DE2139324C3 - Photoelektrische Meßvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, mit Strahlung, insbesondere mit elektromagnetischer Strahlung, wie z. B. Licht, geometrische, physikalische, chemische Merkmale an einer gewünschten Stelle dadurch zu messen und an der betreffenden Stelle gegebenenfalls eine Steuerung vorzunehmen, daß man eine Meßstrahlung mit einer Vergleichsstrahlung vergleicht. Optische Dichten, Entfernungen und Oberflächenqualitäten können auf diese Weise bestimmt werden. In elektrophotographischen Reproduktionsmaschinen kann die Tonerkonzentration durch Messung der Schwärzung von betonerten Bildern erfolgen.

Besonders bei den zuletzt genannten Maschinen tritt das Problem auf, daß stets eine gewisse Menge Toner in der Luft vorhanden ist und dieser sich an den optischen Meßgeräten niederschlägt und somit die Messung verfälscht, da eine Schwärzung gemessen wird, die zum Teil von Toner herrührt, der sich außen an von der Meßstrahlung durchstrahlten Teilen der Einrichtung abgesetzt hat.

Die aus der DT-AS 12 53 489 bekannte photoelektrische Rauchmeßdichtevorrichtung arbeitet nach der Zweistrahlmethode mit einem den Rauchgaskanal durchlaufenden Meßstrahl und mit einem Vergleichsstrahl. Der Meßstrahl wird nach dem Durchsetzen der Rauchgasmeßstrecke, die an der Eintritts- und an der Austrittsstelle von je einem Glasplattenpaar begrenzt ist, in sich zurückgeworfen, so daß jedes Glasplattenpaar zweimal durchstrahlt wird. Der Vergleichsstrahl wird ebenfalls in sich reflektiert und durchsetzt nur das an der Eintrittsstelle befindliche Glasplattenpaar zweimal. Für den Fall, daß die beiden Glasplattenpaare unterschiedlich stark verschmutzt sind, findet weder eine wirksame Elimination der Verschmutzung der Glasplattenpaare durch den Vergleichsstrahl noch ein Vermeiden der von der Verschmutzung verursachten Meßfehler statt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Meßvorrichtung der obengenannten Art zu schaffen, bei der eine Eigenschaftsänderung bzw. Verschmutzung an der Austritts- und Wiedereintrittsstelle der Meßstrahlung aus bzw. in die Einrichtung das Meßergebnis möglichst nicht verfälscht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß eine Reinigung der Fensterabsciinitte nur sehr selten vorgenommen werden muß, nämlich dann, wenn die Schwächung der Meßstrahlung aufgrund der Fensterverschmutzung so groß geworden ist, daß sich neben den sonstigen Fehlerquellen keine brauchbare Anzeige mehr ergibt. Im übrigen stört die Verschmutzung der Ein- und Austrittsfenster indessen nicht, denn die Meß- und die Vergleichsstrahlung werden durch die Veränderungen der Fensterabschnitte in derselben Weise beeinflußt.

Besonders günstig läßt sich die erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung und gegebenenfalls Steuerung der Tonerkonzentration in elektrophotographischen Reproduktionsmaschinen verwenden. Die entscheidende Meßgröße stellt in diesen Fällen nämlich das Verhältnis der Meßstrahlungsintensität und der Vergleichsstrahlungsintensität dar. Durch Toner, der sich an den Fenstern abgelagert hat, werden bei der erfindungsgemäßen Einrichtung jedoch die Meß- und die Vergleichsstrahlung um denselben Faktor (vermutlich eine Exponentialfunktion der Dicke der Verschmutzung) geschwächt, so daß dieser Faktor bei der Quotientenbildung herausfällt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann kompakt und vollständig dicht gebaut werden, so daß sie grundsätzlich auch nachträglich in vorhandene elektrophotographische Reproduktionsmaschinen eingebaut werden kann.

Der Winkel, den die Meßstrahlung und die Vergleichsstrahlung am Eintrittslensterabschnitt bzw. am Austrittsfensterabschnitt miteinander bilden, hängt weitgehend von der geometrischen Anordnung der Fenster, der Lichtquelle und des Empfängers ab. Bei einer Einrichtung zur Messung der Tonerkonzentration hat sich ein Winkel zwischen den beiden Strahlungsrichtungen am Austrittsfenster von etwa 40 bis 50° und am Eintrittsfenster von etwa 80 bis 100° als zweckmäßig erwiesen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lote auf die Aus- bzw. Eintrittsfensterabschnitte die Winkelhalbierende zwischen den Richtungen der Meßstrahlung und der Vergleichsstrahlung bilden. In diesem Falle werden nämlich die Außenseiten der Aus- bzw.

