CN100431333C - 用于图像形成设备的带控制装置 - Google Patents
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Abstract
带在横向、对角线和与带行进路径成一定角度的方向上显示出不均匀的运动。本发明检测带在不平行于带行进方向的方向上的速度和位置变化。通过比较垂直方向上速度的不同，使得在有机光电导体带上形成潜像的曝光光源移动，以便调整不均匀运动。
Description
技术领域
本发明涉及在图像形成系统中检测运动的有机光电导体(OPC)的相对位置和速度的领域。特别是，本发明涉及更准确地重叠色剂以便补偿图像不重合的色剂重叠(tone-on-tone)系统和方法。固定在OPC带上的具有参照物标记的聚合物条和光源一起用来测量带的准确位置。同样，参照物标记可直接印刷在带上而不是将聚合物条固定在带上。
背景技术
非击打式印刷涉及使用最初充电到大致均匀电压的图像承载构件(例如OPC构件)。非击打式印刷通过多种不同的方法进行，例如喷墨、喷色剂、电子照像成像(EPG)、液体色剂、直接成像和其他非击打式印刷方法。虽然本申请适用于任何非击打式印刷方法，通过实例，将使用EPG方法和系统进行以下描述。对于EPG方法或系统的任何参考应该认为等同于任何非击打式印刷方法或系统。通常通过光源将静电潜像形成在OPC带的表面上，该光源在选择的区域内为充电的OPC带放电。接着通过使得通常是色剂的显影材料与OPC表面接触传送潜像。完成的图像接着传送到记录片材上(例如，纸张片材、透明片材)并通过加热和加压熔融以便永久地固定在记录片材上。
在多色印刷中，多个图像形成并传送到OPC带上。通常，四色图像需要四个颜色的每种颜色的分开图像(例如青色、紫色、黄色和黑色)，该颜色传送到OPC带上并重叠以便形成单个图像。
在EPG成像系统中包括彩色图像的OPC带基本上是像素的网格，其尺寸、颜色和空间关系产生单个完整图像的假像。像素是OPC表面上潜像上的点，其通过光源(例如发光二极管“LED”、液晶显示器阵列“LCD”或其他固定光源)曝光。在这一方面，每个像素代表有助于彩色图像的视觉外观的特定颜色。为了产生所需颜色，每个像素可重叠在相同或不同的相应颜色的其他像素上。在显影时，许多非常小的彩色塑料颗粒粘接在相应的像素位置上。这些彩色颗粒(公知为色剂颗粒)熔融以便混合并粘接在记录片材上，从而完成图像的产生。
为了实现彩色图像中彩虹的所有颜色的印刷，EPG成像系统可采用使用具有青色、紫色、黄色或黑色的色剂颗粒的四色印刷站。例如，在青色、紫色、黄色或黑色(CMYK)减色系统中，紫色和黄色制成红色，青色和紫色制成蓝色，并且青色和黄色制成绿色。
例如，为了制成绿色点，青色色剂颗粒可从第一印刷站传送到充有静电的OPC带上的像素上。OPC带接着可转动以便将青色色剂颗粒定位在具有黄色色剂颗粒的第二印刷站的下面。黄色色剂颗粒可接着从第二印刷站传送到青色色剂颗粒上或其附近。一种色剂颗粒重叠在另一色剂颗粒顶部上可称为“色剂重叠”或“图像重叠”方法。根据成像需要，色剂颗粒可完全重叠在先前传送的色剂颗粒的顶部上，或者色剂颗粒只位于先前传送的色剂颗粒的一部分的顶部上。接着重叠物传送到记录片材上，在该片材上重叠物熔融形成绿色点。
将多色图像传送到OPC带上遇到的困难之一上图像不重合。图像不重合是图像像素在OPC带表面上不对准的情况。当不重合增加时，增加了一个色剂颗粒重叠在另一色剂颗粒的误差，从而造成图像质量不好。为了改善图像质量并减小图像不重合，希望增加色剂重叠EPG显影系统重叠色剂颗粒的精度。
在多次通过彩色印刷中，一种颜色成像并传送到OPC带，其中该颜色在另一颜色成像和传送之前转动一整圈。因此，OPC带在将给定多色图像传送到记录片材之前转动多次。
在单次通过彩色印刷中，单个颜色在传送到记录片材之前重叠在OPC带上。因此，OPC带只转动一次以便获得和保持每种不同颜色的潜像，并接着在单个操作中将多色图像传送到记录片材上。
