DE4022294C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der Dichte eines Tonerbildes nach dem Patentanspruch 1.

Aus der US-PS 39 36 176 ist bereits eine Einrichtung zum Fühlen der Dichte eines Tonerbildes bekannt, welches auf einem Bildträger einer Bilderzeugungseinrichtung erzeugt worden ist. Die bekannte Einrichtung umfaßt ein lichtemittierendes Element, um Licht abzugeben, um ein auf einem Bildträger erzeugtes Bezugstonerbild zu beleuchten. Ferner umfaßt die bekannte Einrichtung auch ein lichtempfindliches Element zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, welche eine Lichtmenge darstellt, die von dem Bezugstonerbild reflektiert wurde. Es ist wenigstens eine Begrenzungseinrichtung vorhanden, um einen Teil des Lichtes abzufangen, das von dem lichtemittierenden Element abgegeben wird, und eine Begrenzungseinrichtung, um einen Teil des Lichtes abzufangen, welches auf das lichtempfindliche Element gerichtet ist. Bei dieser bekannten Konstruktion erzeugt zumindest die wenigstens eine Begrenzungseinrichtung eine Begrenzung, die in unmittelbarer Nähe des lichtemittierenden Elements oder des lichtempfindlichen Elements angeordnet ist. Ferner ist eine Begrenzung wirksam, die in einem Abstand von der ersten Begrenzung in der Nähe des Bezugstonerbildes angeordnet ist.

Aus der US-PS 42 79 498 ist ein elektrophotographisches Kopiergerät mit einer photoleitfähigen Trommel bekannt, wobei auch eine Einrichtung zum Messen der Dichte eines Tonerbildes zur Anwendung gelangt, das auf der photoleitfähigen Trommel ausgebildet wurde. Die Einrichtung zum Messen der Dichte eines Tonerbildes kann gemäß einer Ausführungsform ein gemeinsames Halterungsteil umfassen, in welchem eine lichtemittierende Vorrichtung zum Abgeben von Licht, um ein auf der photoleitfähigen Trommel erzeugtes Tonerbild zu beleuchten, und ein Lichtdetektor angeordnet sind, wobei der Lichtdetektor eine Ausgangsspannung erzeugt, welche eine Lichtmenge darstellt, welche von dem Tonerbild zum Lichtdetektor reflektiert wird. Bei dieser bekannten Konstruktion besteht jedoch die Möglichkeit, das Licht, welches in einer vorderen Linse der Anordnung gebrochen wird, unmittelbar vom lichtemittierenden Element zum lichtempfindlichen Element gelangen kann, wodurch die Meßgenauigkeit nachteilig beeinflußt wird.

Aus der US-PS 47 96 065 ist ein Gerät zum Messen der Bilddichte in einer Bilderzeugungseinrichtung bekannt, wobei die Meßanordnung wenigstens ein lichtemittierendes Element und zwei Lichtdetektoren umfaßt, welche in Lichtschächten eines Halterungsblockes angeordnet sind. Bei dieser bekannten Konstruktion besitzen sämtliche Lichtschächte im wesentlichen den gleichen Durchmesser.

Schließlich ist aus der US-PS 47 99 082 eine weitere Einrichtung zum Messen der Dichte eines Tonerbildes bekannt, das auf einem Bildträger einer elektrophotographischen Bilderzeugungseinrichtung erzeugt worden ist. Diese bekannte Einrichtung zum Messen der Dichte eines Tonerbildes umfaßt einen Lichtdetektor zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, welche eine Lichtmenge darstellt, welche von einem Bezugstonerbild zum Lichtdetektor reflektiert wird, ferner einen ersten Lichtschacht, an dessen vom Bildträger weiter entfernt liegenden Ende die lichtemittierende Vorrichtung angeordnet ist und der einen Teil des Lichtes abfängt, das von der lichtemittierenden Vorrichtung abgegeben wird. Ferner ist ein zweiter Lichtschacht vorhanden, an dessen vom Bildträger weiter entfernt liegenden Ende der Lichtdetektor angeordnet ist und der einen Teil des Lichtes abfängt, das auf den Lichtdetektor gerichtet ist.

Diese bekannte Einrichtung enthält schließlich noch eine weitere lichtbegrenzende Einrichtung in Form einer Lochscheibe, welche am Lichteintrittsende des Lichtschachtes drehbar angeordnet ist, welcher den Lichtdetektor enthält.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung zum Messen der Dichte eines Tonerbildes zu schaffen, die einfach herzustellen ist, bei der die insbesondere bei der Verwendung eines Farbtoners aufgrund von Ungenauigkeiten bei ihrer Justierung und Fertigung auftretenden Schwankungen der Detektionsempfindlichkeit minimiert sind und deren Signal/Rauschverhältnis möglichst groß ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion dient der konisch ausgebildete zweite Lichtschacht als optische Blende für die Konvexlinse des Lichtdetektors, wobei durch das Ausblenden der Randbereiche der Konvexlinse mit dieser Blende die Abbildungsqualität der optischen Meßanordnung verbessert wird und durch die Konizität des zweiten Lichtschachtes auch eine Minimierung der insbesondere bei der Verwendung von Farbtoner aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Justierung und Fertigung der Meßanordnung auftretenden Schwankungen der Detektionsempfindlichkeit bei gleichzeitig großem Signal/Rauschverhältnis erzielt wird.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines elek­ tronischen Analogkopierers, welcher eine spezielle Form einer Bilderzeugungseinrichtung ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Tonerbilddichtemeßeinrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 3A und 3B Graphen, welche jeweils eine Beziehung zwi­ schen einer Tonermenge, welche auf ein photoleit­ fähiges Element oder einen Bildträger aufgebracht ist, und dem Ausgangssignal eines lichtempfindli­ chen Element wiedergeben; und

