JP5443298B2 - 基材反射率の正規化によるトナー質量検知精度の向上およびトナー質量レベルの調節方法 - Google Patents

Description

本出願は、概して反射率センサに、詳しくはその読取値の正規化に関連する。

電子写真印刷エンジンでは、出力の画像品質を制御するのに色調再生曲線（ＴＲＣ）が重要である。複写または印刷される画像入力は、固有の色調再生曲線を有している。所望の画像を出力する画像出力端末は、特有の色調再生曲線を有している。画像出力端末が無制御のまま作動した場合には、画像出力端末により出力される画像の色調再生曲線は、画像の表現を歪める。ゆえに、画像出力端末は、その特有の色調再生曲線が画像入力の色調再生曲線と一致するように制御されるべきである。画像出力端末に特有の色調再生曲線は、湿度または温度と、現像液や光受容体などが新品であった頃から行われた印刷回数としばしば関連性を持つ電子写真材料の径年数などの、制御不能な変数の変化によって異なる。

単位面積あたりの固体現像質量（ＤＭＡ）の制御は、ＴＲＣ制御の重要部分である。ＤＭＡが低過ぎる場合には、画像が明るすぎて顧客は不満を覚えるだろう。他方、ＤＭＡが高過ぎる場合には、低い転写効率、定着の不足、ライン上でのトナー散乱など、他の電子写真または画像品質上の問題が発生することがある。高いＤＭＡはまた、所有者にとって総コストの上昇を招く。一定のＤＭＡまたは低変動量のＤＭＡを維持することは、電子写真プロセス制御装置の設計において常に課題であった。

そのうえ、電子写真複写機、レーザプリンタ、またはインクジェットプリンタなどの複写または印刷システムでは、印刷物の品質を監視する一般的な技術は、所定の目標密度を持つ「テストパッチ」を作成することである。次に、ＴＲＣに沿ってサンプリングを行うため、テストパッチにおける印刷材料の実際密度が適当なセンサにより光学的に測定される。レーザプリンタなどの電子写真装置の場合には、印刷材料の密度を判断するのに一般的に最も重要となる表面は、電荷保持性の光受容体であり、この上に静電潜像が形成され、続いて、特定の方法で帯電した領域にトナー粒子を付着させることによって現像が行われる。必要に応じて光受容体の所定箇所の表面を露光システムにより所定の程度まで慎重に帯電または放電させることによって、この箇所に目標密度のテストパッチを定期的に作成するルーチンが、一般的にプリンタのオペレーティングシステムに含まれている。これらのテストパッチは、色調再生曲線を制御するため、用紙へのトナーの付着状態を評価するのに使用される。顧客の媒体（用紙など）を制御に使用することはたいてい望ましくなく、そのため光受容体の上で現像されたパッチを直接測定することによって測定が行われることが多い。

騒音、センサごとの変動性、他の測定誤差を軽減するため、一般的にセンサ読取値が正規化される。しかし、従来の正規化技術では、測定誤差を適切に軽減または縮小できないことがある。

米国特許第６４６２８２１号明細書 米国特許出願公開第２００９／０１２９８０１号明細書 米国特許出願公開第２００９／０１６１１１１号明細書

一実施形態によるセンサ読取値正規化方法は、基材から反射した光線を検出するように構成されたセンサから読取値を受信し、検出された基材上の質量についての関数に基づいてセンサ読取値を正規化することを含む。

別の実施形態によれば、センサの読取値を正規化するためのプロセッサは、基材上の点に光線のビームを放射することにより鏡面角の略鏡面反射と拡散角の略拡散反射とを発生させるように構成された照射器と、鏡面角の略鏡面反射を検出するように構成された鏡面検出器と、拡散角の略拡散反射を検出するように構成された拡散検出器とを含む。このプロセッサは、鏡面検出器から読取値を受信し、検知された基材上の質量についての関数に基づいて鏡面センサ読取値を正規化するように構成されている。

また別の実施形態によれば、コンピュータ読取可能な記憶媒体は、プロセッサによりセンサ読取値正規化方法が実行されるように構成された、記憶されたコンピュータ読取可能命令を含む。

