JP3725228B2

JP3725228B2 - カラー制御システム

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Publication number: JP3725228B2
Application number: JP03193396A
Authority: JP
Inventors: ジー．スターンズリチャード; イー．ネルソンスティーブン
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-20
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2016-02-20
Also published as: DE69618691T2; EP0730208B1; EP0730208A1; DE69618691D1; US5699450A; JPH08261823A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはカラー静電写真プリントマシーンにおけるカラーパッチ情報のリアルタイム処理方法及び装置に関し、更に詳細には、プログラム可能検出器アレイによって得られるカラーパッチ情報のマトリックス変換による複写装置のリアルタイムカラー制御方法及び装置に関する。この変換は静的で予めプログラムされていてもよいし、動的でプログラム可能であってもよく、更に種々のマシーンの種々の動作セットポイントで動作することをトレーニングするためにアダプティブ及び非線形であってもよい。
【０００２】
【従来の技術】
静電写真プリントマシーンにおいては、光導電性部材は表面に感光性を与えるために実質的に均一な電位に帯電される。光導電性部材の帯電部分は、複製（複写）される原稿（文書）の光画像に露光される。帯電した光導電性部材の露光は照射領域の電荷を選択的に消散させる。これによって複写される原稿内に含まれる情報領域に対応して光導電性部材上に静電潛像が記録される。静電潛像が光導電性部材上に記録された後、潛像はマーキング粒子又はトナー粒子と接触することによって現像される。これによって光導電性部材上に粉末画像が形成され、続いてコピーシートに転写される。コピーシートはマーキング粒子を永久に固着（融着）させて画像形成するために加熱される。
【０００３】
種々のタイプの現像システムが使用されてきた。これらのシステムは二成分現像剤混合物又は一成分現像剤物質を利用する。典型的な二成分現像剤混合物は普通当該技術分野ではトナー粒子として公知の染色又は着色熱可塑性粉末を含み、この粉末は強磁性粒剤のような粗いキャリヤ粒剤とミックスされる。トナー粒子及びキャリヤ粒剤は、トナー粒子が光導電性表面上に記録された静電潛像に対して適切な電荷を得るように選択される。現像剤混合物が帯電した光導電性表面と接触するように運搬されると、該表面上に記録された静電潛像の大きな引力によってトナー粒子がキャリヤ粒剤から移動して静電潛像に付着し、キャリヤ粒剤のみを残す。
【０００４】
マルチカラー静電写真プリントは上記の白黒プリントのプロセスと実質的には同一である。しかしながら、光導電性表面に単一の潛像を形成するのではなく、異なるカラーに対応する連続的な潛像が該表面に記録される。単色静電潛像の各々は相補的なカラーのトナー粒子で現像される。このプロセスは異なるカラー画像及びそれぞれの相補的カラートナー粒子の複数のサイクルで連続的に繰り返される。例えば、赤フィルター光画像はシアントナー粒子で現像され、緑フィルター光画像はマゼンタトナー粒子で現像され、青フィルター光画像はイエロートナー粒子で現像される。各単色カラートナー粉末画像はコピーシートに転写されて前のトナー粉末画像の上に重畳する。これによってコピーシートの上にマルチ層状トナー粉末画像が形成される。次にマルチ層状トナー粉末画像は永久にコピーシートに定着してカラーコピーを形成する。カラーコピーを生成する例示的な静電写真プリントマシーンはゼロックスコーポレーション（Xerox Corporation)で製造されたモデル１００５（Model No. 1005) である。
【０００５】
このタイプのプリントマシーンではカラートナー粒子が現像剤混合物から減少することは明らかである。トナー粒子対キャリヤ粒剤の割合は常に変化し、普通経年と共に減少する。トナー粒子の濃度が減少すると結果としてコピーのカラー品質も低下する。最低限度の品質で複写されるコピーを維持するためには最初にカラー品質を監視して次に現像剤混合物中のトナー粒子濃度を調節するか、そうでない場合はカラー再現プロセスの種々のステップを制御することが必要である。更に、カラーコピーの原色の各々、即ち赤、緑及び青の濃度を感知することによって静電写真プリントマシーンの各現像ステーション及び他のステーションでの制御プロセスに対する有効な入力が提供される。
【０００６】
他のファクタもコピー品質に影響を与える。これらのファクタのいくつかを挙げると、コピーマシーンの温度及び湿度、マシーン内の静電要素の種々の帯電レベル及びレーザ走査光源の強度及び有効性を含む。
【０００７】
カラーコピー品質は種々の公知の技術によって制御されることができ、そのうちの一つは、キャリヤ対トナーの割合に関する情報を得るために現像剤の電磁特性、例えば透磁率、誘電率又は導電率を監視することを含む。カラー品質は間接的に測定されるため、この方法はあまり有効ではない。帯電及び現像電圧の監視もカラー品質の間接測定しか提供しない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
マルチプリント又はコピーの優れたカラー再現を維持するためにカラープリント又はデジタルコピー装置により直接的且つ有効な制御システムを提供することが望まれる。そのようなシステムはほぼリアルタイムで動作し、時間依存パラメータ変化、例えば動作中のマシーン加熱、インク又はトナー濃度の変化、ゼログラフィック現像の流動性、湿度の効果等を補償することが理想的である。カラーコピー制御システムは単純且つプリンタ構造への影響が最小であるべきで、更に、例えばマシーンの部品が交換されたり定期的にアップグレードされたりするような複数の公称及び選択可能動作ポイントで機能的であるように適応可能であることが理想的である。