成像装置需要传送到OPC的图像准确地与图像光源对准。单次和多次通过彩色印刷两者需要准确地控制OPC带及其与成像、显影和印刷设备的传送站的相互作用，以便在彩色图像之间正确对准并避免任何图像质量的降低。色剂重叠成像装置需要准确对准以便正确重叠彩色图像。特别是在包括成像和显影站的带的跨度上必须准确控制OPC带的运动。平均色剂颗粒直径在大约8～大约15微米之间。商业上可接受的对准所需位置精度通常是低于125微米的最大极限。对于图像信息来说，某些成像技术需要彩色图像之间的对准误差不大于大约30微米。
用于控制和同步OPC带运动的多种装置和系统已为人所知。例如，美国专利号4,445,128中的一个方法是使用编码器辊追踪OPC带的运动。编码器提供有关带运动对准的数据到控制带驱动辊的伺服机构上。编码器可同样提供运动数据到在带上产生潜像的光源(例如印刷头)上。
同样，转动编码器辊可以是彩色对准系统的一部分，以便提供计时信号，从而控制颜色对准，如美国专利号5,200,782和5,200,791中披露的那样。美国专利号5,153,644中披露的另一变型需要编码器轮位于OPC带上。轮位于带的上方并在带的一个边缘处。支承辊从带的下侧支承带。
如图2所示，编码器辊通常包括延伸通过OPC带12的跨度并与其接合的长辊52。辊轴连接到产生与辊的转动和带速相对应的电子编码信号的编码装置上。为了准确地控制带速，辊偏心和辊组合的偏转必须保持在非常严格的误差内。偏心是转动中心和辊的几何中心之间的偏差。辊组合的偏转是偏心在辊长度上的总体变化。辊速控制系统是闭环系统以便保持恒定的编码器辊的角速度。因此，辊偏心和辊组合偏转造成OPC线速度出现小偏差或波动。这造成对准误差。
某些EPG印刷装置使用与OPC带同步操作的编码器辊。带的长度选择作为编码器辊周长的整数倍，使得编码器辊与OPC带的每次转动在相同的相位取向上。在这种装置中，必须仔细控制辊组合偏转。如果不仔细控制辊组合偏转，那么不能实现同步操作和在可接受范围内的颜色对准。可接受的组合偏转误差通常在±0.05mm内。在长辊上，这种误差变得难以保持，并造成增加的制造成本。因此，不能在低成本下制造具有可接受的精度的编码器辊。
在这种印刷装置中，特别是使用同步编码器辊和OPC带的多次通过结构中，不重合的两个最大的因素是辊的直径和偏心度。一个解决方法是增加辊的直径。但是，空间上的限制防止使用大直径编码器辊或轮。另外，转动编码器对于鉴定带滑动来说不很有效。不均匀的带运动的一个实例是带在大致垂直于正常带路径的方向上暂时改变位置的情况。另一实例是带在大致平行于正常带路径的方向上暂时脱离辊表面的情况。同样，带的柔性增加了不均匀运动(例如带振动、波动、颤动、不稳定状态运动)的可能性。安装在带辊上的转动编码器不能充分地传达这种带内的不均匀运动。因此，随带(而不是辊)一起运动的装置将更有效地确定带的实际位置和速度。
编码器条或“编码条”使用在与成像相关的装置中，例如打印机/印刷机、扫描仪、传真机和类似物。成像装置需要传送到OPC的图像与图像光源对准。编码条有助于建立标记或检测装置的位置，标记或检测装置安装成在其中印刷有图像或从中读取图像的印刷介质上曝光。
编码条是有刻度的条，它通常布置在保持有介质的区域上并具有可自动检测的刻度。传统上的编码条由聚合材料制成并具有照像形成的参照物标记。为了具有最佳的性能，编码条的参照物标记应该非常靠近光源和用作检测系统一部分的检测器，以便读取参照物标记。
使用编码条消除了对于编码器轮或辊的需要，这是由于编码条与带的运动相对应地和OPC带一起运动。不再使用大直径的辊，连接或印刷在带表面上的薄编码条在印刷机结构中占有可以忽略的空间。没有编码器辊，造成不重合、辊偏转和偏心的两个最大因素消失了。节省的空间可通过其他硬件使用。彩色系统需要大量空间用于多个显影站、擦除站、充电站和光源。多次通过系统需要OPC带转动多次。每个循环可增加辊误差造成的影响。使用与带一起运动的编码条提供关于带运动的更准确的数据。
