DE69233296T2

DE69233296T2 - Verfahren und vorrichtung zur messung der konzentration von ersten und zweiten tonerpartikeln in einer loesung

Info

Publication number: DE69233296T2
Application number: DE69233296T
Authority: DE
Inventors: Peter Forgacs; Benzion Landa
Original assignee: Hewlett Packard Indigo BV
Current assignee: HP Indigo BV
Priority date: 1992-07-02
Filing date: 1992-07-02
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2012-07-03
Also published as: DE69233296D1; EP0648325A1; WO1994001756A1; JPH07509558A; JP3427936B2; CA2139354A1; HK1009488A1; CA2139354C; US5793490A; EP0648325B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Konzentrationserfassung und insbesondere auf die Erfassung einer Tonerkonzentration in Farbflüssigentwicklerzusammensetzungen, insbesondere bei Anwesenheit von Verunreinigungsstoffen.
Hintergrund der Erfindung
Bei Flüssigentwicklersystemen ist der Flüssigentwickler allgemein aus einer Trägerflüssigkeit und Tonerpartikeln in einem allgemein konstanten Verhältnis zusammengesetzt. Während Bilderzeugungsvorgängen wird die Konzentration von Tonerpartikeln reduziert und es wird konzentrierter Toner hinzugefügt, um die Konzentration wieder auf ihren gewünschten Wert zurückzubringen.
Es ist wichtig, daß die Partikelkonzentration innerhalb eines gegebenen Bereichs gehalten wird, um eine gleichmäßige Kopierqualität zu realisieren. Diese Anforderung ist insbesondere bei Farbdruckern oder -kopierern wichtig, bei denen die Qualität der Bilder besonders von dem Farbausgleich und der Stabilität desselben abhängt.
Allgemein wird die Konzentration von Tonerpartikeln in Flüssigentwicklern durch Messen der Dämpfung des Lichts bestimmt, das einen gegebenen Weg durchläuft, der mit dem Flüssigentwickler gefüllt ist. Da die Partikel Licht absorbieren und streuen, ist die Dämpfung des Lichts auf die Konzentration der Partikel bezogen.
Das U.S.-Patent 4,579,253 beschreibt ein System, bei dem ein Lichtstrahl in zwei Komponenten aufgeteilt wird, von denen lediglich eine durch den Flüssigentwickler gedämpft wird. Die Konzentration wird aus dem Verhältnis zwischen den gedämpften und ungedämpften Strahlen bestimmt.
Derartige Systeme funktionieren bei Einfarbensystemen oder Mehrfarbensystemen, bei denen keine gegenseitige Verunreinigung zwischen den Farben auftritt, hinreichend gut. Allgemein besteht die lästigste gegenseitige Verunreinigung in schwarzen Tonerpartikeln in einer relativ niedrigen Dämpfungsfarbe wie z. B. Gelb. Da Schwarz eine Dämpfung aufweist, die mehrmals so groß ist wie die von Gelb, kann eine visuell vernachlässigbare schwarze Verunreinigung die Bestimmung der Farbkonzentration auf eine Weise beeinflussen, die den Farbausgleich des Systems ernsthaft stört.
Die japanische Patentveröffentlichung Kokai 1-148943 beschreibt ein System, bei dem die Dämpfung von Lichtstrahlen, die zwei unterschiedliche Farben aufweisen, sequentiell gemessen wird. Anhand dieser Dämpfungswerte beschreibt die Veröffentlichung ein Verfahren zum Bestimmen der Konzentration sowohl der schwarzen als auch der farbigen Partikel.
Das U.S.-Patent 3,724,957 an Tamate beschreibt ein System für die Messung von Papierfasern in Anwesenheit von Ton. Das System nutzt die Tatsache, daß eines der Materialien optisch aktiv ist (d. h. es dreht die Polarisation des Lichts, das dasselbe durchläuft) aus, um zwischen den Materialien zu unterscheiden. Es gibt keine Lehre darüber, wie diese Messungen bei Materialien, die nicht optisch aktiv sind, durchgeführt werden sollen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung basiert auf einer Analyse der unterschiedlichen Faktoren, die bei der Dämpfung von Licht durch Tonerpartikel wirksam sind.
Die beiden Hauptfaktoren sind die Lichtabsorption und die Lichtstreuung durch die Partikel. Allgemein ist der Streueffekt für schwarze Tonerpartikel sehr klein im Vergleich zum Absorptionseffekt. Auf der anderen Seite ist der Streueffekt für farbige Tonerpartikel, insbesondere für Gelb, viel größer als der der Absorption.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nutzt Messungen, die für einen dieser Effekte selektiv empfindlicher sind, wodurch der Einfluß des Verunreinigungsstoffs auf die Messung des Farbtoners reduziert wird.