【０００９】
複数のマシーン及び複数のプログラム可能セットポイント条件と関連して動作するように制御システムをトレーニングするニューラルネットワーク技術を使用して、カラープリンタ及び複写機の原位置制御のために実質的にリアルタイムで動作する有効な制御システムを提供することが更に望まれる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うと、静電写真プリントマシーンにおける直接読み取り及びカラー品質の制御のためのカラーパッチ情報のリアルタイム原位置処理のための方法及び装置が提供されている。その処理は、カラーパッチからの反射光を検出するために静電写真プリントマシーンに配置された検出器アレイによって得られるカラーパッチ情報のマトリックス変換を実行することを含む。第１の実施の形態ではマトリックス変換動作は予めプログラムされたパラメータに基づいて線形及び静的である。別の実施の形態では動作中に可変的であるパラメータに応答した動作のために線形及び動的である。本発明のまた別の実施の形態に従うと、マトリックス変換は種々の選択可能セットポイントで動作する複数の異なる静電写真プリント装置での使用のために非線形且つアダプティブであり、トレーニング可能である。
【００１１】
本発明の一つの利点は、制御信号が生成されてマシーンで生成された実際の物理的カラーパッチ情報のリアルタイム処理によって静電写真プリントマシーンのカラー品質を調節することである。制御信号は時間依存パラメータ、例えばカラー品質に影響を与えるインク又はトナー濃度の変化が調節されることを確実にするために使用される。
【００１２】
本発明の請求項１の態様では、カラー制御システムであって、光センサデバイスに入射する第１の複数の光信号に応答して複数のフィードバック信号を生成する光センサデバイスを有し、プリントされたカラーパッチから反射した光を減衰させて複数の減衰した光信号を生成する光減衰デバイスを有し、前記複数の減衰した光信号をフィルター処理して前記光センサデバイスで使用するための前記第１の複数の光信号を生成するカラーフィルターデバイスを有し、前記カラー制御システムからの前記複数のフィードバック信号を伝達するための複数の信号ラインを有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる利点及び利益は以下の詳細な記述を読み進め、理解することによって当該技術者に明らかになるであろう。
【００１４】
本発明は特定の部分及び部分の構成の物理的な形態をとり、好適な実施の形態はこの明細書で詳細に説明され、本明細書の一部を形成する添付図面に例示されている。
【００１５】
本発明は好適な実施の形態に関連して以下に説明されるが、本発明はこれらの実施の形態に制限されないことが理解されるであろう。特許請求の範囲によって定義付けられるような本発明の精神及び範囲内に含まれる全ての代替物、修正及び等価物をカバーすることが意図される。例として、本発明のカラー制御処理システムは静電写真プリント装置に関連して説明されるが、カラーパッチフィードバック情報又はカラー品質制御が要求される場合ならば常に利用価値を見出すことができる。
【００１６】
本発明の特徴の一般的な理解のために、図面の参照が成される。図面においては同一要素を示すために同一参照番号が一貫して使用される。図１は本発明のカラー品質処理方法及び装置を含む例示的な静電写真プリントマシーンの種々の要素を概略的に図示している。本発明の方法及び装置はデジタル複写機を含むあらゆる静電写真プリント及び／又はコピーマシーンにおける使用に同様に適しており、本明細書に示される特定の静電写真プリントマシーンの実施に必ずしも制限されないことが以下の記述から明らかになるであろう。
【００１７】
静電写真プリントの技術は公知であるために、図１のプリントマシーンで使用される種々の処理ステーションは以下に概略的に示され、その動作も図１を参照して手短に説明される。
【００１８】
図１に示されるように、静電写真プリントマシーンは受光体（例えば、感光体）即ち光導電性ベルト１０を使用する。光導電性ベルト１０はカール防止バッキング層の上にグランド層がコーティングされ、該グランド層の上に光導電性材料がコーティングされることが好ましい。光導電性材料はジェネレータ層の上にコーティングされたトランスポート層から成る。トランスポート層はジェネレータ層からの正の電荷を移送する。境界層がグランド層の上にコーティングされる。トランスポート層はポリカーボネートに分散したジ−ｍ−トリジフェニルビフェニルジアミンの小分子を含む。ジェネレータ層は三方晶系セレンから成る。グランド層はマイラー(Mylar) がコーティングされたチタンから成り、非常に薄く光が通過することができる。他の適切な光導電性材料、グランド層及びカール防止バッキング層も使用されてもよい。ベルト１０は矢印１２の方向に移動して光導電性表面の連続する部分が該ベルトの移動経路の周りに配置される種々の処理ステーションを連続的に通過するように前進させる。ベルト１０はアイドラローラ１４及び駆動ローラ１６の周りに巻き掛けられている。アイドラローラ１４はベルト１０と共に回転するように回転可能に取り付けられている。駆動ローラ１６はベルト駆動のような適切な手段によって該ローラに連結するモータによって回転する。ローラ１６が回転すると、該ローラはベルト１０を矢印１２の方向へ前進させる。
【００１９】
最初に光導電性ベルト１０の部分は帯電ステーションＡを通過する。帯電ステーションＡではコロナ発生デバイス１８が光導電性ベルト１０を比較的高く、実質的に均一な電位に帯電する。
【００２０】
