DE69622485T2

DE69622485T2 - Entwicklungssteuerung in einem Druckgerät

Info

Publication number: DE69622485T2
Application number: DE69622485T
Authority: DE
Inventors: Lingappa K. Mestha
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: DE69622485D1; EP0763783A3; US5543896A; EP0763783B1; EP0763783A2; JPH09106120A

Description

Die Erfindung betrifft xerographische Prozeßsteuerung, und insbesondere die Verbesserung zur Messung von Tonwiedergabekurven unter Verwendung nur eines strukturierten Feldes in der Zwischendokumentzone auf einem Photorezeptor.
In Kopier- oder Drucksystemen, wie z. B. einem xerographischen Kopierer, Laserdrucker oder Tintenstrahldrucker besteht eine übliche Technik für die Überwachung der Qualität von Drucken in einer künstlichen Erzeugung eines "Testfeldes" mit einer vorbestimmten gewünschten Dichte. Die tatsächliche Dichte des Druckmaterials (Toner oder Tinte) in dem Testfeld kann dann optisch gemessen werden, um die Effektivität des Prozesses bei der Plazierung des Druckmaterials auf den Druckblatt zu ermitteln.
In dem Falle xerographischer Geräte, wie z. B. bei einem Laserdrucker, ist die Oberfläche, welche typischerweise von größtem Interesse bei der Ermittlung der Dichte des Druckmaterials darauf ist, die ladungsspeichernde Oberfläche oder der Photorezeptor, auf welchem das elektrostatische latente Bild erzeugt und anschließend entwickelt wird, indem ein Anhaften von Tonerpartikeln an Flächen davon, welche in einer speziellen Weise geladen sind, bewirkt wird. In einem solchen Falle wird die optische Vorrichtung zur Ermittlung der Dichte des Toners auf dem Testfeld, welche oft als ein "Densitometer" bezeichnet wird, entlang des Pfades des Photorezeptors direkt hinter der Entwicklung der Entwicklereinheit angeordnet. Es gibt typischerweise eine Routine innerhalb des Betriebssystems des Druckers, um periodisch Testfelder mit einer gewünschten Dichte an vorbestimmten Stellen auf dem Photorezeptor zu erzeugen, indem absichtlich dessen Belichtungssystem dazu veranlaßt wird, die Oberfläche an der Stelle in einem vorbestimmten Ausmaß zu laden oder zu entladen.
Das Testfeld wird dann durch die Entwicklereinheit geführt und die Tonerpartikel innerhalb der Entwicklereinheit dazu veranlaßt, elektrostatisch an dem Testfeld anzuhaften. Je dichter der Toner auf dem Testfeld ist, desto dunkler erscheint das Testfeld in dem optischen Test. Das entwickelte Testfeld wird an einem entlang dem Pfad des Photorezeptors angeordnetes Densitometer vorbeigeführt, und die Lichtabsorption des Testfeldes getestet; je mehr Licht durch das Testfeld absorbiert wird, desto dichter ist der Toner auf dem Testfeld.
In jedem Drucksystem, welches Testfelder zur Überwachung der Qualität verwendet, entsteht unvermeidlich ein Problem dahingehend, wo diese Testfelder zu plazieren sind, insbesondere bei Photorezeptorbahnen oder Trommeln. Xerographische Testfelder werden traditionell in den Zwischendokumentzonen auf dem Photorezeptor gedruckt. Sie werden dazu verwendet, die Abscheidung von Toner auf Papier zu messen und die Tonwiedergabekurve (TRC) zu steuern. Im allgemeinen ist jedes Feld ein Quadrat von etwa 2,54 cm (1 Inch), welches als ein gleichmäßiger Vollton-, Halbton- oder Hintergrundbereich gedruckt wird. Diese Praxis ermöglicht es dem Sensor, einen Wert der Tonwiedergabekurve für jedes Testfeld zu messen. Dieses ist jedoch unzureichend, um die Messung der gesamten Kurve in vernünftigen Intervallen, insbesondere in einem Mehrfarbengerät zu messen. Um eine angemessene Anzahl von Punkten auf der Kurve zu haben, müssen mehrere Testfelder erzeugt werden.