Bei einem zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zwei Messungen durchgeführt, wobei eine davon relativ empfindlicher für eine Absorption und die andere relativ empfindlicher für eine Streuung ist. Aus diesen Messungen und einer Kenntnis der Streuungs- und Absorptionscharakteristika der unterschiedlichen Partikel kann die Konzentration beider Partikeltypen bestimmt werden. Alternativ kann eine vorherige Kenntnis der Dämpfung unterschiedlicher Konzentrationskombinationen bezüglich der beiden Messungen verwendet werden, so daß eine direkte Kenntnis der Streuungs- und Absorptionscharakteristika der Partikel nicht notwendig ist.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine erste Messung anhand von polarisiertem Licht durchgeführt, um eine Zelle zu beleuchten, die einen Flüssigentwickler enthält. Ein Kreuzpolarisator (Analysator) wird vor einen Lichtdetektor auf der anderen Seite der Zelle plaziert. Bei Abwesenheit einer Streuung würde an dem Detektor kein Licht erfaßt werden. Andererseits depolarisiert eine Streuung auch das Licht, so daß in Anwesenheit einer Streuung an dem Detektor Licht erfaßt wird. Bei einer zweiten Messung wird ein anfangs unpolarisiertes Licht verwendet, um die Zelle zu beleuchten. In diesem Fall wird der Lichtausgang hauptsächlich durch Absorption gesenkt.
Aufgrund unterschiedlicher Stärken der beiden Dämpfungsmechanismen bei unterschiedlichen Tonertypen können die beiden Messungen verwendet werden, um die beiden Konzentrationen getrennt zu bestimmen.
Daher ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von Konzentrationen von ersten, allgemein farbigen, und zweiten, allgemein schwarzen Tonerpartikeln in einer Dispersion vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Beleuchten der Dispersion mit linear polarisiertem Licht, das eine gegebene Polarisationsrichtung aufweist;
Erfassen einer ersten Lichtmenge, die durch die Dispersion und durch eine Analysevorrichtung durchgeleitet wird, die auf einen vorbestimmten Winkel zu der gegebenen Polarisationsrichtung eingestellt ist;
ferner Beleuchten der Dispersion mit unpolarisiertem Licht
ferner Erfassen einer zweiten Lichtmenge, die durch die Dispersion durchgeleitet wird, die mit dem unpolarisierten Licht beleuchtet ist; und
Bestimmen zumindest der Konzentration eines der Tonerpartikel anhand der erfaßten Lichtmenge.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Bestimmens den Schritt des Bestimmens sowohl der Tonerpartikelkonzentrationen aus der ersten erfaßten und der zweiten erfaßten Lichtmenge. Vorzugsweise beträgt der vorbestimmte Winkel 90°.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt das Verfahren als vorbereitenden Schritt den Schritt des Bestimmens der Empfindlichkeiten der erfaßten ersten und zweiten Lichtmenge für bekannte Konzentrationen schwarzer und farbiger Tonerpartikel.
Alternativ ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung der vorbestimmte Winkel derart eingestellt, daß die Empfindlichkeit der erfaßten Lichtmenge für die Konzentration eines der Tonerpartikel im wesentlichen Null ist, wodurch Variationen der erfaßten Lichtmenge im wesentlichen lediglich von der Konzentration des anderen der Tonerpartikel abhängig sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das Verständnis der Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen erleichtert, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Konzentrationsdetektors ist, der polarisiertes Licht nutzt und gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut und wirksam ist;
2A graphische Darstellungen der relativen Änderung und 2B eines Detektorsignals in Abhängigkeit von einem Gelber-Feststoff-Gehalt für unpolarisiertes und polarisiertes Licht sind;
3A graphische Darstellungen der relativen Änderung und 3B eines Detektorsignals in Abhängigkeit von einem Schwarzer-Festkörper-Gehalt für unpolarisiertes und polarisiertes Licht sind;
4A eine graphische Darstellung eines Modells der Menge an einfallendem Licht ist, das an einem Detektor in Anwesenheit von Partikeln, die Licht abschwächen, empfangen wird;
4B eine graphische Darstellung eines Modells der Menge an einfallendem Licht ist, das an einem Detektor in Anwesenheit von Partikeln, die Licht streuen und depolarisieren, empfangen wird;
4C eine graphische Darstellung eines Modells der Menge an einfallendem Licht ist, das an einem Detektor in Anwesenheit von Partikeln, die Licht dämpfen und streuen, empfangen wird; und
5 eine schematische Darstellung einer alternativen Implementierung des Konzentrationsdetektors aus 1 ist.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Es wird nun auf die 1, 2A, 2B, 3A und 3B Bezug genommen. 1 stellt einen Konzentrationsdetektor 10 dar, der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut und wirksam ist, die 2A und 3A stellen eine erfaßte Lichtstärke unter Verwendung eines ersten Abschnitts 6 des Konzentrationsdetektors 10 dar und die 2B und 3B stellen eine erfaßte Lichtstärke unter Verwendung eines zweiten Abschnitts 8 des Konzentrationsdetektors 10 dar. Der erste Abschnitt 6 entspricht allgemein einfachen bekannten Konzentrationsdetektoren.