次に帯電した光導電性表面は露光ステーションＢへ回転する。露光ステーションＢは移動レンズシステム２２及びカラーフィルターメカニズム２４を含む。原稿２６は透明視界プラテン２８の上に固定的に支持される。
【００２１】
原稿の連続的増分領域は移動ランプアセンブリ３０によって照射される。ミラー３２、３４及び３６は光線をレンズ２２へ反射する。レンズ２２はプラテン２８の連続的照射領域を走査する。レンズ２２からの光線はフィルター２４を通過してミラー３８、４０及び４２によって光導電性ベルト１０の帯電部分に反射する。ランプアセンブリ３０、ミラー３２、３４及び３６、レンズ２２及びフィルター２４は光導電性ベルト１０の移動に対してタイミングの合った関係で移動して光導電性ベルト１０上に原稿の歪みのないフロー光画像を生成する。
【００２２】
露光中、フィルターメカニズム２４はレンズ２２の光路に選択されたカラーフィルターを介在させる。カラーフィルターはレンズを通過した光線に作用して原稿のフロー光画像の特定のカラーに対応する静電潛像、即ち静電荷パターンを光導電性ベルト上に記録する。
【００２３】
上記の露光システムの別法として、デジタル変調光源（図示せず）例えば走査レーザ又は発光ダイオードアレイが以下に説明される現像剤ユニット４４−４７の各々と関連して使用されてもよい。個々の現像剤ユニットは原色の各々に対して使用される。２レベル（即ちフルオン又はフルオフ）レーザＲＯＳがその例である。ＲＯＳ出力に露光されたベルト１０の領域は背景領域に対応する放電領域及び画像領域に対応する帯電領域を含む。普通、電子サブシステムＥＳＳ（図示せず）に記憶されたコンピュータプログラムは、ベルト１０上に形成される潛像に従ってＲＯＳを動作させるデジタル情報信号を生成するために使用される。
【００２４】
露光ステーションＢはカラーテストパターンジェネレータ４３を含み、該ジェネレータは画像間領域、即ち光導電性ベルト１０に記録された連続する静電潛像間の領域の光導電性表面の帯電部分にテストカラー画像マトリックス又はアレイをプロジェクトしてテスト領域を形成する光源を備える。テスト領域及びベルト１０の光導電性表面に記録された静電潛像は現像ステーションＣでトナー粒子を用いて現像される。
【００２５】
静電潛像及びカラーテスト領域が光導電性ベルト１０に記録された後、ベルト１０はそれらを現像ステーションＣへ前進させる。現像ステーションＣは四つの個々の現像剤ユニット４４−４７を含む。
【００２６】
現像剤ユニットは当該技術分野では一般的に "磁気ブラシ現像ユニット”と称されるタイプのユニットである。普通、磁気ブラシ現像システムは摩擦電気的に付着するトナー粒子を有する磁気キャリヤ粒剤を含む磁化現像剤物質を用いる。現像剤物質は方向性のあるフラックスフィールドを通過して運搬され現像剤物質のブラシ４８を形成する。現像剤粒子はブラシ４８に常に新しい現像剤物質を提供するように連続的に移動する。現像剤物質のブラシ４８を光導電性表面と接触させることによって現像が達成される。
【００２７】
現像剤ユニット４４−４７は特定のカラーの補色に対応する特定のカラーのトナー粒子を光導電性表面に記録された色分解された静電潛像に付与する。各トナー粒子のカラーは、フィルターを通過した光の波長に対応する電磁波スペクトルの予め選択されたスペクトル領域内の光を吸収する。例えば、緑フィルターを通過した光画像によって形成された静電潛像はスペクトルの赤及び青の部分を比較的高い電荷濃度領域として光導電性ベルト１０に記録し、緑の光線がフィルターを通過すると、光導電性ベルト１０の電荷濃度は現像に無効な電圧レベルに低下する。次に帯電領域は、現像剤ユニット４４が光導電性ベルト１０上に記録された静電潛像上に緑吸収トナー（マゼンタ）粒子を付与することによって可視となる。同様に、青分解部分は青吸収（イエロー）トナー粒子を用いた現像剤ユニット４５によって現像され、赤分解部分は赤吸収（シアン）トナー粒子を用いた現像剤ユニット４６によって現像される。現像剤ユニット４７は黒トナー粒子を含み、白黒の原稿から形成された静電潛像を現像するために使用されてもよい。イエロー、マゼンタ及びシアントナー粒子は拡散反射粒子である。現像剤ユニット４４−４７の各々は動作位置へ又は動作位置の外へ選択的に移動する。動作位置では磁気ブラシ４８は光導電性ベルトに近接するが、非動作位置では磁気ブラシ４８は該ベルトから離間される。各静電潛像の現像中は一つの現像剤ユニットだけが動作位置にあり、残りの現像剤ユニットは非動作位置にある。これによって各静電潛像及び連続するテスト領域は適切なカラーのトナー粒子で混ざらずに現像される。図１では現像剤ユニット４４が動作位置で図示されており、現像剤ユニット４５−４７は非動作位置にある。
【００２８】
現像剤ユニット４４−４７の各々に対して、トナー濃度はトナー粒子が光導電性ベルト１０に与えられると減少する。トナー濃度はカラー再現品質に影響を与える。従って、現像剤ユニット４４−４７の各々にはトナー濃度及び現像剤温度の感知が組み合わされたヘッド又はセンサ５０が設けられ、これは制御及び信号ラインの対４９によってマシーンメイン処理ユニット１２０と連結し、組み込まれたマシーンアルゴリズムに従ってトナー混合物を制御するために濃度信号及び温度信号を処理する。これらの構成要素の構造及び動作は当該技術分野では公知である。
【００２９】