Fig. 4, 5A und 5B Darstellungen von herkömmlichen Dichtefühl­ einrichtungen, anhand welcher deren Nachteile er­ läutert werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein elektrophotographischer Analogkopierer be­ schrieben, welcher zur Familie der Bilderzeugungseinrichtun­ gen gehört. Wie in Fig. 1 dargestellt, weist der Kopierer einen Bildträger in Form einer photoleitfähigen Trommel 1 auf, welche, wie durch einen Pfeil in Fig. 1 angedeutet ist, im Uhrzeigersinn drehbar ist. Ein Hauptlader 2 lädt gleichförmig die Oberfläche der Trommel 1 mit einer vorher­ bestimmten Polarität. Eine transparente Glasplatte 3 ist über der Trommel 1 angeordnet, und auf ihr ist eine Vorlage 4 abgelegt. Eine Lichtquelle 5 ist, wie aus Fig. 1 zu er­ sehen, zum Beleuchten der Vorlage 4 von links nach rechts bewegbar. Ein von der Vorlage 4 reflektiertes Lichtbild wird nacheinander über einen ersten Spiegel 6, welcher sich zusammen mit der Lichtquelle 5 bewegt, sowie über einen zweiten und einen dritten Spiegel 7 bzw. 8 reflektiert, wel­ che sich in derselben Richtung wie die Lichtquelle 5 bewegen. Das reflektierte Lichtbild wird dann durch eine Linsenanord­ nung 9 und einen ortsfesten vierten Spiegel 4 auf die ge­ ladene Oberfläche der Trommel 1 geleitet, wodurch ein die Vorlage 4 darstellendes, latentes Bild elektrostatisch auf der Trommel 1 erzeugt wird. Eine Entwicklungseinheit 11 weist eine Entwicklungsrolle 12 auf und ist mit einem Zwei­ komponenten-Entwickler 15, d. h. einem Gemisch aus einem Trä­ ger und Toner geladen. Das latente Bild wird mittels des To­ ners entwickelt, welcher auf die Entwicklungsrolle 12 auf­ gebracht wird, und das sich ergebende Tonerbild wird mit Hilfe eines Laders 13 auf ein Papierblatt 14 übertragen.

Wenn der vorstehend beschriebene Kopiervorgang wiederholt wird, wird das Verhältnis des Toners zu dem Träger in dem Entwickler 15 geringer, und zu gegebener Zeit wird dann die Dichte des Tonerbildes schwächer, wodurch die Bildqualität schlechter wird. Um dies auszuschließen, ist ein Bezugsdichte­ muster 16 mit beispielsweise einer Dichte von 1,8 in der Nähe der Glasplatte 3 angeordnet. Solange Licht von der Licht­ quelle 5 das Muster 16 beleuchtet, wird ein hiervon reflek­ tiertes Bild durch die optischen Einrichtungen 6 bis 10 auf die Trommel 1 geleitet, um auf dieser ein latentes Bezugs­ bild mit einem vorherbestimmten Oberflächenpotential zu er­ zeugen. Mit Hilfe der Entwicklungseinheit 11 wird das laten­ te Bezugsbild in ein Bezugstonerbild RT ent­ wickelt. Mit einer Tonerbilddichte-Meßeinrichtung 17, auf welche sich die Erfindung bezieht, wird die Dichte des Bezugstonerbildes RT gemessen. Wenn die Dichte des Bezugstonerbildes RT niedri­ ger als ein vorherbestimmter Wert ist, welcher auf der Basis des Ausgangssignals der Einrichtung 17 festgelegt ist, wird frischer Toner von einem Tonerbehälter 30 dem Entwickler in der Entwicklungseinheit 11 zugeführt, um so zu verhindern, daß die Dichte des Tonerbildes abnimmt. Ein derartiger Meß­ vorgang wird jedesmal dann durchgeführt, wenn eine normale Kopieroperation beendet ist, oder jedesmal dann, wenn diese eine bestimmte Anzahl Mal wiederholt ist.

