EP0916113B1 - Verfahren zum optimieren einer halbtondarstellung auf einem fotoleiter von elektrofotografischen druck- und kopiereinrichtungen - Google Patents

Verfahren zum optimieren einer halbtondarstellung auf einem fotoleiter von elektrofotografischen druck- und kopiereinrichtungen Download PDF

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EP0916113B1
EP0916113B1 EP97932732A EP97932732A EP0916113B1 EP 0916113 B1 EP0916113 B1 EP 0916113B1 EP 97932732 A EP97932732 A EP 97932732A EP 97932732 A EP97932732 A EP 97932732A EP 0916113 B1 EP0916113 B1 EP 0916113B1
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EP
European Patent Office
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toner
optical density
bias potential
value
max
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EP97932732A
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EP0916113A1 (de
Inventor
Volkhard Maess
Martin Schleusener
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Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Original Assignee
Oce Printing Systems GmbH and Co KG
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/50—Machine control of apparatus for electrographic processes using a charge pattern, e.g. regulating differents parts of the machine, multimode copiers, microprocessor control
    • G03G15/5033—Machine control of apparatus for electrographic processes using a charge pattern, e.g. regulating differents parts of the machine, multimode copiers, microprocessor control by measuring the photoconductor characteristics, e.g. temperature, or the characteristics of an image on the photoconductor
    • G03G15/5041—Detecting a toner image, e.g. density, toner coverage, using a test patch

Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing a Halftone display by optimizing the Toner deposition intensity on a photoconductor from electrophotographic printing and copying equipment.
  • a latent image is generated.
  • a photoconductor is placed on a defined one Charging potential and then be charged in Depends on the method used in the expression areas appearing white or black.
  • the then exposed areas have a Charging potential lower discharge potential.
  • the generated latent image is then developed by in Depends on the method used on the exposed or unexposed areas of toner applied so that these areas appear black in the printout.
  • the toner commonly used is preferably by two-component toner, which consists of a Carrier component and micro toner exists.
  • the Two-component toner is dependent on that applied procedures positively or negatively charged.
  • the image developed on the photoconductor is then opened Transfer paper or another record carrier and then in a fuser by heating in the Melted record carrier or with this through at Melting of the toner image resulting adhesion forces connected.
  • the photoconductor After transferring the image from the photoconductor to the The photoconductor becomes a record carrier in preparation for Generation of the next image cleaned and complete discharged.
  • Such fluctuations can be caused, for example, by Process parameters, such as the charging potential to which the Photoconductor is charged at the beginning of each printing process is, by the discharge potential, which certain areas of the photoconductor after exposure, and by Variations in the exposure intensity caused become.
  • the charging and / or discharging potential of the In particular, the photoconductor can be from the manufacturing batch that Operating time, the temperature and the cyclical load of the Dependent on the photoconductor.
  • a toner deposition intensity i.e. the amount of toner that is in an area to be blackened deposited on the photoconductor is essentially from the humidity and the Toner concentration in the two-component toner, i.e. the Mixing ratio between microtoner and carrier component, dependent.
  • the toner deposition intensity is from the triboelectric excitation state of the Two-component toner depending, for example, in turn on the temperature, humidity, duration of use, the intensity and duration of the mixing of the Two-component toner and the amount of the mixture supplied fresh toner is dependent.
  • toner brands are understood to mean areas which are arranged outside the printed image on the photoconductor, and exposed to process monitoring and control and be developed.
  • DE-A1-38 43 672 describes a method for optimizing a toner deposit intensity in analog working Known copiers, in which depending on one optical density of a toner mark a bias potential and / or a toner concentration is changed.
  • a toner brand an unscreened "image pattern" with full-surface coloring used.
  • the well-known toner brands are specially designed to control one individual process parameters designed or suitable.
  • To Regulation of the various parameters of the overall process are different, differently designed Toner brands used.
  • the object of the invention is a method for optimizing the halftone display in electrophotographic Printing and copying equipment by setting the Process parameters influencing the print image depending to be provided by a raster toner brand at which by scanning the raster toner mark all the printed image influencing essential parameters are detected so that it is possible by setting a few parameters optimal halftone reproduction with high resolution to reach.
  • this is a method for Optimize a halftone display by optimizing the Toner deposition intensity in electrophotographic printing and Copying devices by the features in claim 1 or 9 reached.
  • Advantageous further developments are the subject of to claim 1 or 9 directly or indirectly related claims.
  • a photoconductor is used creates a halftone toner mark with fine halftone elements and their integral optical density averaged over the surface determined.
  • a bias voltage is changed and / or a density Toner concentration changed.
  • toner depositing intensity or to influence the optical density of a toner mark is a variation of the toner concentration, i.e. of Mixing ratio of microtoner and carrier component.
  • the toner deposition intensity a photoconductor.
  • toner concentration simply by adding toner to the two-component developer can be increased, but decreasing the Toner concentration only through more complex "printing" can be achieved.
  • Print out a Perform multiple print or copy operations understood, it is colored as possible Pictures should act to get one as quickly as possible large amount of toner from the two-component developer remove.
  • the method according to the invention Possibilities of changing the bias voltage and the Toner concentration linked together, creating a Fluctuations in the toner deposition intensity or the optical Density of a toner brand and thus the quality of one Halftone is kept within extremely small limits becomes.
  • the method according to the invention thus has in particular the advantage that already through the targeted change of two parameters fluctuations of others on the system acting parameters are compensated. This is about it is the process parameters described above, such as for example, the batch of photoconductor whose Duration of use, the temperature and the cyclical load of the Photoconductor and humidity.