現像の後トナー画像は転写ステーションＤへ移動し、ここでトナー画像は支持材料であるシート５２、例えば好適な例では普通紙に転写される。転写ステーションＤではシート搬送装置５４がシート５２を光導電性ベルト１０と接触するように移動させる。シート搬送装置５４は三つのロール５８、６０及び６２の周りに巻き掛けられた離間されたベルトの対５６を有する。グリッパ６４はベルト５６の間に延出し該ベルトと共に移動する。シート５２はトレイ７４上のシートのスタック（束）７２から前進する。フィードロール７７は最上のシートをスタック７２から前進ローラ７６及び７８によって画定されるニップへ前進させる。前進ローラ７６及び７８はシート５２をシート搬送装置５４へ前進させる。シート５２はグリッパ６４の移動と同時に前進ローラ７６及び７８によって前進する。このようにして、シート５２のリーディングエッジは予め選択された位置に到達して開いたグリッパ６４に受け取られる。次にグリッパ６４は閉じ、往復経路の移動のためにシートを該グリッパに固定する。シートのリーディングエッジはグリッパ６４によって解放される。ベルトが矢印７９の方向に移動するとシート５２は光導電性ベルトと接触して移動し、同時に該ベルト上に現像されたトナー画像も転写ゾーン８０へ移動する。コロナ発生デバイス８２はシートの裏面にイオンを噴射して光導電性ベルト１０から該シートへトナー画像を引きつけるために適切な強度及び極性に該シートを帯電する。シート５２は三つのサイクルのための往復経路を移動するようにグリッパ６４に固定されたままである。このようにして三つの異なるカラートナー画像は互いに重畳位置合わせされてシート５２に転写される。従って、帯電、露光、現像及び転写の上記のステップは複数のサイクル繰り返されてカラー原稿のマルチカラーコピーが形成される。
【００３０】
最後の転写動作の後、グリッパ６４は開いてシート５２を解放する。コンベヤ８４はシート５２を矢印８６の方向へ搬送し、画像形成ステーションＥを通過してフュージング（定着、融着）ステーションＦへ搬送し、ここで転写画像はシート５２に永久に定着する。本発明に従うと画像形成ステーションＥはフュージングステーションＦの上流に例示されているが、カラーテストパッチ画像形成は画像の現像の後のあらゆるプロセスで実行されてよい。画像形成ステーションＥの詳細は図２−８を参照して以下に説明される。どの場合においてもフュージングステーションＦは加熱フューザロール８８及び加圧ロール９０を含む。シート５２はフューザロール８８及び加圧ロール９０によって画定されたニップの間を通過する。トナー画像はシート５２に固定されるようにフューザロール８８と接触する。その後、シート５２は前進ロールの対９２によってキャッチトレイ９４へ前進し、マシーンオペレータによって連続的に除去される。
【００３１】
説明を終えるために、矢印１２で示されるベルト１０の移動方向の最後の処理ステーションはクリーニングステーションＧである。回転可能に取り付けられた繊維ブラシ９６がクリーニングステーションＧに位置し、転写動作の後残った残留トナー粒子を除去するために光導電性ベルト１０と接触して支持される。その後ランプ９８は光導電性ベルト１０を照射して次の連続サイクルの開始の前に該ベルトに残ったあらゆる残留電荷を除去する。
【００３２】
図２を参照すると、本発明の第１の好適な実施の形態に従った画像形成ステーションＥのカラーパッチ画像形成及び情報処理システム１００が概略的に例示されている。一般的にシステム１００は光センサアレイ１０２を含み、該光センサアレイは図１に表された静電写真プリントマシーンのドラム又はベルト１０の上に保持されている。空間光変調器アレイ１０４及びカラーフィルターアレイ１０６は光センサアレイ１０２と光導電性ベルト１０の間に配置される。
【００３３】
光センサアレイ１０２は入力インタフェースネットワーク１２２を介して静電写真プリントマシーンのマシーンメイン処理ユニット１２０と接続する。ネットワークは間隔を置いて配置され電気的に絶縁した複数のコンダクタを含む入力リボンケーブル１２４を含み、光センサアレイ１０２と電流−電圧変換ユニット１２６をインタフェースする。以下により詳細に述べられるように、光センサアレイ１０２は複数のアナログ電流信号を生成し、該信号は上記に述べられたジェネレータ４３によってベルトに付着したテストカラー画像マトリックス又はアレイから導出されたカラー品質情報を表す。しかしながら幾つかの複写機では、電流信号は処理ユニット１２０によって解釈され適切に処理される必要があるため、該信号は最初に電圧信号に変換されなければならず、更に変換処理は例示される実施の形態で電流−電圧変換ユニット１２６によって実行される。
【００３４】
変換ユニット１２６からの複数のアナログ電圧信号は入力信号ケーブル１２８及びアナログ−デジタル変換ユニット１２９を介してマシーンメイン処理ユニット１２０に伝達される。アナログ−デジタル変換ユニット１２９のタスクは、電流−電圧変換ユニット１２６から生成された複数のアナログ電圧信号をメイン処理ユニット１２０で処理するためのデジタル信号に変換することである。アナログ−デジタル変換ユニット１２９及び電流−電圧変換ユニット１２６の機能は一つのユニットに組み合わされてもよく、更に上記の好適な装置の代替物として処理ユニットの一部を形成してもよい。直接的な使用又は実施がアレイ１０２からのアナログ信号の制御センスであるような他の組み合わせも当該技術者には理解される。
【００３５】
処理ユニット１２０は以下に更に詳細に説明される方法に従って種々のデータ処理動作を実行し、出力信号ケーブル１３２を含む出力インタフェースネットワーク１３０に複数のデジタル出力制御信号を生成する。好適な実施の形態のプログラム可能空間光変調器アレイ１０４はアナログ制御入力を必要とするため、該アレイと処理ユニット同士間のインタフェースとしてデジタル−アナログ変換ユニット１３４が設けられる。間隔を置いて配置され電気的に絶縁した複数の導電ワイヤを含む出力リボンケーブル１３６は空間光変調器アレイ１０４をデジタル−アナログ変換ユニット１３４と接続する。従って、マシーンメイン処理ユニット１２０は、予め決められたアルゴリズム又はメモリに記憶された予め確立された信号のセットに基づいて変調器アレイを制御する。
【００３６】
図２に例示されたシステムは、フィードバック及びマシーン制御のリアルタイム処理によるカラー品質感知を実現するために以下に述べられる新規のセンサ構造及び処理方法を使用する。光センサアレイ１０２及び空間光変調器１０４の構成は、空間光変調器アレイ１０４で所望の変化を実行するための処理ユニット１２０の適切なプログラミングによって適合システムとして元々安価且つ構成可能である。別の実施の形態では、より単純だが柔軟性に欠ける静的リアルタイムカラー品質処理システムはプログラム可能な空間光変調器を写真フィルムのような固定値フィルターに単に置き換えることによって実現される。