In Fig. 2 ist eine Tonerbilddichte-Meßeinrichtung mit Merkmalen nach der Erfin­ dung dargestellt. Insbesondere hat die in ihrer Gesamtheit mit 17 bezeichnete Tonerbilddichte-Meßeinrichtung eine lichtemittie­ rende Vorrichtung 18 und einen Lichtdetektor 118. In der dargestellten Ausführungsform weist die lichtemittie­ rende Vorrichtung 18 eine lichtemittierende Diode (LED) oder ein ähnliches lichtemittierendes Element 20, einen Träger 21, welcher die LED-Diode 20 trägt und aus einem transparen­ ten Harz hergestellt ist, und eine Konvexlinse 22 auf, wel­ che durch einen Teil des transparenten Trägers 21 gebildet ist. Ferner weist der Lichtdetektor 118 einen Phototransistor oder ein entsprechendes lichtempfindliches Element 120, einen Träger 121, welcher den Phototransistor 120 trägt und aus einem transparenten Kunstharz hergestellt ist, und eine Konvexlinse 122 auf, welche durch einen Teil des transparenten Trägers 121 gebildet ist. Licht von der LED 20 der lichtemittierenden Vorrichtung 18 beleuchtet über die Konvexlinse 22 das Bezugstonerbild RT auf der Trommel 1. Eine Reflexion von dem Bezugstonerbild RT trifft über die Konvexlinse 122 auf den Phototransistor 120 des Lichtdetektors 118. Dementsprechend erzeugt der Phototransistor 120 ein Ausgangssignal, das die Menge des auffallenden Lichts darstellt, und gibt es an eine Zentral­ einheit (CPU) 23 (Fig. 1) ab. Wenn die Zentraleinheit 23 feststellt, daß die Tonerkonzentration des Entwicklers 15 niedrig ist, wird, wie eingangs bereits ausgeführt, fri­ scher Toner zugeführt. In Fig. 2 ist der Toner des Bezugs­ tonerbildes RT insgesamt mit T bezeichnet.

Wenn die Dichte des Bezugstonerbildes RT hoch ist, wird eine große Lichtmenge durch den Toner absorbiert, mit dem Ergeb­ nis, daß die Lichtmenge, die auf den Lichtdetektor 118 fällt, geringer ist. Umgekehrt nimmt wenn die To­ nerkonzentration in dem Entwickler 15 und folglich die Dich­ te des Bildes RT abnimmt, die Lichtmenge zu, welche von der Fläche der Trommel 1 reflektiert wird, auf welcher kein Toner vorhanden ist. Dann wird die Lichtmenge, welche auf den Lichtdetektor 118 auffällt, und damit die Intensität des Ausgangssignals des Lichtdetektors 118 größer. Der Lichtdetektor 118 soll eine Ausgangsspannung Vsg (in der Praxis etwa 4,0 V u. ä.) entsprechend einer Reflexion von der Oberfläche der Trommel 1 erzeugen, auf welcher kein Toner vorhanden ist. Ebenso soll der Lichtdetektor 118 eine Ausgangsspannung Vsp entsprechend einer Refle­ xion von dem Bezugstonerbild RT erzeugen. Wenn ein schwarzer Toner verwendet wird, wird bestimmt, daß die Dichte bzw. der Schwärzungsgrad des Bildes RT niedrig ist, wenn das Verhält­ nis Vsp/Vsg größer als ein Achtel (1/8) ist, und es wird frischer Toner zugeführt. Hierdurch wird mit Erfolg die To­ nermenge, welche auf das Bezugstonerbild RT aufzubringen ist, bei etwa 0,4 mg/cm² gesteuert und dadurch die Dichte bzw. der Schwärzungsgrad von normalen Tonerbildern im wesentlichen konstant gehalten.

Wenn die Trommel 1 eine photoleitfähige Schicht aus Selen hat, spricht der Lichtdetektor 118 auf Licht an, dessen Wellenlänge in dem Bereich von 900 bis 950 nm liegt.

Der beschriebene Aufbau und die insoweit beschriebene Ar­ beitsweise sind herkömmlich. Bevor die charakteristischen Merkmale der bevorzugten, dargestellten Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden, werden nachstehend zuerst die Nachteile einer herkömmlichen Tonerbilddichte-Meßeinrichtung im einzelnen beschrieben. Fig. 4 zeigt eine spezifische Anordnung einer herkömmlichen Dichtefühleinrich­ tung. Die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung ist in dersel­ ben Weise wie die anhand von Fig. 2 beschriebene Einrichtung ausgeführt und wird in der gleichen Weise betrieben. Daher sind auch dieselben Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Entwicklungseinheit 11 (Fig. 1) soll mit einem Entwick­ ler geladen sein, welcher schwarzen Toner enthält. Es wird dann, wie in Fig. 4 dargestellt, das Bezugstonerbild RT durch den schwarzen Toner erzeugt, so daß das meiste Licht, das von der lichtemittierenden Vorrichtung 18 abgegeben worden ist und auf den Toner T auffällt, durch den Toner T absor­ biert wird. Bei der Trommel 1 des Analogkopierers wird, wie bei der dargestellten Ausführungsform, Licht, das auf eine Fläche fällt, in welcher der Toner T nicht aufgebracht ist, beinahe vollkommen gleichförmig reflektiert und fällt auf den Lichtdetektor 118. Unter dieser Voraussetzung werden dann die Tonermenge, welche in dem Bezugstonerbild RT aufgebracht ist, und das Ausgangssignal des Lichtdetektors 118 in Beziehung gesetzt, wie durch eine Kurve A in Fig. 3A dargestellt ist. Wenn kein Toner auf die Trommel 1 aufgebracht ist, erzeugt der Lichtdetektor 118 die Ausgangsspannung Vsg; die Ausgangsspannung nimmt mit der Zunahme in der Menge an aufgebrachtem Toner ab. Die herkömmliche Tonerbilddichtemeßeinrichtung kann daher die Dichte bzw. den Schwärzungsgrad des Bezugstonerbildes RT in zufriedenstellender Weise fühlen, solange der Toner ein schwarzer Toner ist.

