EP1178362B1

EP1178362B1 - Bilderzeugungsvorrichtung mit Online-Bewertung der Bildqualität und zugehörigem Verfahren

Info

Publication number: EP1178362B1
Application number: EP01117708A
Authority: EP
Inventors: Alfred Gonnella, Jr.; David E. Hockey; Matthias H. Regelsberger
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2004505320A; DE50109854D1; US6650848B1; DE10136746A1; CA2386761A1; WO2002010860A1; JP4907040B2; EP1178362A2; CA2386761C; ATE327525T1; AU2001271906A1; EP1178362A3

Description

Die Erfindung betrifft Bilderzeugungsvorrichtungen und Verfahren zur Bildqualitätsdiagnose. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtungen und Verfahren mit einer Bildqualitätsbewertung durch Online-Messung der Tonerdichte.
Elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtungen dienen dazu, Bilder auf Papier oder andere Medien zu übertragen. Ein Fotoleiter wird selektiv geladen und optisch belichtet, um ein elektrostatisches Latentbild auf der Oberfläche auszubilden. Toner oder andere Entwicklungsmaterialien werden auf die Fotoleiteroberfläche aufgetragen. Der Toner wird geladen und haftet dadurch an der Oberfläche des Fotoleiters in den Bereichen, die dem elektrostatischen Latentbild entsprechen. Das Tonerbild wird auf Papier oder auf ein anderes Medium übertragen. Das Papier wird normalerweise erwärmt, um den Toner auf dem Papier zu fixieren. Zur Vorbereitung für ein weiteres Bild wird der Fotoleiter dann aufgefrischt, d.h. jegliche Toner- und Ladungsreste werden beseitigt.
In vielen elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtungen wird eine ausgegebene Kopie einer Testvorlage visuell geprüft, um den Bilderzeugungs- und Entwicklungsprozess zu bewerten. Die Testvorlage ist ein im wesentlichen "perfektes" Bild der gewünschten Ausgabe der elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung. Ein Servicetechniker erstellt eine Kopie der fotografischen Testvorlage und vergleicht die Kopie mit der Testvorlage. Falls die Bildqualität nicht annehmbar ist, wird die Tonerdichte eingestellt.
Aus US 5 150 155 ist die automatische Einstellung einer Bilderzeugungsmaschine unter Benutzung eines Testbildes mit verschiedenen Graustufen bekannt. Die Einstellung durch den Vergleich des Testbildes mit Sollwerten durch eine Bedienungsperson ist ebenfalls als Stand der Technik beschrieben. Eine Anzeige eines Ausgabediagramms zur Anleitung der Bedienungsperson ist aus EP 0 461 810 A2 bekannt.
Neben weiteren Faktoren beeinflusst die Tonerdichte die Qualität des Ausgabebildes. Artefakte können durch mechanische Beschädigung der elektrofotografischen Subsysteme entstehen. Auch die Haltbarkeit der Verbrauchsmaterialien kann die Ursache für Leistungseinbußen sein. Materialermüdung kann die räumliche Verteilung des Toners beeinträchtigen (so kann das Bild beispielsweise die richtige Tonerdichte aufweisen, ohne jedoch einwandfrei fokussiert zu sein).
Die Verwendung einer Testvorlage ermöglicht eine qualitative Bewertung der Bildqualität, was wiederum Rückschlüsse bezüglich der Tonerdichte auf dem Fotoleiter ermöglicht. Die Tonerdichte wird zur Abstimmung der Bildqualität eingestellt. Obwohl die Bildqualität durch Sichtprüfung möglicherweise als gut beurteilt wird, sind Service-, Wartungs- und sonstige Probleme nicht ohne weiteres durch Sichtprüfung zu erkennen, insbesondere nicht in den Anfangsphasen. Derartige Probleme müssen normalerweise zuerst "sichtbar" werden, bevor ein Benutzer oder ein Servicetechniker erkennt, dass das Problem vorliegt.
Die Testvorlagenmethode ist zudem zur Durchführung von Wartungs- und Serviceroutinen nicht besonders gut geeignet. So sind möglicherweise bestimmte Abweichungen in der Tonerdichte nicht erkennbar. Aufgrund der zuvor genannten qualitativen Aspekte ergeben sich aus der Testvorlagenmethode wechselnde Ergebnisse, und zwar je nach Erfahrung und Ausbildung des Technikers sowie anderer subjektiver Faktoren. Die Testvorlagenmethode bedingt daher die Durchführung von Wartungs- und Serviceroutinen, bevor oder nachdem diese tatsächlich erforderlich wären. Zudem lassen sich Service- und Wartungsprobleme nicht frühzeitig erkennen. Daher sind unerwartete Ausfallzeiten und zusätzliche Reparatur- und Wartungskosten für die Bilderzeugungsvorrichtung möglich.
Bei Verwendung einer Graustufenwiedergabe treten die Schwierigkeiten in Bezug auf die Verwendung dieser Testvorlagenmethode zur Bewertung des Bilderzeugungs- und Entwicklungsprozesses noch deutlicher hervor. Bei der Graustufenwiedergabe wird Toner zum Erzeugen eines Bildes in unterschiedlichen Mengen aufgetragen, ausgehend von gar keinem Tonerauftrag bis hin zum maximalen Tonerauftrag. Die Dichte des Toners bestimmt, ob ein Teil des Bildes schwarz oder weiß ist oder unterschiedliche Grauschattierungen aufweist. Diese Unterschiede in der Tonerdichte machen die quantitative Bewertung von elektrofotografischen Graustufenprozessen durch Sichtprüfung praktisch unmöglich.
Um die mit den visuellen Prüfungen der Testvorlage verbundenen Schwierigkeiten zu vermeiden, ermöglichen kommerziell verfügbare Helligkeitsmessgeräte und Densitometer eine visuelle Offline-Bewertung und -Messung der gedruckten Dichte. Diese Techniken erfordern jedoch zusätzliche Geräte sowie zusätzliche Einstellarbeiten zur Verwendung der Geräte. Sie führen zudem dazu, dass Servicerufe verzögert werden und sind zudem ein unzureichendes Mittel zur Bewertung der Tonerdichte auf dem Fotoleiter.
