Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Druckers oder Kopierers, bei dem in einer Bildsteuerung Markendaten für Tonermarken für einen Zeichengenerator bereitgehalten werden und bei dem der Zeichengenerator auf einem Zwischenträger entsprechend den Markendaten ein latentes Bild erzeugt, das im weiteren Verlauf mit Tonermaterial eingefärbt wird, wobei Tonermarken auf dem Zwischenträger erzeugt werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Druckers oder Kopierers unter Verwendung eines optischen Reflexsensors sowie eine Einrichtung hierzu.
Um ein Druckbild mit gleichbleibender Einfärbung auf einem Druckträger, z.B. Papier, zu drucken, ist eine permanente Überwachung und Regelung des elektrofotografischen oder elektromagnetischen Prozesses notwendig. Für diese Überwachung und Regelung werden unterschiedliche, den jeweiligen Prozessen angepaßte Tonermarken auf den Zwischenträger, das z.B. ein organisches Fotoleiterband, auch OPC-Band (OPC organic photoconductor) genannt, ist, oder auf ein Transferband aufgebracht; diese Tonermarken werden mithilfe von Sensoren abgetastet und deren Ergebnisse zum Steuern des Druckprozesses verwendet. Beispielsweise kann die Schwärzung der Tonermarke mithilfe eines Reflexsensors gemessen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Tonerschichtdicke mithilfe eines kapazitiven Schichtdickensensors zu erfassen. Eine andere Methode verwendet die elektrische Tonerladung, wobei das Ladungspotential mithilfe eines Potentialsensors gemessen wird. Es besteht bei dieser Vorgehensweise das Problem, unterschiedliche Marken unabhängig vom zu druckenden Druckbild und unabhängig von einer zeitlichen Steuerung auf den Zwischenträger aufzubringen und diese Tonetmarken mit der Auswertung durch den oder die Sensoren zu synchronisieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung bereitzustellen, mit dessen Hilfe auch bei unterschiedlichen Druckprozessen auf einfache weise eine Steuerung der Druckprozesse unter Auswertung der Tonermarken durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zum Steuern eines Druckers oder Kopierers dadurch gelöst, daß in einer Bildsteuerung Markendaten für Tonermarken für einen Zeichengenerator bereitgehalten werden, der Zeichengenerator auf einem Zwischenträger entsprechend den Markendaten ein latentes Bild erzeugt, das im weiteren Verlauf mit Tonermaterial eingefärbt wird, in der Bildsteuerung eine Vielzahl von Marken zu einem zusammenhängenden Markenband zusammengefaßt werden, wobei jede Marke innerhalb des Markenbandes auf den Zwischenträger eine örtlich definierte Position hat, und daß die eingefärbten Tonermarken des Markenbandes durch mindestens einen Sensor abgetastet werden, dessen Signal zum Steuern des Druckprozesses verwendet wird.
Gemäß der Erfindung sind in einem Markenband eine Vielzahl von Marken, die für die unterschiedlichen elektrofotografischen oder elektromagnetischen Druckprozesse benötigt werden, abgelegt. Demgemäß muß lediglich ein oder mehrere Markenbänder für die verschiedenen elektrofotografischen oder elektromagnetischen Prozesse eines Gerätetyps aufgerufen und der Zeichengenerator entsprechend angesteuert werden, um die erforderlichen Tonermarken zu drucken. Auf diese Weise ist der technische Aufwand minimiert und die Hantierung mit Tonermarken vereinheitlicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Auswertung der Tonermarken mithilfe eines Sensorsystems. Wie weiter oben bereits angesprochen, ist bei einem Druckprozess in einem elektrofotografischen oder elektromagnetischen Drucker oder Kopierer die mithilfe von Toner erzielte Farbdichte eingefärbter Flächen von einer Vielzahl von Prozeßparametern abhängig. Ein wesentlicher Einfluß geht von der während der Bildentwicklung auf dem Zwischenträger, z.B. dem Fotoleiter, erreichten Dicke des Tonerbelags aus, die selbst wiederum von mehreren weiteren Prozeßparametern abhängen kann, wie z.B. der spezifischen Oberflächenladung des Toners oder der Potentialdifferenz zwischen der Fotoleiter-Oberfläche und der Oberfläche eines Donor-Elements. Für ein qualitativ hochwertiges Druckbild muß der Druckprozeß die optische Dichte über eine relativ lange Zeit in engen Grenzen halten können. Zu diesem Zweck werden in vielen elektrofotografischen Druckern in regelmäßigen Zeitabständen eine oder mehrere Tonermarken auf dem Zwischenträger erzeugt, zumeist in einem Bereich, der normalerweise nicht umgedruckt wird. Diese Tonermarken werden sodann von Sensoren erfaßt und ausgewertet, um z.B. die wichtige Betriebsgröße der mittleren flächenbezogenen Toner-Massenbelegung zu beeinflussen.