Der Konzentrationsdetektor 10 weist in der Regel die beiden Lichtquellen 12 und 13, einen Polarisator 14 zum linearen Polarisieren des Lichts von der Lichtquelle 12, einen Analysator 16, der bezüglich des Polarisators 14 gekreuzt ist, und die beiden Lichtdetektoren 18 und 19, wie z. B. Photowiderstände oder Photodioden, auf. Eine Dispersion 20 ist zwischen den Lichtdetektor 19 und die Lichtquelle 13 sowie zwischen den Polarisator und den Analysator 16 plaziert. Der Lichtdetektor 19 erfaßt das Licht, das durch die Dispersion 20 durchgeleitet wird, der Lichtdetektor 18 erfaßt das Licht, das zusätzlich durch den Analysator 16 durchgeleitet wird.
Die Dispersion 20 kann eine Entwicklerflüssigkeit sein, die farbige Tonerpartikel enthält. Vorzugsweise weist die Dispersion 20 nur einen Typ farbiger Partikel auf; jedoch kann die Dispersion in der Praxis durch kleine Mengen von Partikeln einer anderen Farbe verunreinigt sein.
Einige der Partikel in der Dispersion 20 streuen und depolarisieren das polarisierte Licht, das durch den Polarisator 14 übertragen wird. Aufgrund der Anwesenheit des Analysators 16, plaziert bei einem vorbestimmten Winkel von in der Regel 90° zu der Richtung des anfänglich polarisierten Lichts, erfaßt der Detektor 18 Komponenten von Licht, das bei dem vorbestimmten Winkel ist.
Schwarze Partikel absorbieren einfallendes Licht stark, wohingegen farbige Partikel, wie z. B. gelbe Partikel, nur sehr wenig einfallendes Licht absorbieren. Farbige Partikel streuen andererseits einfallendes Licht.
Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Konzentrationsdetektor 10 die Partikeltypen unterscheiden, wie mit Hilfe der 2A, 2B, 3A und 3B zu sehen ist. Die 2A und 2B stellen die relative Änderung des Detektorsignals in Abhängigkeit einer variierenden Konzentration gelber Partikel und einer festen Konzentration schwarzer Partikel dar. Zwar basieren die Kurven auf einer Beleuchtung mit weißem Licht, doch wird vorzugsweise Licht verwendet, das die gleiche Farbe wie die Partikel aufweist. Die Konzentration wird als ein Prozentsatz nichtflüchtiger Tonerfeststoffe (n. v. s.) in der flüssigen Dispersion angegeben. Es sind drei Kurven dargestellt, jeweils eine für drei unterschiedliche Konzentrationen von Schwarz, wie in der Legende angemerkt ist. Die 2A liefert ein Ausgangssignal von dem Lichtdetektor 19 (d. h. von dem ersten Abschnitt 6) als die Kurven 30, und 2B liefert ein Ausgangssignal von dem Lichtdetektor 18 (d. h. von dem zweiten Abschnitt 8) als die Kurven 32.
Es sei angemerkt, daß die Kurven 30 negative Steigungen aufweisen, daß die Kurven 32 positive Steigungen aufweisen und daß die Kurven 30 und die Kurven 32 allgemein parallel zueinander sind.
Die Informationen aus den 2A und 2B sind in den 3A bzw. 3B als Funktionen einer Konzentration schwarzer Partikel für eine feste Konzentration gelber Partikel präsentiert. Es sei angemerkt, daß die Kurven, bezeichnet mit 34 bzw. 36, negative Steigungen aufweisen.
Wie aus den 2A, 2B, 3A und 3B zu sehen ist, führen Tonerpartikel, die die farbige Entwicklerflüssigkeit verunreinigen, zu einer Reduzierung der Ausgangssignale für sowohl polarisierte als auch unpolarisierte Messungen (d. h. der Ausgangssignale der Lichtdetektoren 18 bzw. 19), wohingegen ein Anstieg der Konzentration der farbigen Tonerpartikel das Ausgangssignal für den polarisierten Fall erhöht und das Ausgangssignal für den unpolarisierten Fall senkt. Des weiteren sind die Wirkungen eines Farbungleichgewichts und einer schwarzen gegenseitigen Verunreinigung, da die Kurven 30 bis 36 im wesentlichen parallele gerade Linien sind, als im wesentlichen unabhängig voneinander zu sehen. Unter diesen Umständen können die Konzentrationen schwarzer und farbiger Tonerpartikel aus zwei Messungen, nämlich der Abweichung des Ausgangssignals für polarisierte und unpolarisierte Messungen, δI_p bzw. δI_u, von einigen vorbestimmten, nominativen, polarisierten und unpolarisier ten Messungen, durch Lösen der Matrixformel bestimmt werden:
wobei δC_y und δC_b die Abweichungen der momentanen Konzentrationen der gelben bzw. der schwarzen Partikel von zwei nominativen Konzentrationen sind, wie z. B. 1,75% n. v. s. Gelb und 0% n. v. s. Schwarz. Die partiellen Ableitungen del_I_p/del_C_y, del_I_p/del_C_b, del_I_u/del_C_y und del_I_u/del_C_b sind die Steigungen der Kurven 32, 36, 30 bzw. 34 in der Nähe der Nennkonzentrationen.
