DE19643611A1

DE19643611A1 - Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Bereichen

Info

Publication number: DE19643611A1
Application number: DE1996143611
Authority: DE
Inventors: Volkhard Maes; Hans Winter
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2016-10-23
Also published as: DE19643611B4

Description

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

In anschlaglosen Druck- und Kopiergeräten wird zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes Farbstoff oder Toner auf ein Trägerme dium aufgebracht und gegebenenfalls auf diesem fixiert. Hier bei wird zwischen direkt und indirekt arbeitenden, anschlaglo sen Druck- und Kopiergeräten unterschieden. Bei direkt arbei tenden Druck- und Kopiereinrichtungen, wie beispielsweise Tin tenstrahl-Druckern, wird das Bild direkt auf einem Aufzeich nungsträger erzeugt. Bei indirekt arbeitenden Druck- und Ko piereinrichtungen, wie beispielsweise bei den meisten elektro fotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen, wird ein Toner bild zunächst auf einem Bilderzeugungsmedium, wie beispiels weise einem Fotoleiter, erzeugt, anschließend auf einen Auf zeichnungsträger übertragen und auf diesem fixiert.

Eine erzielbare Druckqualität hängt insbesondere von dem Ein färbungsgrad eines Druck- bzw. Tonerbildes, und somit von der Menge des auf einen Aufzeichnungsträger übertragenen Farb stoffs bzw. Toners ab. Ferner muß beispielsweise bei Vollflä chen, 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 Regelsy stems entsprechend dem Meßergebnis die aufzubringende Farb stoff- 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 ge zielt 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. ei nem Entwicklergemisch aus Träger und Toner, der Toner von ei ner Entwicklerstation aus an den Fotoleiter übertragen. Hier bei 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 Komponen ten des Zweikomponenten-Entwicklers und einer an den Fotolei ter 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 auf gebracht wird. Andererseits darf beispielsweise bei dünnen, dicht nebeneinander liegenden Linien nicht zuviel Toner aufge tragen werden, da sonst die Linien ineinander verlaufen.

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

Zum Messen des Einfärbungsgrades von Druck- oder Tonerbildern in Form von Tonermarken sind optoelektrisch arbeitende Sensor systeme bekannt. Bei Verwenden solcher Sensorsysteme wird eine Tonermarke mit Testlicht, beispielsweise mit sichtbarem oder infrarotem Licht, bestrahlt. Aufgrund unterschiedlicher Refle xions- 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. transmit tierten Licht gemessen und daraus der Einfärbungsgrad be stimmt.

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

Optoelektrisch arbeitende Sensorsysteme, die zum Bestimmen ei nes Einfärbungsgrades von Tonermarken verwendet werden, wei sen insbesondere den Nachteil auf, daß durch die optischen Ei genschaften des Toner tragenden Mediums die Intensität des re flektierten Lichts und damit das von dem optoelektrischen Sen sorsystem erzeugte elektrische Signal beeinflußt wird. Wird beispielsweise der Einfärbungsgrad direkt auf einem Aufzeich nungsträger gemessen, so können bereits bei Verwenden ver schiedener 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 optoelek trischen 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 Toner schichten erzielt wird, führt jeder zusätzlich aufgebrachte Toner zu unnötig hohem Tonerverbrauch; dies läßt sich jedoch mittels eines optoelektrischen Sensorsystems nicht mehr fest stellen.

Ein weiterer Nachteil von optoelektrischen Sensorsystemen be steht darin, daß unterschiedliche Tonerfabrikate bzw. ver schiedenfarbige 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 be stimmten Farbtonern überhaupt nicht eingesetzt werden.

Bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen, in welchen zur Bilderzeugung Licht verwendet wird, kann der Ein satz optoelektrisch arbeitender Sensorsysteme zum Feststellen von Tonermarken zu unerwünschten Wechselwirkungen des verwen deten Testlichts mit dem lichtempfindlichen Bilderzeugungsme dium 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 Ein färbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeug ten, 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 Erfin dung mit einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines Ein färbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeug ten, betonerten Bereichen werden mittels eines Sensors, in an deren Ausführungsformen vorzugsweise mittels zwei Sensoren, gegen eine auf einem Trägermedium aufgebrachte Tonermarke so wie auch gegen ein unbetonertes Trägermedium gemessen. Um diese Meßwerte zu erhalten, sind gemäß der Erfindung als Sen soren vorzugsweise kapazitive Sensoren verwendet, die übli cherweise als Abstandssensoren bezeichnet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist von der Erkenntnis ausgegangen, daß der Einfärbungsgrad einer gleichmäßig beto nerten 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 Bilderzeugungsme dium auf, und andererseits ist es nicht erforderlich, den Sen sor unterschiedlichen Tonerfarben oder Papiersorten anzupas sen. 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 ei ner Papiersorte, bestimmen.