Nunmehr soll in der Entwicklungseinheit 11 (Fig. 1) ein Farbtoner verwendet werden, und daher ist das Bezugstonerbild RT (Fig. 4) durch den Farbtoner T gebildet. Licht, das auf den Farbtoner T fällt, wird beinahe vollkommen ungleichmä­ ßig reflektiert, d.h. nur etwa 10 bis 30% des auffallenden Lichts wird von dem Farbtoner absorbiert. Das unregelmäßig reflektierte Licht wird in verschiedene Richtungen gestreut und trifft (nur) zum Teil auf den Lichtdetektor 118. Das meiste Licht, welches auf die Fläche der Trommel 1, auftrifft, an welcher kein Farbtoner T vorhanden ist, wird gleichförmig reflektiert und fällt wie bei Verwendung des schwarzen Toners auf den Lichtdetektor 118. Wenn eine größere Menge Farbtoner T aufgebracht ist, wird mehr Licht ungleichmäßig reflektiert, mit dem Ergebnis, daß das Verhältnis der ungleichmäßigen Reflexion zu der gleichförmi­ gen Reflexion in der insgesamt reflektierten Lichtmenge von dem Bezugstonerbild RT größer wird.

In Fig. 3A stellt eine Kurve B eine Beziehung zwischen der Menge an auf der Trommel 1 aufgebrachten Toner und der Lichtmenge dar, welche auf den Lichtdetektor 118 fällt, d. h. dem Ausgangswert des Detektors 118, was auf die ungleichmäßige Reflexion durch den Farbtoner T zurückzufüh­ ren ist. Insbesondere wird im Falle eines schwarzen Toners das meiste Licht, welches auf den Toner fällt, von dem Toner absorbiert und folglich wird die Ausgangsspannung am Detektor 118 mit der Zunahme in der Menge des auf der Trommel aufge­ brachten Toners deutlich weniger, wie durch die Kurve A an­ gezeigt ist. Im Unterschied hierzu wird im Falle eines Farbtoners das meiste Licht, welches auf den Toner fällt, ungleichmäßig durch letzteren reflektiert, und folglich wird die Ausgangsspannung des Detektors 118 trotz der Zunahme in der aufgebrachten Tonermenge nur langsam geringer. Wenn folg­ lich Farbtoner verwendet wird, ändert sich die Ausgangsspan­ nung des Detektors 118 nur wenig bezüglich der Änderung in der aufgebrachten Tonermenge, d. h. die Empfindlichkeit des Detektors 118 wird in kritischer Weise verschlechtert, wodurch eine genaue Dichtefeststellung behindert wird.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Verwendung eines Farb­ toners ist folgende: Eine übliche Reflexion von der Trommel 1 soll nunmehr L1 sein, wenn überhaupt kein Toner aufge­ bracht ist, und eine unregelmäßige Reflexion von der Trommel 1 soll L2 sein, wenn die Trommel 1 vollkommen mit Toner be­ deckt ist. Das Verhältnis L1/L2 wird nachstehend als ein S/N-Verhältnis bezeichnet. Bei der Trommel 1, welche in dem in Fig. 1 dargestellten Analogkopierer untergebracht ist, beträgt das S/N-Verhältnis etwa 15, wenn schwarzer To­ ner verwendet wird, und etwa 1,3, wenn ein Farbtoner ver­ wendet wird. Solange das S/N-Verhältnis besonders bei dem schwarzen Toner groß ist, da der schwarze Toner das meiste Licht absorbiert, ist das S/N-Verhältnis insbesondere bei dem Farbtoner klein und beträgt nur etwa ein Zehntel (1/10) des Verhältnisses bei schwarzem Toner, da das meiste Licht ungleichmäßig reflektiert wird. Bezogen auf die Kurven A und B in Fig. 3A absorbiert somit der schwarze Toner das meiste auffallende Licht, und das Licht, welches auf den Lichtdetektor 118 auftrifft, enthält kaum eine unregel­ mäßige Reflexion, so daß der minimale Ausgangswert W1 des Lichtdetektors 118 entsprechend niedrig ist. Da jedoch im Falle von Farbtoner ein Teil des reflektierten Lichts auf den Lichtdetektor 118 fällt, wird der minimale Ausgangs­ wert W2 des Lichtdetektors 118 nicht merklich erniedrigt, selbst wenn die Menge an aufgebrachtem Toner zunimmt. Der minimale Wert W2 ist der Ausgangswert, welcher dem Licht entspricht, das unregelmäßig von dem Farbtoner reflektiert worden ist, und auf den Lichtdetektor 118 fällt. Wenn nunmehr die Menge an aufgebrachtem Toner 0,4 mg/cm² ist, stellt nur ein Teil W4 der gesamten Ausgangsspannung W3 des Lichtdetektors 118 den re­ gulär reflektierten Anteil dar, welcher auf den Lichtdetektor 118 auffällt, während der Rest W2 den irregulär reflektierten An­ teil darstellt, welcher auf den Lichtdetektor 118 auftrifft. Auf diese Weise wird das Verhältnis an irregulärer Reflexion größer. Bei dem schwarzen Toner stellt das meiste des Aus­ gangswertes W5 des Lichtdetektors 118 die reguläre Reflexion dar.

