einer Tonermarke 4 angeordnet ist. Die mittels der Sensoren S1 und S2 gemessenen Spannungsverläufe D1 bzw. D2, welche den Spannungsverläufen der Fig. 2a und 2b entsprechen, werden an die beiden Eingänge eines Differenzgliedes 5 angelegt. Am Ausgang des Differenzglieds 5 ist dann der zeitliche Verlauf der Spannung UDiff wiedergegeben, welcher gemäß Gl. (2) betragsmäßig proportional der zu bestimmenden Schichtdicke dT ist.

In Fig. 4 ist eine weitere schematische Darstellung eines Aufbaus einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergegeben, bei welcher im Unterschied zu dem Aufbau in Fig. 3 die beiden, vorzugsweise ebenfalls wieder fest miteinander verbundenen Sensoren S1 und S2 in der Transportrichtung eines Trägermediums bzw. in der Drehrichtung der Fotoleitertrommel 3 hintereinander angeordnet sind. Hierbei ist die Drehrichtung durch den unter der Fotoleitertrommel 3 eingetragenen, nach rechts weisenden Pfeil a angezeigt.

Die mittels der beiden in Fig. 4 hintereinander angeordneten Sensoren S1 und S2 erhaltenen Spannungsverläufe D'1 und D'2 entsprechen dem in Fig. 2b dargestellten Spannungsverlauf, bei welchem der sinusförmigen Spannung UoT die gegen die Tonermarke gemessene Spannung UT überlagert ist. Wie durch die gestrichelten Linien zwischen den beiden Diagrammen D'1 und D'2 verdeutlicht ist, sind die beiden der sinusförmigen Spannung UoT überlagerten Spannungswerte UT zeitlich gegeneinander versetzt.

Bei der durch den Pfeil a in Fig. 4 angedeuteten Drehrichtung der Fotoleitertrommel 3 liegt die mittels des Sensors S1 gemessene Spannung UT vor der mittels des Sensors S2 gemessenen, gleich großen Spannung UT.

In Fig. 4 sind jedoch die Abstände der Spannungswerte UT sehr stark verzerrt wiedergegeben. Wie stark die Verzerrung wirklich ist, kann daraus ersehen werden, daß beispielsweise eine auf der Fotoleitertrommel aufgebrachte Tonermarke 4 ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 3 mm ist, während der Umfang einer Fotoleitertrommel durchaus beispielsweise 750 mm betragen kann. In den Diagrammen D'1 bzw. D'2 entspricht somit der sinusförmige Verlauf einer vollständigen Sinuskurve einer einzigen Umdrehung einer Fotoleitertrommel beispielsweise mit dem vorstehend angegebenen Trommelumfang von 750 mm.

Analog der Anordnung in Fig. 3 werden auch in Fig. 4 die durch die Sensoren S1 und S2 erhaltenen Spannungsverläufe D'1 und D'2 an das Differenzglied 5 angelegt. Der Spannungsverlauf D'3 entspricht der Differenzbildung der Spannungsverläufe D'1 und D'2, wobei die nach oben bzw. unten weisenden Peaks die Spannungswerte



und


darstellen.

Mit Hilfe von zwei Sensoren S1 und S2, welche in der Transportrichtung eines Trägermediums bzw. in der Drehrichtung einer Fotoleitertrommel hintereinander angeordnet sind, oder welche senkrecht zu der Transportrichtung des Trägermediums bzw. senkrecht zur Drehrichtung der Trommel nebeneinander an geordnet sind, kann, wie vorstehend im einzelnen dargelegt ist, ein Höhenschlag der Fotoleitertrommel vollständig ausgeglichen werden. Auf die Kopier- und Druckeinrichtung einwirkende Erschütterungen haben jedoch auf eine Messung nur dann keinen Einfluß, wenn die beiden Sensoren S1 und S2 fest miteinander verbunden sind, da sich dann die Erschütterungen auf beide Sensoren in gleicher Weise auswirken und dadurch keine Meßfehler entstehen.

Wenn jedoch eine fiktive Achse einer Fotoleitertrommel mit dem tatsächlichen Achsenverlauf einen Winkel einschließt, wirkt sich dieses Nicht-Fluchten der fiktiven und der tatsächlichen Achse durch fest miteinander verbundene Sensoren S1 und S2 nur nicht dann aus, wenn die Sensoren bezüglich der Drehrichtung der Fotoleitertrommel hintereinander angeordnet sind.

Zusätzlich können auch Temperaturschwankungen durch das Verwenden von zwei Sensoren ausgeglichen werden, da beide Sensoren gleich stark beeinflußt werden, wenn sie nur in geringem Abstand voneinander angeordnet bzw. sogar fest miteinander verbunden sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen, bei welchem
    1. a) mittels eines Sensors (S) gegen eine auf einem Trägermedium aufgebrachte Tonermarke (4) gemessen wird, und
    2. b) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades eine Schichtdicke dT der Tonermarke gemäß nachstehender Gl. (1) bestimmt wird:





      wobei

      UT eine Spannung ist, die mittels des Sensors (S) gegen die Tonermarke (4) gemessen wird,