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

Gemäß einer vorteilhaften ersten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen 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 ge messen und zum Bestimmen des Einfärbungsgrades eine Schicht dicke d_T gemäß der nachstehenden Gleichung (1) bestimmt:

Hierbei sind mit U_T eine Spannung, die mittels des Sensors ge gen die Tonermarke gemessen wurde, mit K eine geometrie- und ladungsabhängige Sensorkonstante, mit d_P die Dicke einer foto elektrischen Schicht, mit d der Abstand des Sensors von der fotoempfindlichen Schicht, mit ε_T die Dielektrizitätskonstante der Tonermarke, mit ε_M die Dielektrizitätskonstante des Mediums der Umgebung, und mit ε_P die Dielektrizitätskonstante der fo toempfindlichen Schicht bezeichnet.

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

Gemäß einer modifizierten Weiterbildung sowohl der zweiten als auch der dritten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens ist das Vergleichen der beiden erhaltenen Meßwerte dahingehend spezifiziert, daß zum Bestimmen des Ein färbungsgrades die Schichtdicke d_T der Tonermarke mittels eines Differenzpotentials U_Diff, welches die Differenz einer Spannung U_T bei Messen gegen eine Tonermarke und einer Spannung U_oT 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 Sen sorkonstante, mit ε_T die Dielektrizitätskonstante der Tonermar ke und mit ε_M die Dielektrizitätskonstante des Mediums bezeich net.

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

Gemäß noch einer weiteren modifizierten Ausbildung der dritten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zuerst beispielsweise mittels des ersten Sensors und an schließend mittels des zweiten Sensors jeweils sowohl gegen das unbetonerte Trägermedium als auch gegen die auf dem Trä germedium 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 Trä germediums.

Zur Bestimmung des Einfärbungsgrades aus den beiden erhaltenen Meßwerten wird dann die Schichtdicke d_T gemäß der vorstehend wiedergegebenen Gleichung bestimmt, mit dem Unterschied, daß das Differenzpotential U_Diff 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 je weils 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 Licht schranke) festgelegten Ausgangsposition eines unbetonerten Trägermediums mittels eines Sensors an einer Vielzahl von Meß punkten die jeweils, dort vorhandenen Spannungen U_oT gegen das unbetonerte Trägermedium gemessen; die auf diese Weise erhal tenen Spannungswerte werden in einem Speicher abgelegt. An schließend werden bezüglich derselben Ausgangsposition bei ei nem Teil der Vielzahl Meßpunkte auf dem unbetonerten Bereich die jeweiligen Spannungen gegen betonerte Bereiche (bei spielsweise in Form von Tonermarken) gemessen. Schließlich wird analog den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten zur Bestimmung des Einfärbungsgrades aus den erhaltenen Meß werten eine Schichtdicke d_T nach Gl. (2) oder (2') bestimmt.

Bei Verwenden der zuletzt beschriebenen vorteilhaften Weiter bildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Spannungen U_oT und U_T vorzugsweise mit zwei separaten, jedoch baugleichen Sensoren gemessen werden, können Meßfehler ausge schlossen werden, die beispielsweise bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen auftreten würden, in denen eine Fotoleitertrommel eingesetzt ist, deren Achse keinen einwand freien Rundlauf aufweist. Gleichzeitig sind dadurch auch Meß fehler eliminiert, die bei einer Fotoleitertrommel mit Höhen schlag 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 mitein ander verbundenen, baugleichen Sensoren senkrecht zur Trans portrichtung eines Trägermediums bzw. senkrecht zur Drehrich tung einer Fotoleitertrommel nebeneinander oder in der Trans portrichtung des Trägermediums bzw. der Drehrichtung der Foto leitertrommel 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 bei den 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 tat sächlichen Achse der Fotoleitertrommel zusammenfällt.

Des weiteren sind beliebige Kombinationen der beiden vorste henden Anordnungsmöglichkeiten der Sensoren denkbar.