Eintrittsfenster von der Meß- bzw. der Vergleichsstrahlung in kongruenten und sich deckenden Flächen durchstrahlt und auch die Dicke der durchstrahlten Störschicht auf der Außenseite der Fenster ist genau dieselbe. Hierdurch werden optimale Meß- und Vergleichsverhältnisse erreicht

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren der Zeichnung noch näher erläutert Es zeigt ι ο

F i g. J eine schematische Ansicht einer photoelektrischen Meßvorrichlung zur Messung der Schwärzung eines Tonertestbildes auf einer Photoleitertrommel,

Fig.2 eine thematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der photoelektrischen Meßvorrichtung mit nur einem einzigen Empfänger und

Fig.3 eine Draufsicht auf die in Fig.2 gezeigte Blende.

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung dient zur Messung der Schwärzung eines TonerLildes 17 auf einer Photoleitertrommel 18. Die Lichtquelle 3 erzeugt mit Hilfe der Linse 19 ein paralleles Meßstrahlenbündel I. Diese Meßstrahlung wird an der Meßstelle 6 gestreut und nach Durchstrahlung einer Linse 20 und einer Blende 21 am Empfänger 5, beispielsweise einem Photoelement, empfangen. Mit derselben Lichtquelle 3 und einer Linse 22 wird ein Vergleichsstrahlenbündel Il erzeugt, das mit Hilfe eines Spiegels 7 umgelenkt wird. Die Lichtquelle 3, die Linsen 19 und 22, der Spiegel 7 und das Austrittsfenster 1, durch das die Meß- und die Vergleichsstrahlung I bzw. II aus der Einrichtung austreten, sind dabei so angeordnet, daß die Meßstrahlung I und die Vergleichsstrahlung II an der Außenseite des Austrittsfensters genau dieselbe Fläche umfassen. Dies ist in Fig. 2 noch deutlicher dargestellt. Hier sind die Aus- bzw. Eintrittsfenster 1 bzw. 2 in einer etwas übertriebenen Glasstärke dargestellt. Das Meßstrahlungsbündel und die Vergleichsstrahlung haben an der Außenseite des Austrittsfensters dieselbe Konfiguration, wie durch die übereinstimmenden Punkte A 1 und A 2 angedeutet wurde. Das Lot 23 auf den Austrittsfensterabschnitt 1 bildet die Winkelhalbierende zwischen den Richtungen der Meßstrahlung 1 und der Vergleichsstrahlung II. Auf diese Weise stimmen nicht nur die an der Außenseite des Austrittsfensters durchstrahlten Flächen, sondern auch die Dicke der Tonerstörschicht, die von der Meß- und der Vergleichsstrahlung durchstrahlt wird, überein.

Die an der Meßstelle 6 auftreffende Meßstrahlung I wird unter einem Winkel beobachtet, der vom Glanzwinkel verschieden sein kann, wie in der Zeichnung dargestellt. Die gestreute Strahlung tritt durch den Eintrittsfensterabschnitt 2 wieder in die Einrichtung zurück. Die Meßstrahlung I und die Vergleichsstrahlung II tritt an genau derselben Stelle durch den Eintrittsfensterabschnitt 2 wieder in das Gerät ein. Dies ist in F i g. 2 durch die übereinstimmenden Punkte Ei und E2 an der Außenseite des Eintrittsfensterabschnitts 2 angedeutet

Ebenso wie für die Meßstrahlung ist auch für die Vergleichsstrahlung eine Linse 24, eine Blende 25 und ein Empfänger 4 vorgesehen. Die Meßwerte der Empfänger 4 und 5 werden in einem Gerät 26, das im Prinzip aus einer elektrischen Brückenschaltung bestehen kann, miteinander verglichen. Der sich ergebende Meßwert kann zu einer automatischen Steuerung der Tonerzufuhr in Abhängigkeit der gemessenen Schwärzung der Meßstelle 6 verwendet werden.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in F i g. 1 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß für die Meß- und die Vergleichsstrahlung nur ein einziger Empfänger 4 vorgesehen ist Eine Lochblende 8, die von einem Motor 27 gedreht wird, gibt abwechselnd durch die öffnung 16 (Fig.3) nur entweder die Meßstrahlung oder die Vergleichsstrahlung frei. Auf diese Weise gelangen phasenverschobene Lichtimpulse, die abwechselnd die Meß- und die Vergleichsstrahlung darstellen, auf den Empfänger 4. Ein Spiegel 28 dient zur Umlenkung und Zurückführung der Vergleichsstrahlung auf dieselbe Stelle des Empfängers 4 wie die Meßstrahlung.