监测OPC带运动的另一尝试在美国专利号4,837,636中得以披露，其中EPG装置使用的OPC带包括一排沿其侧部的离散半透明标记、与标记相对的光源和光检测器，光检测器定位成提供表示标记瞬间图案的几组图像信号。描述的电路用于转换表示OPC带速度和位置的时钟信号的图像信号输出。
虽然与编码器辊的配置相比，此配置可节省空间，但是沿带边缘只设置一排标记不能充分监测横向带运动。边缘上的单排标记可足以描述带在其运动方向上的运动。但是，带还在横向、对角线和与带行进路径成一定角度的方向上显示出不均匀的运动。因此，需要一种带运动检测配置，该配置可以检测OPC带在不平行于OPC带行进方向的方向上的速度和位置变化。
发明内容
本发明涉及对于OPC带的运动进行编码的领域。更特别是，本发明包括最少两个方向上的标记(双向)。一旦编码条布置在OPC带上并使用在EPG印刷装置中，光源和光检测器可准确地检测编码条在至少两个垂直方向跨越的空间内的位置和速度。
带在横向、对角线或与带行进方向成一定角度的方向上显示出不均匀的运动。本发明检测不平行于OPC带的行进方向上的OPC带速度和位置变化中的带运动变化。通过比较垂直方向上的速度之间的不同，用于在OPC带上形成潜像的曝光光源可进行改变以便适应不均匀运动。
在阅读和理解以下详细说明之后，本领域普通技术人员将理解本发明其他的优点和有利之处。
附图说明
图中的部件不需要按照比例，相反重点在于说明本发明的原理。附图中，类似的参考标号在不同的视图中表示相应的部件。本发明可采用某些部件和部件配置的实体形式，其优选实施例将在说明书中详细描述并在形成说明书一部分的附图中说明，附图中：
图1是表示本发明的电子照像印刷设备的示意图；
图1A是沿图1线1A-1A看到的传感器和检测器模块的示意图；
图2是现有技术的编码器的示意图；
图3A是编码条的优选实施例的示意图；
图3B是编码条的另一实施例的示意图；
图3C是编码条的另一实施例的示意图；
图3D是编码条的另一实施例的示意图；
图4是包括编码条的OPC带的示意图，但在接合区域周围没有包括编码条材料；
图5是本发明没有进行不均匀运动补偿的像素位置的图示；
图6是本发明进行不均匀运动补偿的像素位置的图示；
图7是LED阵列的示意图；
图8是检测带运动的优选方法的示意图；
图9是具有本发明优选实施例的编码条的OPC带的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，其中所示只用于说明本发明的优选实施例，而不用于限制本发明的目的，图中表示EPG印刷设备具有本发明的编码条。
参考图1，其中表示适于实施本发明的EPG印刷设备10。所示的特定配置是放电区域显影(DAD)印刷技术。将理解到本发明的优点适用于其他的EPG技术以及结合运动带的任何其他的设备。
OPC带12围绕空转辊44和连接到马达(未示出)的驱动辊48输送。带12的外表面包括保持电荷的材料。如图4所示，带12可包括接缝304和编码条306。接缝304可由带12的相对端接合在一起来形成由接缝304连接起来的回路构造。接缝304限定公知为原始位置的位置。编码条306可连接在带12上。编码条306可包括端部408和端部410，使得接缝304布置在端部408和端部410之间。如图1所示，带12在箭头B的方向(处理方向)上行进，并且首先遇到电晕充电装置16a，其中电荷保持材料充电到均匀的电压。带表面接着在成像站16b曝光成潜像，成像站是包括发光二极管(LED)阵列222的光源，如图7所示。在LED阵列扫描通过运动带12以便对带12的选择区域进行曝光和放电时产生潜像。在典型的EPG过程中，放电区域与原始文件上的文字或图像区域相对应。
当带12的所选放电区域运动通过显影装置16c时传送潜像，该显影装置通常提供黑色色剂到放电区域。带接着运动通过第二充电装置18a和第二光源18b以便在带12上提供第二潜像。第二潜像重叠在先前传送到带上的黑色图像上并且色剂从具有第一颜色色剂(例如黄色)的显影装置18c传送。以类似方式，第三和第四充电和显影站各自提供两个其他颜色(通常是紫色和青色)的潜像。带12因此设置有多色图像。多色图像传送到记录片材30(例如空白纸张片材)上，片材在输送站28在箭头15的方向上与带12接触地进行输送。熔融器组件52施加热以便将色剂颗粒熔融在记录片材上。