Wenn, wie vorstehend ausgeführt, ein Farbtoner verwendet wird, ist das S/N-Verhältnis so klein, daß sich das Verhält­ nis des irregulär reflektierten Lichts, welches auf den Lichtdetektor 118 fällt, und des regulär reflek­ tierten Lichts ändert, wenn beispielsweise infolge einer ge­ wissen Streuung bei der Herstellung, die Licht-Richtwirkung sogar nur wenig verschieden ist. Dies bedeutet, daß sich die Kurve B (Fig. 3A) in Abhängigkeit von der jeweiligen Dichte­ meßeinrichtung verschiebt, wie durch einen mit zwei Pfeil­ spitzen versehenen Pfeil P1 angezeigt ist. Daher ist die herkömmliche Dichtemeßeinrichtung in der Praxis nicht ver­ wendbar, um mit entsprechender Genauigkeit die Dichte der Bezugstonerdichte bzw. des Bezugstonerbildes zu fühlen.

Wie in Fig. 5A dargestellt, kann daher zumindest die licht­ emittierende Vorrichtung 18 oder der Lichtdetektor 118 mit einer Begrenzung 31a oder 32a versehen sein. Die Begrenzung 31a oder 32a fängt einen Teil des Lichtes ab, welcher von der lichtemittierenden Vorrichtung 18 abgegeben wird, oder einen Teil des Lichtes, das in Richtung des Lichtdetektors 118 ausgerichtet ist, wodurch dann 80% u. ä. der irregulären Reflexion von dem Farbtoner ausgeschaltet ist. Mit Hilfe der Begrenzung 31a oder 32a kann das Verhältnis der irregulären Reflexion zu der Gesamtlichtmenge, welche auf den Lichtdetektor 118 auffällt, reduziert werden, und dadurch der Anteil an regulärer Reflexion erhöht werden.

Folglich kann die Beziehung zwischen der Menge an Toner, wel­ cher auf die Trommel 1 aufgebracht ist, und der Ausgangsspan­ nung des Lichtdetektors 118 insbesondere bei Farbtoner korrigiert werden, wie durch eine Kurve C in Fig. 3A dargestellt ist. Folglich ist dadurch die Empfindlichkeit der Einrichtung verbessert, und außerdem ist die Streuung in dem Verhältnis zwischen den regulären und den irregulären Reflexionswerten, was auf die Streuung in der Ausrichtung bzw. Richtfähigkeit von Licht zurückzuführen ist, welches von der Vorrichtung 18 abgegeben wird, verringert worden, wodurch ein genaues Messen gefördert wird. Wenn schwarzer Toner verwendet wird, folgt die Ausgangsspannung des Lichtdetektors 118 trotz der Be­ grenzung 31a bzw. 32a im wesentlichen der Kurve A, da kaum irgendwelche irregulären Reflexionen auf den Lichtdetektor 118 fallen.

Jedoch kann allein durch Vorsehen der Begrenzungen 31a und 32a die Gefahr eines Streuens in der Meßgenauigkeit zwi­ schen den Einrichtungen infolge einer Streuung in der Posi­ tioniergenauigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung 18 und des Lichtdetektors 118 nicht ausgeschlossen werden. Solange, wie in Fig. 5A dargestellt, eine Linie l₃, welche den Winkel zwischen den optischen Achsen l₁ und l₂ der Linsen 22 bzw. 122 halbiert, mit einer Normalen N auf der Oberfläche der Trommel 1 zusammenfällt, kann allein mit Hilfe der Begrenzung 31a und 32a die Dichte des Bezugstoner­ bildes genau gemessen werden.