Es sei angemerkt, daß die Ableitungen der ersten Ordnung, da die Kurven in jeder der 2A, 2B, 3A und 3B allgemein gerade und parallel sind, nicht von der Konzentration abhängen. Da drei der Kurven eine negative Steigung aufweisen und eine eine positive Steigung aufweist, ist ferner die Determinante der Partielle-Ableitungs-Matrix nicht Null. Ferner sind die Kurven 30–36, wie oben hingewiesen wurde, allgemein linear, was darauf hinweist, daß das Modell der ersten Ordnung von Formel 1 geeignet ist. Somit ist die Formel 1 geeignet und kann gelöst werden, um zwei Gleichungen für die gelbe und schwarze Abweichung von der Nennkonzentration zu ergeben: δCy = α·(δIp) + σ·(δIu) (2) δCb = β·(δIp) + ∅·(δIu) (3)wobei α = (del_Iu/del_Cb)/det (4) α = –(del_Iu/del_Cy)/det (5) σ = –(del_Ip/del_Cb)/det (6) ∅ = (del_Ip/del_Cy)/det (7)wobei det die Determinante der 2 × 2-Matrix von Formel (1) ist.
Die Werte in der Determinante aus (1) können durch Auswählen einer Standardkonzentration bestimmt werden, um die die Konzentrationen des schwarzen und farbigen Toners variieren werden. Eine Mehrzahl von Dispersionen 20, die Konzentrationen von schwarzem und farbigem Toner bei und in der Nähe der Standardkonzentration aufweisen, wird dann vorbereitet und die Antworten des Detektors 18 in Anwesenheit von polarisiertem und unpolarisiertem Licht für jede Dispersion 20 werden zur Kenntnis genommen. Aus diesen Antworten werden die Steigungen der Kurven 30–36 berechnet und gespeichert. Das Ausgangssignal der Lichtdetektoren 18 und 19 für die Nennkonzentrationen wird ebenfalls gespeichert.
Die Bestimmung der Konzentrationsabweichungen von der Nennkonzentration für beide Tonertypen erfordert somit ein Finden von α, β, σ und ∅ aus den Steigungen anhand der Formeln 4–7 und anschließend ein Ausrechnen der Abweichungen der Konzentrationen gemäß den Formeln 2 und 3. Die Werte von α, β, σ und ∅ können einmal gefunden und in einer Schaltungsanordnung 42 gespeichert werden.
Das Ausgangssignal der Detektoren 18 und 19 wird in der Regel den Verstärkern 40 bzw. 41 zugeführt, die die Signale verstärken und die verstärkten Signale einer Rechenschaltungsanordnung 42 zuführen, die gemäß dem oben beschriebenen Vorgang die Menge an Verunreinigung berechnet und anzeigt, wenn mehr Tonerpartikel benötigt werden. Die Rechenschaltungsanordnung kann eine anwendungsspezifische analoge oder digitale Schaltungsanordnung, einen digitalen oder anderen Speicher, einen Computer wie z. B. einen Mikroprozessor oder eine andere Vorrichtung umfassen, die die Mengen an farbigen und verunreinigten Tonerpartikeln bestimmten kann.
Fachleuten auf dem Gebiet ist klar, daß ein Verwenden der Polarisationsfilme des Polarisators 14 und des Analysators 16 weniger kostspielig ist als ein Verwenden von farbigen Filtern und Speziallampen, wie dies bei den bekannten Konzentrationsdetektoren notwendig ist.
Es wird nun kurz auf die 4A–4C Bezug genommen, die Modelle der Antwort der Lichtdetektoren bei Anwesenheit von Partikeln liefern, die in Abhängigkeit von dem Produkt der Konzentration C und der Länge d des Lichtwegs in der Dispersion 20 dämpfen, depolarisieren und sowohl dämpfen als auch depolarisieren.
4A zeigt, daß in Dispersionen mit niedrigen Partikelkonzentrationen und kleinen Dicken ein großer Abschnitt des unpolarisierten einfallenden Lichts I_o als eine Intensität I durch den Detektor 19 empfangen wird (d. h. es liegt eine schwache Dämpfung vor), aber daß der empfangene Abschnitt mit steigender Konzentration und Dicke exponentiell sinkt.