Es besteht daher Bedarf nach einer quantitativen Online-Bewertung der Bildqualität in einer elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung sieht eine elektrofotografische (EP) Bilderzeugungsvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren zur Online-Qualitätsbewertung des Bilderzeugungs- und Entwicklungsprozesses vor. Die elektrofotografische (EP) Bilderzeugungsvorrichtung und das diesbezügliche Verfahren nehmen eine quantitative Bewertung der Dichte des auf dem Fotoleiter aufgetragenen Toners vor.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Tonerdichtedarstellung des gesamten Fotoleiters erzeugt. Die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung hat ein Referenzsystem zur Lagebstimmung von Positionen auf der Oberfläche des Fotoleiters. Das Referenzsystem nutzt einen Referenzpunkt auf dem Fotoleiter sowie eine Folgeeinrichtung, um Lagestellen in Bezug zum Referenzpunkt entlang der Länge und des Umfangs des Fotoleiters zu ermitteln.
Das Referenzsystem ermittelt die Lagestellen der Dichtemessungen. Für jede erfolgte Dichtemessung wird eine Referenzposition festgehalten. Auf diese Weise werden Dichtemessungen an derselben Lagestelle vorgenommen und ausgewertet. Die gemessenen Tonerdichten für verschiedene Lagestellen lassen sich zusammenführen, um eine Dichtedarstellung des Toners auf dem Fotoleiter zu erzeugen.
Die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung ist mit einem Fotoleiter ausgestattet, der drehbar auf Tragwalzen gelagert ist. Ein primärer Lader, eine Belichtungseinrichtung, eine Tonerstation, ein Übertragungslader, eine Fixierstation und ein Reiniger sind in Wirkbeziehung um den Fotoleiter angeordnet. Ein Durchlichtdensitometer ist mit einem Lichtemitter und einem Lichtkollektor ausgestattet, die in Wirkbeziehung zum Fotoleiter angeordnet sind. Das Densitometer ist zudem mit einem Mikroprozessor verbunden, der mit einem Speicher versehen ist. Der Mikroprozessor ist wiederum mit Eingabe- und Ausgabeschnittstellen verbunden. Zwar werden einzelne Komponenten dargestellt, aber jegliche Komponenten können mehrfach vorhanden sein, auch das Densitometer.
In der erfindungsgemäßen elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung wird ein Bildfeld auf dem Fotoleiter geladen. Ein Stufenkeil oder ein Testbild wird optisch belichtet, um auf dem Bildfeld ein elektrostatisches Bild zu erzeugen. Vorzugsweise ist der Stufenkeil auf Graustufenwiedergabe ausgelegt. Das elektrostatische Bild weist Stufenbereiche auf, die den Stufen des Stufenkeils entsprechen. Die Tonerstation ist deaktiviert, so dass zur Zeit kein Toner aufgebracht wird.
Die Fotoleiterdichte wird für jeden Stufenbereich des Stufenkeils auf dem Bildfeld ermittelt. Vorzugsweise werden fünf oder mehr Messungen der Fotoleiterdichte von jedem Stufenbereich mit Hilfe des Durchlichtdensitometers vorgenommen.
Das Densitometer misst einen Spannungswert entsprechend der Menge der Lichtenergie, die durch den Fotoleiter auf einem optischen Strahlengang zwischen Lichtemitter und Lichtkollektor tritt. Der Spannungswert entspricht der Dichte des Toners. Die Spannungswerte des Fotoleiters werden im Speicher getrennt abgelegt, wobei jeder Fotoleiter-Spannungswert in Bezug auf dessen Lage auf dem Fotoleiter bezeichnet wird. Das Bildfeld wird dann ein zweites Mal geladen. Die Übertragungsstation und die Fixiereinrichtung werden kurzzeitig deaktiviert, um eine Beaufschlagung des Fotoleiters zu vermeiden. Der Reiniger entfernt jegliche Ladung vom Fotoleiter.
Der Stufenkeil wird optisch belichtet, um zum zweiten Mal ein elektrostatisches Bild auf dem Bildfeld ausbilden zu können. Das elektrostatische Bild weist Stufenbereiche auf, die den Stufen des Stufenkeils entsprechen. Diese Stufenbereiche sind die gleichen, die auch für die Messung der Fotoleiterspannung herangezogen worden sind.
Die Tonerstation trägt Toner auf dem Bildfeld auf. Der Toner bildet ein Tonerbild aus, das dem elektrostatischen Bild entspricht, welches wiederum dem Stufenkeil entspricht.
Für jeden Stufenbereich des Stufenkeils auf dem Bildfeld wird die kombinierte Fotoleiter- und Tonerdichte ermittelt. Vorzugsweise werden fünf Dichtemessungen von jedem Stufenbereich mit Hilfe des Durchlichtdensitometers vorgenommen. Die kombinierten Spannungswerte werden im Speicher getrennt abgelegt, wobei jeder kombinierte Spannungswert wieder in Bezug auf dessen Lage auf dem Fotoleiter bezeichnet wird.
Die mittlere gemessene Tonerdichte wird für jeden Stufenbereich auf dem Bildfeld ermittelt. Für jeden Stufenbereich wird die gemessene Fotoleiterspannung von dem an derselben Lagestelle gemessenen, kombinierten Spannungswert subtrahiert, um für diese Lagestelle einen gemessenen Wert für die Tonerspannung oder Dichte bereitzustellen. Die gemessenen Tonerspannungswerte werden für jede Stufe in dem Stufenkeil gemittelt, um einen mittleren, gemessenen Tonerspannungswert für jede Stufe bereitzustellen.