Wie in Fig. 5B dargestellt, sollen nunmehr die lichtemittie­ rende Vorrichtung 18 und/oder der Lichtdetektor 118 aufgrund einer ungenauen Positionierung etwas bezüglich der in Fig. 5A dargestellten Position geneigt sein. Unter die­ ser Voraussetzung fällt dann die Halbierungslinie l₃ nicht mit der Normalen N zusammen und weicht von dieser um einen Winkel R ab. Durch die Begrenzung 32a wird dann verhindert, daß die reguläre Reflexion von der Fläche der Trommel 1, auf welcher das Bezugstonerbild erzeugt ist, den Lichtdetektor 118 erreicht. Untersuchungen haben ge­ zeigt, daß die reguläre Reflexion um etwa 20% beschnitten wird, wenn der Winkel R 2° ist, und um etwa 50% beschnit­ ten wird, wenn der Winkel R 4° ist. In der Praxis liegt der Neigungswinkel R bei etwa 2°. Sollte sich daher die Positioniergenauigkeit von einer Einrichtung zur anderen un­ terscheiden, wie vorstehend ausgeführt ist, würde sich die in Fig. 3A dargestellte Kurve C in dem Bereich zwischen den strichpunktierten Linien C1 und C2 verschieben, wodurch ver­ hindert würde, daß mit den einzelnen Einrichtungen die Dichte des Bezugstonerbildes mit derselben Genauigkeit gemessen wird.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die lichtemittierende Vorrichtung 18 und der Lichtdetektor 118 an einem gemeinsamen Gehäuse 33 befestigt. Das Gehäuse 33 weist Bohrungen 34 und 134, um Strahlengänge bzw. Licht­ wege festzulegen, welche an den Konvexlinsen 22 bzw. 122 enden. Die oberen und unteren Öffnungen der Bohrung 134, welche dem Lichtdetektor 118 zugeordnet sind, dienen als Begrenzung 35 bzw. 36. Die Begrenzungen 35 und 36 bilden zusammen eine Begrenzungseinrichtung. Die grund­ legende Funktion der Begrenzungen 35 und 36 ist dieselbe wie diejenige der in Fig. 5A dargestellten Begrenzung, näm­ lich die Empfindlichkeit der Einrichtung zu erhöhen und ein genaues Messen zu ermöglichen. Der Unterschied besteht darin, daß der Lichtdetektor 118 mit zwei derartigen Begrenzungen 35 und 36 versehen ist. Ein weiterer Unter­ schied besteht darin, daß die Begrenzung 36 nahe bei dem Lichtdetektor 118 einen Durchmesser D1 hat, welcher kleiner als der der Begrenzung 35 ist, welche weiter entfernt von dem Lichtdetektor 118 ausgebildet ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführung ist die Bohrung 134 von dem unteren Ende in Richtung des oberen Endes ko­ nisch erweitert. Folglich wird, selbst wenn die lichtemittie­ rende Vorrichtung 18 und/oder der Lichtdetektor 118 nicht genau positioniert sind, wie in Fig. 5B dargestellt ist, eine reguläre, gleichmäßige Reflexion von der Trommel 1 durch eine Begrenzung nicht mehr beschnitten. Insbesondere ist, selbst wenn der Neigungswinkel R (Fig. 5B) auf den Bereich von ± 2° begrenzt ist, mit Erfolg verhindert, daß die reguläre Reflexion beschnitten wird. Wenn der Winkel R 4° ist, wird durch die Begrenzungen 35 und 36 20% einer regulären Reflexion beschnitten. Folglich ist verhindert, daß die Kurve C (Fig. 3A) zwischen den Kurven C1 und C2 verschoben wird, d.h. die einzelnen Einrichtungen liefern dieselbe Meßgenauigkeit. Da die Begrenzung 36 einen größe­ ren Durchmesser hat als die herkömmliche Begrenzung, wird die Menge an irregulär von dem Bezugstonerbild reflektier­ ten Lichts, welches auf den Lichtdetektor 118 fällt, etwas größer, und folglich haben die Ausgangsspannung des Lichtdetektors 118 und die Menge an aufgebrachtem Toner eine Beziehung, wie sie durch eine gestrichelte Kurve C3 in Fig. 3A dargestellt ist. Obwohl die Kurve C3 eine etwas nie­ drigere Emfindlichkeit als die Kurve C bedeutet, welche mit der herkömmlichen Beschränkung erhalten wird, unterscheidet sich die Kurve C3 wenig von einer Einrichtung zur anderen, und stellt folglich ein genaues Messen der Dichte des Be­ zugstonerbildes sicher. Anders ausgedrückt, das Verhältnis zwischen der regulären Reflexionskomponente und der irregu­ lären Reflexionskomponente des auf den Lichtdetektor 118 fallen­ den Lichts ist konstant gehalten, so daß eine Meßeinrichtung mit einem Minimum an Streuung erzeugt werden kann, obwohl die Empfindlichkeit etwas niedrig(er) sein kann.