本開示の一つ以上の実施形態の他の特徴は、以下の詳細な説明、同封の図面、そして添付の請求項から明らかになるだろう。

以下、対応の参照符号が対応の部品を指す同封の概略図面を参照にして、本開示の実施形態を単なる例として開示する。

本実施形態において基材の反射率を測定するのに使用される反射率センサの一例を示した概略図である。 プリンタの中間転写ベルト（ＩＴＢ）上の二つの異なる箇所における実質的に同じトナー質量の二組のテストパッチを示す、センサの鏡面電圧レスポンスの一例を示した図である。 方程式１を用いた従来の正規化方法の後における各組のテストパッチのセンサ読取値を示した図である。 本実施形態において方程式２の変形正規化方法を用いた正規化の後における各組のテストパッチのセンサ読取値を示した図である。 変形正規化方法を利用した相対誤差と従来の正規化方法とを比較した図である。

一つ以上の実施形態によれば、検知された基材上の単位面積あたりの質量についての関数として基材のセンサ読取値を正規化する方法が開示されている。正規化は、検知された基材上の単位面積あたり質量レベルの関数として補正を行う何らかの関数でよい。

ここで使用される“ｍａｓｓ”の語は、基材に供給されるトナーまたはインクを指す。単位面積あたりのトナーまたはインクの質量（ｍｇ／ｃｍ^２など）として表現されることもある。

実施例によっては、例えば、米国特許第６，４６２，８２１号に開示されているような改良型トナー面積被覆率（ＥＴＡＣ）センサなど、反射率に基づくものでよい。小型画像センサその他を含む他の光学検知デバイスが同様に使用されてもよいことは理解できるだろう。センサは最小限でも、光線、特に基材から反射した光線を検出するように構成された検出器を含むとよい。基材の表面に衝突してこれから反射する光線は、紫外線（ＵＶ）、可視光線、赤外線（ＩＲ）放射を含む何らかの電磁エネルギーでもよい。

図１は、一実施形態により使用される基材の反射率を測定するのに使用される鏡面反射率センサ１０の一例の概略図である。センサ１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの照射器２と、二つ以上の検出器つまり拡散検出器３_diffおよび鏡面検出器３_specとを含む。

基材１からの最適距離ｄにセンサ１０が配置された時、照射器２は一般的に、拡散検出器３_diffに対して入射角以外の何らかの角度に、そして鏡面検出器３_specと同じ入射角にある。照射器２は、基材上の点に光線のビームを放射することにより、鏡面角の略鏡面反射と略拡散反射とを発生させるように構成されている。拡散検出器３_diffは、鏡面角からオフセットした拡散角と呼ばれる角度の略拡散反射を検出するように構成されている。鏡面検出器３_specは、鏡面角の略鏡面反射を検出するように構成されている。

鏡面光線は（入射角φが４５°の角度の場合）９０°のみで反射するが、拡散光線は鏡面角を含む広範囲の角度にわたって反射される。鏡面検出器３_specにより検出される鏡面反射は、トナーにより被覆される面積に影響を受け、色調再生曲線（ＴＲＣ）、ひいては印刷機により印刷される色を制御するのに使用される。図１では、入射角φは４５°となるように描かれている。しかし、他の実施例では入射角が例えば３０°、１５°、または他の角度であってもよいことは理解できるだろう。

図２は、プリンタの中間転写ベルト（ＩＴＢ）上の二つの異なる箇所にある二組の実質的に同じ質量のテストパッチを示す、センサの鏡面電圧レスポンスの一例を示した図である。ブラック（Ｋ）トナーで画像を形成するように構成された印刷エンジンを用いて、データが取得された。センサ測定値は、プリンタのＩＴＢから得られた。

ベルト上の二組の中間調テストパッチについて、センサ出力が記録された。テストパッチは、０から１００％の範囲の面積被覆率（ＡＣ）を持つ。制御（「公称」）パッチ組より若干低いが実質的に同じ反射率をシミュレーションするため、エメリークロスで表面を静かに研磨することにより人工的に経年変化を加えられたＩＴＢの一部分に、一組のパッチ（「低反射率」）が設けられた。所与の面積被覆率では、公称および低反射率のパッチは同じ質量を持つと仮定され、相互におよそ１ｃｍ以内の位置にあった。

図から分かるように、二組のパッチつまり公称および低反射率の鏡面センサ読取値は、著しく異なっている。これらの読取値は相互に隣接して採取されるが、下の基材の反射率の変動は最大、つまり０％ＡＣでおよそ０．５ボルトである。例えば、０％ＡＣに対応する公称反射率パッチでは、鏡面検出器の出力は約４．６Ｖである。そして低反射率パッチでは、鏡面検出器の出力は約４．１Ｖである。やはり図２に見られるように、センサ読取値は低質量では概して異なっているが、質量レベルが高くなると収束する傾向がある。