【００３７】
動作において、カラーパッチ画像形成及び情報処理システム１００は図１に関連して説明された静電写真プリント装置のカラーテストパッチジェネレータ４３によって生成されたマルチカラーテストパターン１４０と協働する。カラーテストパターン１４０はプリント動作中にドラム、ベルト又は紙自体の上に直接配置されたプリントカラーパッチである。更に、カラーテストパターン１４０は複数のカラーパッチ１４２₁−１４２_Nを含み、該パッチは図３に最も良く例示されている。複数のパッチが現像され感知される好ましい位置はドキュメント同士間のギャップである。しかしながら、他の位置も考えられ且つ実行可能であり、例えばその位置はベルト又はドラムのエッジに沿った位置又は使用されない現像サイクルでの画像現像領域、又はシート自体の上で、その後に図１に示されるように画像の転写が続く。引き続き図２を参照すると、一連のカラーパッチ１４２₁−１４２_Nは予め決められたオリエンテーションを有する線形アレイでベルト上に配置されている。図面には例示されていないが、二次元カラーパッチ画像形成及び情報処理のためのカラーパッチ二次元マトリックスがベルト上に生成されてもよい。テストパッチはベルト１０の幅に及んでもよいが、複数の原色をセンサアレイの焦点精度内で間隔を置いて収容するのに十分なだけの寸法が好ましい。以下に説明される線形アレイの動作の原理を二次元マトリックスで使用するために拡張することは当該技術者には明らかである。ここでの議論を簡単にするために線形アレイ構成は本発明の理解を容易にするために参照される。
【００３８】
本発明の基本的な原理に従うと、カラーパッチ画像形成及び情報処理システム１００はフィルターアレイ１０６及び変調器アレイ１０４を使用してカラーパッチ１４２₁−１４２_Nの各々の基本的なカラー成分、即ち赤、緑及び青を検出し、次にこのカラー情報に基づいて予め決められたマトリックス変換を実行し、静電写真プリントマシーンへの直接フィードバックのための制御信号のセットを生成する。フィルター１０６は反射光信号１５２を原色に分解し、変調器１０４はこの原色が検出器アレイ１０２に到達する前にこれらの分解された原色を変化させる。フィルターアレイ１０６の代わりに複数のプリズムが使用されてもよい。画像形成及び処理はリアルタイム且つ原位置で実行される。
【００３９】
薄いフィルム及び利用可能な種々の付着技術を使用して、アレイ１０６を含む複数の離散的カラーフィルターがセンサアレイ自体の上に直接配置されてもよい。更に詳細には、カラーフィルター及び検出器アレイが一つの共通の基体に一緒に製造されてもよいことは本発明の精神及び範囲内であることが理解される。従って、図２に例示されるようなこれらのアレイ間の空間的な間隔は本発明を例示する目的でのみ誇張され、本発明の目的を制限するものではない。
【００４０】
本発明のカラー品質分析機能を実行するためには、光センサアレイ１０２、空間光変調器アレイ１０４、及びカラーフィルターアレイ１０６を含むシステムの画像形成部分は、画像形成ステーションＥで光源１５０によって適切に照射されるベルト１０の上に配置される。カラーテストパターン１４０がシステム１００の画像形成部分の付近を通過すると、カラーテストパッチ１４０からの反射によって反射光信号１５２が生成されカラーフィルターアレイ１０６によって受け取られる。所望されない原色成分を除去するためのフィルター処理の後、フィルター処理された光信号１５４が生成され空間光変調器アレイ１０４に入射するように方向付けられる。しかしながら、当該技術者はカラーフィルターアレイ１０６は光センサアレイ１０２と空間光変調器アレイ１０４の間に配置されてもよく、同じ結果が得られることを理解するであろう。
【００４１】
図４を参照すると、光センサアレイ１０２の拡大部分が概略的に示されている。該アレイは導電ライン１６０、１６２のグリッドから成り、各ラインは基本ベクトルの二つのセットに対して平行に位置している。好適な実施の形態では基本ベクトルは直交しているため、アレイ１０２は水平導電ライン１６０及び垂直導電ライン１６２のそれぞれから成る。導電ラインの二つのセットの間は電気絶縁のための誘電層である。図４に示されるように、光導電性素子１６４はこのグリッドの各ノードで構成されている。光導電体はガラス基体上に付着される真性水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の薄膜であることが好ましい。これはリチャードジー．ステアルン（Richard G. Stearns) 及びリチャードエル．ワイズフェルド（Richard L. Weisfeld)による『光学的画像形成のための二次元アモルファスシリコン光導電体アレイ（Two Dimentional Amorphous-Silicon Photoconductor Array for Optical Imaging) 』（アプライドオプティクス（Applied Optics) 、第３１巻、第３２号、１９９２年１１月１０日）で説明されており、この教示は参照として本明細書中に引用される。
【００４２】
図５は光センサアレイ１０２の概略的な例示を表しており、該アレイは下に位置する複数のカラーパッチ１４２₁−１４２_Nと位置合わせされている。この例示から分かるように、各カラーパッチに対して複数の光導電性素子１６４が設けられている。変調された光信号１５６の画像形成はレンズの使用を必要としてもよいが、好適な実施の形態では空間解像度は重要ではないため、単に光センサアレイをドラムに近づけることによって行われる。好適な実施の形態においては、個々のカラーパッチ１４２₁−１４２_Nは非常に小さい光導電性素子１６４と比較すると非常に大きく、例えば側部の長さが数ミリメートルである。
【００４３】
図５に示されるように、光導電性センサ１６４は光センサアレイ１０２に形成された導電ライン１６０、１６２のグリッドの各ノードに関連する。カラーパッチ１４２₁−１４２_Nのうちの一つの拡大部分は拡大形態で図６に例示される。