Die mittleren, gemessenen Tonerspannungswerte werden für jede Stufe des Stufenkeils mit den Tonerspannungssollwerten verglichen. Die Tonerspannungssollwerte sind die, die der Hersteller in den technischen Daten für die elektrostatische Bilderzeugungsvorrichtung angibt.
Die gemessenen Tonerspannungswerte zeigen die Tonerdichte an. Eine zu hoher gemessener Tonerspannungswert weist darauf hin, dass der Tonerauftrag zu stark ist. Ein zu niedriger gemessener Tonerspannungswert weist darauf hin, dass der Tonerauftrag zu schwach ist. In beiden Fällen lässt sich der Tonerauftrag einstellen und neu prüfen, bis die gemessenen Tonerspannungswerte der Tonersollspannung entsprechen oder innerhalb eines akzeptabeln Bereichs der Tonersollspannung liegen.
Vorzugsweise wird jedes Bildfeld des Fotoleiters nacheinander bewertet. Wenn jedes Bildfeld auf dem Fotoleiter bewertet worden ist, ist der mittlere gemessene Tonerspannungswert für die Stufe auf den Stufenkeil über eine ganze Umdrehung des Fotoleiters repräsentativ.
Die vorliegende Erfindung bewertet quantitativ die Bildqualität einer elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung mit Hilfe eines Referenzsystems, um eine Tonerdichtedarstellung des Toners auf der Oberfläche des Fotoleiters zu erzeugen. Die tatsächlichen oder gemessenen Tonerdichten werden mit Solldichten gemäß den technischen Daten des Herstellers verglichen, und zwar unabhängig von den subjektiven Sichtprüfungen und Vergleichen des Benutzers. Die Dichtewerte des Toners zeigen die Bildqualität in einem elektrofotografischen Prozess an.
Weitere Vorteile der Erfindung sind den folgenden Zeichnungen sowie der Beschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung;
Fig. 2: einen Stufenkeil für eine erfindungsgemäße elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung;
Fig. 3: ein Ausgabediagramm mit einem exemplarischen Vergleich der Soll- und Messwerte für die Tonerspannung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4: ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Online-Bewertung der Bildqualität.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 umfasst einen Fotoleiter 105, der auf Tragwalzen 110 sowie einem Motor 115 angeordnet ist, der den Fotoleiter 105 in die mit Pfeil A bezeichnete Richtung bewegt. Die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 umfasst zudem einen primären Lader 118, eine Belichtungsvorrichtung 120, eine Tonerstation 125, einen Übertragungslader 130, eine Fixierstation 140 sowie einen Reiniger 150, die in Wirkbeziehung um den Fotoleiter 105 herum angeordnet sind. Der Fotoleiter 105 umfasst zwar eine walzengelagerte Bandkonfiguration, aber er kann auch in anderer Weise durch Verwendung einer Trommel oder anderer geeigneter Konfigurationen gehaltert sein. Zwar wird für die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 eine bestimmte Konfiguration und Anordnung gezeigt, aber die Erfindung kann andere Konfigurationen und Anordnungen verwenden, u.a. Anordnungen mit zusätzlichen Komponenten.
Die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 umfasst zudem ein Densitometer 160, das mit einem Lichtemitter 165 sowie einen Lichtkollektor 170 verbunden ist. Das Densitometer 160 ist mit einem Mikroprozessor 175 verbunden, der mit einem Speicher 180 ausgestattet ist. Der Mikroprozessor 175 ist mit einer Eingabeschnittstelle 185 und mit einer Ausgabeschnittstelle 190 verbunden. Der Mikroprozessor 175 kann zur Kommunikation mit anderen Mikroprozessoren in der elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung 100 verbunden sein. Die Eingabeschnittstelle 185 kann eine Tastatur, ein berührungsempfindlicher Bildschirm oder ähnliches sein. Die Ausgabeschnittstelle 190 kann ein Drucker, ein Bildschirm oder ähnliches sein. Bei der Ein- und Ausgabeschnittstelle 185, 190 kann es sich um dieselbe Komponente handeln. Es kann eine Mehrzahl von Densitometern oder anderen Komponenten vorhanden sein.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Tonerdichtedarstellung des gesamten Fotoleiters 105 erzeugt. Die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 umfasst ein Referenzsystem nicht gezeigt zum Auffinden von Positionen auf der Oberfläche des Fotoleiters 105. Das Referenzsystem nutzt einen (nicht gezeigten) Referenzpunkt auf dem Fotoleiter 105 sowie eine (nicht gezeigte) Folgeeinrichtung, um Lagestellen in Bezug zum Referenzpunkt entlang der Länge und des Umfangs des Fotoleiters 105 zu ermitteln. Bei einem als Band ausgebildeten Fotoleiter ist der Referenzpunkt vorzugsweise eine Naht. Als Referenzpunkt ist das Prozessfeld oder ein anderer fester Punkt auf dem Fotoleiter verwendbar. Die Folgeeinrichtung ist im wesentlichen ein Timer, der dem Fotoleiter 105 anzeigt, wann von dem Referenzpunkt zu einer bestimmte Lagestelle fortzufahren ist. Durch Kenntnis der Strecke, die der Fotoleiter 105 innerhalb der gemessenen Zeit zurücklegt, lässt sich die Lagestelle auf dem Fotoleiter 105 bestimmen. Die Folgeeinrichtung kann auch eine andere Messeinrichtung sein und die Lagestelle durch andere Mittel bestimmen. Alternative Referenzsysteme sind ebenfalls verwendbar.