  • the bias voltage increases once the optical Density of the toner mark has fallen below a target value. At the same time, however, the optical density of the toner mark may have not fallen below a minimum value and the bias voltage must be below a predetermined upper limit lie.
  • the bias voltage is reduced. Lowering the bias voltage is only performed when the bias voltage is greater than a predetermined lower limit.
  • optical density of the toner mark exceeds the toner concentration of the Two-component developer reduced by toner is printed out.
  • the toner concentration is corresponding increases as soon as the optical density of the toner mark falls below the lower limit.
  • the current bias voltage set a target value to prevent the optical Density the upper limit due to the time delay Effect of increasing the toner concentration in the short term exceeds.
  • Such an overshoot of the optical density can also can be avoided by, for example, between the Minimum value of the bias potential and the maximum value of the bias potential additional comparative values are provided.
  • Fig.1a To 1d is an example of a control start if the start is too high Toner concentration described.
  • the optical density OD has a maximum value OD max . Since the optical density OD should ideally be reduced to a desired value OD s and in the present example the toner deposition intensity on a photoconductor and thus also the optical density OD of a toner mark can be reduced by keeping the bias voltage V B as low as possible in the present case the bias voltage V B at time t 0 has a lower limit value V B min .
  • FIG. 1c depending on the printing or copying cycles, a toner request is shown, which is not carried out at time t 0 , since, as can be seen from FIG. 1a, the optical density is above the target value OD s .
  • the toner concentration in the two-component developer is also shown in FIG. 1d as a function of printing or copying cycles.
  • the bias voltage V B is raised by one step above the minimum value V b min (see FIG. 1b), thereby reducing the toner deposition intensity on the photoconductor to increase.
  • the bias voltage V B is increased by a further voltage step as soon as the optical density OD of the toner mark has dropped below the target value of the optical density OD s .
  • the toner delivery is activated, as can be seen in FIG. 1c.
  • the bias voltage V B is kept at its maximum value V B max at time t 3 .
  • the toner concentration increases from time t 3 .
  • the optical density OD (FIG. 1) also increases and at a time t 4 is already above the target value OD s ; the bias voltage V B (Fig.1b) is therefore reduced again.
  • the bias voltage V B is reduced until the optical density OD falls below the target value OD s .
  • the bias voltage V B is increased or maintained as a function of the value of the optical density OD from a time t 6 . From time t 6 , the method according to the invention thus proceeds analogously to the above steps carried out from time t 1 .
  • step 1c shows a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention for optimizing a toner deposition intensity in electrophotographic printing and copying devices.
  • the photoconductor is charged to a charging potential and only exposed with a set or regulated exposure energy, so that a discharging potential reaches a predetermined target value.
  • the bias potential is set to a standard value V B s .
  • Step 2 asks whether the printing or Copier is in print mode or not. If the printing or copying device is not yet in Printing operation, but for example still in one Warm-up phase, so there is a on the photoconductor Halftone toner mark exposed and then developed (Step 3). During printing, in addition to Raster toner mark also a printed page on the photoconductor exposed and developed (step 3 ').
  • step 4 the optical density OD of the screen toner mark generated in step 3 or 3 'is measured. If the decision in step 5 is "yes", since the optical density OD of the halftone toner mark corresponds to the desired target value OD s , further regulation of the toner deposition intensity or the optical density OD is not necessary, so that steps 6 to 10 or 6 ' to 10 'are omitted and steps 11a to 11c are carried out, in which the photoconductor is cleaned, the photoconductor charge is deleted and the photoconductor is subsequently recharged. Following steps 11a to 11c, step 2 is returned to for the next printing process.
  • step 6 determines whether or not the optical density OD of the halftone toner mark is greater than the target value OD s . If the target value OD s is greater, step 7 examines whether the optical density OD of the halftone toner mark is greater than a maximum value OD max or not. If the optical density is greater than the maximum value OD max , the toner concentration is reduced in step 8, for example by printing out toner.
  • step 9 it is determined in step 9 whether or not the bias potential V B is greater than a minimum value V B min . If the bias potential V B is greater than the minimum value V B min , the bias potential V B can be reduced in step 10 to reduce the optical density OD or the toner deposition intensity.
  • steps 11a to 11c are carried out, ie the photoconductor is cleaned, the photoconductor charge is deleted and the photoconductor is then recharged. Following steps 11a to 11c, step 2 is continued again.
  • step 6 If the decision in step 6 is "no", ie the optical density OD of the halftone toner mark is not greater than the target value OD S , steps 7 'to 10' are carried out instead of steps 7 to 10.
  • step 7 ' it is determined whether or not the optical density OD is less than a minimum value OD min . If the optical density is less than the minimum value OD min , the toner concentration is increased in step 8 ′ by adding toner to the two-component developer. However, if the optical density OD is not less than the minimum value OD min , a decision is made in step 9 'as to whether the bias potential V B is less than a maximum value V B max . If the decision is "yes", then the bias potential V B is raised in step 10 '.
  • step 11a to 11c are carried out as described above. Following step 11c, the optimization process is also repeated again from step 2.
  • FIG. 3 shows a detail of a Raster toner mark as in an electrophotographic Printer with a resolution of 600 dpi and an LED character generator Application.
  • the halftone toner mark is made of MIP micropixels Macropixels MAP built.
  • a micropixel MIP with the Edge length a (in this case 42 ⁇ m) defines the smallest colorable stain that is used with the LED character generator the image of a single LED light spot on the photoconductor. The length a becomes also called micropixel pitch.
  • a raster structure S is now represented in the macropixel MAP, which corresponds to a fine gray value in the gray value scale (halftone display).
  • This fine structure S is dimensioned such that in the macropixel MAP (1,1) at least any micropixel is not colored with toner.
