JP2014126821A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】像担持体の表面に特徴的な傷が突発的に生じても、突発的な傷を正確に検知して除去でき、帯電手段が磨耗する等の弊害を抑制することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】表面層が粗面化された感光体ドラム1と、感光体ドラム1の表面に接触して一様に帯電させる帯電ローラ2と、感光体ドラム1の表面の粗面状態を検知する光センサ9と、光センサ9による検知結果を記憶するメモリ11cを有し、光センサ9及びメモリ11cの駆動を制御するコントローラ11と、を備え、コントローラ11は、光センサ9が検知する感光体ドラム1の表面の粗さが所定の閾値以上であると判断すると、帯電ローラ2の電圧を増加させる画像形成装置100を構成した。
【選択図】 図7
【解決手段】表面層が粗面化された感光体ドラム1と、感光体ドラム1の表面に接触して一様に帯電させる帯電ローラ2と、感光体ドラム1の表面の粗面状態を検知する光センサ9と、光センサ9による検知結果を記憶するメモリ11cを有し、光センサ9及びメモリ11cの駆動を制御するコントローラ11と、を備え、コントローラ11は、光センサ9が検知する感光体ドラム1の表面の粗さが所定の閾値以上であると判断すると、帯電ローラ2の電圧を増加させる画像形成装置100を構成した。
【選択図】 図7
Description
本発明は、像担持体と、帯電手段と、を備える画像形成装置に関する。
特許文献1には、感光体ドラムの表面粗さを検知する検知手段を有し、検知信号に基づいて帯電条件を変化させる画像形成装置に関する発明が開示されている。ここで使用される表面粗さを検知する検知手段は、触針の材質がダイヤモンドであり、これを被測定物に対して、ある一定圧力で押し当ててX軸方向に移動させることで表面粗さ形状に沿ってY軸方向に針が上下する触針型表面粗さ検知器である。
感光体ドラムは、研磨加工時に突発的な傷が生じることがあるが、高硬度でも低弾性変化率を示すものである場合には、図12(b)に示すような傷しか生じない。特許文献1に記載の触針型表面粗さ検知器でも、こうした傷であれば適正な粗さの検知ができると考えられる。
しかしながら、感光体ドラムは、高硬度かつ高弾性変形率を有する場合には、研磨加工時に図12(a)に示すような傷が突発的に生じることがある。この傷は、幅が狭く鋭くえぐれると同時に両端部が隆起している。このような傷は特許文献2のような触針型表面粗さ検知器では、粗さの検知が隆起した最上点とえぐられた最下点との差で測定することから感光体ドラムの表面から見て実際よりも大きく傷が入っているように測定してしまい、不都合である。
本発明は、上記実情に鑑み、像担持体の表面に特徴的な傷が突発的に生じても、突発的な傷を正確に検知して除去でき、帯電手段が磨耗する等の弊害を抑制することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、表面層が粗面化された像担持体と、前記像担持体の表面に接触して一様に帯電させる帯電手段と、前記像担持体の表面の粗面状態を検知する光センサと、前記光センサによる検知結果を記憶する記憶手段を有し、前記光センサの駆動を制御し、前記記憶手段との情報の送受信を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記光センサが検知する前記像担持体の表面の粗さが所定の閾値以上であると判断すると、前記帯電手段の電圧を増加させることを特徴とする。
本発明によれば、像担持体の表面に特徴的な傷が突発的に生じても、突発的な傷が正確に検知されて除去され、帯電手段が磨耗する等の弊害が抑制される。
以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図1は、本発明の実施例1に係る画像形成装置100の構成を示す断面図である。図1に示されるように、画像形成装置100は装置本体100Aを有する。装置本体100Aの内部には、感光体ドラム1、帯電ローラ2、レーザスキャナ3、現像装置4、転写ローラ5が配置される。感光体ドラム1の周囲には、帯電ローラ2、レーザスキャナ3、現像装置4、転写ローラ5、クリーニング装置6が配置される。『帯電手段』である帯電ローラ2は、感光体ドラム1の表面に接触して一様に帯電させる。『現像手段』である現像装置4は、感光体ドラム1の表面に形成される静電像を現像剤で現像して現像剤像を形成する。