Es ist allgemeiner Stand der Technik zum Auswerten von Tonermarken optoelektronische Reflexsensoren zu verwenden, die Strahlung auf die zu vermessende Oberfläche der Tonermarke ausstrahlen und die von dieser Tonermarkenoberfläche sowie der darunter liegenden Zwischenträgerfläche, z.B. der Oberfläche des Fotoleiters, reflektierte Strahlung auffangen und auswerten. Dieses Meßprinzip ermöglicht eine ausreichend hohe Genauigkeit, solange folgende Voraussetzungen zutreffen: Die Tonermarke bildet keine geschlossene, undurchsichtige Tonerschicht, sondern sie weist noch punktuell undichte Stellen, z.B. Löcher, auf; die Farbe des Toners bietet im Wellenlängenbereich des Reflexsensors einen ausreichend starken Kontrast zu Farbe und/oder Glanz der Oberfläche des Zwischenträgers; die Reflexionseigenschaften der Oberfläche des Zwischenträgers sind gleichmäßig und zeitlich nicht veränderlich. Bei sehr hohen optischen Dichten auf dem Bedruckstoff oder Trägermaterial wird die Tonerschicht für den Reflexsensor undurchsichtig; dies bedeutet, daß eine verläßliche Aussage über die tatsächliche Massenbelegung mit Tonermaterial unmöglich ist.
Weiterhin ist das Prinzip der kapazativen Meßwerterfassung bekannt, das die Veränderung des Dielektrikums zwischen Kondensatorelektroden beim Durchlaufen einer Tonermarke erfaßt. Dieses Sensorprinzip erfordert einen erheblichen Schaltungs- und Signalverarbeitungsaufwand, um Kapazitätsveränderungen im Femto-Farad-Bereich sicher zu detektieren. Änderungen bzw. Schwankungen der dieelektrischen Eigenschaften des Tonermaterials bzw. des Zwischenträgers, z.B. des Fotoleiters, müssen mit Hilfe von Kalibrierprozeduren kompensiert werden.
Gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Druckers oder Kopierers angegeben, bei dem als Sensor zum Abtasten der jeweiligen Tonermarke ein optischer Reflex-Sensor verwendet wird, der die Dicke der Tonerschicht der Tonermarke nach dem Triangulationsverfahren ermittelt, wobei abhängig von der ermittelten Dicke der Tonerschicht der Druckprozeß gesteuert wird.
Bei der Erfindung kann aus der ermittelten Dicke der Tonermarke direkt auf den flächenbezogenen Tonermassenbelag geschlossen werden. Dieser Massenbelag ist eine unmittelbare Eingangsgröße zum Steuern der verschiedenen Parameter des Druckprozesses. Auf diese Weise kann die Güte des Druckprozesses weiter verbessert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können also auch sehr dicke und optisch undurchsichtige Tonerschichten ausgewertet werden.
Ausführungsbeispiele der verschiedenen Aspekte der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Die Unterseite des Trägermaterials 10 wird in ähnlicher Weise bedruckt, wozu die gleichartig aufgebauten und gleichartig angeordneten Funktionseinheiten, nämlich unteres Fotoleiterband 12b, unterer Zeichengenerator 14b, unterer Potentialdetektor 16b, untere Entwicklerstation 18b, unterer Tonermarkensensor 20b und unteres Transferband 22b dienen. Das somit gleichzeitig und beidseitig bedruckte Trägermaterial 10 wird in einer Fixierstation 24 oben und unten gleichzeitig fixiert und ausgegeben. Der gezeigte Aufbau des oberen Druckwerks und des unteren Druckwerks ist geeignet, mehrere Farbauszüge zu drucken. Hierzu sammelt das jeweilige Transferband 22a, 22b mehrere Tonerschichten unterschiedlicher Farbe eines Druckbildes übereinander und druckt diese dann auf das Trägermaterial 10. Die nachfolgend beschriebenen Beispiele von Tonerbändern, deren Auswertung und der verschiedenartige gerätetechnische Aufbau kann für den in der
Beim Beispiel nach
Hierbei ist zu beachten, daß beim Dazubinden der Markenbänder in der Mittelspur das Druckbild der Originalseite im Spurbereich gelöscht wird, wobei Tonermarken und Druckbild der Originalseite nicht gemischt werden. Bei der Anordnung nach Figur 5 muß bei jeder Änderung des Markenbandes auch die Druckseite neu aufgerastert werden.