Das Referenzsystem dient dazu, die Lagestellen für die Dichtemessungen zu bezeichnen. Für jede erfolgte Dichtemessung wird eine Referenzposition festgehalten. Auf diese Weise und wie nachfolgend beschrieben, kann ein Dichtewert des Fotoleiters von dem kombinierten Dichtewert des Fotoleiters und des Toners an derselben Lagestelle subtrahiert werden, um so die gemessene Tonerdichte für diese Lagestelle zu ermitteln. Die gemessenen Tonerdichten für verschiedene Lagestellen lassen sich zusammenführen, um eine Dichtedarstellung des auf dem Fotoleiter 105 aufgetragenen Toners zu erzeugen.
Bei Gebrauch lädt der primäre Lader 118 ein Bildfeld auf der Oberfläche des Fotoleiters 105 elektrostatisch auf. Das Bildfeld entspricht der Größe des auszubildenden Bildes und kann die gesamte Fläche des Fotoleiters 105 bedecken. Vorzugsweise ist der Fotoleiter 105 zur Aufnahme mehrerer Bildfelder ausgelegt.
Der Fotoleiter 105 dreht sich, um das geladene Bildfeld an der Belichtungsvorrichtung 120 vorbeizuführen. Die Belichtungsvorrichtung 120 belichtet das geladene Bildfeld optisch, um ein elektrostatisches Latentbild auf dem Fotoleiter 105 zu erzeugen.
Der Fotoleiter 105 dreht sich, um das elektrostatische Bild an der Tonerstation 125 vorbeizuführen. Die Tonerstation 125 lagert auf der Oberfläche des Fotoleiters 105 Toner oder ein anderes Entwicklungsmaterial ab. Der Toner ist derart geladen, dass er an dem elektrostatischen Bild haftet. Die Beschreibung bezieht sich zwar auf einen Trockentoner, aber es ist auch ein flüssiges oder ein ähnliches, geeignetes Entwicklungsmaterial verwendbar.
Der Fotoleiter 105 dreht sich, um das elektrostatische Bild an dem Übertragungslader 130 vorbeizuführen. Der Übertragungslader 130 überträgt das elektrostatische Tonerbild von dem Fotoleiter 105 auf Papier oder auf ein anderes, zur Aufnahme des Bildes ausgewähltes Medium. Das Papier S wird dem Papiervorrat (135) entnommen und tritt zwischen dem Übertragungslader 130 und dem Fotoleiter 105 hindurch. Das Papier S wird dann durch die Fixierstation 140, wo der Toner auf dem Papier fixiert wird, geführt.
Der Fotoleiter 105 dreht sich, um das Bildfeld durch den Reiniger 150 zu führen. Der Reiniger entfernt jegliche Toner- und Ladungsreste und bereitet den Fotoleiter somit für ein weiteres Bild auf. Zwar sind diese Arbeitsgänge in Schritten beschrieben, aber sie erfolgen vorzugsweise nacheinander und fortlaufend, während der Fotoleiter einen Zyklus durchläuft.
Das Densitometer 160 ist mit dem Lichtemitter 165 und dem Lichtkollektor 170 verbunden. Der Lichtemitter 165 und der Lichtkollektor 170 sind auf beiden Seiten des Fotoleiters 105 sich gegenüberliegend angeordnet, und zwar nachfolgend der Tonerstation 125, also der Position, an der Toner aufgebracht wird. Vorzugsweise ist der Lichtemitter 165 gegenüber der Oberfläche angeordnet, wo der Toner aufgetragen wird.
Das Densitometer 160 wird vorzugsweise als ein Durchlichtdensitometer dargestellt. Allerdings ist auch ein Auflichtdensitometer sowie jede andere Dichtemesseinrichtung zum Messen der Tonerdichten auf dem Fotoleiter 105 verwendbar. Bei Verwendung eines Auflichtdensitometers müssen die Positionen des Lichtemitters 165 und des Lichtkollektors 170 entsprechend geändert werden. Der Lichtemitter 165 sowie der Lichtkollektor 170 sind nicht zwingend Bestandteile der Dichtemesseinrichtung.
Der Strahlengang vom Lichtemitter 165 zum Lichtkollektor 170 tritt durch den Fotoleiter 105. Das Densitometer 160 erzeugt Spannungswerte proportional zur Lichtabsorption im Strahlengang. Die Spannungswerte zeigen die Dichte des Fotoleiters 105 und/oder des auf der Oberfläche befindlichen Toners an. Die Spannungswerte des Densitometers 160 steigen mit zunehmender Opazität des Fotoleiters 105 an, also je größer der Tonerauftrag auf dem Fotoleiter 105 ist. Um durch den Fotoleiter 105 bedingte Schwankungen auszuschließen, kann man die Spannungswerte des Fotoleiters ohne Tonerauftrag von den Spannungswerten des Fotoleiters mit Toneraüftrag abziehen. Das Densitometer 160 übergibt die Spannungswerte an den Mikroprozessor 175.
Der Mikroprozessor 175 übergibt die Spannungswerte an die Ausgabeschnittstelle 190. Die Spannungswerte lassen sich zur weiteren Analyse und/oder späteren Übertragung an die Ausgabeschnittstelle im Speicher 180 ablegen. Die Spannungswerte können in der vom Densitometer 160 enthaltenen Form übertragen oder verstärkt oder auf sonstige Weise aufbereitet werden, um die Übertragung zur Ausgabeschnittstelle 190 zu verbessern. Der Mikroprozessor 175 kann die Spannungswerte in andere geeignete Faktoren umsetzen, etwa Dichte, Dicke usw. Zudem empfängt der Mikroprozessor 175 Befehle und Anweisungen über die Eingabeschnittstelle 185.
In der vorliegenden Erfindung bewertet die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 den elektrofotografischen Prozess, um zu ermitteln, ob die Tonerdichte und somit die Bildqualität den Spezifikationen des Herstellers entspricht. Die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 prüft, ob die Dichte des Toners auf dem Fotoleiter 105 der Dichte entspricht, die für den spezifikationsgemäßen Tonwertumfang erforderlich ist. In einem Graustufen-Tonwiedergabeprozess verändern sich die Tonerdichten schrittweise. In diesem Fall werden die Tonerdichten der verschiedenen Stufen bewertet.