感光体ドラム1の表面は、帯電ローラ2により一様に帯電され、レーザスキャナ3により静電像が形成され、現像装置4によりトナーで現像されてトナー像が形成される。このトナー像は、転写ローラ5により搬送されてくるシートに転写される。現像装置4では、現像装置本体4bの内部に、現像ローラ4aは半分が外部に露出し半分が内部に収容された構成で配置される。『クリーニング手段』であるクリーニング装置6は、感光体ドラム1の表面に接触するクリーニングブレード6aを有する。
装置本体100Aの内部の下部には、シートを収納するカセット7が配置される。また、装置本体100Aには、搬送ローラ対12、定着装置8が配置される。カセット7の内部のシートは、搬送ローラ対12を経由して、感光体ドラム1及び転写ローラ5のニップ部を通過してトナー像が転写され、定着装置8に搬送されて、装置本体100Aの外部へと排出される。ここで、定着装置8は、ヒータ20を内蔵する定着部材21と、加圧ローラ22と、を有する。
また、装置本体100Aの内部には、『電源部』である高圧基板10と、『制御手段』であるコントローラ11と、が配置される。高圧基板10は、帯電ローラ2に電圧を印加する帯電電源部10aと、現像ローラ4aに電圧を印加する現像電源部10bと、転写ローラ5に電圧を印加する転写電源部10cと、を有する。コントローラ11は、感光体ドラム1、帯電ローラ2、レーザスキャナ3、現像装置4、転写ローラ5、クリーニング装置6等の駆動を制御する本体CPU11aを有する。コントローラ11は、その他、定着装置8の駆動を制御する定着CPU11b、光センサ9による検知結果その他の制御内容を記憶するメモリ11cを有する。特に、コントローラ11は、光センサ9の駆動を制御し、メモリ11cとの情報の送受信を制御する。コントローラ11は、光センサ9が検知する感光体ドラム1の表面の粗さが所定の閾値以上であると判断すると、帯電ローラ2の電圧を増加させる。ここで、粗さが所定の閾値以上とは、図6でいう第1センサ9aの出力が所定の閾値以下になることに相当する。
図2は、感光体ドラム1の断面図である。この感光体ドラム1は、高寿命化のために、高硬度かつ高弾性を有する表面で形成される。感光体ドラム1は、断面を見ると、軸中心側から表面に向かって順に、支持体51、下引き層52、電荷発生層54、電荷輸送層55、表面保護層56を有する。電荷発生層54は電荷発生物質を含有し、電荷輸送層55は電荷輸送物質を含有する。この電荷発生層54及び電荷輸送層55が感光層に相当する。
なお、電荷輸送層55の膜厚を最適化させるために、膜厚の幅を持たせるために、表面保護層56が用いられると良い。少なくとも感光体ドラム1の表面層が、熱や可視光、紫外線などの光、さらに放射線により重合または架橋し硬化させることができる化合物を含有していればよい。
次に、感光体ドラム1の粗面化の方法に関して説明する。『像担持体』である感光体ドラム1の表面層は、富士写真フイルム(株)製C−2000ラッピングテープを使用して500gの荷重をかけることで粗面化処理がされる。この粗面化具合は、JIS規格B0601で定義される10点平均面粗さRz(以下、単に平均面粗さと略す)が、0.3μmから5.0μm、好ましくは0.3μmから2.0μmとなるように調整された。
平均面粗さが2.0μm以下であれば、クリーニングブレード6aと感光体ドラム1の表面との摩擦も十分に小さく、かつ、繰り返し使用等によっても画像欠陥が表れてくることはない。平均面粗さが0.3μm以上であれば、クリーニングブレード6aと感光体ドラム1の表面の摩擦は十分に緩和され、感光体ドラム1の表面の削り粉が出やすくなるため、ブレード反転等の問題は発生しない。したがって、クリーニングブレード6aの反転等のクリーニング不良は、感光体ドラム1の表面の平均面粗さを0.3μmから5.0μmまでに設定することで防止される。