  • the structure S is colored and the surrounding micropixels remain toner-free or vice versa. In the example shown with reverse development in which the charged photoconductor is discharged depending on the character, the structure S remains toner-free.
  • the size of this toner brand is however any. It depends on the location and the type of Scanning.
  • a halftone tone mark can also be used individual lines extending in the Y direction.
  • the lines then have a width in the X direction the width a of a micropixel and any length.
  • On Line macropixels then have a width b in the X direction and a length in the Y direction which can be a multiple of b.

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Abstract

Zum Optimieren einer Halbtondarstellung durch Optimierung der Tonerablagerungsintensität bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen wird nach Einstellen von Grundwerten vor und während einem Druck- oder Kopiervorgang auf einem Fotoleiter eine Rastertonermarke erzeugt, und die optische Dichte der Rastertonermarke ermittelt. Danach wird ein Bias-Potential bezüglich eines aktuellen Werts gesenkt, wenn die optische Dichte einen Sollwert überschreitet und das Bias-Potential größer als ein Minimalwert ist. Der Fotoleiter wird entladen, gereinigt und wieder aufgeladen und es wird auf den Anfangszustand zurückgegangen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren einer Halbtondarstellung durch Optimierung der Tonerablagerungsintensität auf einem Fotoleiter von elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen.
An mittels elektrofotografischen Druck- bzw. Kopiereinrichtungen erstellte Ausdrucke und Kopien werden vom Benutzer äußerst hohe Qualitätsanforderungen gestellt. Um diesen hohen Anforderungen gerecht zu werden, ist es erforderlich, die zulässigen Toleranzbereiche bei elektrofozografischen Prozessen zu verringern.
Bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen werden beispielsweise Einzelblätter oder Endlospapier bedruckt, indem auf einem vorzugsweise als Trommel ausgebildeten Fotoleiter ein latentes Bild erzeugt wird. Hierzu wird ein Fotoleiter auf ein definiertes Aufladepotential aufgeladen und anschließend werden in Abhängigkeit von dem eingesetzten Verfahrens die im Ausdruck weiß oder schwarz erscheinenden Bereiche belichtet. Die belichteten Bereiche weisen dann ein gegenüber dem Aufladepotential niedrigeres Entladepotential auf. Das erzeugte latente Bild wird dann entwickelt, indem in Abhängigkeit von dem eingesetzten Verfahren auf die belichteten oder unbelichteten Bereiche Toner aufgebracht wird, so daß diese Bereiche im Ausdruck schwarz erscheinen.
Bei dem üblicherweise verwendeten Toner handelt es sich vorzugsweise um Zweikomponententoner, der aus einer Trägerkomponente und Mikrotoner besteht. Der Zweikomponententoner wiederum ist in Abhängigkeit von dem angewendeten Verfahren positiv oder negativ geladen.
Das auf dem Fotoleiter entwickelte Bild wird anschließend auf Papier oder einen anderen Aufzeichnungsträger übertragen und anschließend in einer Fixierstation durch Erwärmen in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen oder mit diesem durch beim Schmelzen des Tonerbildes entstehende Adhäsionskräfte verbunden.
Nach Übertragen des Bildes von dem Fotoleiter auf den Aufzeichnungsträger wird der Fotoleiter als Vorbereitung zur Erzeugung des nächsten Bildes gereinigt und vollständig entladen.
Die infolge von Schwankungen der Prozeßparameter von Druckund Kopiereinrichtungen hervorgerufenen Unterschiede im Schwärzungsgrad verschiedener Ausdrucke werden insbesondere dann deutlich, wenn eine große Anzahl gleicher Bilder nacheinander erzeugt wird. Handelt es sich bei diesen Bildern beispielsweise um Bilder mit grauen Flächen, die eine feine Grauwert-Abstufung aufweisen, so werden bereits geringe Schwankungen im Grauwert vom menschlichen Auge wahrgenommen.
Solche Schwankungen können beispielsweise durch Prozeßparameter, wie das Aufladepotential, auf welches der Fotoleiter zu Beginn eines jeden Druckvorgangs aufgeladen wird, durch das Entladepotential, welches bestimmte Bereiche des Fotoleiters nach dem Belichten aufweisen, sowie durch Schwankungen in der Belichtungsintensität hervorgerufen werden. Das Auflade- und/oder Entladepotential des Fotoleiters kann insbesondere von der Herstell-Charge, der Einsatzdauer, der Temperatur und der zyklischen Belastung des Fotoleiters abhängig sein.
Eine Tonerablagerungsintensität, d.h. die Menge Toner, die in einem einzuschwärzenden Bereich auf dem Fotoleiter abgelagert wird, ist im wesentlichen von der Luftfeuchtigkeit und der Tonerkonzentration im Zweikomponententoner, d.h. dem Mischungsverhältnis zwischen Mikrotoner und Trägerkomponente, abhängig. Zusätzlich ist die Tonerablagerungsintensität von dem triboelektrischen Anregungszustand des Zweikomponententoners abhängig, der beispielsweise wiederum von der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, der Einsatzdauer, der Intensität und der Dauer der Durchmischung des Zweikomponententoners sowie von der Menge des dem Gemisch zugeführten frischen Toners abhängig ist.
Zur Eingrenzung vorstehend beschriebener Parameter-Schwankungen bei elektrofotografischen Prozessen ist bekannt, die Fotoleitertemperatur konstant zu halten, das Aufladepotential des Fotoleiters zu regeln, die Entladetiefe, d.h. die Differenz zwischen dem Auflade- und dem Entladepotential des Fotoleiters, zu regeln, die Belichtungsenergie zur Erzeugung des Entladepotentials konstant zu halten, die Tonerkonzentration im Zweikomponenten-Entwickler zu regeln oder beispielsweise eine Tonermarken-Regelung durchzuführen. Hierbei werden unter Tonermarken Bereiche verstanden, die außerhalb des Druckbildes auf dem Fotoleiter angeordnet sind, und zur Prozeßüberwachung und -steuerung belichtet und entwickelt werden.