In Abhängigkeit von dem zu erzeugenden Druckbild werden in Verbindung mit der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfah ren vorzugsweise Vollflächen- oder Raster-Tonermarken verwen det. 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 Ei genschaften des Toner tragenden Mediums beeinflußt bzw. ver fälscht. Da die Schichtdicke und hieraus auch in etwa die An zahl Schichten bestimmbar ist, kann die Schichtdicke, die bei spielsweise 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 ökolo gischen 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 Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung für ei nen Einsatz bei den erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 1b ein Ersatzschaltbild des in Fig. 1a dargestellten Auf baus;

Fig. 2a und 2b jeweils Graphen von Spannungsverläufen bei Ver wenden einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung bei einer Fotoleiter trommel mit Höhenschlag, und zwar Fig. 2a einen Span nungsverlauf bei Messen gegen einen unbetonerten Be reich und Fig. 2b einen Spannungsverlauf bei Messen ge gen einen betonerten Bereich der Fotoleitertrommel mit Höhenschlag;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer wei teren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemä ßen 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 erfindungsge mäßen Vorrichtung bei Vorsehen von zwei in der Trans portrichtung eines Aufzeichnungsmediums hintereinander angeordneten Sensoren.

Fig. 1a zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer bevorzugten Aus führungsform 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 fo toempfindlichen Schicht 2 angeordnet, die beispielsweise auf einer Fotoleitertrommel vorgesehen ist. Unterhalb der foto leitfähigen Schicht 2 befindet sich ein leitfähiger, vorzugs weise metallischer Untergrund 3, beispielsweise die Fotolei tertrommel.

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

Im folgenden wird anhand von Fig. 1b, die ein Ersatzschaltbild des in Fig. 1a dargestellten Aufbaus zeigt, das Bestimmen der Dicke d_T der Tonermarke 4 erläutert. Der in dem Ersatzschalt bild oberste Kondensator mit einer Kapazität C_M entspricht in Fig. 1a dem Bereich zwischen dem Sensor S und der Tonermarke 4. Der hellgraue mittlere Kondensator mit einer Kapazität C_T ent spricht der Tonermarke 4 und der dunkelgrau wiedergegebene Kondensator mit einer Kapazität C_P entspricht der fotoempfind lichen 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, d_T und d_P und der entsprechenden Dielektrizitätskonstanten ε_M, ε_t und ε_P, und zwar ε_M des Mediums zwischen Sensor S und Tonermarke 4, ε_T der Tonermarke 4 und ε_P der fotoempfindlichen Schicht, sowie durch Einführen einer geometrie- und ladungsabhängigen Sensor konstante K läßt sich die mittels des Sensors gemessene Span nung U_T gegen die Tonermarke 4 durch Gl. 1b darstellen als:

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

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

Liegen beim Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung die bei den Spannungswerte U_T und U_oT vor, so läßt sich mit Hilfe des Differenzpotentials U_Diff aus den beiden Spannungen U_T und U_oT d. h. U_Diff = U_T - U_oT aus den Gl'en. 1b und 1c die Schichtdicke d_T der Tonermarke 4 nach der erheblich einfacheren Gl. 2 berech nen als:

Fig. 2a und 2b zeigen schematische Spannungsverläufe, die bei Verwendung eines kapazitiven Sensors bzw. von kapazitiven Sen soren bezüglich einer Fotoleitertrommel mit Höhenschlag gemes sen 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 U_oT wieder, den ein Sensor mißt, wenn die Messung direkt gegen eine unbetonerte Fotoleitertrommel erfolgt. Dagegen zeigt Fig. 2b zusätzlich noch einen Spannungsverlauf U_oT, 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 Toner marke 4 (siehe Fig. 1a) erfolgt.