Die elektronische Blende 64 hat wie erwähnt die Aufgabe, nicht benötigte Tonermarken in den Tonerbändern auszufiltern. Dies ist erforderlich, damit derartige nicht benötigte Tonermarken nicht auf das Trägermaterial übertragen werden, denn sie müßten von einer nachgeschalteten Reinigungsstation vollständig entfernt, d.h. gereinigt werden. Eine derartige Reinigung ist jedoch aufwendig und nicht unbedingt zuverlässig. Deshalb ist es wichtig, nur die tatsächlich benötigten Tonermarken in der Randspur zu schreiben.
Auf dem Fotoleiterband 12a, 12b werden die Tonermarken mithilfe von Sensoren ausgewertet.
Es sind zahlreiche Varianten der beschriebenen Ausführungsbeispiele nach den
Bei einer weiteren Alternative wird ein einziges Markenband definiert, dessen Tonermarken die Vielzahl von Druckprozessen eines Gerätetyps von Drucker oder Kopierer zu steuern gestattet. Diese Maßnahme dient der Vereinheitlichung und der einfacheren softwaretechnischen Hantierung mit den Tonermarken.
Beim Ausführungsbeispiel nach der
Ein weiteres Problem kann entstehen, wenn an derselben Stelle des Fotoleiterbandes immer die gleiche Tonermarke geschrieben würde. Dies könnte zu einem Memory-Effekt im Fotoleiterband führen und die Einfärbung der Tonermarke ändern. Daher wird in einer Weiterbildung der Erfindung sichergestellt, daß die Länge des jeweiligen Markenbandes nicht ein Vielfaches der Länge des Fotoleiterbandes ist.
Der im wesentlichen senkrecht einfallende Abtaststrahl 84 trifft beim Vorbeilauf des Zwischenträgers 86 mit der Tonermarke 88 auf die jeweilige Oberfläche auf. In
Die Meßflecke 90, 92 haben einen senkrechten Abstand H entsprechend der Dicke der Tonermarke 88 voneinander. Die abgebildeten Meßflecke 90' und 92' haben einen Abstand D voneinander. Die Größen H und D stehen in einem durch die Geometrie des optischen Strahlengangs definierten exakten Verhältnis. Aus dem Abstand D kann eindeutig auf die Höhe H und damit auf die Dicke der Tonermarke 88 zurückgeschlossen werden. In die Rechnung gehen auch die Winkel 104 und 106 zwischen dem Abtaststrahl 84 und den jeweiligen Mittelstrahlen der Strahlenbündel 100, 102 ein.
Das lineare Detektorarray 98 wandelt die auffallende Strahlung in elektrische Spannungen um, die von einem digitalen Signalprozessor 108 in Form von Signalverläufen verarbeitet werden. Zur genaueren Bestimmung der Lagen der Meßflecke 90, 92 bzw. der abgebildeten Meßflecke 90' und 92' kann der Flächenschwerpunkt der Signalverläufe über die Meßflecke 90', 92' ermittelt werden. Der Abstand dieser Flächenschwerpunkte führt dann zur Größe D und damit indirekt zur Größe H. Die Bestimmung des Abstandes H aus dem Abstand D der Meßflecke 90', 92' unter Berücksichtigung der Strahlgeometrie wird auch als Triangulationsverfahren bezeichnet. Anstelle der erwähnten Schwerpunktermittlung können auch andere Rechenvorschriften verwendet werden, die einen eindeutigen Zusammenhang zwischen den Größen D und H ergeben. Weiterhin ist es möglich, mithilfe eines Kalibrierverfahrens ohne genaue Kenntnis der Strahlgeometrie die Größe H aus der Größe D zu bestimmen. Außerdem ist es möglich, mithilfe von Mittelwertbildung über mehrere Meßflecke entlang der Tonermarke 88 oder der Oberfläche des Zwischenträgers 86 eine höhere Genauigkeit zu erreichen.