编码条连接或印刷在OPC带表面上。如图1A所示，光源37照明参照物标记。靠近编码条并位于检测来自编码条反射的光的光检测器38检测与带12运动相对应的光信号。光检测器38产生电信号，该电信号可输送到控制器上(未示出)，控制器确定启动单独的光源223的准确时间以便有选择地对OPC带12进行放电。控制信号提供到光源222以及第二、第三和第四充电、显影和擦除站。
图3A表示按照本发明的优选实施例的编码条和OPC带的构造。连接在带表面上的所述类型的编码条可包括多个层。一个构造从顶部到底部包括结构底部、底片乳胶、反射聚酯薄膜和光学粘接剂。在图1中示意表示本发明的结合有不均匀运动补偿的电子照像印刷装置10。适于采用本发明的电子照像印刷机包括OPC带12。带安装在可转动的驱动辊16和空转辊18上，它在弧形方向箭头所示的方向A上转动。光电传导表面14在方向B上以大约50mm/s到大约100mm/s范围内的不同速度连续运动。用于带转动的动力可通过任何适当的电气或机电驱动机构(未示出)实现。
运动编码器20用来检测OPC带12的运动并产生表示OPC带运动的数字计时信号。将理解到运动编码器20可以是用于通过参照物标记检测OPC带12运动并产生表示运动的数字信号的任何适当装置，其例如包括用于检测OPC带12位移的光电检测、磁性或电容装置。运动编码器20可检测来自编码条的光脉冲以便追踪OPC带12的运动并产生与其相对应的光信号，该信号通过逻辑电路32输送到LED驱动电路34。由于将要更完整地描述，运动编码器20的输出与用于ELD驱动电路的计时信号相结合以便有选择地驱动包括在二极管阵列中的单组LED并有选择地对OPC表面的局部区域放电，如图1所示。
编码条306连接或印刷在成像区域之外的OPC带12的一侧或边缘上。编码条306上的离散标记308、309最后围绕OPC带12的周边延伸。图3A是图2的编码条306的详细视图。编码条306包括限定均匀X分量和Y分量的图案的材料。在一个实施例中，限定的图案具有多个标记，其中每个标记包括第一部段308和相对于第一部段布置在钝角307上的第二部段309。在另一实施例中，限定的图案在一页纸的标准11.0英寸的长度上包括4000个标记，标记以2.75×10-3英寸(7.0μm)间隔开。由于每个色剂颗粒可具有大约12～15微米(μm)的直径，每隔7.0μm放置标记意味着每个色剂颗粒可重叠在两个标记上。传感器36以与OPC带12的边缘84相对的预定间隔关系并在OPC带12内的编码条306行进的方向上适当地安装在机器10上。光电二极管86排的纵向轴线大致平行于编码条306的运动轴线。最好是，光电二极管86的光轴与离散标记308、309的中心对准。
在图8中，编码条306进行放大以便说明监测带运动的优选方法。编码条在与带相同的方向上行进，如箭头C所示。如果带均匀行进，光检测器检测与参照物标记之间的反射相对应的有规律的周期信号的顺序。如果带运动是不均匀的(例如，带在辊表面上滑动、带停顿、带游动、带颤动)，那么检测到的信号不被相等的时间周期分开。
编码条侧部A上的标记垂直于方向C。处理方向C由分量y表示，而垂直于处理方向的方向由分量x表示。编码条的侧部B上的标记相对于方向C进行不同的定位。方向C和侧部B标记之间的角度在大约0度和大约180度之间。最好是，该角度应该是135度，这是由于x方向上的任何运动包括相同大小的垂直分量。
假设在时间t＝0之前是稳定状态，在时间t＝0时光源和传感器位于位置A’和B’。当编码条和OPC带在方向C上行进时，标记在各自光源下通过，各自的光源照明编码条的部段。来自光源的光在每个标记之间反射。反射的光在各自光检测器检测。当记录每个光信号时，计数标记的数量。标记的数量表示带的运动，这可用来通过各自的流逝时间确定带的速度。