4B zeigt, daß für Dispersionen mit niedrigen Partikelkonzentrationen und kleinen Dicken wenig polarisiertes einfallendes Licht I_o durch den Detektor 18 empfangen wird (d. h. es liegt eine geringe Depolarisation vor), daß jedoch die Menge an polarisiertem einfallendem Licht mit steigender Konzentration und Dicke ansteigt und sich einpegelt, während die Depolarisation vollständig wird.
4C, die eine Multiplikation der beiden Kurven aus den 4A und 4B ist, zeigt, daß bei Anwesenheit von Partikeln, die sowohl dämpfen als auch depolarisieren, die Menge an einfallendem Licht, das durch den Detektor empfangen wird, zunächst ansteigt, eine Spitze erreicht und dann sinkt, während Konzentration und Dicke ansteigen.
Es sei angemerkt, daß die Wirkung der Depolarisation für niedrige Konzentrationen und/oder kleine Dicken d am stärksten ist. Um einen optimalen Betrieb des Konzentrationsdetektors 10 zu gewährleisten, sollte daher die Dicke d so klein wie möglich sein.
Fachleuten auf dem Gebiet ist klar, daß ein Licht, das bewirkt, daß die farbigen Tonerpartikel maximal streuen und minimal dämpfen, genutzt werden sollte, um die beiden Wirkungen der Depolarisation und Dämpfung maximal zu trennen, da schwarze Tonerpartikel das Licht mit einer sehr geringen Depolarisation dämpfen. Es sollte daher im Idealfall ein Licht, das nahe an der Farbe der farbigen Tonerpartikel liegt oder diese Farbe aufweist, genutzt werden. Zum Beispiel sollte zum Messen der Konzentration von gelben Partikeln ein gelbes oder rotes Licht verwendet werden.
Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik, der Licht komplementärer Farben einsetzt. Im Stand der Technik wird blaues Licht genutzt, um die Dämpfung in einem gelben Flüssigentwickler, die durch schwarze Tonerpartikel bewirkt wird, zu messen, die die unangenehmste gegenseitige Verunreinigung ist. Es ist jedoch besonders schwierig, starkes blaues Licht zu erzeugen. Die Verwendung von Licht der gleichen Farbe oder einer Farbe nahe an der Farbe der Tonerpartikel, wie bei der vorliegenden Erfindung, ist insofern vorteilhaft, als eine Abhängigkeit von der Lichtfarbe viel geringer ist als in dem Fall der bekannten Verwendung von komplementären Farben, bei dem kleine Abweichungen der Farbe des Toners die Empfindlichkeit des Sensors drastisch verändern.
Es sei jedoch angemerkt, daß die vorliegende Erfindung mit weißem Licht wirksam und empfindlicher ist als der Stand der Technik, wie aus der Tatsache ersichtlich ist, daß die Steigungen der Kurven 32 größer als die der Kurven 30 sind. Wie hierin erörtert, ist ein sogar noch empfindlicheres Ausführungsbeispiel dasjenige mit farbigem Licht einer Farbe, die nahe an der des farbigen Toners liegt.
Es wird nun zusätzlich auf 5 Bezug genommen, die ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Dieser alternative Konzentrationsdetektor, Bezugszeichen 50, weist in der Regel eine Laserdiode 52, zwei Linsen 54 und 56, zwischen denen eine Dispersion 20 fließt, einen einzelnen Analysator 58 und einen Detektor 60 auf.
Die Laserdiode 52 ist wirksam, um ein polarisiertes Licht ansprechend auf einen hohen Eingangsstrom zu liefern und ein nichtpolarisiertes Licht zu liefern, wenn der Strom reduziert wird. Daher umfaßt der Konzentrationsdetektor 50 eine veränderliche Stromquelle 62 und eine Steuerung 64, die dieselbe steuert, um den Typ von Licht zu steuern, das die Laserdiode 52 erzeugt. In der Regel ist auch ein Verstärker 66 vorgesehen, um das Ausgangssignal des Detektors 60 für die Steuerung 64 zu verstärken.
Das Licht von der Laserdiode 52 wird vorzugsweise von der Linse 54 empfangen, die dasselbe kollimiert, bevor dasselbe durch die Dispersion 20 durchläuft. Das Licht von der Dispersion 20 wird vorzugsweise durch eine Linse 56 auf den Detektor 60 fokussiert. Alternativ können die Linsen entfallen.