「クリーン」センサ読取値、つまり質量の載っていない基材の測定値に対してセンサ読取値を正規化することにより、基材の局所的変動およびノイズによる光学反射センサの誤差を取り除くことが知られている。「クリーン」センサ読取値は、プロセス方向において基材に沿った箇所ｘに対するセンサの位置と相関した変数であり、普通は「鏡面反射率サイン」と呼ばれる。基材は、光受容体（Ｐ／Ｒ）、中間転写ベルト、または画像を保持するための印刷技術で周知の他の媒体でよい。ここでは「ベルト」の語が使用されているが、ここに開示される実施形態は、ドラム、ローラ、その他など他のタイプの光受容体および転写要素に適用可能であることが理解できるだろう。ゆえに、「ベルト」についてのいかなる言及も限定的なものと解釈されるべきでない。

例えば、以下のように正規化読取値を求める方程式１にしたがって鏡面反射率センサを正規化することが知られている。

方程式１において、ＤａｒｋＯｆｆｓｅｔはセンサのバイアス（つまり、検出器により光線が受信されない時の鏡面検出器の出力読取値）である。ＤａｒｋＯｆｆｓｅｔは定数であり、センサ自体のパラメータである。ゆえに、センサによって異なっていてよい。Ｖｓｐｅｃ＿ｒｅａｄは、基材の鏡面検出器読取値であり、Ｖｓｐｅｃ＿Ｃｌｅａｎ＿ｒｅａｄは、質量が載っていない基材の「クリーン」鏡面検出器読取値である。これらのセンサ読取値は電圧の単位でよい。

基材に質量が載っていない時には、Ｖｓｐｅｃ＿Ｃｌｅａｎ＿ｒｅａｄ出力は、傷、磨耗、酸化など下の基材の局所的変化によって変動することがある。他方、基材に質量が存在する時には、ノイズの原因である局所的変動に加えて質量変動のために鏡面検出器の出力Ｖｓｐｅｃ＿ｒｅａｄが変動する。正規化は、このノイズに対処しようとするものである。

図３は、方程式１を用いた従来の正規化方法の後の各組のテストパッチのセンサ読取値の図を示す。正規化される単位は、０から１．０（０から１００％）の範囲の部分的面積被覆率（ＦＡＣ）である。

低質量レベルでは、この従来の正規化プロセスは概して有効である。実際、二組のパッチのデータは０％ＡＣあたりで一致している。しかし、中間色調の正規化値、例えば２０〜６０％ＡＣでは、より大きな変動性が見られる。高質量、例えば１００％ＡＣあたりでは、誤差が減少する。これは、方程式１の分子が０に近づくからである。理想的には、同じ質量ではすべてのセンサ読取値が質量に関係なく一致しているべきである。

しかし、表１から分かるように、方程式１の従来の正規化方法を用いたテストパッチについては、誤差は約０から２．８５Ｌ^＊（ＣＩＥ Ｌ^＊Ａ^＊Ｂ^＊）の範囲に及ぶ。

これは、上の方程式１では、従来の正規化係数

が質量の関数ではないためである。

したがって、検知された基材上の質量と相関させてセンサ読取値を正規化するという改良型の変形正規化方法が提案される。変形は、検知された質量レベルと相関させて補正を行う何らかの関数でよい。

方程式１の従来の正規化方法と異なり、変形では、大きな質量、特に中間色調についての正規化補正を省略する。このアプローチの根拠は、質量が大きくなると、トナーの存在によって妨害されるので、センサ出力に対する下の基材の変動の影響はますます少なくなるはずだという前提に基づいている。

方程式２は、一実施形態によるセンサ読取値正規化の式の一例である。

方程式２により、方程式１の分母の付加係数が得られる。この付加的係数は、平均化された「クリーン」センサ読取値

から箇所ｘでの質量偏差の特徴を求める関数δ（ｘ）に基づいている。実行例によっては、基材サイン、つまり基材の表面の周囲および／または上を測定することにより、

が決定されてもよい。これは、例えばプリンタの較正ルーチンの間に実施されるとよい。

この偏差関数δ（ｘ）は、平均化された「クリーン」センサ読取値

からのセンサのクリーン読取値の偏差を考慮に入れるものである。

一実行例では、以下のように方程式（３）に従って偏差関数δ（ｘ）が規定される。

ただし

偏差関数δ（ｘ）は、「クリーン」センサ読取値に対するセンサ読取値の相対強度を表し、分子項による質量の関数である係数

によって倍率調整されるとよい。この倍率は０％ＡＣ質量で１．０の値を取り、質量の増加とともに分子項Ｖ_{spec_read}（ｘ）が分母項Ｖ_{spec_Clean_read}（ｘ）より小さくなるにつれて、δ（ｘ）の値を単調に減少させる。