Da der Höhenschlag der Fotoleitertrommel eine zyklische, sich wiederholende Abstandsänderung zwischen dem Sensor und der Fo toleitertrommel bewirkt, kann eine elektronische Meßwertspei cherung vorgenommen werden. Mit Hilfe der gemessenen Spannun gen U_oT und U_T läßt sich dann die Schichtdicke d_T der Tonermar ke 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 Fotoleitertrom mel 3 durch einen in einem Kreis vorgesehenen Punkt angedeutet ist, durch welchen die Spitze eines die Drehrichtung angeben den Pfeils a angezeigt ist.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, ist der Sensor S₁ gegenüber einem unbetonerten Bereich eines Trägermediums in Form der fotolei tenden Schicht 2 angeordnet, während der zweite Sensor S₂ ge genüber einer Tonermarke 4 angeordnet ist. Die mittels der Sensoren S₁ und S₂ gemessenen Spannungsverläufe D₁ bzw. D₂, wel che den Spannungsverläufen der Fig. 2a und 2b entsprechen, wer den an die beiden Eingänge eines Differenzgliedes 5 angelegt. Am Ausgang des Differenzglieds 5 ist dann der zeitliche Ver lauf der Spannung U_Diff wiedergegeben, welcher gemäß Gl. (2) be tragsmäßig proportional der zu bestimmenden Schichtdicke d_T ist.

In Fig. 4 ist eine weitere schematische Darstellung eines Auf baus 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 Trans portrichtung 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 ent sprechen dem in Fig. 2b dargestellten Spannungsverlauf, bei welchem der sinusförmigen Spannung U_oT die gegen die Tonermarke gemessene Spannung U_T überlagert ist. Wie durch die gestrichel ten Linien zwischen den beiden Diagrammen D'₁ und D'₂ verdeut licht ist, sind die beiden der sinusförmigen Spannung U_oT über lagerten Spannungswerte U_T zeitlich gegeneinander versetzt.

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

In Fig. 4 sind jedoch die Abstände der Spannungswerte U_T sehr stark verzerrt wiedergegeben. Wie stark die Verzerrung wirk lich ist, kann daraus ersehen werden, daß beispielsweise eine auf der Fotoleitertrommel aufgebrachte Tonermarke 4 ein Qua drat mit einer Seitenlänge von 3 mm ist, während der Umfang ei ner Fotoleitertrommel durchaus beispielsweise 750 mm betragen kann. In den Diagrammen D'₁ bzw. D'₂ entspricht somit der si nusförmige Verlauf einer vollständigen Sinuskurve einer einzi gen 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 ent spricht der Differenzbildung der Spannungsverläufe D'₁ und D'₂, wobei die nach oben bzw. unten weisenden Peaks die Spannungs werte

und

darstellen.

Mit Hilfe von zwei Sensoren S₁ und S₂, welche in der Trans portrichtung eines Trägermediums bzw. in der Drehrichtung ei ner 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 ausge glichen werden. Auf die Kopier- und Druckeinrichtung einwir kende Erschütterungen haben jedoch auf eine Messung nur dann keinen Einfluß, wenn die beiden Sensoren S₁ und S₂ fest mitein ander 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 Ver wenden von zwei Sensoren ausgeglichen werden, da beide Senso ren gleich stark beeinflußt werden, wenn sie nur in geringem Abstand voneinander angeordnet bzw. sogar fest miteinander verbunden sind.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Berei chen, bei welchem

a) mittels eines Sensors (S) gegen eine auf einem Trägermedium aufgebrachte Tonermarke (4) gemessen wird, und
b) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades eine Schichtdicke d_T der Tonermarke gemäß nachstehender Gl. (1) bestimmt wird:
wobei
U_T eine Spannung ist, die mittels des Sensors (S) gegen die Tonermarke (4) gemessen wird,
K eine geometrie- und ladungsabhängige Sensorkonstante,
d_P die Dicke einer fotoempfindlichen Schicht (2),
d der Abstand des Sensors (S) von der fotoempfindlichen Schicht (2),
ε_T die Dielektrizitätskonstante der Tonermarke (4),
ε_M die Dielektrizitätskonstante des Mediums der Umgebung, und
ε_P die Dielektrizitätskonstante der fotoempfindlichen Schicht (2) sind.

2. Verfahren zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Berei chen, bei welchem

a₁) mittels eines Sensors (S) gegen das unbetonerte Trägermedi um gemessen wird,
a₂) mittels desselben Sensors (S) gegen eine auf einem Träger medium aufgebrachte Tonermarke (4) gemessen wird, und
b₁) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades die erhaltenen zwei Meßwerte miteinander verglichen werden.