Somit beinhaltet das traditionelle Verfahren der Prozeßsteuerung das Vorsehen von Volltonflächen, gleichmäßigen Halbtönen oder Hintergrund in einem Testfeld. Einige von den hochqualitativen Druckern enthalten viele Testfelder. Während des Druckvorgangs ist für jedes Testfeld vorgesehen, daß es nur einen einzigen Halbton aufweist, welcher nur einen Bytewert der Tonwiedergabekurve repräsentiert. Dieses ist ein komplizierter Weg, um die Datenbandbreite zu erweitern, welche für die Prozeßsteuerschleifen erforderlich ist. Er verbraucht auch Kundentoner für den Druck der vielen Testfelder.
Es ist auch nach dem Stand der Technik, wie z. B. aus US-A-4,341,461 bekannt, zwei Testmarken zu erzeugen, wovon jede zwei Testfelder aufweist, welche auswählbar belichtet werden, um Testdaten in dem Photorezeptorbildbereich zur Steuerung der Tonerverteilung und der Steuerung der Steuerschleifen bereitzustellen. In diesem System werden die Testfelder in Zwischendokumentzonen auf dem Photorezeptor abgebildet. Weitere Techniken, wie z. B. das direkte Messen des Toners auf projizierten Bildern ohne Hinzufügung zusätzlicher Testfelder wurde ebenfalls versucht. Diese Techniken verwenden jedoch somit nicht existierende Testfeldbereiche.
Es wäre daher erwünscht, wenn man in der Lage wäre, die Notwendigkeit mehrerer Testfelder zu eliminieren, um eine Tonwiedergabekurve, insbesondere in einer Mehrfarbenmaschine in der Zwischendokumentzone messen und steuern zu können.
US-A-5,436,705 offenbart die Verwendung nur eines Testmusters in einer Prozeßsteuerung mit einer Rampenfunktion. Die Dichte wird bei einem Densitometer gemessen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Entwicklungssteuerung in einem Druckgerät mit einer sich bewegenden Bildaufzeichnungsoberfläche bereitgestellt, welches umfasst:
Speichern einer Referenzton-Wiedergabekurve,
Erzeugen eines einzelnen Testmusters auf der Bildaufzeichnungsoberfläche, wobei das Testmuster eine Skala von Pixelwerten enthält,
Abtasten des Testmusters entlang der Skala der Pixelwerte auf der Bildaufzeichnungsoberfläche, und
Reagieren auf die Abtastung des Testmusters und die Referenzton-Reproduktionskurve, indem der Maschinenbetrieb für eine Korrektur der Druckqualität angepaßt wird, und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schritt der Speicherung der Referenzton- Wiedergabekurve die Schritte umfaßt:
Berechnen eines Normierungsparameters,
Lesen eines Sensorprofils,
Abtasten jedes Segments des Testmusters und Multiplizieren jedes abgetasteten Segments mit dem Sensorprofil,
Dividieren durch den Normierungsparameter und Speichern der Ergebnisse.
Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Technik für die Prozeßsteuerung bereit, insbesondere für die Erstellung einer Tonwiedergabekurve. Die vorliegende Erfindung stellt auch nur ein einziges Testfeld innerhalb eines Zwischendokumentspaltes in einer Farbmaschine bereit, um eine Tonwiedergabekurve zu messen.
Die vorliegende Erfindung wird ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen dieselben Bezugszeichen auf gleiche Teile angewendet werden, und in welchen:
Fig. 1 eine Aufrißansicht ist, welche ein typisches elektronisches Bilderzeugungssystem ist, welches eine Tonwiedergabekurve-Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
Fig. 2 ein eindimensionales Testmuster und zugeordnete Sensormeßwerte darstellt;
Fig. 3 eine gemessene und tatsächliche Tonwiedergabenkurven für ein lineare TRC dargestellt; und