Die vorstehend beschriebenen Regelungen zum Verringern der Parameter-Schwankungen werden entweder einzeln oder in Kombinationen durchgeführt. Einzeln bewirken vorstehende Regelverfahren lediglich eine Teilstabilisierung, die jedoch für die hohen Ansprüche hinsichtlich der geforderten Druckqualität insbesondere bei einer Halbtondarstellung nicht ausreichend ist.
Aus der DE-A1-38 43 672 ist ein Verfahren zum Optimieren einer Tonerablagerungsintensitat bei analog arbeitenden Kopiergeräten bekannt, bei dem in Abhängigkeit von einer optischen Dichte einer Tonermarke ein Bias-Potential und/oder eine Tonerkonzentration verändert wird. Als Tonermarke wird ein ungerastertes "Bildmuster" mit Vollflächeneinfärbung verwendet.
Durch die Verwendung einer Tonermarke mit Vollflächeneinfärbung in Verbindung mit der analogen Funktion des Kopiergerätes ist diese Regelung zur Optimierung eines Halbtonbildes nicht geeignet.
Wird hingegen eine grob gerasterte Tonermarke verwendet, die im Gegensatz zur Vollflächen-Tonermarke sowohl geschwärzte als auch nicht geschwärzte Bereiche aufweist, so kann eine stabile Regelung der Tonerablagerungsintensität nur erreicht werden, wenn hochohmiger Zweikomponenten-Entwickler eingesetzt wird. Da hochohmige Zweikomponenten-Entwickler beim Einsatz moderner leitfähiger Entwicklerbürsten nicht verwendet werden können, ist dieses Verfahren bei modernen Druck- bzw. Kopiereinrichtungen nicht einsetzbar.
Es ist weiterhin zur Regelung des elektrofotographischen Prozesses in elektrofotographischen Geräten allgemein bekannt mit Hilfe von Sensoren Raster-Tonermarken abzutasten und in Abhängigkeit von deren optischer Dichte Prozessparameter zu steuern. So wird in der US-A-4999673 die integrale Dichte von einer Tonermarke über ein Densitometer ermittele und entsprechend die Tonerkonzentration oder ein anderer Prozessparameter verändert. Bei der US-A-4949105 werden Tonermarken in bekannter Weise entwickelt und deren integrale Dichte zur Steuerung der Prozessparameter verwendet. Dieses Prinzip ist unter Verwendung unterschiedlicher Tonermarken auch aus der US-A-5400120 bekannt.
Die bekannten Tonermarken sind speziell zur Regelung eines einzelnen Prozessparameters ausgestaltet bzw. geeignet. Zur Regelung der verschiedenen Parameter des Gesamtprozesses werden verschiedene, unterschiedlich ausgestaltete Tonermarken verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Optimieren der Raster-Halbtondarstellung bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen durch Einstellen der das Druckbild beeinflussenden Prozessparameter in Abhängigkeit von einer Raster-Tonermarke bereitzustellen, bei welchem durch Abtasten der Raster-Tonermarke alle das Druckbild beeinflussenden wesentlichen Parameter erfaßt werden, so daß es möglich ist, durch gezieltes Einstellen weniger Parameter eine optimale Halbtonwiedergabe mit hoher Auflösung zu erreichen.
Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Verfahren zum Optimieren einer Halbtondarstellung durch Optimierung der Tonerablagerungsintensität bei elektrofotografischen Druckund Kopiereinrichtungen durch die Merkmale in Anspruch 1 oder 9 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 oder 9 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einem Fotoleiter eine Raster-Tonermarke mit feinen Rasterelementen erzeugt und deren integrale, über die Fläche gemittelte optische Dichte ermittelt. In Abhängigkeit von der so ermittelten optischen Dichte wird eine Bias-Spannung geändert und/oder eine Tonerkonzentration verändert.
Durch Ändern der zwischen dem Fotoleiter und der Entwicklerstation anliegenden Bias-Spannung kann die an den entsprechenden Stellen abgelagerte Tonermenge beeinflußt werden. Wird bei Druckeinrichtungen, die nach dem "Discharged Area Development" (DAD-Verfahren) arbeiten, d.h. bei welchem die Bereiche mit Toner eingefärbt werden, die zuvor belichtet wurden, die Bias-Spannung beispielsweise erhöht, so erhöht sich die von dem Fotoleiter angezogene Tonermenge. Somit kann durch geeignete Regelung der Bias-Spannung innerhalb vorgegebener Grenzen die beim Entwicklungsvorgang auf den Fotoleiter aufgebrachte Tonermenge und damit die optische Dichte einer Tonermarke beeinflußt werden.
Eine weitere Möglichkeit, die Tonerablagerungsintentisität bzw. die optische Dichte einer Tonermarke zu beeinflussen, ist ein Variieren der Tonerkonzentration, d.h. des Mischungsverhältnisses von Mikrotoner und Trägerkomponente. In Abhängigkeit von der ermittelten optischen Dichte kann somit beispielsweise durch Zugabe von Mikrotoner zu dem Zweikomponenten-Entwickler die Tonerablagerungsintensität auf einem Fotoleiter erhöht werden. Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen, daß das Erhöhen der Tonerkonzentration, verglichen mit dem Ändern der Bias-Spannung, ein trägerer Prozeß ist, da beide Komponenten gemischt und in einen entsprechenden triboelektrischen Anregungszustand gebracht werden müssen. Dafür handelt es sich bei dem Erhöhen der Tonerkonzentration um einen länger anhaltenden Einfluß auf die Tonerablagerungsintensität.