在时间t＝t’时，以前在A’处的编码条现在的位置在A”。同样，以前在B’处的编码条现在的位置在B”。A’和A”之间的距离等于B’和B”之间的距离，分别表示流逝时间t’。虽然带在y方向经过的距离便于通过编码条的A部分内的标记数量来确定，此信息不能用来确定带在x方向上不均匀运动经过的距离。
编码条的B部分包括倾斜的标记，该标记可用来确定带不均匀运动。如果带的运动是均匀的，那么区域B内的传感器可以与检测区域A相同的时间增量周期来检测区域B内的每个倾斜标记，其中标记垂直于方向C。但是，当带的运动是不均匀时，区域B内的每个标记之间的流逝时间不相同。在图8所示的实例中，32个标记通过区域B的光和传感器，而在带从B’行进到B”期间区域A的标记的相应数量只有15个。
通过由A’到A”检测到的标记数量表示的距离和B’到B”检测到的标记数量相比，确定x运动的大小。超过A’到A”的标记数量的B’到B”的标记数量表示不均匀运动(x运动)的大小。
细长的光棒222适于在OPC带12的侧部并与OPC带12成预定间隔的关系安装在机器10中。光棒222的操作长度至少足以为每个光电二极管223提供相同的照明，其中光棒222的纵向轴线大致平行于阵列的纵向轴线。
虽然这里表示和说明了离散标记308、309，可以设想到透明或半透明的参照物标记与不透明或半透明的标记进行交替。OPC带12内的参照物标记308、309不需要准确放置、切割、蚀刻或施加。相反，通过在阵列222上放置光电二极管223(这是极度精确的)确定分辨率的精度。但是，参照物标记308、309的数量和布置以及阵列222的光电二极管223阵列的长度需要使得任何两个相邻离散标记308、309之间的最大间距小于光电二极管223阵列的长度。
在图5和6中，曲线90表示OPC带12的速度。在图5中，图示本发明没有不均匀运动补偿的像素位置轴线上的点印刷间隔。当LED阵列222以时间轴的均匀间隔92激励时，由于不均匀OPC运动，像素98以均匀间隔放置在OPC带12上，因此降低图像质量。在图6中，像素间隔96图示表示在像素位置轴线上。当阵列222内的二极管223启动时间改变以便响应时间轴上选择点94处所示的OPC带的速度变化或不均匀运动时，像素96以等间距的均匀间隔定位，如像素位置轴线所示，因此确保高质量的图像，而不考虑OPC带12运动是否不规律或不均匀。
本发明不局限于克服以上的问题。使用感光体带的另一问题是在接缝或接合部304处的成像。由于接缝304包括OPC重叠材料，色剂重叠电子照像设备不希望在接缝304进行成像。同样，接缝区域包括不能适当保持充电图像的不连续部分。因此，成像系统10希望知道成像时接缝的位置。
传统上，在OPC带上切出孔或缺口作为定位接缝的技术。但是，这种缺口逐渐积累色剂并使其重新分配，潜在地污染了设备内的其他部件。通过消除在带208上切出孔或缺口，本发明试图减小由此收集的色剂造成的污染。
在一个实施例中，本发明读取编码条306以便知道端部308和端部310所在位置，两个端部之间是接缝304的原始位置。在另一实施例中，接缝或接头304可通过使用编码条306上的参照物标记来检测。编码条306可包括位于编码条306内的限定数量的参照物标记(例如每英寸的编码条306有n个标记)。根据编码条306内的限定数量的参照物标记，控制装置316可通过离开参照物标记一定距离x来确定接缝304的位置。在一个实施例中，编码条306内的4000个总标记中的标记#238表示参照物标记，从该参照物标记测量到达接缝304的距离x。
使用感光体带中的另一问题是LED印刷头(LPH)222、232、242和254的单个发光元件可变得不对准，从而造成图像不重合。此问题在美国专利申请号09/718,069中详细描述。美国专利申请号09/718,069转让给本发明的受让人。美国专利申请号09/718,069的内容结合在此处。