Auf die vorstehend beschriebene Anordnung und Ausführung wird der Einfachheit halber als erstes Bezug genommen. Die erste Ausführung ist auch bei der lichtemittierenden Vorrichtung 18 anwendbar. Insbesondere kann eine Begrenzungsein­ richtung aus zwei Begrenzungen der Vorrichtung 18 zugeordnet werden, um einen Teil des Lichts abzufangen, welches die Vorrichtung 18 abgibt; der Durchmesser D1 einer nahe der Vorrichtung 118 vorgesehenen Begrenzung kann kleiner gewählt werden als der Durchmesser D2 der anderen, von der Vorrichtung 118 weiter weg angeordneten Begrenzung. Erforderlichenfalls kann die erste Ausführung bei beiden Vorrichtungen 18 und 118 angewendet werden. Die erste vorstehend beschriebene Aus­ führung ist auch anwendbar, selbst wenn bei der lichtemittieren­ den Vorrichtung 18 und dem Lichtdetektor 118 die Konvexlinsen 22 und 122 fehlen.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform bildet eine Bohrung 34, welche der lichtemittierenden Vorrichtung 18 zuge­ ordnet ist, eine Begrenzung 37, so daß das Licht von der LED 20 teilweise durch die Begrenzung 37 abgefangen wird.

Obwohl sich die vorstehend wiedergegebene Beschreibung auf einen elektrophotographischen Analogkopierer konzentriert hat, ist die Erfindung noch vorteilhafter bei digitalen Bilderzeugungseinrichtungen, wie beispielweise einem Digital­ kopierer, aus folgenden Gründen anwendbar: In einem Digitalkopierer tastet ein Laserstrahl selektiv die gleichförmig geladene Oberfläche eines photoleitfähigen Elements entsprechend einem Bildsignal ab und erzeugt da­ durch elektrostatisch ein latentes Bild. Das latente Bild wird durch Toner entwickelt. Wenn ein Zweikomponenten-Ent­ wickler verwendet wird, muß dem Entwickler von Zeit zu Zeit in genau derselben Weise wie bei dem in Fig. 1 dargestell­ ten Kopierer frischer Toner zugeführt werden. Es ist üb­ lich gewesen, die Oberfläche des photoleitfähigen Ele­ ments durch einen vorherbestimmten Laserstrahl zu beleuch­ ten, um ein latentes Bezugsbild zu erzeugen. Das latente Bezugsbild wird mittels Toner entwickelt, um ein Bezugs­ tonerbild zu erzeugen, und eine Dichtemeßeinrichtung mißt die Dichte des Bezugstonerbildes. Wenn die Dichte des Be­ zugstonerbildes gering ist, wird dem Entwickler frischer Toner zugeführt. Grundsätzlich wird daher bei dem Digital­ kopierer dasselbe Tonerdichte-Meßprinzip wie beim Analog­ kopierer verwendet.

Das photoleitfähige Element in einem Digitalkopierer hat eine unregelmäßige Reflexionsschicht zwischen der Oberfläche oder der Unterlage und deren photoleitfähiger Schicht, um eine gleichmäßige Reflexion auszuschließen. Dies ist eine Gegenmaßnahme gegen Interferenzstreifen, welche sonst durch eine Mehrweg-Reflexion in der photoleitfähigen Schicht hervorgerufen würden. Wenn daher die Oberfläche des photo­ leitfähigen Elements beleuchtet wird, ist die übliche Re­ flexion äußerst gering. Beispielsweise werden nur 5% des Lichts, das auf das photoleitfähige Element fällt, übli­ cherweise regulär reflektiert; 40% wird ungleichmäßig re­ flektiert, und der Rest wird absorbiert. Im Unterschied hierzu reflektiert das photoleitfähige Element 1 in einem Analogkopierer üblicherweise das meiste Licht, z.B. mehr als 80% des Lichts, wie früher bereits ausgeführt ist.

Das S/N-Verhältnis, welches mit dem photoleitfähigen Ele­ ments eines Digitalkopierers erreichbar ist, beträgt für schwarzen Toner 1,1 und für einen Farbtoner 0,11, da das Element einen Hauptteil des auffallenden Lichts un­ gleichmäßig reflektiert. Folglich ist der anhand von Fig. 4 besprochene Nachteil erheblich ausgeprägter. In dieser Hin­ sicht sind daher die in Fig. 2 dargestellten Begrenzungen vorteilhafter auch bei einem Digitalkopierer an­ wendbar. In Fig. 3B zeigen Kurven X1 und X2 jeweils eine Be­ ziehung zwischen dem Ausgangswert eines Lichtdetektors und der Menge an aufgebrachtem Toner, was mit Hilfe der genannten Begrenzungen erreicht wird, und wo­ bei eine Reflexion von dem photoleitfähigen Element eines Digitalkopierers auf den Lichtdetektor fällt. Die Kurven X1 und X2 wurden mit einem schwarzen Toner bzw. einem Farbtoner erhalten.

Wenn die lichtemittierende Vorrichtung und/oder der Lichtdetektor nicht genau positioniert ist, wie in Fig. 5B dargestellt ist, verschiebt sich die Kurve X2 (Fig. 3B) in dem Bereich zwischen gestrichelten Kurven X3 und X4. Wenn die in Fig. 2 dargestellte Ausführung bei der Dichtefühl­ einrichtung des Digitalkopierers angewendet wird, ist die Ausgangsspannung des Lichtdetektors im wesent­ lichen festgelegt, wie durch eine strichpunktierte Kurve X5 (Fig. 3B) dargestellt ist, wenn ein Farbtoner verwendet wird. Dadurch ist mit Erfolg das Streuen in der Meßgenau­ igkeit zwischen einzelnen Meßeinrichtungen beseitigt.