Aus der Dicke H der Tonerschicht der Tonermarke 88 kann durch Kalibrierung der flächenbezogene Massenbelag in Gramm je Flächeneinheit des Toners ermittelt werden. Eine derartige Größe ist besonders gut geeignet, um den Druckprozeß zu steuern.
Der Signalprozessor 108 gibt die von ihm ermittelten Größen über die Leitung 110 an die Gerätesteuerung für den Drucker oder Kopierer weiter. Die Laserdiode 80, deren Ausgangsleistung typischerweise im Bereich von 1 mW liegt, wird durch eine regelbare Stromquelle 110 durch den Signalprozessor 108 angesteuert. Der der Laserdiode 80 zugeführte Strom kann derart bemessen sein, daß das Signal am Detektorarray 98 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Auf diese Weise kann eine Untersteuerung und Übersteuerung vermieden werden. Weiterhin kann der Strom für die Laserdiode 80 so eingestellt werden, daß unabhängig vom Reflexionsvermögen der Tonermarke 88 oder der Oberfläche des Zwischenträgers 86 das Signal auf der Seite des Detektorarrays 88 konstant bleibt. Durch diese Maßnahme ist die Sensoranordnung unabhängig vom Reflexionsvermögen der Tonermarke 88 bzw. des Zwischenträgers 86, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis beim Abtasten kontrastreicher Oberflächen verbessert wird.
Zur Unterdrückung von Störlicht kann ein Farbfilter vor das Detektorarray 98 geschaltet werden, vorzugsweise ein Bandpaßfilter, welches an die Wellenlänge der Strahlung der Laserdiode 80 angepaßt ist. Fremdlicht wird somit ausgefiltert.
Das beschriebene Meßprinzip wird im Zusammenhang mit der Abtastung von Tonermarken auf einem Zwischenträger 86 verwendet, der im allgemeinen als Fotoleiter, beispielsweise als fotoleitendes Band, ausgebildet ist. Ein derartiges fotoleitendes Band benötigt nach der Belichtung mit einer intensiven Strahlungsquelle in der Regel eine gewisse Erholungszeit, damit sich bei nachfolgenden Belichtungsvorgängen ein definierter Entladungszustand einstellt. Ist diese Erholungszeit zu kurz, so stellt sich ein Memory-Effekt ein, d. h. die Wirkung mehrerer aufeinander folgender Belichtungsvorgänge addiert sich teilweise und die fotoleitende Oberfläche wird tiefer entladen als gewünscht. Dieser Memory-Effekt beeinträchtigt die Genauigkeit des Meßvorganges an der Tonermarke. Zur Vermeidung dieses Memory-Effektes werden nachfolgend drei Möglichkeiten vorgestellt.
Eine erste Möglichkeit sieht vor, den Abtaststrahl abzuschwächen oder zu unterbrechen. Hierzu kann die Stromversorgung für die Strahlquelle, z.B. die Laserdiode 80, ein- und ausgeschaltet werden. Eine andere Variante ist die Unterbrechung des Abtaststrahls 84 mithilfe einer mechanischen Blende, beispielsweise durch eine rotierende Blende. Eine andere Möglichkeit zur Unterbrechung des Abtaststrahls 84 ist die Verwendung eines elektrooptischen Flüssigkristall-Shutters, der beim Anlegen einer elektrischen Spannung aus einem transparenten Zustand in einen diffusen Zustand geschaltet wird, so daß der Abtaststrahl 84 stark diffus gestreut wird und kein scharf gebündelter Meßfleck auf der Oberfläche des Fotoleiters 86 auftritt. Somit findet auch keine meßbare Entladung des Fotoleiters statt. Eine derartige Anordnung benötigt keine beweglichen Teile und gewährleistet kurze Reaktionszeiten im Bereich unterhalb einer Millisekunde.