ここから、感光体ドラム1の表面の粗面状態を検知する検知センサである光センサ9に関して説明する。光センサ9の配置、構成、粗面状態の読取に関して説明する。この光センサ9は、感光体ドラム1に形成されたトナー像を読み取り、トナー像の濃度を検知する濃度検知センサとしての機能を兼用する。
図3は、光センサ9の拡大断面図である。図3に示される光センサ9は、感光体ドラム1の表面の粗面状態を検知する。光センサ9は、現像剤が供給されていない感光体ドラム1の表面を検知する。光センサ9は、感光体ドラム1に向かって照射された光のうち鏡面反射した光を検知する第1センサ9a、及び、感光体ドラム1に向かって照射された光のうち拡散反射した光を検知する第2センサ9bのうち、少なくともいずれか一方を備えれば良い。ただし、ここでは、第1センサ9a及び第2センサ9bの両方があるが、コントローラ11が粗面化処理のために帯電ローラ2の電圧を増加させための情報は、第1センサ9aから得る。なお、光センサ9は、感光体ドラム1の表面の現像剤像の濃度も検知することに兼用される。以下、詳述する。
光センサ9は、発光ダイオード9c、第1センサ9a(鏡面反射測定センサ)、第2センサ9b(拡散反射測定センサ)、を有する。発光ダイオード9cは、感光体ドラム1の表面に赤外光Kを照射する。第1センサ9a(鏡面反射測定センサ)は、感光体ドラム1に照射された赤外光Kの入射角θ1と同一角度θ2で鏡面反射する赤外光Kの光量(強さ)を検出する。第2センサ9b(拡散反射測定センサ)は、感光体ドラム1に照射された赤外光Kの入射角θ1と異なる角度で反射する拡散反射光の光量(強さ)を検出する。
感光体ドラム1の下地の色(例えば黒等)によっては、赤外光Kを吸収して拡散反射が殆ど発生しない場合がある。また、感光体ドラム1の表面が高い光沢度で仕上げられている場合は、鏡面反射が多く発生する特性を有している。このために、感光体ドラム1の下地の色に応じて最適な反射測定センサを選ぶことが望ましい。
図4は、光センサ9が黒色の補正用パッチ画像(黒トナー)を測定した場合に、補正用パッチ画像の濃度と、センサ出力と、の関係を示すグラフである。また、黒色トナーは、赤外光Kを吸収し、感光体ドラム1で鏡面反射する赤外光Kの光量を減少させる。そのため、図4に示されるように、黒色の補正用パッチ画像が濃くなると、第1センサ9aの出力は、対数関数的に小さくなっていく。そこで、本実施例では、第1センサ9aの出力に基づいて黒色の補正用パッチ画像の濃淡を検出している。
図5(a)は、赤外光Kが滑らかな表面の感光体ドラム1に照射された後に反射する様子を示す模式図である。従って、黒色の補正用パッチ画像が形成されていない時には、図5(a)に示すように、発光ダイオード9cから照射された赤外光Kは、黒色トナーに吸収されることなく感光体ドラム1の表面で鏡面反射する。そのために、第1センサ9aの出力は、黒色の補正用パッチ画像が形成されていない時に最も大きくなる。
図5(b)は、赤外光Kが粗い表面の感光体ドラム1に照射された後に反射する様子を示す模式図である。ここで、高硬度かつ高弾性変形率の表面を有する感光体ドラム1の表面に、研磨工程で特徴的な傷Jが発生した場合を想定する。この場合には、発光ダイオード9cから照射された赤外光Kは、特徴的な傷Jによって拡散反射(乱反射)する。
図6は、特徴的な傷Jと第1センサ9aの出力との関係を示すグラフである。前述した図5(b)の場合のように、特徴的な傷Jが感光体ドラム1の表面に存在すると、その傷の程度に応じて鏡面反射する赤外光Kが低下するため、その赤外光Kの低下量から粗面状態(特徴的な傷の残存量)を検知する。
図7は、コントローラ11が感光体ドラム1の表面の粗面状態を回復する制御工程を示すフローチャートである。つまり、感光体ドラム1の表面の特徴的な傷Jを除去する動作を示すものである。本体CPU11aは、発光ダイオード9cが感光体ドラム1の表面に赤外光Kを照射するように制御する(S101)。このときに、発光ダイオード9cは、所定のタイミング(ここでは電源ON時、後回転動作時等)で、黒色トナーが感光体ドラム1の表面に無い領域(以下、下地と称す)に対して赤外光Kを照射する。第1センサ9aは、感光体ドラム1の回転方向一周分の下地の鏡面反射光を検知する。