Fig. 2 zeigt einen Stufenkeil 200 zum Bewerten der verschiedenen Tonerdichten in einem Graustufen-Tonwiedergabesystem. Der Stufenkeil 200 ist ein Bild mit abgestuften Grauwerten entsprechend der Stufen der Tonerdichte, die einer bestimmten, elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung zugeordnet sind. Beispielsweise weist der Stufenkeil aus Fig. 2 insgesamt 16 Stufen auf, die von Stufe 210 (keine Belichtung und kein Tonerauftrag) bis Stufe 220 (maximale Belichtung und maximaler Tonerauftrag) reichen.
Um den elektrofotografischen Prozess zu bewerten, druckt die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 mindestens ein Bild des Stufenkeils. Vorzugsweise entspricht die Anzahl von Bildern der Anzahl von Bildfeldern, die auf die Länge oder den Umfang des Fotoleiters passen. Wenn mehr als ein Bild zu drucken ist, werden die Bilder nacheinander gedruckt. Indem eine Anzahl von Bildern, die der Anzahl von Bildfeldern auf dem Fotoleiter entspricht, nacheinander gedruckt wird, lässt sich die gesamte Oberfläche des Fotoleiters bewerten. Vorzugsweise werden sechs Bildfelder auf dem Fotoleiter 105 bereitgestellt. Dementsprechend druckt die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 sechs aufeinanderfolgende Bilder, um den elektrofotografischen Prozess zu bewerten. Darüber hinaus befindet sich auf dem Fotoleiter 105 ein (nicht gezeigtes) Prozessfeld, das zwischen den Bildfeldern angeordnet ist. Das Prozessfeld wird mit der maximalen Tonerdichte, D_max, belichtet oder mit jeder Reindichte.
Ein Ausdruck durch die elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung 100 ist nicht erforderlich, solange Toner auf dem Fotoleiter 105 aufgetragen wird. Allerdings steht die Druckausgabe im Zusammenhang mit dem Betrieb der elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung 100. Die gedruckten Bilder ermöglichen eine visuelle Beurteilung und Offline-Messung der Druckdichte mit kommerziell verfügbaren Helligkeitsmessgeräten und Densitometern. Zudem ist es einem Benutzer oder Servicetechniker anhand der Druckausgabe möglich, andere Bildqualitätsprobleme zu erkennen, die nicht mit der Tonerdichte im Zusammenhang stehen, beispielsweise Kratzer auf dem Fotoleiter sowie mechanische oder elektrische Probleme im Entwicklungsprozess.
Die Stufen des Stufenkeils entsprechen den Stufenbereichen auf dem Bildfeld. Jedem der Stufenbereiche ist eine bestimmte Lagestelle zugewiesen, wie anhand des Referenzsystems bestimmt. Während der Druckvorgang läuft, führt das Densitometer 160 mindestens eine Dichtemessung jedes Stufenbereichs von jedem Bildfeld durch.
Zur Ermittlung des Dichtewerts wird die Spannung gemessen, während der Lichtemitter 165 Licht durch den Toner und den Fotoleiter 105 auf den Lichtkollektor 170 wirft. Bessere Messergebnisse lassen sich durch Verbessern des Signal-Störverhältnisses für jede Stufe erzielen. Vorzugsweise deckt der Strahlengang 1,27 cm der Oberfläche des Fotoleiters ab. Vorzugsweise werden für jeden Stufenbereich in jedem Bildfeld mindestens fünf Dichte- oder Spannungsmessungen vorgenommen. Die fünf Messungen werden an fünf verschiedenen Lagestellen des Fotoleiters durchgeführt, alle jedoch innerhalb desselben Stufenbereichs. Durch mehr Messungen erhöht sich die Genauigkeit der endgültigen Spannungs-/Dichtemesswerte. Diese Spannungswerte zeigen die optischen Eigenschaften an, d.h. die Dichte des mit Toner beaufschlagten Fotoleiters 105. Die kombinierten Spannungswerte werden von dem Mikroprozessor 175 getrennt im Speicher 180 abgelegt.
Um durch den Fotoleiter 105 bedingte Schwankungen auszuschließen, werden die Dichtemessungen auch durchgeführt, ohne dass Toner auf dem Fotoleiter 105 aufgetragen ist. Diese Dichtemessungen werden vorzugsweise vor den Dichtemessungen mit aufgetragenem Toner durchgeführt. Mit Hilfe des Referenzsystems lässt sich die Fotoleiterdichte für jeden Stufenbereich ermitteln sowie nachfolgende Dichtemesswerte von Fotoleiter und Toner.
Beispielsweise werden sechs aufeinanderfolgende Bilder von dem Stufenkeil herangezogen. Die Tonerstation wird vorübergehend deaktiviert. Die sechs Bilder stellen eine Drehung des Fotoleiters 105 dar. Da kein Toner aufgetragen ist, kann ein leeres oder ähnliches Bild verwendet werden, solange diese Spannungswerte für den Fotoleiter den Stufenbereichen auf dem Bildfeld entsprechen, in denen die Stufenkeilmessungen ohne Toner vorgenommen werden.
Das Densitometer führt mindestens eine und vorzugsweise fünf Fotoleiterspannungsmessungen für jeden Stufenbereich in jedem Bildfeld durch. Die fünf Messungen werden an fünf verschiedenen Lagestellen des Fotoleiters durchgeführt, alle jedoch innerhalb desselben Stufenbereichs. Das Referenzsystem bestimmt die Lagestellen der Fotoleiterspannungswerte, so dass die Spannungsmessungen für Toner und Fotoleiter an denselben Lagestellen vorgenommen werden. Das Prozessfeld wird gemessen, um einen Spannungswert des Fotoleiters zu erhalten. Die Fotoleiterspannungswerte entsprechen den optischen Eigenschaften des Fotoleiters 105 , d.h. seiner Dichte. Die Fotoleiterspannungswerte werden im Speicher 180 abgelegt.