Eine zweite Möglichkeit zur Vermeidung des Memory-Effekts ist die Positionsvariation der Tonermarken. Hierbei werden Tonermarken verwendet, die ein mehrfaches der erforderlichen Breite des Abtaststrahls haben. Von Umlauf zu Umlauf des Fotoleiters kann dann der Abtaststrahl in seiner Lage versetzt werden, beispielsweise um mindestens eine Spurbreite, so daß die Erholungszeit für die belichtete Spur verlängert wird. Das Versetzen des Abtaststrahls kann beispielsweise durch ein mechanisches Verschieben des Sensorkopfes bzw. der Strahlquelle erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist die Rotation des Sensorkopfes bzw. der Strahlquelle um eine zum Abtaststrahl 84 parallele Achse, die außerhalb der Strahlachse liegt. Eine weitere Möglichkeit ist die Wahl optischer Mittel, z.B. Spiegel oder Prismen, die mechanisch bewegt werden.
Eine dritte Möglichkeit zur Vermeidung des Memory-Effekts liegt in der Wahl einer Wellenlänge der Strahlung für die Strahlquelle, für die der Fotoleiter nicht empfindlich ist. Wenn beispielsweise der Fotoleiter im langwelligen Strahlungsbereich empfindlich und im kurzwelligen Strahlungsbereich unempfindlich ist, so kann beim Einsatz einer Strahlungsquelle mit kurzwelliger Strahlung kein Memory-Effekt verursacht werden. Als Strahlungsempfänger eignen sich besonders CCD-Detektoren, die wegen ihrer breitbandigen Empfindlichkeit geeignet sind, Strahlung im sichtbaren und im nahen Infrarotbereich zu registrieren.
Der in den vorherigen Figuren beschriebene Reflex-Sensor ist geeignet, sowohl teiltransparente als auch undurchsichtige Tonerschichten einer Tonermarke unterschiedlicher Farbe auf einem Hintergrund mit annähernd beliebiger Farbe und Reflexionsvermögen zu bestimmmen. Aufgrund einer Dickenmessung kann auch die wichtige Größe für den Massenbelag des Toners ermittelt werden.
Der beschriebene Reflex-Sensor kann vielfach abgewandelt werden. Beispielsweise können auch Strahlquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden, wodurch eine Anpassung an das Reflexionsvermögen des jeweils verwendeten Toners erfolgen kann. Beispielsweise kann zum Erzeugen der Strahlung mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen das Licht aus zwei diskreten Laserdioden in einen gemeinsamen Strahlengang gekoppelt werden. Vorteilhafterweise wird hierzu ein teildurchlässiger Spiegel verwendet. Bei geeigneter Wahl der Wellenlängen bildet die Helligkeitsverteilung auf dem Detektorarray zwei geometrisch deutlich getrennte Helligkeitsmaxima, wenn der Meßfleck die Kante der Tonermarke überstreicht. Der geometrische Abstand der Helligkeitsmaxima auf dem Detektorarray ist ein Maß für die Höhe der Stufe zwischen dem Zwischenträger und der Tonermarkenoberfläche. Es lassen sich ferner gerasterte Tonermarken vorteilhaft einsetzen, deren Rasterweite kleiner als der Radius des Abtaststrahls ist. Dann entstehen stets zwei Helligkeitsmaxima auf dem Detektor, wenn der Abtaststrahl die gerasterte Tonermarke überstreicht.
Anstelle einer herkömmlichen Laserdiode mit streifenförmigem Lichtaustritt und aufwendiger Kollimatoroptik läßt sich vorteilhaft eine vertikal emittierende Laserdiode einsetzen, die als VCSEL-Bauelement bekannt ist (VCSEL steht für vertical cavity surface emitting laser diode). Der geringe Divergenzwinkel und der annähernd kreisförmige Strahlenquerschnitt de.s VCSEL-Bauelements erfordern keine oder nur sehr einfache optische Elemente zur Strahlformung.
Der beschriebene Reflex-Sensor läßt sich auf einfache Weise in ein CAN-Netzwerk einbinden, wie dies zur Steuerung komplexer elektrofotografischer Druckmaschinen erforderlich ist, die über ein Feldbussystem vernetzte Prozessorbaugruppen einsetzen. Vorteilhafterweise enthält dann der Signalprozessor 108 bereits eine entsprechende Schnittstelle zum Anschluß an das CAN-Netzwerk.
Der beschriebene Reflex-Sensor läßt sich auch zur Kontrastmessung von Tonerbelägen verwenden. Hierzu wird bei gegebener Beleuchtungsstärke ein Summenwert des auf dem Detektorarray auftreffenden Lichts berechnet. Auf diese Weise können beispielsweise schwach reflektierende Tonerbeläge erfaßt und dies zur Steuerung des Druckprozesses ausgenutzt werden.
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