      K eine geometrie- und ladungsabhängige Sensorkonstante,

      dP die Dicke einer fotoempfindlichen Schicht (2),

      d der Abstand des Sensors (S) von der fotoempfindlichen Schicht (2),

      εT die Dielektrizitätskonstante der Tonermarke (4),

      εM die Dielektrizitätskonstante des Mediums der Umgebung, und

      εP die Dielektrizitätskonstante der fotoempfindlichen Schicht (2) sind.
  2. 2. Verfahren zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen, bei welchem
    1. a1) mittels eines Sensors (S) gegen das unbetonerte Trägermedium gemessen wird,
    2. a2) mittels desselben Sensors (S) gegen eine auf einem Trägermedium aufgebrachte Tonermarke (4) gemessen wird, und
    3. b1) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades die erhaltenen zwei Meßwerte miteinander verglichen werden.
  3. 3. Verfahren zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen, bei welchem
    1. a1') mittels eines ersten Sensors (S1) gegen ein unbetonertes Trägermedium gemessen wird,
    2. a2') mittels eines zweiten Sensors (S2) gegen eine auf das Trägermedium aufgebrachte Tonermarke (4) gemessen wird, und
    3. b1) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades die erhaltenen zwei Meßwerte miteinander verglichen werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem nach den Schritten

    a1) und a2) oder a1') und a2')
    1. b2) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades aus den erhaltenen zwei Meßwerten eine Schichtdicke dT gemäß nachstehender Gl. (2) bestimmt wird:





      mit

      UDiff = |UT - UoT|

      wobei

      UDiff ein Differenzpotential ist,

      UT eine Spannung ist, die mittels des Sensors (S) oder des zweiten Sensors (S2) gegen die Tonermarke (4) gemessen wird,

      UoT eine Spannung ist, die mittels des Sensors (S) oder des ersten Sensors (S1) gegen eine unbetonerte Fläche gemessen wird,

      K eine geometrie- und ladungsabhängige Sensorkonstante ist,

      εT die Dielektrizitätskonstante der Tonermarke (4) ist, und

      εM die Dielektrizitätskonstante des Mediums der Umgebung ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem anstelle der Schritte a1') und a2')
    1. a3) mittels des ersten Sensors sowohl gegen das unbetonerte Trägermedium als auch gegen die auf dem Trägermedium aufgebrachte Tonermarke gemessen wird;
    2. a4) mittels eines zweiten Sensors sowohl gegen das unbetonerte Trägermedium als auch gegen die auf dem Trägermedium aufgebrachte Tonermarke gemessen wird, und
    3. b3) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades aus den erhaltenen zwei Meßwerten eine Schichtdicke dT gemäß nachstehender Gl. (2') bestimmt wird:





      mit





      wobei

      U'Diff ein Differenzpotential ist,





      eine Spannung ist, die mittels des ersten Sensors (S1) gegen die Tonermarke gemessen wird,





      eine Spannung ist, die mittels des ersten Sensors (S1) gegen die unbetonerte Fläche gemessen wird,





      eine Spannung ist, die mittels des zweiten Sensors (S2) gegen die Tonermarke gemessen wird,





      eine Spannung ist, die mittels des zweiten Sensors (S2) gegen die unbetonerte Fläche gemessen wird,

      K eine geometrie- und ladungsabhängige Sensorkonstante ist,

      εT die Dielektrizitätskonstante der Tonermarke ist, und

      εM die Dielektrizitätskonstante des Mediums der Umgebung ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Schritte a1) und a2) oder a'1) und a'2)
    1. a4) ausgehend von einer definierten Ausgangsposition eines unbetonerten Trägermediums mittels eines Sensors (2) an einer Vielzahl von Meßpunkten die jeweiligen Spannungen UoT gemessen und die erhaltenen Spannungswerte in einem Speicher abgelegt werden;
    2. a6) anschließend bezogen auf dieselbe Ausgangsposition des Trägermediums bezüglich eines Teils der Vielzahl Meßpunkte auf dem unbetonerten Trägermedium die jeweilige Spannungen (UT) gegen betonerte Bereiche (Tonermarken) gemessen werden, und
    3. b4) zum Bestimmen des Einfärbungsgrades aus den erhaltenen Meßwerten eine Schichtdicke dT gemäß Gl. (2) oder (2') bestimmt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welchem die Schritte a1') und a2') mittels zwei Sensoren gleichzeitig durchgeführt werden.
  8. 8. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (S) oder Sensoren (S1, S2) kapazitive Sensoren und eine Verarbeitungseinheit vorgesehen sind.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensorplatte jedes kapazitiven Sensors (S, S1, S2) durch einen leitfähigen Untergrund gebildet ist.
  10. 10. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Sensoren senkrecht zur Transportrichtung des Trägermediums nebeneinander angeordnet sind und eine Verarbeitungseinheit vorgesehen ist.
  11. 11. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Sensoren in der Transportrichtung des Trägermediums hintereinander angeordnet sind und eine Verarbeitungseinheit vorgesehen ist.
  12. 12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Sensoren fest miteinander verbunden sind.
  13. 13. Mittel zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Tonermarke eine Vollflächen-Tonermarke vorgesehen ist.
  14. 14. Mittel zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Tonermarke eine Raster-Tonermarke vorgesehen ist.
  15. 15. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem als Trägermaterial ein Aufzeichnungsträger vorgesehen ist.
  16. 16. Mittel zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem als Trägermaterial ein Bilderzeugungsmedium vorgesehen ist.
  17. 17. Verwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Bestimmen einer maximalen Schichtdicke.
  18. 18. Verwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Bestimmen einer minimalen Schichtdicke.
  19. 19. Verwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Bestimmen einer integralen Schichtdicke.






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