Zu berücksichtigen ist außerdem, daß die Tonerkonzentration einfach durch Zugeben von Toner in den Zweikomponenten-Entwickler erhöht werden kann, jedoch ein Verringern der Tonerkonzentration nur durch ein aufwendigeres "Ausdrucken" erreicht weren kann. Unter "Ausdrucken" wird hierbei ein Durchführen von mehreren Druck- oder Kopiervorgängen verstanden, wobei es sich um möglichst stark eingefärbte Bilder handeln sollte, um möglichst schnell eine möglichst große Menge Toner aus dem Zweikomponenten-Entwickler zu entfernen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Veränderungsmöglichkeiten der Bias-Spannung und der Tonerkonzentration miteinander verknüpft, wodurch ein Schwanken der Tonerablagerungsintensität bzw. der optischen Dichte einer Tonermarke und damit die Qualität eines Halbtonbildes innerhalb äußerst geringer Grenzen gehalten wird. Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit insbesondere den Vorteil, daß bereits durch das zielgerichtete Verändern von zwei Parametern Schwankungen anderer auf das System einwirkender Parameter ausgeglichen werden. Hierbei handelt es sich um die eingangs beschriebenen Prozeßparameter, wie beispielsweise die Hersiell-Charge des Fotoleiters, dessen Einsatzdauer, die Temperatur und die zyklische Belastung des Fotoleiters sowie die Luftfeuchtigkeit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird beispielsweise die Bias-Spannung erhöht, sobald die optische Dichte der Tonermarke einen Zielwert unterschritten hat. Gleichzeitig darf die optische Dichte der Tonermarke jedoch einen Minimalwert nicht unterschritten haben und die Bias-Spannung muß unterhalb eines vorgegebenen oberen Grenzwerts liegen.
Ferner wird, sobald die optische Dichte der Tonermarke den Zielwert überschreitet und unterhalb eines oberen Grenzwerts liegt, die Bias-Spannung gesenkt. Ein Senken der Bias-Spannung wird allerdings nur durchgeführt, wenn die Bias-Spannung größer als ein vorgegebener unterer Grenzwert ist.
Wenn bei den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten die optische Dichte der Tonermarke den oberen Grenzwert überschreitet, wird die Tonerkonzentration des Zweikomponenten-Entwicklers verringert, indem Toner ausgedruckt wird. Entsprechend wird die Tonerkonzentration erhöht, sobald die optische Dichte der Tonermarke einen unteren Grenzwert unterschreitet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zum Zeitpunkt des Erhöhens der Tonerkonzentration oder kurz nach diesem Zeitpunkt die aktuelle Bias-Spannung auf einen Sollwert gesetzt, um zu verhindern, daß die optische Dichte den oberen Grenzwert aufgrund der zeitverzögernden Wirkung der Erhöhung der Tonerkonzentration kurzfristig übersteigt.
Ein solches Überschwingen der optischen Dichte kann auch vermieden werden, indem beispielsweise zwischen dem Minimalwert des Bias-Potential und dem Maximalwert des Bias-Potentials zusätzliche Vergleichswerte vorgesehen werden.
Erfindungsgemäß wird weder die Bias-Spannung noch die Tonerkonzentration verändert, wenn die optische Dichte der Tonermarke genau dem geforderten Sollwert entspricht.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig.1a
einen Verlauf der optischen Dichte in Abhängigkeit von Druck- oder Kopierzyklen bei Verwenden einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.1b
einen Verlauf einer Bias-Spannung in Abhängigkeit von Druck- oder Kopierzyklen bei Verwenden einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.1c
Zeitpunkte einer Tonerförderung in Abhängigkeit von Druck- oder Kopierzyklen bei Verwenden einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.1d
einen Verlauf der Tonerkonzentration in Abhängigkeit von Druck- oder Kopierzyklen bei Verwenden einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.2
ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig.3
beispielhaft eine Ausschnittsdarstellung einer Raster-Tonermarke zum Verwenden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Im folgenden wird anhand der Fig.1a bis 1d das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell beschrieben. In Fig.1a bis 1d ist beispielhaft ein Regelstart bei zu hoher Tonerkonzentration beschrieben.
Zu einem Zeitpunkt t0 hat die optische Dichte OD einen maximalen Wert ODmax. Da die optische Dichte OD im Idealfall auf einen Sollwert ODs gesenkt werden soll und im vorliegenden Beispiel die Tonerablagerungsintensität auf einem Fotoleiter und somit auch die optische Dichte OD einer Tonermarke gesenkt werden kann, indem die Bias-Spannung VB möglichst niedrig gehalten wird, hat im vorliegenden Fall die Bias-Spannung VB zum Zeitpunkt t0 einen unteren Grenzwert VB min.
In Fig.1c ist in Abhängigkeit von Druck- bzw. Kopierzyklen eine Tonerforderung dargestellt, die zum Zeitpunkt t0 nicht durchgeführt wird, da, wie aus Fig.1a zu entnehmen ist, die optische Dichte oberhalb des Sollwerts ODs liegt. Die Tonerkonzentration im Zweikomponenten-Entwickler ist zur Verdeutlichung in Fig.1d ebenfalls in Abhängigkeit von Druck- bzw. Kopierzyklen dargestellt.
Es werden nun bis zu einem Zeitpunkt t1 ein oder mehrere Druck- bzw. Kopierzyklen bei minimaler Bias-Spannung VB min (Fig.1b) ohne Tonerförderung (Fig.1c) durchgeführt. Dadurch sinkt die optische Dichte OD auf einen Wert unterhalb des Sollwerts der optischen Dichte ODs. Die Tonerförderung (Fig.1c) ist noch nicht aktiviert. Entsprechend der optischen Dichte OD nimmt auch die Tonerkonzentration (Fig.1d) ab.