本体CPU11aは、第1センサ9aが検知した鏡面反射の検出値が、予め実験等で取得されてメモリ11cに記憶されている粗面状態の閾値以下であるか否かを判断する(S102)。すなわち、本体CPU11aによる粗面状態回復動作の実行の有無は、画像形成に供される前の感光体ドラム1に対して発動した光センサ9の検知結果と、それ以後の所定のタイミングで発動した検知結果との比較により判断する。このときに、第1センサ9aが検知する鏡面反射の検出値は、本体CPU11aに入力された回転方向一周分の鏡面反射光のサンプリング値を平均化したものである。第1センサ9aの出力が小さいと、鏡面反射の検出値が閾値以下であると判断され、特徴的な傷Jが存在すると判断される。第1センサ9aの出力が大きいと、鏡面反射の検出値が閾値よりも大きいと判断され、特徴的な傷Jが存在しないと判断される。なお、コントローラ11による粗面状態回復動作の実行の有無は、光センサ9の検知結果と予め設定された粗面状態設定値との比較により判断しても良い。
そして、S102の判断の結果、YESの場合には、特徴的な傷Jが存在することから、本体CPU11aは、特徴的な傷Jを除去するモードを発動する(S103)。本体CPU11aは、帯電電源部10aから出力される帯電交流電圧を、メモリ11cに予め記憶された交流電圧設定まで帯電ローラ2に印加する交番電圧を増加させる(S104)。なお、この交番電圧の増加は、現在の検知動作以後から次の検知動作までの間にする。そして、粗面状態の検知動作が実行されるまでの全ての帯電交流電圧設定をそれで維持する。
図8(a)は、通紙枚数の増加と、感光体ドラム1の表面の鏡面反射強度の増加と、の関係を示すグラフである。粗面状態の回復動作の有無によるA4サイズ100万枚の画像出力耐久を行った結果を示す。
図8(a)では、耐久初期に、感光体ドラム1の表面に特徴的な傷Jが多く存在していることを、第1センサ9aの検知結果から本体CPU11aが判断した場合に、除去モードを発動させた場合と除去モードを発動させない場合とが比較されている。本体CPU11aは,除去モード有りの場合には、通紙枚数が少ないときから感光体ドラム1からの鏡面反射の光強度が小さいことを検知して鏡面反射が大きくなるように、帯電交流電圧を増加させる。そのために、鏡面反射の光強度は、除去モード無しの場合に比べて、耐久初期の段階で鏡面反射の閾値を超えることができる。
図8(b)は、通紙枚数の増加と、帯電ローラ2の表面層の磨耗量の増加と、の関係を示すグラフである。図8(b)では、特徴的な傷Jの除去モード有りの場合には、感光体ドラム1の特徴的な傷Jが耐久初期の段階で除去されていくことから、帯電ローラ2の表面の磨耗量は、通紙枚数が増えても画像不良閾値を超えない。しかし、特徴的な傷Jの除去モード無しの場合には、感光体ドラム1の特徴的な傷Jが耐久初期からずっと帯電ローラ2を傷つけていくことから、帯電ローラ2の表面の磨耗量は、通紙枚数が増えていくと画像不良閾値を超えていく。
図9は、実施例2に係る光センサ9D、9E、9Fが、感光体ドラム1と対向して感光体ドラム1の軸方向に配列された構成を示す平面図である。実施例2の構成で実施例1と同様な構成に関しては、実施例1の説明が援用されるものとし、実施例1と同一の符号を付して説明を省略する。実施例2では、感光体ドラム1が初めて装置本体100Aに装着された後に画像形成に使用される前に取得した粗面状態を初期値としてメモリ11cに記憶する。その後に、第1センサ9aから検知された出力値の初期値からの変化量から粗面状態の程度を検知して、必要な除去動作を実行するか否かを判断する。
実施例2では、光センサ9は、感光体ドラム1の軸方向に複数配置される。コントローラ11は、感光体ドラム1の回転方向の一周分の角度に対する複数の光センサ9が検知する感光体ドラム1の表面の粗さが最大となった平均値に基づいて、その平均値が所定の閾値以上であると判断すると、帯電ローラ2の電圧を増加させる。ここで、粗さが所定の閾値以上とは、図6でいう第1センサ9aの出力が所定の閾値以下になることに相当する。