Wenn die Laserdiode 52 ein polarisiertes Licht erzeugt, ist der Konzentrationsdetektor 50 in dem hierin oben beschriebenen polarisierten Modus wirksam. Ansonsten ist er in dem unpolarisierten Modus wirksam.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Konzentrationsdetektor 50 genutzt werden, um nur die Konzentration schwarzer Partikel zu messen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Analysator 58 bei einem Winkel kleiner als 90° zu der Polarisations richtung einer polarisierten Lichtquelle wie z. B. der Diode 52 oder einer anderen Quelle von polarisiertem Licht wie z. B. der Elemente 12 und 14 aus 1 plaziert.
Es kann gezeigt werden, daß ein Analysatorwinkel existiert, bei dem das System für die gelbe Konzentration unempfindlich ist.
Wenn der Analysator 16 bei dem gleichen Winkel (0°) wie der Polarisator 14 ist, dann reduziert die Wirkung sowohl der Dämpfung als auch der Streuung das Ausgangssignal, was dadurch zu den Kurven 30 aus 2A mit negativer Steigung führt. Wenn der Analysator 16 bei 90° zu dem Polarisator 14 ist, dann ist das Ausgabesignal die Kurven 32 aus 2B mit positiven Steigungen für die farbigen Tonerpartikel.
Wenn der Winkel des Analysators 16 von 0° zu 90° bezüglich des Polarisators 14 bewegt wird, sinkt die negative Steigung der Kurven 30, bis dieselben eine Steigung von 0 aufweisen, und steigt die Steigung derselben, bis dieselben die Steigungen der Kurven 32 aufweisen.
Daher gibt es einen Winkel zwischen 0 und 90°, bei dem der Analysator 16 plaziert sein kann und der eine Steigung von 0 für die Kurven 30 erzeugt. Bei diesem Winkel „annulliert" die Dämpfungswirkung die Wirkung der Depolarisation für die farbigen Partikel, und das Ausgangssignal des Detektors 18 ändert sich nicht in Abhängigkeit von der Konzentration der farbigen Partikel.
Bei diesem Winkel, der in der Regel durch Experimente ermittelt wird, sind die Änderungen des Ausgangsignals, die durch den Detektor 18 gemessen werden, Funktionen nur der Konzentration der schwarzen Partikel.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann somit nach dem Bestimmen der Empfindlichkeit für die Konzentration schwarzer Tonerpartikel die Konzentration schwarzer verunreinigender Partikel direkt gemessen werden.
Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein polarisiertes Licht alleine genutzt werden, wobei der Analysator bei 90° zu der Polarisationsrichtung ist. Wie aus den 2A und 2B zu sehen ist, sind die Steigungen der Kurven 32 (mit polarisiertem Licht) größer als die der Kurven 30 (mit unpolarisiertem Licht). Wenn eine einzelne Messung mit polarisiertem Licht genutzt wird, um die Farbkonzentration zu bestimmen, so ist diese Messung somit weniger empfindlich für eine Schwarzkonzentration als die unpolarisierte Messung des Stands der Technik.
Fachleuten auf dem Gebiet ist klar, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt ist, was vorstehend besonders gezeigt und beschrieben wurde. Statt dessen ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung lediglich durch die folgenden Patentansprüche definiert:

Claims

Ein Verfahren zum Erfassen von Konzentrationen von einem von schwarzen und farbigen Tonerpartikeln in einer Dispersion von farbigen Tonerpartikeln, die möglicherweise durch schwarze Tonerpartikel verunreinigt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Beleuchten der Dispersion mit linear polarisiertem Licht, das eine gegebene Polarisationsrichtung aufweist; Erfassen einer Lichtmenge, die durch die Dispersion und durch eine Analysevorrichtung durchgeleitet wird, die auf einen vorbestimmten Winkel zu der gegebenen Polarisationsrichtung eingestellt ist, wobei der vorbestimmte Winkel für die Erfassung von schwarzen oder farbigen Tonerpartikeln geeignet ist, mit einer erhöhten Empfindlichkeit verglichen mit dem anderen der schwarzen oder farbigen Tonerpartikel; Bestimmen einer der schwarzen oder der farbigen Tonerpartikelkonzentration aus der erfaßten Lichtmenge, wobei lediglich Licht benutzt wird, das die Analysevorrichtung durchläuft.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bestimmens ein Bestimmen der Konzentration der farbigen Partikel aufweist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Analysevorrichtung mit Bezug auf das linear polarisierte Licht kreuzpolarisiert ist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der vorbestimmte Winkel ein anderer ist als 90 Grad und bei dem der Schritt des Bestimmens ein Bestimmen der Konzentration von schwarzen Partikeln aufweist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem der vorbestimmte Winkel derart eingestellt ist, daß die Empfindlichkeit der erfaßten Lichtmenge zu der Konzentration der farbigen Tonerpartikel im wesentlichen Null ist, wodurch Variationen der erfaßten Lichtmenge im wesentlichen lediglich von der Konzentration der schwarzen Tonerpartikel abhängen.