Da zum Zeitpunkt t1 die optische Dichte OD unterhalb des Sollwerts der optischen Dichte ODs liegt, wird die Bias-Spannung VB um eine Stufe über den Minimalwert Vb min angehoben (Siehe Fig.1b), um dadurch auf dem Fotoleiter die Tonerablagerungsintensität zu erhöhen. Wie Fig.1a und 1b zu entnehmen ist, wird die Bias-Spannung VB jeweils um eine weitere Spannungsstufe erhöht, sobald die optische Dichte OD der Tonermarke unter den Sollwert der optischen Dichte ODs abgesunken ist.
Diese Schritte werden bis zu einem Zeitpunkt t2 durchgeführt. Da zu dem Zeitpunkt t2 die optische Dichte OD der Tonermarke unterhalb des Sollwert ODs liegt, aber die Bias-Spannung VB nicht mehr erhöht werden kann, da sie bereits einen Maximalwert VB max erreicht hat (Fig.1b), wird die Bias-Spannung VB auf dem Maximalwert VB max gehalten.
Unterschreitet die optische Dichte OD beispielsweise zu einem Zeitpunkt t3 einen vorgegebenen Minimalwert der optischen Dichte ODmin, so wird die Tonerförderung aktiviert, wie Fig.1c zu entnehmen ist. Die Bias-Spannung VB wird zum Zeitpunkt t3 weiterhin auf ihrem Maximalwert VB max gehalten. Wie Fig.1d zu entnehmen ist, steigt die Tonerkonzentration ab dem Zeitpunkt t3 an.
Aufgrund der steigenden Tonerkonzentration nimmt auch die optische Dichte OD (Fig.1) zu und liegt zu einem Zeitpuntk t4 bereits oberhalb des Sollwerts ODs; die Bias-Spannung VB (Fig.1b) wird daher wieder gesenkt.
Da die Tonerkonzentration bis zu einem Zeitpunkt t5 (dem Ende der Tonerförderung) steigt (Fig.1a), liegt zum Zeitpunkt t5 die optische Dichte OD über dem Maximalwert ODmax. Einem solchen Überschwingen könnte beispielsweise durch Zuführen einer geringeren Tonermenge, durch zusätzliche Bias-Vergleichs-Spannungen zwischen der maximalen und minimalen Bias-Spannung oder durch automatisches Herabsetzen der Bias-Spannung VB zu oder kurz nach dem Zeitpunkt der Tonerförderung entgegengewirkt werden.
Wie Fig.1b zu entnehmen ist, wird die Bias-Spannung VB solange gesenkt, bis die cptische Dichte OD den Sollwert ODs unterschreitet. Entsprechend dem Zeitabschnitt zwischen t1 und t2 wird ab einem Zeitpunkt t6 die Bias-Spannung VB in Abhängigkeit von dem Wert der optischen Dichte OD erhöht oder beibehalten. Somit verläuft das erfindungsgemäße Verfahren ab dem Zeitpunkt t6 analog zu den vorstehenden, ab dem Zeitpunkt t1 durchgeführten Schritten.
Fig.2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Optimieren einer Tonerablagerungsintensität bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen. In vorbereitenden Schritten 1a bis 1c wird nach einem Druckstart der Fotoleiter auf ein Aufladepotential aufgeladen und ausschließlich mit einer eingestellten bzw. eingeregelten Belichtungsenergie belichtet, so daß ein Entladepotential einen vorgegebenen Zielwert erreicht. Beim Schritt 1c wird das Bias-Potential auf einen Standardwert VB s eingestellt.
Beim Schritt 2 wird abgefragt, ob sich die Druck- oder Kopiereinrichtung im Druckbetrieb befindet oder nicht. Befindet sich die Druck- oder Kopiereinrichtung noch nicht in Druckbetrieb, sondern beispielsweise noch in einer Warmlaufphase, so wird auf dem Fotoleiter eine Rastertonermarke belichtet und anschließend entwickelt (Schritt 3). Während des Druckbetriebs wird zusätzlich zu der Rastertonermarke auch eine Druckseite auf dem Fotoleiter belichtet und entwickelt (Schritt 3').
Beim Schritt 4 wird die optische Dichte OD der beim Schritt 3 bzw. 3' erzeugten Rastertonermarke gemessen. Lautet die Entscheidung beim Schritt 5 "ja", da die optische Dichte OD der Rastertonermarke dem angestrebten Sollwert ODs entspricht so ist ein weiteres Regeln der Tonerablagerungsintensität bzw. der optischen Dichte OD nicht erforderlich, so daß die Schritte 6 bis 10 bzw. 6' bis 10' entfallen und die Schritte 11a bis 11c durchgeführt werden, bei welchen der Fotoleiter gereinigt, die Fotoleiterladung gelöscht und der Fotoleiter anschließend erneut aufgeladen wird. Im Anschluß an die Schritte 11a bis 11c wird für den nächsten Druckvorgang auf den Schritt 2 zurückgegangen.
Lautet die beim Schritt 5 getroffene Entscheidung "nein", d.h. die optische Dichte OD der Rastertonermarke entspricht nicht dem Sollwert ODs, so wird beim Schritt 6 festgestellt, ob die optische Dichte OD der Rastertonermarke größer als der Sollwert ODs ist oder nicht. Ist der Sollwert ODs größer, wird beim Schritt 7 untersucht, ob die optische Dichte OD der Rastertonermarke größer als ein Maximalwert ODmax ist oder nicht. Wenn die optische Dichte großer als der Maximalwert ODmax ist, wird beim Schritt 8 die Tonerkonzentration verringert, indem beispielsweise Toner ausgedruckt wird.