Um die Tonerdichte in jeder Stufe des Stufenkeils zu ermitteln, wird der Fotoleiterspannungswert von dem entsprechenden, kombinierten Spannungswert in demselben Bildfeld subtrahiert (das Referenzsystem identifiziert die Spannungswerte für dieselbe Lagestelle). Das Ergebnis ist ein gemessener Tonerspannungswert für jede Stufe in jedem Bildfeld. Der gemessene Tonerspannungswert zeigt die Tonerdichte für den jeweiligen Stufenbereich des jeweiligen Bildfeldes an. Auf ähnliche Weise wird der Tonerspannungswert für das Prozessfeld ermittelt, der die maximale Tonerdichte bezeichnet.
Die gemessenen Tonerspannungswerte für einen bestimmten Stufenbereich in allen Bildfeldern werden gemittelt, um einen mittleren, gemessenen Tonerspannungswert für die jeweilige Stufe in dem Stufenkeil zu erhalten. Wenn beispielsweise fünf Messungen der Tonerspannung für jede Stufe in jedem Bildfeld vorgenommen werden, und wenn es insgesamt sechs Bildfelder gibt, dann werden 30 gemessene Tonerspannungswerte gemittelt, um einen mittleren, gemessenen Tonerspannungswert für den Stufenbereich zu erhalten; dieser Wert bezeichnet die Tonerdichte für die jeweilige Stufe des Stufenkeils über eine vollständige Drehung des Fotoleiters 105. Das Prozessfeld wird in gleicher Weise gemittelt, um den gemessenen Tonerspannungswert für die maximale Tonerdichte, D_max, oder eine beliebige Reindichte zu erhalten. Die gemessenen Tonerspannungswerte entsprechen den optischen Eigenschaften des Toners und damit seiner Dichte.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Zusammenfassung eines typischen Ergebnisses von derartigen Mittelwerten über sechs aufeinander folgende Bildfelder für alle Stufen, einschließlich des Prozessfeldes. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die gedruckten Bildfelder nacheinander bewertet. Eine bildfeldweise Analyse auf der Grundlage eines Mittelwerts aus fünf Messwerten pro Stufe kann örtlich begrenzte Defekte in dem Fotoleiter ermitteln, die bewirken, dass die Dichte von einer oder mehreren Stufen nicht innerhalb des gewünschten Sollwertbereichs liegt.
Der mittlere gemessene Tonerspannungswert für jede Stufe wird mit einem Tonerspannungssollwert für diese Stufe verglichen. Der Tonerspannungssollwert entspricht den Spezifikationen des Herstellers für die Tonerdichte. Die gemessenen Tonerspannungswerte zeigen die Tonerdichte an. Wenn der gemessene Tonerspannungswert größer als der Tonerspannungssollwert ist, wurde für diese Stufe in dem Stufenkeil zu viel Toner aufgetragen. Wenn der gemessene Tonerspannungswert kleiner als der Tonerspannungssollwert ist, wurde für diese Stufe in dem Stufenkeil zu wenig Toner aufgetragen. In beiden Fällen lässt sich der Tonerauftrag einstellen und neu prüfen, bis die gemessenen Tonerspannungswerte dem Tonerspannungssollwert entsprechen oder innerhalb eines akzeptabeln Bereichs des Tonerspannungssollwerts liegen.
Der Mikroprozessor 175 übergibt die gemessenen Tonerspannungswerte an die Ausgabeschnittstelle 190. Die gemessenen Tonerspannungswerte können in Form einer Tabelle, wie die in Fig. 3 gezeigte, dargestellt werden, um die gemessenen Tonerspannungswerte mit den Tonerspannungssollwerten zu vergleichen. Die gemessenen Tonerspannungswerte lassen sich im Speicher 180 ablegen, um historische Prüfdaten bereitzustellen, oder sie können auf eine (nicht gezeigte) Datenspeichereinrichtung heruntergeladen werden.
Die Bewertung des elektrofotografischen Prozesses lässt sich als eigenständige Diagnoseroutine oder als Teil einer größeren Diagnoseroutine durchführen. Benutzer und Servicetechniker können die Bewertung über die Eingabeschnittstelle 185 vornehmen. Die Bewertung lässt sich auch als Teil einer Fehlererkennungsroutine durchführen, bei der ein Warnsignal an den Benutzer ausgegeben wird, wenn zwischen den gemessenen Tonerspannungswerten und den Tonerspannungssollwerten Abweichungen festgestellt werden.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Online-Bewertung der Bildqualität einer elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung. In Schritt 410 wird ein Bildfeld auf einem Fotoleiter zum ersten Mal geladen. Der Fotoleiter kann einen Gurt und eine Walze, eine Trommel oder eine andere geeignete Konfiguration umfassen.
In Schritt 420 wird ein Stufenkeil oder ein Testbild optisch belichtet, um auf dem Bildfeld zum ersten Mal ein elektrostatisches Bild auszubilden. Vorzugsweise ist der Stufenkeil auf die Graustufenwiedergabe ausgelegt und umfasst 16 Dichtestufen. Das elektrostatische Bild weist Stufenbereiche auf, die den Stufen des Stufenkeils entsprechen. Das Prozessfeld wird auf ähnliche Weise belichtet. Die Tonerstation wird deaktiviert, um den Fotoleiter nicht mit Toner zu beaufschlagen.
In Schritt 430 wird für jeden Stufenbereich des Stufenkeils auf dem Bildfeld die Fotoleiterdichte ermittelt. Vorzugsweise werden fünf Fotoleiterdichtemessungen von jedem Stufenbereich mit Hilfe eines Durchlichtdensitometers durchgeführt, welches einen Lichtemitter und einen Lichtkollektor umfasst, die in Wirkbeziehung benachbart zum Fotoleiter angeordnet sind. Das Densitometer misst die Dichte als Spannungswert entsprechend der Menge der Lichtenergie, die durch den Fotoleiter auf einem Strahlengang zwischen Lichtemitter und Lichtkollektor tritt. Die Messung der Fotoleiterspannungen des Prozessfeldes werden auf ähnliche Weise durchgeführt. Die Spannungswerte des Fotoleiters werden im Speicher getrennt abgelegt, wobei jeder Fotoleiter-Spannungswert in Bezug auf dessen Lage auf dem Fotoleiter bestimmt ist. Anstelle des Densitometers sind auch andere Dichtemesseinrichtungen verwendbar. Die Übertragungsstation und die Fixiereinrichtung werden deaktiviert, um eine Beaufschlagung des Fotoleiters zu vermeiden. Der Reiniger entfernt jegliche Ladung vom Fotoleiter.