Fig. 4 ein Flußdiagramm ist, welches die Tonwiedergabekurvesteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 1 stellt die Grundelemente des allgemein bekannten Systems dar, mittels welchen ein elektrophotographischer Drucker oder Laserdrucker digitale Bilddaten verwendet, um ein Trockentonerbild auf normalem Papier zu erzeugen. In dem Drucker ist ein Photorezeptor 10 vorgesehen, welcher in der Form eines Bandes oder einer Trommel vorliegen kann, welcher eine Ladung speichernde Oberfläche umfaßt. Der Photorezeptor 10 ist hier um einen Satz von Walzen geführt, und wird (durch eine Einrichtung, wie z. B. einen nicht dargestellten Motor) zu einer Bewegung in der Prozeßrichtung P veranlaßt. Von links nach rechts in Fig. 1 sich bewegend ist die Grundreihenfolge der Schritte dargestellt, mittels welcher ein elektrostatisches latentes Bild gemäß einem zu druckenden gewünschten Bild auf dem Photorezeptor 10 erzeugt wird, anschließend mit Trockentoner entwickelt und auf ein Blatt normales Papier übertragen wird.
Der erste Schritt in dem elektrophotographischen Prozeß ist die allgemeine Aufladung der relevante Photorezeptoroberfläche. Wie man ganz links in Fig. 1 sieht, wird diese anfängliche Aufladung durch eine, als "Scorotron" bekannte, mit 12 bezeichnete Ladungsquelle durchgeführt. Das Scorotron 12 enthält typischerweise eine Ionenerzeugungsstruktur, wie z. B. einem heißen Draht, um eine elektrostatische Ladung auf die Oberfläche des vorbeipassierenden Photorezeptors 10 aufzubringen. Die geladenen Abschnitte des Photorezeptors 10 werden dann durch einen Rasterausgabescanner oder ROS, welcher im allgemeinen eine Laserquelle 14 und einen drehbaren Spiegel 16 umfaßt, welche in einer im Fachgebiet bekannten Art zusammenwirken, um bestimmte Bereich des geladenen Photorezeptors 10 zu entladen, selektiv in einer Konfiguration entladen, welche dem zu druckenden gewünschten Bild entspricht. Obwohl eine Laserquelle für das selektive Entladen der Ladung speichernden Oberfläche dargestellt ist, umfassen andere Vorrichtungen, welche für diesen Zweck verwendet werden können eine LED-Zeile, oder vorstellbar ein Licht/Linsen-System. Die Laserquelle 14 wird gemäß dem digitalen Bilddatensignal, das ihm zugeführt wird, moduliert (ein/ausgeschaltet) und der rotierende Spiegel 16 bewirkt, daß sich der modulierte Strahl aus der Laserquelle 14 in einer Schnellabtastrichtung senkrecht zu der Prozeßrichtung P des Photorezeptors 10 bewegt. Die Laserquelle 14 gibt einen Laserstrahl mit der Laserleistung PL aus, welcher die belichtete Oberfläche auf dem Photorezeptor 10 gemäß der spezifischen Geräteauslegung auflädt oder entlädt.
Nach dem bestimmte Bereich auf dem Photorezeptor 10 (in diesem spezifischen Fall) durch die Laserquelle 14 entladen sind, werden die restlichen geladenen Flächen von einer Entwicklereinheit, wie z. B. 18 entwickelt, was eine Zuführung von trockenem Toner zum Kontaktieren der Oberfläche des Photorezeptors 10 bewirkt. Das entwickelte Bild wird dann durch die Bewegung des Photorezeptors 10 zu einer Übertragungsstation weiterbewegt, welche ein Transfer-Scorotron, wie z. B. 20 enthält, welches bewirkt, daß der an dem Photorezeptor 10 anhaftende Toner elektrisch auf ein Druckblatt übertragen wird, welches typischerweise ein Blatt normales Papier ist, um darauf ein Bild zu erzeugen. Das Blatt normales Papier mit dem Tonerbild darauf wird dann durch eine Fixiereinheit 22 geführt, welche ein Schmelzen des Toners oder ein Einschmelzen in das Papierblatt bewirkt, um ein permanentes Bild zu erzeugen.