【００４４】
図６を詳細に参照すると、マルチカラーフィルターアレイ１０６を含む赤カラーフィルター素子１７０は選択された複数の光導電性素子１６４の活性領域に配置される。好適な実施の形態においては三つの異なるタイプのカラーフィルター、即ち原色を表す赤、緑及び青が使用される。しかしながら、特定のアプリケーションに基づいて他のカラーフィルターが実施されて反射した光信号１５２を波長に従って異なる成分に分解してもよい。緑カラーフィルター１７２及び青カラーフィルター１７４は選択された複数の光導電性素子１６４の活性領域に配置される。本発明における使用に適した他の可能な原色はマゼンタ、イエロー及びシアンを含む。
【００４５】
図５及び６を組み合わせて参照すると、単一の光導電性素子はカラーフィルター素子１７０−１７４の各々及び空間光変調素子１８０のアレイの各々の下に配置される。第１電圧信号＋Ｖは垂直導電ライン１６２の第１セットに印加され、導電ラインの第２セットは第２電圧源−Ｖに接続する。
【００４６】
水平導電ライン１６０₁−１６０_mの各々の電流は複数の光導電性素子１６４の各々に入射した光の量に対応する。電流Ｉ₁−Ｉ_Mの各々は、水平導電ライン１６０₁−１６０_Mの各々に交差する垂直導電ライン１６２の各々の電圧の重み付けされた合計に対応する。この重み付けは各交差ノードでの光導電率に対応する。
【００４７】
例として、一つの電流Ｉ_jは水平ライン１６０ｊに交差する垂直ライン１６２の各々の電圧の重み付けされた合計に対応し、その重み付けは各交差ノードでの光導電率に対応する。この例のためにＣ_iはセンサアレイの各カラーフィルターに入射したカラーパッチ番号１４２ｉからの光束として定義付けられ、パッチが画像形成される。簡単にするために光は各パッチに対応してセンサを横切って均一に画像形成されると仮定する。次に上記に説明された特定のフィルターアレイが与えられると、光束Ｃ_iは三つの数量Ｒ_i、Ｇ_i及びＢ_iから構成されるため、従ってＣ_i＝（Ｒ_i，Ｇ_i，Ｂ_i）はＲＧＢの空間ベクトルである。従ってカラーフィルターはカラーに対応する軸に沿ってベクトルＣ_iの要素の測定の目的を実行する。
【００４８】
処理システム１００のこの数学的な説明によると、水平ラインｊ、及び赤カラーフィルター１７０、緑１７２及び青１７４に対応するカラーパッチ１４２_iの場合、センサに対する空間光変調器アレイの伝達係数は、下層のセンサが電圧＋Ｖの垂直導電ラインと関連するときはＴ_rij+、Ｔ_gij+、及びＴ_bij+と定義される。下層のセンサが電圧−Ｖの垂直導電ラインと関連する場合は、伝達係数はＴ_rij-、Ｔ_gij-、及びＴ_bij-と定義される。最後に例示される好適な実施の形態では、物理的に下層のセンサノードの各々の光導電率はＧ＝αＦと表され、ここでＦは下層のセンサに入射した光束である。これらの関係から電流Ｉ_jは以下の式で表される。
【００４９】
【数１】

【００５０】
数量（Ｔ_xij ⁺−Ｔ_xij ^-）（ｘ＝ｒ，ｇ又はｂ）はまとめられて単に２極の量Ｔ_xijと書かれてもよい。Ｔ_xij ⁺及びＴ_xij ^-は両方ともそれぞれ単極であり、±Ｖの垂直ラインが利用されるため２極値を生成するためには両者の組み合わせが必要である。水平導電ライン１６０ｉの電流Ｉ_jは従って以下のように記述される。
【００５１】
【数２】

【００５２】
上記の関係はベクトルマトリックス積とみなされ、ここでベクトルＣ_totalはテストパッチ１４０に含まれるカラーパッチ情報全体Ｃ_total＝（Ｒ₁，Ｇ₁，Ｂ₁，Ｒ₂，Ｇ₂，Ｂ₂，．．．，Ｒ_N，Ｇ_N，Ｂ_N) に対応する。
【００５３】
伝達マトリックスＴ_totalは光変調器アレイに対応する。
【００５４】
【数３】

【００５５】
ベクトルとマトリックスの積Ｃ_total×Ｔ_totalの出力は、光センサアレイ１０２の水平導電ライン１６０₁−１６０_mから得られる電流ベクトルＩ_out＝（Ｉ₁，Ｉ₂，．．．，Ｉ_M）である。
【００５６】
従ってカラーパッチ情報全体Ｃ_totalは、空間光変調器アレイ１０４でプログラム可能伝達係数と組み合わされて光センサアレイ１０２に生成された電流信号に含まれる。結果として電流信号はセンサアレイによってリアルタイムで生成され、以下の式に従ったカラー品質情報を表す。
Ｉ_out＝Ｃ_total×Ｔ_total
【００５７】
従って電流Ｉ_outは全てのプリントテストパッチ１４２₁−１４２_Nと関連するカラーパッチ情報全体Ｃ_totalの任意のマトリックス変換を表す経験的データである。光センサアレイ１０２から生成した出力電流Ｉ_outは、優れたカラー再現及び忠実な再現を維持するために静電写真複写機１０内のフィードバック制御システムで直接使用されることが好ましい。或いは、電流ベクトルＩ_outは複写機の種々の制御可能なサブシステム、例えば帯電及び現像電圧の制御のための帯電及び現像ステーションで直接使用されてもよい。任意のプログラム可能マトリックス変換は、複雑なカラーコピー状態を再現するための単純だが強力なツールであり、非常に複雑且つ緻密な制御信号のセットの生成が可能になる。
【００５８】