Ein Verfahren zum Erfassen von Konzentrationen von zumindest farbigen Tonerpartikeln in einer Dispersion von farbigen Tonerpartikeln, die möglicherweise durch schwarze Tonerpartikel verunreinigt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Beleuchten der Dispersion mit linear polarisiertem Licht, das eine gegebene Polarisationsrichtung aufweist; Erfassen einer ersten Lichtmenge, die durch die Dispersion und durch eine Analysevorrichtung geleitet wird, die auf einen vorbestimmten Winkel zu der gegebenen Polarisationsrichtung eingestellt ist; weiteres Beleuchten der Dispersion mit unpolarisiertem Licht; weiteres Erfassen einer zweiten Lichtmenge, die durch die Dispersion geleitet wird, die mit dem unpolarisierten Licht beleuchtet ist; und Bestimmen von zumindest der farbigen Tonerpartikelkonzentrationen aus der ersten erfaßten und der zweiten erfaßten Lichtmenge.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem der Schritt des Bestimmens ein Bestimmen sowohl der schwarzen als auch der farbigen Tonerpartikelkonzentration aus der ersten erfaßten und der zweiten erfaßten Lichtmenge umfaßt.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem die Analysevorrichtung mit Bezug auf das linear polarisierte Licht kreuzpolarisiert ist.
Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6–8, das als einen vorbereitenden Schritt den Schritt eines Bestimmens der Empfindlichkeiten der erfaßten ersten und zweiten Lichtmenge gegenüber bekannten Konzentrationen von schwarzen und farbigen Tonerpartikeln umfaßt.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem der Schritt des Bestimmens den Schritt eines Berechnens der Abweichungen der Konzentrationen der schwarzen und der farbigen Partikel von den bekannten Konzentrationen, δC₁ bzw. δC₂, aus der folgenden Matrixformel umfaßt:
wobei δI_p und δI_u die Abweichungen der erfaßten ersten und zweiten Lichtmenge von den Werten derselben bei den bekannten Konzentrationen sind und wobei del_I_p/del_C₁, del_I_p/del_C₂, del_I_u/del_C₁ und del_I_u/del_C₂ die Empfindlichkeiten der erfaßten ersten und zweiten Lichtmenge mit Bezug auf Änderungen bei Konzentrationen der schwarzen Partikel, del_C₁, und der farbigen Partikel, del_C₂, in der Nähe der bekannten Konzentrationen sind.
Verwendung einer Vorrichtung zum Erfassen von Konzentrationen von farbigen oder schwarzen Tonerpartikeln in einer Dispersion von farbigen Tonerpartikeln, die möglicherweise durch schwarze Tonerpartikel verunreinigt ist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Quelle von polarisiertem Licht (12 und 14, 52), das in einer gegebenen Polarisationsrichtung polarisiert ist; einen Lichtdetektor (18, 60), wobei die Dispersion zwischen dem Lichtdetektor und der Lichtquelle plaziert ist; eine Analysevorrichtung (16, 58), die zwischen der Dispersion und dem Lichtdetektor plaziert ist und auf einen vorbestimmten Winkel zu der gegebenen Richtung eingestellt ist, wobei der vorbestimmte Winkel für die Erfassung von schwarzen oder farbigen Tonerpartikeln geeignet ist, mit einer erhöhten Empfindlichkeit mit Bezug auf die anderen der schwarzen oder der farbigen Tonerpartikel; und eine Rechenschaltungsanordnung (42, 64), die angeordnet ist, um ein Eingangssignal von dem Lichtdetektor zu empfangen, und angeordnet ist, um die Konzentration von einem der Tonerpartikel zu bestimmen, wobei ein Ausgangssignal von dem Lichtdetektor benutzt wird, wobei lediglich Licht benutzt wird, das die Analysevorrichtung durchläuft.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Rechenschaltungsanordnung (42, 60) angeordnet ist, um die Konzentration der farbigen Partikel zu bestimmen.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei die Analysevorrichtung (16, 58) mit Bezug auf das linear polarisierte Licht kreuzpolarisiert ist.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der vorbestimmte Winkel ein anderer als 90 Grad ist und wobei die Rechenschaltungsanordnung angeordnet ist, um die Konzentration von schwarzen Partikeln zu bestimmen.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der vorbestimmte Winkel derart ausgerichtet ist, daß die Empfindlichkeit der erfaßten Lichtmenge zu der Konzentration der farbigen Tonerpartikel im wesentlichen Null ist, wodurch Variationen bei der erfaßten Lichtmenge im wesentlichen lediglich von der Konzentration der schwarzen Tonerpartikel abhängig sind.