Die dargestellte Ausführungsform ist bezüglich einer Kon­ struktion dargestellt und beschrieben, bei welcher ein photoleitfähiges Element als ein Bildträger verwendet wird, um ein Bezugstonerbild zu erzeugen, d.h. es wird ein Bezugs­ tonerbild auf einem photoleitfähigen Element erzeugt und dessen Dichte gemessen. Die Erfindung ist ebenso bei einer anderen Art einer herkömmlichen Bilderzeugungseinrichtung anwendbar, bei welcher ein Tonerbild auf einem photoleit­ fähigen Element durch einen üblichen Kopiervorgang erzeugt wird und auf ein Papierblatt übertragen wird, das auf ein transparentes Transferband gelegt worden ist. Bei dieser Art Einrichtung sind ein lichtemittierendes und ein licht­ empfindliches Element auf verschiedenen Seiten des Transfer­ bandes angeordnet. Nachdem ein Bezugstonerbild von dem pho­ toleitfähigen Element auf das Transferband übertragen wor­ den ist, gibt das lichtemittierende Element Licht in Rich­ tung des Bezugstonerbildes ab, während das lichtempfindli­ che Element auf einen Teil des Lichts anspricht, welches durch die Fläche des Bandes durchgelassen worden ist, in welcher das Bild vorhanden ist. Diese Art Fühler wird im allgemeinen als ein Transmissions-Fühler bezeichnet. Die Er­ findung ist somit auch mit Erfolg sogar bei einem Bildträ­ ger anwendbar, welcher, wie vorstehend ausgeführt, als ein Transferband ausgeführt ist.

Durch die Erfindung ist somit eine Tonerbilddichte-Meßeinrichtung geschaffen, welche eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Meßgenauigkeit hat, insbesondere wenn ein Farbtoner verwen­ det wird, und bei welcher wirksam das Streuen hinsichtlich der Meßgenauigkeit, was auf ein ungenaues Positionieren ei­ nes lichtemittierenden und eines lichtempfindlichen Elements zurückzuführen ist, beseitigt ist.

Claims (4)

1. Einrichtung zum Messen der Dichte eines Tonerbildes, das auf einem Bildträger einer elektrophotographischen Bilderzeugungseinrichtung erzeugt worden ist, die aufweist

• a) eine lichtemittierende Vorrichtung (18) zum Abgeben von Licht, um ein auf dem Bildträger (1) erzeugtes Bezugstonerbild (RT) zu beleuchten,
• b) einen Lichtdetektor (118) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, welche eine Lichtmenge darstellt, welche von dem Bezugstonerbild (RT) zum Lichtdetektor (118) reflektiert wird,
• c) einen ersten Lichtschacht (34), an dessen vom Bildträger (1) weit entfernt liegenden Ende die lichtemittierende Vorrichtung (18) angeordnet ist und der einen Teil des Lichtes abfängt, das von der lichtemittierenden Vorrichtung (18) abgegeben wird,
• d) einen zweiten Lichtschacht (134), an dessen vom Bildträger (1) weiter entfernt liegenden Ende der Lichtdetektor (118) angeordnet ist und der einen Teil des Lichtes abfängt, das auf den Lichtdetektor (118) gerichtet ist, wobei
• e) der erste und der zweite Lichtschacht (34, 134) als Bohrungen in einem gemeinsamen Gehäuseblock (33) ausgebildet sind,
• f) die lichtemittierende Vorrichtung (18) ein lichtemittierendes Element (20) und eine Konvexlinse (22) und der Lichtdetektor (118) ein lichtempfindliches Element (120) und eine vorgeschaltete Konvexlinse (122) aufweist und
• g) der zweite Lichtschacht (134) ausgehend von seiner dem Bildträger (1) zugewandten Öffnung (35) bis zu seinem vom Bildträger (1) weiter entfernt liegenden Ende konisch sich verjüngend ausgebildet ist, derart, daß seine Wand den äußeren Randbereich der Konvexlinse (122) des Lichtdetektors (118) in Richtung seiner Längsachse gesehen an seinem genannten Ende abdeckt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element (20) und das lichtempfindliche Element (120) jeweils in einem Trägerblock (21, 121) angeordnet sind, der jeweils in dem Gehäuseblock (33) aufgenommen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Trägerblock (21, 121) transparent ausgebildet ist und jeweils eine der Konvexlinsen (22, 122) aufweist, welche jeweils durch einen Teil des transparenten Trägerblocks (21, 121) gebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konvexlinse (22) des dem lichtemittierenden Element (20) zugeordneten Trägerblocks (21) einen kleineren Durchmesser (D3) aufweist als der Durchmesser des ersten Lichtschachtes (34).