本発明に従ったマトリックス変換の能力の基本的な例としては、非常に単純なフィードバック信号が考えられ、該信号は図１に例示された静電写真プリントマシーン１０によって出力される三原色の現像剤ユニット４４−４６からのトナーの量に関連する。説明を簡単にするために三つのトナー色は赤、緑及び青と仮定する。次に水平センサライン１６０_jの電流Ｉ_jをマシーンが付着させる赤トナーの量と関連させるために、コンピュータ１０２は空間光変調器アレイ１０４の全てのＴ_bij及びＴ_gijを出力インタフェースネットワーク１３０を介して０にセットする。伝達値Ｔ_rijの全ては１にセットされる。これらの条件の下で光センサアレイ１０２の水平導電ライン１６０_jの電流は全てのカラーパッチ１４２₁−１４２_Nの赤成分の合計に対応する。制御を実行するためには電流値Ｉ_jはフィードバック信号として直接使用されるか或いは現像剤ユニット４４−４６の一つの赤トナーの濃度を変化させるのに有益であるフィードバック信号を生成するために期待値と比較されることが好ましい。従って完全な閉ループ制御が実行される。トナーカラーがイエロー、シアン及びマゼンタである場合では、三つの原色にマッチするカラーフィルターが上記に述べられた赤、緑及び青のフィルターの代わりに使用される。更に、より複雑なマッピングが可能であり、例えば、カラーパッチのシアン成分を測定するためにはＴ_bij、Ｔ_gij及びＴ_rijのいくつかの組み合わせが使用される。多数のカラーパッチの任意の線形マッピングによって、静電写真プリントマシーン１０で使用するための非常に複雑且つ緻密な制御信号の生成が可能である。
【００５９】
本発明の非常に重要な利点は、マッピングを実行するマトリックスＴ_totalは各センサに対してアレイ１０４の適切な空間光変調器を単に選択することによってマシーンメイン処理ユニット１２０で完全にプログラム可能である。空間光変調器アレイ１０４を含むマトリックス自体は固定フィードバックのための写真フィルムの使用によって静的であってもよいがセンサアレイ上に接着された液晶デバイスの使用によって動的であることが好ましい。
【００６０】
好適な動的システムに対する最適なマトリックスＴ_totalは適切な原位置トレーニングアルゴリズムによって決定される。最適なマトリックスは各マシーンのタイプによって異なる。即ち、変調器アレイが種々のコピーマシーンタイプ又はスタイルでトレーニングされると、伝達係数は異なる値が予想される。トレーニングアルゴリズムの例としては、ある好適なトレーニング方法は静電写真プリントシステムをその公称動作セットポイントから故意に離し、複数の水平導電ライン１６０₁−１６０_Mの電流Ｉ_outの変化を監視することである。フィードバック信号Ｉ_out、恐らく故意の摂動に対抗する信号が得られると、光変調器マトリックスが原位置で調節され当該技術者によって理解されるような公知のアルゴリズムによって適切な出力制御信号を生成する。本発明の原位置トレーニングの利点は非常に強力であり、制御アルゴリズムが所与の時間で所与の静電写真プリントマシーンに対して調節される。トレーニングがアダプティブであるため、原位置によってセンサ／画像形成システムの非理想特性も補償される。
【００６１】
空間光変調器の複数の伝達係数を確立する好適なトレーニング方法の更に詳細な例としては、第１段階は対象とするコピーマシーンの平衡条件を確立することを含む。平衡条件は全てのマシーンサブシステムが所望のレベルに従って動作する条件で、優れた品質のコピーがマシーンによって生成される。この条件下でセンサアレイからの電流ベクトルＩ_outが収集され記憶される。
【００６２】
次に、コピーマシーンの一つ以上のサブシステムが通常のセットポイントから離される。再度電流ベクトルＩ_outが監視され記録される。電流はセットポイントからのサブシステム偏差の結果、その変化をカラーテストパッチに反映する。環境的な変化、例えばコピーマシーンが動作される環境内の温度及び湿度も予想される。電流ベクトルのセットはサブシステムの各々を順番に及び／又は分類してオフセットすることによって収集される。
【００６３】
一つ以上のサブシステムをそのセットポイントからオフセットすることによって得られた各ベクトルに対して出力電流の所望のセットは公知の技術によって得られる。例えば、予想される所望の電流のセットはオフセットの影響に対抗する変化をもたらす。サブシステムが変化する際に得られる出力ベクトルＩ_outと出力ベクトルＩ_outの所望のセットを組み合わせることによって光変調器アレイマトリックスＴ_totalがトレーニングされる。一度トレーニングされると、マトリックスは写真フィルターで実現されてもよいし、又はハードワイヤードでもよいが例えば伝達パラメータをメモリに記憶することによって製造品のソースで各コピーマシーンに対して予めプログラムされることが好ましい。
【００６４】
図７を参照すると、本発明に従った検出器アレイ方法及び装置の第２の好適な実施の形態が例示されている。図面において、センサアレイ１０２’はニューラルネットワークアーキテクチャを介して非線形マッピングを形成するために拡張され、カラー情報に基づいたほぼ任意のマシーン制御を実行するシステムの能力を実質的に拡張する。図面に例示されているニューラルネットワークアーキテクチャは従来のトレーニングアルゴリズム、例えば公知のバックプロパゲーションを使用して原位置でトレーニング可能であり、個々の静電写真プリントマシーンに対して変化する制御が可能になる。第２の好適な実施の形態のカラー制御処理システムは、種々の構造要素間の信号相互接続を示した概略的な機能図で図８に表されている。
【００６５】
図７及び８を一緒に参照すると、センサアレイ１０２’は三層パーセプトロンニューラルネットワーク１００’としての機能が拡張される。例示されるシステムにおいては、図２に例示されたシステムと共通の参照番号を有する種々の要素は同一の又は類似した機能を有する。しかしながら、ニューラルネットワークアーキテクチャを実施するためには、マシーンメイン処理ユニット１２０に接続される複写機の種々のサブシステムへのフルの直接フィードバックのための複数の追加のシステム要素が必要とされる。
【００６６】
第１の好適な実施の形態に関連して上記に説明されたように、一般的にセンサアレイ１０２’はアナログ電流信号を生成する。しかしながら、第２の好適な実施の形態ではアナログ電流信号は非線形電流−電圧変換ユニット１８０によって電圧信号に変換される。ユニットは図８に最も良く例示されているＳ字状変換関数１８２を使用してアナログ電流信号をアナログ電圧信号に変換することが好ましい。
【００６７】
非線形電流−電圧変換ユニット１８０からの出力Ｖ₁−Ｖ_Mは電圧ペアリング回路１８４によって順に調節され、該電圧ペアリング回路は第２光センサアレイ１９０への入力のために個々の電圧Ｖ_jを電圧Ｖ_j及び−Ｖ_jのペアに分割する。