Ist die optische Dichte OD beim Schritt 7 nicht größer als ein Maximalwert ODmax, wird beim Schritt 9 festgestellt, ob das Bias-Potential VB größer als ein Minimalwert VB min ist oder nicht.
Ist das Bias-Potential VB größer als der Minimalwert VB min, so kann zur Verringerung der optischen Dichte OD bzw. der Tonerablagerungsintensität beim Schritt 10 das Bias-Potential VB gesenkt werden.
Ist das Bias-Potential VB jedoch nicht größer als ein Minimalwert VB min, werden die Schritte 11a bis 11c, durchgeführt, d.h. der Fotoleiter wird gereinigt, die Fotoleiterladung gelöscht und der Fotoleiter anschließend wieder aufgeladen. Im Anschluß an die Schritte 11a bis 11c wird wieder auf den Schritt 2 übergegangen.
Lautet die Entscheidung beim Schritt 6 "nein", d.h. die optische Dichte OD der Rastertonermarke ist nicht größer als der Sollwert ODS, so werden statt der Schritte 7 bis 10 die Schritte 7' bis 10' durchgeführt.
Beim Schritt 7' wird festgestellt, ob die optische Dichte OD kleiner als ein Minimalwert ODmin ist oder nicht. Ist die optische Dichte kleiner als der Minimalwert ODmin, so wird beim Schritt 8' die Tonerkonzentration erhöht, indem dem Zweikomponenten-Entwickler Toner zugeführt wird. Ist die optische Dichte OD jedoch nicht kleiner als der Minimalwert ODmin, wird beim Schritt 9' entschieden, ob das Bias-Potential VB kleiner als ein Maximalwert VB max ist. Lautet die Entscheidung "ja", so wird das Bias-Potential VB beim Schritt 10' angehoben.
Hat das Bias-Potential VB jedoch bereits den vorgegebenen Maximalwert VB max erreicht, werden die Schritte 11a bis 11c, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt. Im Anschluß an den Schritt 11c wird ebenfalls das Optimierungsverfahren wieder ab dem Schritt 2 wiederholt.
Die Fig.3 zeigt eine Ausschnittsdarstellung einer Rastertonermarke wie sie in einem elektrofotografischen Drucker mit einer Auflösung von 600 dpi und einem LED-Zeichengenerator Anwendung findet.
Die Rastertonermarke ist aus Mikropixeln MIP und aus Makropixeln MAP aufgebaut. Ein Mikropixel MIP mit der Kantenlänge a (in diesem Fall 42 µm) definiert den kleinsten einfärbbaren Fleck, der bei dem verwendeten LED-Zeichengenerator der Abbildung eines einzelnen LED-Lichtpunktes auf dem Photoleiter entspricht. Die Länge a wird auch als Mikropixel-Rastermaß bezeichnet. Mehrere Mikropixel MIP bilden ein Makropixel MAP (1,1) (Grundzelle). Bei dem dargestellten Beispiel besteht ein Makropixel MAP mit der Kantenlänge b aus 8 x 8 = 64 Mikropixeln, d.h. die Kantenlänge b des Makropixels beträgt 8 x 42 µm = 0,336 mm.
Mit den Mikropixeln MIP wird nun im Makropixel MAP eine Rasterstruktur S dargestellt, die einem feinen Grauwert in der Grauwertskala (Halbtondarstellung) entspricht. Diese feine Struktur S ist so bemessen, daß im Makropixel MAP (1,1) mindestens ein beliebiges Mikropixel nicht mit Toner eingefärbt wird.
In Abhängigkeit von dem verwendeten Entwicklungsverfahren (Umkehrentwicklung, positive Entwicklung) wird entweder die Struktur S eingefarbt und die umgebenden Mikropixel bleiben tonerfrei oder umgekehrt. Bei dem dargestellten Beispiel mit Umkehrentwicklung bei dem der aufgeladene Photoleiter zeichenabhängig entladen wird, bleibt die Struktur S tonerfrei.
Da beim elektrofotografischen Druck die elektrischen Einfärbungsverhaltnisse in Drehrichtung der Fotoleitertrommel und quer dazu unterschiedlich sind, ist es entsprechend der Darstellung der Figur 3 im Makropixel MAP (1,1) vorteilhaft eine linienförmige Struktur S auszubilden und zwar mit einer definierten Ausdehnung in X-Richtung (Abszisse) und in Y-Richtung (Ordinate). Damit ist es möglich beim Aufbau einer Rastertonermarke aus einer Vielzahl von Makropixeln MAP (1,1) bis MAP (n,n) die Makropixel z.B. MAP (1,1) und MAP (1,2) bzw. MAp (2,1) und damit die Struktur S jeweils um 180° gedreht zueinander darzustellen. So ergibt sich eine Tonermarke mit in X oder Y-Richtung besonders sensibler Struktur.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Tonermarke aus 15 x 15 Makropixeln mit einer Gesamtkantenlänge von 15 x 0,336 mm = 5 mm, wovon jedoch nur 4 Makropixel dargestellt sind. Die Größe dieser Tonermarke ist jedoch beliebig. Sie hängt von dem Einsatzort und der Art der Abtastung ab.
Anstelle einer Rastertonmarke, aufgebaut aus quadratischen Makropixeln, ist auch eine Rastertonmarke verwendbar, die aus einzelnen sich in Y-Richtung erstreckenden Linien besteht. Die Linien haben dann eine Breite in X-Richtung entsprechend der Breite a eines Mikropixels und eine beliebige Länge. Ein Linienmakropixel hat dann eine Breite b in X-Richtung und eine Länge in Y-Richtung die ein Vielfaches von b sein kann.