Die Idee einer "Druckqualität" kann in einer Reihe von Möglichkeiten quantifiziert werden, wovon jedoch zwei Schlüsselmessungen der Druckqualität sind: (1) die Volltondichte, welche die Dunkelheit einer repräsentativen entwickelten Fläche ist, welche vollständig von dem Toner abgedeckt sein soll, und (2) eine Halbtondichte ist, welche die Kopierqualität eines repräsentativen Bereiches ist, welcher beispielsweise zu 50% mit dem Toner bedeckt sein soll. Der Halbton wird typischerweise mittels eines Punktrasters mit spezifischer Auflösung erzeugt, und obwohl die Art eines derartigen Rasters einen großen Einfluß auf das absolute Aussehen des Halbtons aufweist, kann, so lange derselbe Typ von Halbtonraster für jeden Test verwendet wird, jedes übliche Halbtonraster verwendet werden. Sowohl die Vollton-, als auch die Halbtondichte können ohne weiteres durch optische Sensorsysteme, welche im Fachgebiet bekannt sind gemessen werden. Gemäß Darstellung wird ein insgesamt mit 24 bezeichnetes Densitometer hier nach dem Entwicklungsschritt verwendet, um die optische Dichte eines mit (SD bezeichneten) Volltontestfeldes oder eines Halbtondichtefeldes (HD), die auf dem Photorezeptor 10 in einer im Fachgebiet bekannten Weise erzeugt wurden, zu messen. Systeme zur Messung der wahren optischen Dichte eines Testmusters sind beispielsweise in US-A- 4,989,985 oder US-A-5,204,538 dargestellt, welche beide dem Anmelder hiervon erteilt sind.
Das Wort "Densitometer" soll jedoch auf jedes Gerät für die Ermittlung der Dichte von Druckmaterial auf einer Oberfläche, wie z. B. ein Densitometer bei sichtbarem Licht, ein Densitometer bei Infrarotlicht, ein elektrostatisches Densitometer oder irgend eine andere derartige Vorrichtung zutreffen, welche eine physikalische Messung durchführt, aus welcher die Dichte des Druckmaterial ermittelt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden spezielle Testmuster, insbesondere Rampenfunktionen, mit Pixelwerten, welche gleichmäßig zwischen den 255 und 0 innerhalb eines begrenzten Raumes variieren, nur einem einzigen Testfeld zugeordnet. Der Sensor ist üblicherweise in Druckern feststehend, während sich die Photorezeptorbänder oder -trommeln bewegen können. Wenn die Pixelwerte des Testmusters in der Prozeßrichtung variiert werden, streicht der Sensor über das Bild mit allen Kombinationen von Hintergrund, Halbtonpegeln und Volltonmustern. D. h., Rampenfunktions-Pixelwerte dürfen sich entlang der Prozeßrichtung verändern. Die Pixelwerte werden entlang der langsamen Abtastrichtung auf einem konstanten Wert gehalten, so daß das Muster wie ein Keil in einem zweidimensionalen Raum aussieht.
Eine eindimensionale Darstellung für diese Art einer Rampenfunktion ist in der Volltonkurve in Fig. 2 (Kurve 1) dargestellt. Die x-Achse in dieser Figur stellt den räumlichen Abstand entlang der Prozeßrichtung in Pixeln dar. Dieser Keil entspricht insgesamt 510 Pixeln, was etwa 3,35 cm (1,32 Inch) Länge auf der Photorezeptortrommel entspricht.
Das vorstehende Testmuster wurde mit einer bekannten Tonwiedergabekurve gedruckt. Der verwendete Sensor war ein TREK, Modell 565 ESV. Es sei angemerkt, daß diese Technik in gleicher Weise auch für jedes sorgfältig vermessenen Sensor zutrifft. Es sollte sich ebenfalls verstehen, daß die Neigung des Keilmusters versteilert werden kann, um einen wesentlich kleinere Länge, wie z. B. 2,54 cm (1 Inch), 1,68 cm (0,66 Inch) und 0,84 cm (0,33 Inch) des Photorezeptors zu belegen. Die Meßwerte des Sensors sind durch die gestrichelte Kurve #3 in Fig. 2 dargestellt.
Der Sensor, wie z. B. ein ESV, ETAC oder ein Papierdensitometer weist eine effektive Apertur von ein paar mm auf, welche das Sichtfeld repräsentiert. Dieses Sichtfeld hängt nicht nur von der physikalischen Apertur ab, sondern ist auch eine Funktion davon, wie weit er von der Photorezeptoroberfläche entfernt ist, und eine Funktion seines Reaktionsprofils. Die Empfindlichkeit des Sensors kann ebenfalls mit seiner Apertur variieren. Durch genaues Vermessen all dieser Parameter kann eine sehr gute Kenntnis des Sensors erzielt werden. Die Prozedur zur Extraktion der Tonwiedergabekurve beinhaltet eine einfache Faltung der Pixelwerte des Keilmusters mit dem Sensormodell und dann den Auftrag der gefalteten