【００６８】
電圧＋Ｖ及び−Ｖがこの実施の形態及び図２の実施の形態に関連して述べられた第１光センサアレイ１０２に入力されたように、電圧Ｖ_j及び−Ｖ_jのペアは垂直導電ライン１９２に沿った第２光センサアレイ１９０に入力される。第２光センサアレイ１９０は第２空間光変調器アレイ２０２によって第２照射源２００に露光される。第２光変調器アレイ２０２はマシーンメイン処理ユニット１２０によって直接プログラムされるが、簡潔にするためにその接続は図面には例示されていない。第１変調器アレイ１０４及び第２変調器アレイ２０２は使用されるマシーンに対する伝達係数を含む。この係数は製造過程で予め決められ、フィルムパッチに記憶されるか又はメモリのパラメータとして確立されることが好ましい。
【００６９】
垂直導電ライン１９２で第２光源２００と電圧信号Ｖ_i−Ｖ_Mを組み合わせることによって、複数の水平導電ライン１９４₁−１９４_Lに出力信号Ｏ₁−Ｏ_Lのセットが生成される。第２光センサアレイ１９０は第２光源２００によって均一に照射され、メインセンサアレイ１０２からの非線形増幅出力の第２マトリックス変換を実質的に実行する。そのような構造はニューラルネットワークでの実施に非常に適しており、そのようなネットワークは液晶デバイス例えば下層が第２光センサアレイ１９０の光導電性センサである第２空間光変調器アレイ２０２を使用してトレーニング可能であることが示された。この構造のトレーニング及び実施は、アール．ジー．ステアルン（R. G. Stearn) による『トレーニング可能で光学的にプログラムされたニューラルネットワーク(Trainable Optically Programmed Neural Network) 』（アプライドオプティックス（Appl. Opt.) 、３１（２９）、６２３０（１９９２）及びアール．ジー．ステアルンによる『スタンドアローン動作が可能な光学的にプログラムされたニューラルネットワーク(An Optically Programmed Neural Network Capable of Stand Alone Operation) 』で説明されている。上記の教示は参照によって本明細書中に援用される。
【００７０】
図７及び８に説明されるシステムを引き続き参照すると、第２非線形電流−電圧変換ユニット２０４は水平導電ライン１９４₁−１９４_Lからの電流信号のＳ字状変換を実行する。非線形変換は複数の電圧信号Ｖ₁−Ｖ_Lを生成し、該信号は複写機のサブシステムによって直接使用されるか又はアナログデジタル変換ユニット２０６を介してメインマシーン処理ユニット１２０へのグループとしてフィードバックされることが好ましい。変換ユニット２０４からの信号が直接使用されない場合は、トナー制御及び他のフィードバック信号２１０がメインマシーン処理ユニットによって生成され、トナー濃度レベル、帯電又は現像電圧レベル又は他の動作パラメータを調節する。
【００７１】
図７及び８のニューラルネットワークアーキテクチャによってシステムは制御信号２１０へのカラーパッチ情報の任意のマッピングを実行する。これらのマッピングはバックプロパゲーションのような公知のトレーニング技術によって原位置で適応するように決定可能である。トレーニング技術の例としては、公称動作ポイントに対する任意の摂動がニューラルネットワークの出力が監視される点で行われる。第１変調器アレイ１０４’及び第２変調器アレイ２０２を含むネットワークはトレーニングされて安定したカラー再現のための適切な制御信号を生成する。バックプロパゲーションアルゴリズムのような公知の技術に従って、トレーニングはシステムが所望の公称動作ポイントからオフセットされ該ポイントへ戻る際にネットワークがどのように動作するかを実現することによって達成される。変調器アレイ伝達重み付けは、固定ポイント又は平衡が確立されるまで摂動の反復で調節される。
【００７２】
本発明は好適な実施の形態を参照して説明されてきた。修正及び変更が起こることはこの明細書を読み理解する者には明らかである。そのような修正及び変更の全てを含むことが我々の意図であると同時に、それらは特許請求の範囲及びその等価物の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラー制御処理システムを備えた静電写真プリントマシーンを図示した概略正面図である。
【図２】本発明に従ったカラーパッチ情報検出及び処理のための第１の好適なカラー制御処理システムを示した概略図である。
【図３】図１の静電写真プリントマシーンによって生成されたカラーパッチの拡大図である。
【図４】図２及び７のシステムで使用される好適な光導電性アレイの概略図である。
【図５】本発明の教示に従って図３のカラーパッチに配置された図４の光導電性アレイの概略機能図である。
【図６】図２に例示されたシステムと関連して使用されるカラーフィルター及び空間光変調アレイの概略図である。
【図７】ニューラルネットワーク処理装置を含んだ本発明の第２の好適なカラー制御処理システムの概略図である。
【図８】種々の構造的要素間の信号相互接続を示した本発明の第２の好適な実施の形態の概略機能図である。
【符号の説明】
１００カラーパッチ画像形成及び情報処理システム
１０２光センサアレイ
１０４空間光変調器アレイ
１０６カラーフィルターアレイ

Claims

カラー制御システムであって、
光センサデバイスに入射する第１の複数の光信号に応答して複数のフィードバック信号を生成する光センサデバイスを有し、
プリントされたカラーパッチから反射した光を減衰させて複数の減衰した光信号を生成する光減衰デバイスを有し、
前記複数の減衰した光信号をフィルター処理して前記光センサデバイスで使用するための前記第１の複数の光信号を生成するカラーフィルターデバイスを有し、
前記カラー制御システムからの前記複数のフィードバック信号を伝達するための複数の信号ラインを有する、
カラー制御システム。