Für Trennung, Vergleich und Verstärkung der ineinandergeschachtelten Meß- und Vergleichssignale kann ein elektrischer Lock-in-Verstärker Verwendung finden.

Die Phasenlage der Blende 8 wird zu diesem Zwecke ebenfalls dem Lock-in-Verstärker als elektrisches Signal zugeführt. Dabei kann dieses Signal mit Hilfe von Auswölbungen 10 der Blende 8 erzeugt werden, die mechanisch oder elektrisch abgetastet werden.

Anstelle des Lock-in-Verstärkers können auch zwei einzelne Verstärker Verwendung finden.

Zu diesem Zwecke ist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform die Blende 8 mit je einer nach oben bzw. unten von der Blendenebene abstehenden Auswölbung 10 versehen. Eine federnd gelagerte Stange 29 verbindet mit Hilfe des Schalters 11 den Ausgang des Empfängers 4 abwechselnd mit zwei verschiedenen Eingängen 12 bzw. 13 von zwei Verstärkern 14 bzw. 15. Dabei sind die Auswölbungen 10 und d^;e Stange 29 mit dem Schalter 11 so angeordnet, daß die Verbindung zwischen dem Ausgang des Empfängers 4 und dem Eingang 12 des Verstärkers 14 immer dann hergestellt wird, wenn die öffnung 16 in der Blende 8 die Meßstrahlung I freigibt und die Verbindung zwischen dem Empfänger 4 und dem Eingang 13 des Verstärkers 15 immer dann hergestellt wird, wenn die öffnung 16 der Blende 8 die Vergleichsstrahlung Il freigibt. Auf diese Weise können die vom Empfänger < empfangenen Meß- und Vergleichisignale getrennt verstärkt und wiederum beispielsweise einer Brückenschaltung 26 zugeführt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Photoelektrische Meßvorrichtung mit einer Strahlungsquelle, mit einer Strahlteilungseinrichtung s zur Erzeugung eines Meßstrahls und eines Vergleichsstrahls, mit einer photoelektrischen Empfangseinrichtung für den Meß- und den Vergleichsstrahl und mit einer die Strahlungsquelle, die Strahlteilungseinrichtung und die Empfangseinrichtung von einer Meßstrecke und einer Vergleichsstrecke abschirmenden Austritts- und Eintrittsfensteranordnung, durch welche der Meßstrahl und der Vergleichsstrahl beim Austritt und beim Eintritt jeweils im Winkel zueinander geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsund Eintrittsfensteranordnung einen vom Meß- und Vergleichsstrahl (I bzw. II) jeweils nur einmal durchsetzten ebenen Austrittsfensterabschnitt (1) sowie einen vom Meß- und Vergleichsstrahl (I bzw. If) jeweils nur einmal durchsetzten ebenen Eintrittsfensterabschnitt (2) aufweist, und daß der Meß- und der Vergleichsstrahl (I bzw. II) derart geführt und der Eintritts- und der Austrittsfensterabschnitt (1 bzw. 2) derart angeordnet sind, daß der Meß- und Vergleichsstrahl (I bzw. II) den Austritts- und den Eintrittsfensterabschnitt (1 bzw. 2) jeweils im gleichen Fensterbereich durchsetzen.

2. Photoelektrische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen von Austritts- und Eintrittsfensterabschnitt (1 bzw.

2) einen zur Meßstrecke (6) hin offenen Winkel (c) einschließen.

3. Photoelektrische Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot (23) auf den Austrittsfensterabschnitt (1) und das Lot auf den Eintrittsfensterabschnitt (2) jeweils die Winkelhalbierende des an diesen Fensterabschnitten von der Richtung des Mtß- und des Vergleichsstrahls (I bzw. II) eingeschlossenen Winkels (a bzw. ^bildet.