Pixelwerte mit den Sensormeßwerten bei jeder Abtastung entlang der Prozeßrichtung. Die Kurve #2, die gepunktete Kurve, in Fig. 2, repräsentiert die Pixelwerte des Keils nach der Faltung mit dem Sensormodel. In Fig. 3 stellt die durchgezogenen Kurve #1 die tatsächliche Tonwiedergabekurve dar. Die gepunktete Kurve, die Kurve #2, stellt die gemessene Kurve nach der Faltung mit dem Sensormodell für ein 3,35 cm (1,32 Inch) langes Keilmuster dar. Die gestrichelte Kurve #3 in dieser Figur ist dargestellt, um die TRC-Daten zu zeigen, wenn das Sensormodell nicht berücksichtigt wird, d. h., wenn die Eingangsbyte-Werte des Keilmusters über den Sensormeßwerten aufgetragen werden, bevor sie mit dem Sensormodell gefaltet werden. Natürlich erfordert eine genaue Messung der TRC eine Faltung mit dem Sensormodell.
Die vorstehend beschriebene Anmerkung wird deutlich, wenn man sich hypothetisches langes Testmuster denkt. Wenn ein Keilmuster gedruckt würde, um Pixel von 255 bis 0 entlang einer Länge von 25,4 cm (10 Inch) zu senken, und ein Sensor mit einer Apertur von wenigen Millimetern, wie ein ESV verwendet würde, würde die TRC, durch einfaches Auftragen der Pixelwerte des Keilmuster mit denen der Sensormeßwerte sehr nahe an der tatsächlichen Kurve liegen. Dieses beruht darauf, weil das Sensorsichtfeld im Bezug auf ein 25,4 cm (10 Inch) langes Keilmuster nicht signifikant ist, da es lediglich etwa 1 bis 2 Prozent des Abtastbereiches abdeckt. Wenn die Feldlänge kleiner wird, wird die Sensorapertur im Vergleich zu der Länge des Testfeldes signifikant. Durch die Anwendung des Sensormodells erfolgt eine Kompensation der Effekte aufgrund der Apertur und der Empfindlichkeit des Sensors innerhalb der Apertur.
Es wurde gezeigt, daß die präsentierte Technik adäquat die gesamte Tonwiedergabekurve mißt, wenn die Feldlänge bis zu 1,52 cm (0,6 Inch) in der Länge beträgt. Um diese Technik zu implementieren kann das gefaltete Keilmuster in dem Druckerspeicher gespeichert werden. Wenn die Daten aus dem Speicher gelesen werden, werden diese Daten zusammen mit den Daten auf dem gefalteten Keilmuster verwendet, um die gesamte Tonwiedergabekurve so oft wie beispielsweise nach jedem gedruckten Bild ohne zusätzliche Verarbeitungshardware zu erzeugen. Die Anzahl von Punkten auf der Kurve hängt lediglich davon ab, wie viele Punkte aus dem Sensorausgangssignal abgetastet werden können.
In Fig. 4 ist ein Flußdiagramm der Messung einer Tonwiedergabekurve gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere liegt eine durch die Blöcke 202, 204 und 206 dargestellte Hintergrundroutine vor, in welcher ein Sensorprofil am Anfang eingelesen wird, die Felddaten am Anfang erhalten werden und ein Normierungsfaktor berechnet wird. Insbesondere werden im Block 202 die Kennlinie oder das Profil irgend eines geeigneten Sensor, wie z. B. eines Infrarot-Densitometers eingelesen und gespeichert, um mit den gemessenen Felddaten in Beziehung gesetzt zu werden. Im Block 204 werden die Felddaten gemessen und ein Normierungsfaktor im Block 206 ermittelt. Im Block 208 wird die Abtastung des Zwischendokument-Testfeldes begonnen und bei dem Block 210 wird jedes Feldsegment mit den Sensorprofilen multipliziert und die Ergebnisse ackumuliert, während sich das Zwischendokumenffeld quer zu dem Sensor bewegt. Der Entscheidungsblock 212 ermittelt, ob das Ende des Feldes erfaßt wurde oder nicht. Falls nicht, läuft die Erfassung und Summierungsoperation weiter bis eine Ermittlung erfolgt, daß das Ende des Feldes erreicht worden ist. Sobald das Feld den Sensor passiert hat, werden die summierten Resultate mit dem im Block 206 ermittelten Normierungsfaktor normiert und die Ergebnisse gemäß Darstellung im Block 216 gespeichert.