In Schritt 440 wird das Bildfeld ein zweites Mal geladen.
In Schritt 450 wird der Stufenkeil oder das Testbild optisch belichtet, um auf dem Bildfeld zum zweiten Mal ein elektrostatisches Bild auszubilden. Wie in Schritt 420 weist das elektrostatische Bild Stufenbereiche auf, die den Stufen des Stufenkeils entsprechen. Die Stufenbereiche in Schritt 450 sind die gleichen wie die Stufenbereiche in Schritt 420.
In Schritt 460 wird die Tonerstation aktiviert, um Toner auf das Bildfeld aufzutragen. Der Toner bildet ein Tonerbild aus, das dem elektrostatischen Bild entspricht, welches wiederum dem Stufenkeil entspricht. Auch auf das Prozessfeld wird Toner aufgetragen.
In Schritt 470 wird für jeden Stufenbereich des Stufenkeils auf dem Bildfeld die Fotoleiter- und die Tonerdichte ermittelt. Vorzugsweise werden fünf Dichtemessungen von jedem Stufenbereich mit Hilfe des Durchlichtdensitometers auf ähnliche Weise wie in Schritt 430 vorgenommen. Das Densitometer misst die Dichte als Spannungswert entsprechend der Menge der Lichtenergie, die durch den Fotoleiter und den Toner auf einem Strahlengang zwischen Lichtemitter und Lichtkollektor tritt. Die kombinierten Spannungswerte werden im Speicher getrennt abgelegt, wobei jeder kombinierte Spannungswert wieder in Bezug auf dessen Lage auf dem Fotoleiter bestimmt ist.
In Schritt 475 werden die Schritte 410 bis 470 wiederholt, wenn der Fotoleiter mehr als ein Bildfeld aufweist. Vorzugsweise werden Schritt 410 bis Schritt 470 für jedes Bildfeld parallel wiederholt. Beispielsweise werden die Bildfelder in Schritt 410 nacheinander geladen. In Schritt 420 werden die Bildfelder dann mit dem Stufenkeil nacheinander belichtet usw. Auf diese Weise lässt sich die Tonerdichte für die gesamte Länge oder den gesamten Umfang des Fotoleiters auswerten.
In Schritt 480 wird die mittlere gemessene Tonerdichte für jede Stufe des Stufenkeils bestimmt (falls mehr als ein Bildfeld vorliegt, erfolgt dies für alle Bildfelder). Für jede Lagestelle auf dem Bildfeld wird der Fotoleiterspannungswert von dem kombinierten Spannungswert subtrahiert, um für diese Lagestelle einen gemessenen Tonerspannungswert oder Tonerdichtewert zu erzielen. Die gemessenen Tonerspannungswerte werden für jede Stufe in dem Bildfeld gemittelt, um einen mittleren, gemessenen Tonerspannungswert für jede Stufe zu erhalten. Wenn jedes Bildfeld auf dem Fotoleiter bewertet worden ist, ist der mittlere gemessene Tonerspannungswert für die Stufe auf den Stufenkeil über eine ganze Umdrehung des Fotoleiters repräsentativ.
In Schritt 490 werden die mittleren, gemessenen Tonerspannungswerte oder Dichtewerte für jede Stufe des Stufenkeils mit den Tonerspannungssollwerten verglichen. Die gemessenen Tonerspannungswerte und die Tonerspannungssollwerte werden auf der Ausgabeschnittstelle in Tabellenform dargestellt, wie exemplarisch in Fig. 3 gezeigt. Die Tonerspannungssollwerte sind die, die der Hersteller in den technischen Daten für die elektrostatische Bilderzeugungsvorrichtung angibt.
Alternativ hierzu kann der Fotoleiter den Schritt 440 (zweites Laden) und den Schritt 450 (zweites optisches Belichten) umgehen. Nachdem die Fotoleiterdichten ermittelt worden sind (Schritt 430), ist der Fotoleiter zur Tonerstation ohne Beaufschlagung durch weitere Verarbeitungskomponenten transportierbar. Der Fotoleiter könnte die anderen Komponenten passieren oder in Rückwärtsrichtung ein zweites Mal die Tonerstation durchlaufen, um mit Toner beaufschlagt zu werden. Die Richtungsumkehr des Fotoleiters zieht jedoch zusätzliche komplexe Schritte nach sich, wenn der Fotoleiter mehrere Bildfelder umfasst. Zudem könnte ein zweites Densitometer vor der Tonerstation angeordnet sein, um die Fotoleiterdichtewerte vor Aufbringen des Toners zu ermitteln.
Obwohl die Erfindung mit besonderem Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. So können innerhalb des Schutzbereichs der nachstehenden Ansprüche Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise könnten die Spannungswerte dazu genutzt werden, flächenspezifische Probleme in Verbindung mit dem Fotoleiter zu ermitteln. Die Spannungswerte könnten auch beispielsweise verwendet werden, um zu ermitteln, ob in einem bestimmten Stufenbereich ein Oberflächenproblem oder ein sonstiges Problem vorliegt. Der Benutzer könnte jeden gemessenen Tonerspannungswert sowie die übrigen Spannungswerte kontrollieren. Es könnten zusätzliche statistische Analysen bereitgestellt werden, um Problembereiche zu erkennen. Obwohl die Erfindung mit besonderem Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung daher nicht darauf beschränkt, sondern es können innerhalb des Schutzbereichs der nachstehenden Ansprüche Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden.