図10(a)は、本体CPU11aが、赤外光Kを照射するように制御してから、メモリ11cが感光体ドラム1の粗面状態の初期値を記憶するように制御するまでの制御工程を示すフローチャートである。図10(b)は、本体CPU11aが鏡面反射光の強度の初期値を記憶した後に、粗面状態の検知結果に基づいて、特徴的な傷を除去する工程を示すフローチャートである。
まず、ユーザが感光体ドラム1を装置本体100Aに装着して画像形成に使用される前のタイミング(ここでは本体初期設置時、感光体ドラム交換時等)がある。この後に、本体電源がONされ、本体CPU11aは、感光体ドラム1のカウンタがリセットされる等して感光体ドラム1が交換されたことを検知する(S201)。本体CPU11aは、感光体ドラム1のカウンタをリセットする(S202)。CPU113aは、3個配列された各々の光センサ9D、9E、9Fにより粗面状態の検知動作を発動させる(S203)。CPU113aは、それぞれの検知結果を鏡面反射光強度の初期値としてメモリ11cに記憶させる(S204)。
次に、本体CPU11aは、その後の所定のタイミング(ここでは電源ON時、後回転動作時等)で粗面状態の検知動作を行う際に以下のことをする。すなわち、本体CPU11aは、各々の光センサ9D、9E、9Fから入力された各長手位置での回転方向一周分の鏡面反射光のサンプリング値のうち、粗面状態が最も悪いと判断される検知結果に応じて粗面状態の回復動作を行う。より具体的には、3つの光センサ9D、9E、9Fにより粗面状態の検知動作を発動する(S301)。
本体CPU11aは、検出された各鏡面反射光サンプリング値の中で、鏡面反射の光強度の初期値からの変化量が最も小さい算出値が、メモリ11cに記憶された変化量閾値以下であるか否かを判断する(S302)。S302の判断の結果YESの場合には、本体CPU11aは特徴的な傷Jを除去するモードを発動する(S303)。本体CPU11aは、帯電電源部10aから出力される帯電交流電圧をメモリ11cに予め記憶された交流電圧設定まで増加させる(S304)。また、本体CPU11aは、メモリ11cに予め記憶された粗面状態の程度に応じた動作時間で感光体ドラム1を回転させる(S305)。その後に、本体CPU11aは、交流電圧設定を通常設定に戻して(S306)、除去モードを終了する。本体CPU11aは、S302の判断の結果、NOの場合には、スタンバイ状態に移行する。
上記の構成において、粗面状態回復動作の有無によるA4サイズ100万枚の画像出力耐久を行った結果を図11に示す。図11(a)は、通紙枚数の増加と、測定時の鏡面反射光の強度の検出値及び初期の鏡面反射光の強度の検出値の変化量と、の関係を示すグラフである。図11(a)に示されるように、特徴的な傷Jの除去モード有りの場合の方が除去モード無しの場合よりも、早い段階で光センサ9D、9E、9Fが特徴的な傷Jを検知して除去するようになるので、鏡面反射光変化量の閾値は早い段階で改善される。
図11(b)は、通紙枚数の増加と、帯電ローラ2の表層の磨耗量の変化量と、の関係を示すグラフである。その結果、図11(b)に示されるように、特徴的な傷Jの除去モード有りの場合の方が除去モード無しの場合よりも、早い段階で帯電ローラ2の表層の傷の変化量が緩やかに増加し、耐久を通じて画像不良閾値を超えない。特徴的な傷Jの除去モータ無しの場合の方は、初期に多く存在する特徴的な傷Jの影響を顕著に受けて、帯電ローラ2の表層の磨耗量が耐久途中で画像不良閾値を超えている。
実施例の構成によれば、感光体ドラム1の表面に特徴的な傷が突発的に生じても、突発的な傷Jが除去されていき、帯電ローラ2が磨耗する等の弊害が抑制される。
なお、コントローラ11は、非画像形成時において帯電ローラ2に印加した交番電圧を増加させて感光体ドラム1の表面をクリーニング装置6により研磨するエージング動作(安定動作を確認する慣らし運転)をするものとしても良い。そして、コントローラ11は、光センサ9の検知結果に基づいて、非画像形成時のエージング動作の発動タイミング、帯電ローラ2に印加する交番電圧、感光体ドラム1の回転時間のうちの少なくともいずれか一つを変更するようにしても良い。
1 感光体ドラム(像担持体)
2 帯電ローラ(帯電手段)
9 光センサ
11 コントローラ
11c メモリ
100 画像形成装置
2 帯電ローラ(帯電手段)