3. Verfahren zum Bestimmen eines Einfärbungsgrades von in Druck- und Kopiereinrichtungen erzeugten, betonerten Berei chen, bei welchem

a₁') mittels eines ersten Sensors (S₁) gegen ein unbetonertes Trägermedium gemessen wird,
a₂') mittels eines zweiten Sensors (S₂) gegen eine auf das Trä germedium aufgebrachte Tonermarke (4) gemessen wird, und
b₁) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades die erhaltenen zwei Meßwerte miteinander verglichen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem nach den Schritten
a₁) und a₂) oder a₁') und a₂')

b₂) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades aus den erhaltenen zwei Meßwerten eine Schichtdicke d_T gemäß nachstehender Gl. (2) bestimmt wird:
mitU_Diff = |U_T - U_oT|wobei
U_Diff ein Differenzpotential ist,
U_T eine Spannung ist, die mittels des Sensors (S) oder des zweiten Sensors (S₂) gegen die Tonermarke (4) gemessen wird,
U_oT eine Spannung ist, die mittels des Sensors (S) oder des er sten Sensors (S₁) gegen eine unbetonerte Fläche gemessen wird,
K eine geometrie- und ladungsabhängige Sensorkonstante ist,
ε_T die Dielektrizitätskonstante der Tonermarke (4) ist, und
ε_M die Dielektrizitätskonstante des Mediums der Umgebung ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem anstelle der Schrit te a₁') und a₂')

a₃) mittels des ersten Sensors sowohl gegen das unbetonerte Trägermedium als auch gegen die auf dem Trägermedium aufge brachte Tonermarke gemessen wird;
a₄) mittels eines zweiten Sensors sowohl gegen das unbetonerte Trägermedium als auch gegen die auf dem Trägermedium aufge brachte Tonermarke gemessen wird, und
b₃) zur Bestimmung des Einfärbungsgrades aus den erhaltenen zwei Meßwerten eine Schichtdicke d_T gemäß nachstehender Gl. (2') bestimmt wird:
mit
wobei
U'_Diff ein Differenzpotential ist,
eine Spannung ist, die mittels des ersten Sensors (S₁) ge gen die Tonermarke gemessen wird,
eine Spannung ist, die mittels des ersten Sensors (S₁) ge gen 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) ge gen die unbetonerte Fläche gemessen wird,
K eine geometrie- und ladungsabhängige Sensorkonstante ist,
ε_T die Dielektrizitätskonstante der Tonermarke ist, und
ε_M die Dielektrizitätskonstante des Mediums der Umgebung ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Schritte a₁) und a₂) oder a'₁) und a'₂)

a₄) ausgehend von einer definierten Ausgangsposition eines un betonerten Trägermediums mittels eines Sensors (2) an einer Vielzahl von Meßpunkten die jeweiligen Spannungen U_oT gemessen und die erhaltenen Spannungswerte in einem Speicher abgelegt werden;
a₆) anschließend bezogen auf dieselbe Ausgangsposition des Trä germediums bezüglich eines Teils der Vielzahl Meßpunkte auf dem unbetonerten Trägermedium die jeweilige Spannungen (U_T) gegen betonerte Bereiche (Tonermarken) gemessen werden, und
b₄) zum Bestimmen des Einfärbungsgrades aus den erhaltenen Meß werten eine Schichtdicke d_T gemäß Gl. (2) oder (2') bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welchem die Schritte a₁') und a₂') mittels zwei Sensoren gleichzeitig durchgeführt werden.

8. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß als Sensor (S) oder Sensoren (S₁, S₂) ka pazitive Sensoren und eine Verarbeitungseinheit vorgesehen sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Sensorplatte jedes kapazitiven Sen sors (S, S1, S2) durch einen leitfähigen Untergrund gebildet ist.

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 Ver arbeitungseinheit vorgesehen ist.

11. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Sensoren in der Transportrichtung des Trä germediums hintereinander angeordnet sind und eine Verarbei tungseinheit vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die zwei Sensoren fest miteinander verbunden sind.

13. Mittel zum Durchführen des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Tonermarke eine Vollflächen-Tonermarke vorgese hen ist.

14. Mittel zum Durchführen des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Tonermarke eine Raster-Tonermarke vorgesehen ist.

15. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 7, bei welchem als Trägermaterial ein Aufzeich nungsträger vorgesehen ist.

16. Mittel zum Durchführen des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 7, bei welchem als Trägermaterial ein Bilder zeugungsmedium vorgesehen ist.

17. Verwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Bestimmen einer maximalen Schichtdicke.

18. Verwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Bestimmen einer minimalen Schichtdicke.

19. Verwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Bestimmen einer integralen Schichtdicke.