在接收到带不重合的信号之后，控制装置316可操作通过软件或固件控制LPH222、232、242和254补偿不重合。该补偿可包括不重合信号，从而在没有图像不重合时通常出现的相同总体时间内，顺序接合不同的发光元件以响应不重合信号。
本发明已经参考优选实施例进行描述。显然，在阅读和理解说明书之后可以进行变型和改型。例如，本发明的概念还适用于涉及多于四色印刷的印刷技术并涉及现有设备的改造。所打算的是包括所有这些变型和改型使其位于所附权利要求及其等同物的范围内。
Claims (12)
1.一种产生色剂颗粒重叠结构以便补偿图像不重合的成像系统，该成像系统包括：
至少两个印刷站；
至少一个传感器；
一个有机光电导体带，包括编码条，其中所述编码条靠近所述至少一个传感器布置，该编码条为直接印刷在所述带上的图像。
2.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，编码条包括多个参照物标记。
3.如权利要求2所述的成像系统，其特征在于，多个参照物标记布置成传送双向图案。
4.如权利要求2或3所述的成像系统，其特征在于，每个参照物标记包括第一部段和相对于第一部段布置在钝角上的第二部段。
5.一种在成像系统内补偿色剂颗粒重叠结构的图像不重合的方法，该方法包括：
通过至少一个传感器检测带上的编码条以便产生第一位置信号；以及
从至少一印刷站传送第一色剂颗粒到带上以响应第一位置信号；以及
通过至少一个传感器检测带上的编码条以便产生第二位置信号；以及
从至少一个印刷站传送第二色剂颗粒到带上以响应第二位置信号。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，至少两个印刷站是包括第一色剂颗粒的第一印刷站和包括第二色剂颗粒的第二印刷站。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在检测编码条之前，通过布置多个参照物标记制备编码条以便传送双向图案。
8.一种具有可运动的有机光电导体构件的成像设备，包括以下组合：
(a)围绕光电导体构件的周边布置成至少一排的一系列参照物标记，该排标记在平行于光电导体构件运动的方向上延伸；
(b)至少一个传感器，其定位成使得至少一个传感器检测包括至少两个标记的光电导体构件的部分；
(c)用于操作至少一个传感器的装置，以便重复扫描光电导体构件部分和由至少一个传感器正在检测的标记，由此在每次扫描时输出一组图像信号，以便表示由带有标记的光电导体构件部分提供的图像，当带有标记排的光电导体通过至少一个传感器时图像变化；以及
(d)用于将图像信号转换成表示光电导体构件速度的时钟信号的装置。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，时钟信号表示光电导体构件的位置和速度。
10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，可运动的光电导体构件包括环形感光体带。
11.一种具有可运动的有机光电导体构件的成像设备，包括以下组合：
(a)围绕记录构件的周边布置成至少一排的一系列离散参照物标记，该排标记在平行于有机光电导体构件运动的方向上延伸；
(b)具有至少一排图像传感器的静止阵列，阵列的纵向轴线平行于光电导体构件运动的方向，其中阵列定位成传感器排检测包括至少两个标记的光电导体构件的一部分；
(c)用于操作该阵列的装置，该装置重复扫描光电导体构件部分和由传感器排正在检测的标记，由此在每次扫描时输出一组图像信号，以便表示由带有标记的光电导体构件部分提供的图像，当带有标记排的光电导体通过至少一个传感器时图像变化；以及
(d)用于将图像信号转换成表示光电导体构件瞬时位置的位置控制信号的装置。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，可运动的光电导体构件包括环形感光体带。
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