9 光センサ
11 コントローラ
11c メモリ
100 画像形成装置
Claims (10)
- 表面層が粗面化された像担持体と、
前記像担持体の表面に接触して一様に帯電させる帯電手段と、
前記像担持体の表面の粗面状態を検知する光センサと、
前記光センサによる検知結果を記憶する記憶手段を有し、前記光センサの駆動を制御し、前記記憶手段との情報の送受信を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記光センサが検知する前記像担持体の表面の粗さが所定の閾値以上であると判断すると、前記帯電手段の電圧を増加させることを特徴とする画像形成装置。 - 前記光センサは、電源ON時、後回転動作時に、前記像担持体の表面の粗面状態を検知することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記光センサは、現像剤が供給されていない前記像担持体の表面を検知することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記光センサは、前記像担持体に向かって照射された光のうち鏡面反射した光を検知する第1センサ、及び、前記像担持体に向かって照射された光のうち拡散反射した光を検知する第2センサのうち、少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体の表面に形成される静電像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段を備え、前記光センサは、前記像担持体の表面の現像剤像の濃度も検知することに兼用されることを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記光センサは、
前記像担持体の軸方向に複数配置され、
前記コントローラは、前記像担持体の回転方向の一周分の角度に対する複数の前記光センサが検知する前記像担持体の表面の粗さが最大となった平均値に基づいて、前記平均値が所定の閾値以上であると判断すると、前記帯電手段の電圧を増加させることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記コントローラは、現在の検知動作以後から次の検知動作までの間に、前記帯電手段に印加する交番電圧を増加させることを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記コントローラは、非画像形成時において前記帯電手段に印加した交番電圧を増加させて前記像担持体の表面をクリーニング手段により研磨するエージング動作をするものとし、光センサの検知結果に基づいて、非画像形成時のエージング動作の発動タイミング、帯電手段に印加する交番電圧、像担持体の回転時間のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記コントローラによる粗面状態回復動作の実行の有無は、前記光センサの検知結果と予め設定された粗面状態設定値との比較により判断することを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記コントローラによる粗面状態回復動作の実行の有無は、画像形成に供される前の前記像担持体に対して発動した光センサの検知結果と、それ以後の所定のタイミングで発動した検知結果との比較により判断することを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項に記載の画像形成装置。
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CN109342317A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-02-15 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种用于平面黑材料的光学参数测试装置及方法 |
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