Allgemein gilt deshalb für eine zur Optimierung von Halbtonbildern geeignete Tonermarke, daß sie
  • a. aus Wiederholungen von Makropixeln (Grundzellen) besteht,
  • b. ein Makropixel MAP mindestens eine Dimension größer ist als das Mikropixel-Rastermaß a (also mindestens 2 x a) und kleiner als 0,5 mm,
  • c. das im Makropixel enthaltene Muster. S derart aufgebaut ist, daß es mindestens ein nicht mit Toner eingefärbtes und mindestens ein mit Toner eingefärbtes Mikropixel aufweist.

    • Claims (14)

    1. Verfahren zum Optimieren der Halbtondarstellung bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen, bei welchem
      in Abhängigkeit von einer integral über die Fläche ermittelten optischen Dichte (OD) einer Raster-Tonermarke ein Bias-Potential (VS) und/oder eine Tonerkonzentration verändert werden, wobei die Tonermarke aus Wiederholungen von Zweidimensionalen Makropixeln MAP besteht, ein Makropixel (MAP) mindestens eine Dimension größer ist als das Mikropixel-Rastermaß a und kleiner als 0,5 mm und das Makropixel (MAP) mindestens ein nicht mit Toner eingefärbtes sowie mindestens ein mit Toner eingefärbtes Mikropixel (MIP) enthält.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Bias-Potential VB bezüglich des aktuellen Werts erhöht wird, wenn die optische Dichte (OD) einen Sollwert (ODs) unterschreitet und größer als ein Minimalwert (ODmin) ist, und das Bias-Potential VB unter einem Maximalwert (VB max) liegt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Bias-Potential (VB) unverändert bleibt, wenn die optische Dichte (OD) dem Sollwert (ODs) entspricht.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Bias-Potential VB bezüglich des aktuellen Werts gesenkt wird, wenn die optische Dichte (OD) einen Sollwert (ODs) überschreitet und kleiner als ein Maximalwert (ODmax) ist, und das Bias-Potential (VB) größer als ein Minimalwert (VB min) ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Tonerkonzentxation erhöht wird, wenn die optische Dichte (OD) kleiner als der Minimalwert (ODmin) ist.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem während oder kurz nach dem Zeitpunkt des Erhöhens der Tonerkonzentration das Bias-Potential (VB) gesenkt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, bei welchem die Tonerkonzentration gesenkt wird, wenn die optische Dichte (OD) größer als ein Maximalwert (ODmax) ist.
    8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zwischen dem Minimalwert des Bias-Potential (VB min) und dem Maximalwert des Bias-Potentials (VB max) zusätzliche Vergleichswerte vorgesehen sind.
    9. Verfahren zum Optimieren einer Halbtondarstellung bei elektrofotografischen Druck- und Kopiereinrichtungen, bei welchem
      a) Grundwerte eingeregelt werden,
      b) vor und während einem Druck- oder Kopiervorgang auf einem Fotoleiter eine Rastertonermarke erzeugt wird, wobei die Tonermarke aus Wiederholungen von Zweidimensionalen Makropixeln (MAP) besteht, ein Makropixel MAP mindestens eine Dimension größer ist als das Mikropixel-Rastermaß a und kleiner als 0,5 mm und das Makropixel (MAP) mindestens ein nicht mit Toner eingefärbtes sowie mindestens ein mit Toner eingefärbtes Mikropixel (MIP) aufweist,
      c) eine integral über die Fläche gemessene optische Dichte (OD) der Rastertonermarke ermittelt wird,
      d) ein Bias-Potential (VB) bezüglich eines aktuellen Werts gesenkt wird, wenn die optische Dichte (OD) einen Sollwert (ODs) überschreitet, und das Bias-Potential (VB) größer als ein Minimalwert (VB min) ist,
      e) der Fotoleiter entladen, gereinigt und wieder aufgeladen wird, und
      f) anschließend die Schritte b) bis e) wiederholt werden.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem anstatt des Schrittes d) bei einem Schritt
      d1) das Bias-Potential (VB) und die Tonerkonzentration bezüglich des aktuellen Werts gesenkt werden, wenn die optische Dichte (OD) größer als ein Maximalwert (ODmax) ist, und das Bias-Potential (VB) größer als ein Minimalwert (VB min) ist.
    11. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem anstatt des Schritts d) bei einem Schritt
      d2) das Bias-Potential (VB) angehoben wird, wenn die optische Dichte (OD) einen Sollwert (ODs) unterschreitet und größer als ein Minimalwert (ODmin) ist, und das Bias-Potential (VB) kleiner als ein Maximalwert (VB max) ist.
    12. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem anstatt des Schritts d) bei einem Schritt
      d3) das Bias-Potential (VB) und die Tonerkonzentration angehoben werden, wenn die optische Dichte (OD) kleiner als ein Minimalwert (ODmin) ist, und das Bias-Potential (VB) kleiner als ein Maximalwert (VB max) ist.
    13. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem anstatt des Schritts d) bei einem Schritt
      d4) die Tonerkonzentration gesenkt wird, wenn die optische Dichte (OD) größer als ein Maximalwert (ODmax) ist, und das Bias-Potential (VB) kleiner oder gleich einem Minimalwert (VB min) ist.
    14. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem anstatt des Schritts d) bei einem Schritt
      d5) die Tonerkonzentration angehoben wird, wenn die optische Dichte (OD) kleiner als ein Minimalwert (ODmin) ist, und das Bias-Potential (VB) größer oder gleich einem Maximalwert (VB max) ist.
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