Bezugszeichen

100: elektrofotografische (EP) Bilderzeugungsvorrichtung
105: Fotoleiter
110: Tragwalzen
115: Motor
118: primärer Lader
120: Belichtungsvorrichtung
125: Tonerstation
130: Übertragungslader
140: Fixierstation
150: Reiniger
160: Densitometer
165: Lichtemitter
170: Lichtkollektor
175: Mikroprozessor
180: Speicher
185: Eingabeschnittstelle
190: Ausgabeschnittstelle
S: Papier
200: Stufenkeil

Claims

Verfahren zur Online-Bewertung der Bildqualität einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einem Fotoleiter (105) mit mehreren Bildfelder und einer Online-Dichtemessvorrichtung (160), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
in jedem Bildfeld Auftragen eines Tonerbildes (200) mit abgestuften Grauwerten, die einer Vielzahl von Stufenbereichen der Tonerdichte entsprechen;

Messen mehrerer Tonerdichten mit der Online-Dichtemessvorrichtung (160) bei einer Vielzahl von Lagestellen innerhalb der Stufenbereich;

Mitteln der gemessenen Tonerdichten innerhalb der Stufen;

gekennzeichnet durch den Schritt:
Anzeigen eines Ausgabediagramms, das es einer Bedienungsperson ermöglicht, mehrere, mittleren Tonerdichten entsprechende Werte mit den entsprechenden Sollwerten zu vergleichen.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt: Anzeigen auf dem Ausgabediagramm einer Dichtedarstellung des Toners auf dem Fotoleiter (105).
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Ausgabediagramm eine mittlere Tonerdichte für jeden Stufenbereich eines jeden Bildfeldes anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Anzeigeschritt Werte bereitstellt, die während einer vollständigen Umdrehung des Fotoleiters (105) der Tonerdichte einer besonderen Stufe des Stufenkeils (200) entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt: Ermitteln örtlich begrenzter Defekte im Fotoleiter (105), die bewirken, dass die Dichte einer oder mehrerer Stufen nicht dem gewünschten Sollwert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin mehrere Werte für einen besonderen Stufenbereich in allen Bildfeldern gemittelt werden, um einen mittleren gemessenen Tonerspannungswert für die besondere Stufe des Stufenkeils (200) zu erhalten.
Bilderzeugungsvorrichtung mit einem Fotoleiter (105) mit mehreren Bildfeldern und mit:
einer Tonerstation (125) zum Auftragen eines Tonerbildes mit abgestuften Grauwerten in jedem Bildfeld entsprechend einer Vielzahl von Stufenbereichen der Tonerdichte;

einer Online-Dichtemessvorrichtung (160) zum Messen mehrerer Tonerdichten an einer Vielzahl von Lagestellen innerhalb der Stufenbereiche;

einem Mikroprozessor (175) zum Mitteln der gemessenen Tonerdichten innerhalb der Stufen;

gekennzeichnet durch:
eine Anzeigeeinrichtung (190) zum Anzeigen eines Ausgabediagramms, das es einer Bedienungsperson ermöglicht, mehrere, mittleren Tonerdichten entsprechende Werte mit den entsprechenden Sollwerten zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die Anzeigeeinrichtung (190) eine Dichtedarstellung des Toners auf dem Fotoleiter (105) erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, worin das Ausgabediagramm die mittlere Tonerdichte für jeden Stufenbereich eines jeden Bildfeldes anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die Anzeigeeinrichtung Werte bereitstellt, die während einer vollständigen Umdrehung des Fotoleiters der Tonerdichte einer besonderen Stufe des Stufenkeils (200) entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die Anzeigeeinrichtung (190) örtlich begrenzte Defekte im Fotoleiter (105) ermittelt, die bewirken, dass die Dichte einer oder mehrerer Stufen nicht dem gewünschten Sollwert entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 7, worin mehrere Werte für einen bestimmten Stufenbereich in allen Bildfeldern vom Mikroprozessor (175) gemittelt werden, um einen mittleren gemessenen Tonerspannungsmesswert für die besondere Stufe des Stufenkeils (200) zu erhalten.