Vorrichtung zum Erfassen von Konzentrationen von zumindest farbigen Tonerpartikeln in einer Dispersion von farbigen Tonerpartikeln, die möglicherweise durch schwarze Tonerpartikel verunreinigt ist, die folgende Merkmale aufweist: eine Quelle von polarisiertem Licht (12 und 14, 52), das in einer gegebenen Polarisationsrichtung polarisiert ist; eine Quelle von unpolarisiertem Licht (13, 52); zumindest einen ersten Lichtdetektor (18, 60), wobei die Dispersion zwischen dem Lichtdetektor und der Quelle von polarisiertem Licht plaziert ist; einen zweiten Lichtdetektor (19, 60), wobei die Dispersion zwischen dem zweiten Lichtdetektor und der Quelle von unpolarisiertem Licht plaziert ist; eine Analysevorrichtung (16, 58), die zwischen der Dispersion und dem zumindest einen ersten Lichtdetektor plaziert ist und auf einen vorbestimmten Winkel zu der gegebenen Richtung eingestellt ist; und eine Rechenschaltungsanordnung (42, 64), die angeordnet ist, um ein Eingangssignal von dem zumindest einen ersten Lichtdetektor und ein Eingangssignal von dem zweiten Lichtdetektor zu empfangen, und angeordnet ist, um die Konzentration von farbigen Tonerpartikeln zu bestimmen, wobei ein Ausgangssignal von dem ersten und dem zweiten Lichtdetektor benutzt wird.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 16, bei der die Rechenschaltungsanordnung (42, 60) angeordnet ist, um sowohl die schwarze als auch die farbige Tonerpartikelkonzentration aus der ersten erfaßten und der zweiten erfaßten Lichtmenge zu bestimmen.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 16 oder Anspruch 17, bei der die Analysevorrichtung mit Bezug auf das linear polarisierte Licht kreuzpolarisiert ist.
Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16–18, die ferner eine Initialisierungseinrichtung (10, 50) zu einem Bestimmen der Empfindlichkeiten des zumindest einen ersten Lichtdetektors und des zweiten Lichtdetektors auf bekannte Konzentrationen von schwarzen und farbigen Tonerpartikeln aufweist.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 19, bei der die Rechenschaltungsanordnung angeordnet ist, um Eingangssignale I_p von dem zumindest einen Lichtdetektor und I_u von dem zweiten Lichtdetektor zu empfangen und um die Abweichungen der Konzentrationen der schwarzen und der farbigen Partikel von den bekannten Konzentrationen, δC₁ bzw. δC₂, aus der folgenden Matrixformel zu erzeugen:
wobei δI_p und δI_u die Abweichungen des zumindest einen Lichtdetektorausgangssignals und des zweiten Lichtdetektorausgangssignals von den Werten derselben bei den bekannten Konzentrationen sind und wobei del_I_p/del_C₁, del_I_p/del_C₂, del_I_u/del_C₁ und del_I_u/del_C₂ die Empfindlichkeiten der Ausgangssignale des zumindest einen ersten Detektors del_I_p und des zweiten Detektors del_I_u mit Bezug auf Änderungen bei Konzentrationen der schwarzen Partikel, del_C₁, und der farbigen Partikel, del_C₂, in der Nähe der bekannten Konzentrationen sind.
Verwendung einer Vorrichtung zum Erfassen von Konzentrationen von schwarzen und farbigen Tonerpartikeln in einer Dispersion, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Quelle von Licht (52), das in einem ersten Modus in einer gegebene Polarisationsrichtung polarisiert ist und in einem zweiten Modus unpolarisiert ist; einen Lichtdetektor (60), wobei die Dispersion zwischen dem Lichtdetektor und der Lichtquelle plaziert ist; eine Analysevorrichtung (58), die zwischen der Dispersion und dem Lichtdetektor plaziert ist und auf einen vorbestimmten Winkel zu der gegebenen Richtung eingestellt ist; eine Einrichtung zum Ändern (52) des Betriebsmodus zwischen dem ersten und dem zweiten Modus; und eine Rechenschaltungsanordnung (52), die angepaßt ist, um die Konzentration von zumindest einem der schwarzen und farbigen Tonerpartikel zu bestimmen, wobei ein Ausgangssignal von dem Lichtdetektor benutzt wird.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei die Lichtquelle eine Laserdiode ist, die wirksam ist, um unpolarisiertes Licht zu erzeugen, wenn dieselbe mit einem niedrigen ersten Strom mit Energie versorgt ist, und um polarisiertes Licht zu erzeugen, wenn dieselbe mit einem zweiten höheren Strom mit Energie versorgt ist.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11–15, 21 oder 22, wobei die Lichtquelle wirksam ist, um eine Beleuchtung zu erzeugen, die eine Farbe aufweist, die im wesentlichen die gleiche wie die der farbigen Tonerpartikel ist.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16–20, wobei die erste und die zweite Lichtquelle wirksam sind, um eine Beleuchtung zu erzeugen, die eine Farbe aufweist, die im wesentlichen die gleiche wie die der farbigen Tonerpartikel ist.