Claims

1. Verfahren zur Entwicklungssteuerung in einem Druckgerät mit einer sich bewegenden Bildaufzeichnungsoberfläche, umfassend:

Speichern einer Referenzton-/Viedergabekurve,

Erzeugen eines einzelnen Testmusters auf der Bildaufzeichnungsoberfläche, wobei das Testmuster eine Skala von Pixelwerten enthält,

Abtasten des Testmusters entlang der Skala der Pixelwerte auf der Bildaufzeichnungsoberfläche, und

Reagieren auf die Abtastung des Testmusters und die Referenzton-Reproduktionskurve, indem der Maschinenbetrieb für eine Korrektur der Druckqualität angepaßt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Schritt der Speicherung der Referenzton-Wiedergabekurve die Schritte umfaßt:

Berechnen eines Normierungsparameters,

Lesen eines Sensorprofils,

Abtasten jedes Segments des Testmusters und Multiplizieren jedes abgetasteten Segments mit dem Sensorprofil,

Dividieren durch den Normierungsparameter und Speichern der Ergebnisse.

2. Verfahren zur Entwicklungssteuerung nach Anspruch 1 umfassend:

Erzeugen eines einzelnen Testmusters in der Zwischendokumentzone der Bildaufzeichnungsoberfläche, wobei das Testmuster Hintergrund-, Halbton- und Volltonflächenpegel enthält,

Abtasten des Testmusters entlang der Hintergrund-, Halbton- und Volltonflächenpegel in der Zwischendokumentzone der Bildaufzeichnungsoberfläche, und

Reagieren auf die Abtastung des Testmusters und der Referenzton-Wiedergabekurve, in der Maschinenbetrieb für eine Korrektur der Druckqualität angepaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Testmuster ein Quadrat von angenähert 2,54 cm (1 Inch) ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Testmuster Pixelwerte besitzt, welche gleichmäßig über die Länge des Testmusters zwischen 0 und 255 variieren.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt der Speicherung einer Referenzton-Wiedergabekurve die Schritte umfaßt:

Bestimmen eines Sensorprofils,

Falten der Pixelwerte des Testmusters mit dem Sensorprofil und elektronisches Auftragen der gefalteten Pixelwerte mit einem Sensormeßwert an Abtastpunkten entlang des Testmusters.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Testmuster in dem Bereich von 1,67 bis 3,38 cm (0,66-1,33 Inch) liegt.