減少の速度は、指数βによって修正されてもよい。例えば指数βを０に設定すると、方程式２を方程式１に変形できる。

方程式２では、０より大きく約１．９になるように指数βを設定すると、センサ読取性能の向上をもたらすことが、経験的データから分かる。一実行例では、ＩＴＢに沿った公称および低反射率の間の誤差二乗和を最小にするため、指数βが０．７に設定されるとよい。しかし違うセンサでは、指数βの値が変化してもよい。

表２に見られるように、方程式２の変形正規化方法を用いたテストパッチでは、誤差は約０から１．０９Ｌ^＊単位（ＣＩＥＬ^＊Ａ^＊Ｂ^＊）の範囲に及ぶ。

これは、誤差が２．８５Ｌ^＊までであった従来アプローチを用いた表１に示された結果と比べて、大きな改良である。

図４は、方程式２の変形正規化を用いた各組のテストパッチの正規化センサ読取値を示した図である。理解できるだろうが、公称および低反射率テストパッチの正規化センサデータは、すべての面積被覆率にわたってはるかに近い値である。

図５は、従来の正規化方法と比較した変形正規化方法を利用する相対誤差を示した図である。従来のアプローチではおよそ３デルタＥ−１９７６（ｄＥ）の誤差が生じるのに対して、変形アプローチではおよそ１ｄＥの誤差になる。誤差は反射率誤差から推定され、Ｌ^＊の単位である。

方程式２は限定的であると解釈されるべきでない。検知された質量レベルと相関してセンサ読取値を正規化する何らかの方法が利用されてもよい。例えば、変形は、検知された質量レベルと相関させて正規化補正が得られる何らかの関数でよい。重み付け係数が考慮されてもよい。方程式２の関数は一例である。他の関数が存在するかもしれない。トナー特性、質量範囲、下の基材はすべて、最良の機能的形状の決定に影響を与える。

鏡面および拡散センサ通路により検出された反射率データを処理するため、センサ読取値を正規化するため、またはその両方のために、プロセッサ（不図示）が設けられるとよい。特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの専用ハードウェア、ソフトウェア、または専用ハードウェアとソフトウェアの組合せでよい。正規化方法が異なると、プログラミングが変化する。

また別の実施形態によれば、センサ読取値の正規化を実施するため、センサとともに関連のソフトウェアが使用されてもよい。例えば、コンピュータ読取可能な記憶媒体は、プロセッサにより遂行された時に、センサ読取値を正規化するための方法を実行するように較正された、中に記憶されたコンピュータ読取可能な命令を含んでもよい。

１ 基材 、２ 照射器 、３_diff 拡散検出器 、３_spec 鏡面検出器 、１０ 鏡面反射率センサ。

Claims (10)

1. センサ読取値を正規化する方法であって、
   （ｉ）基材から反射した光線を検出するように構成されたセンサから読取値を受信するステップと、
   （ｉｉ）検出された前記基材上の質量の関数に基づいてプロセッサにより前記センサ読取値を正規化するステップと、
   を含み、
   前記正規化する関数は、
   

   

   であり、式中、
   ｘはプロセス方向における前記基材の位置であり、
   Ｖｓｐｅｃ＿ｒｅａｄ（ｘ）は前記センサの読取値であり、
   ＤａｒｋＯｆｆｓｅｔは前記センサのバイアスであり、
   Ｖｓｐｅｃ＿Ｃｌｅａｎ＿ｒｅａｄ（ｘ）は、前記基材に質量が載っていない状態で前記基材から取得されたセンサ読取値であり、
   βは０より大きい指数であり、及び
   δ（ｘ）は前記基材における質量偏差の関数である、
   方法。
2. 前記δ（ｘ）は、
   

   

   で定義され、上記において
   

   

   である、請求項１に記載の方法。
3. βは、実験にもとづき最適化される、請求項１に記載の方法。
4. βは、０．７である、請求項１に記載の方法。
5. 前記センサは、
   前記基材上の点に光線のビームを放射することにより、鏡面角の略鏡面反射と拡散角の略拡散反射とを発生させるように構成された照射器と、
   前記鏡面角の前記略鏡面反射を検出するように構成された鏡面検出器と、
   前記拡散角の前記略拡散反射を検出するように構成された拡散検出器と、
   を含む請求項１に記載の方法。
6. センサの読取値を正規化するためのプロセッサであって、
   前記センサは、
   前記基材上の点に光線のビームを放射することにより、鏡面角の略鏡面反射と拡散角の略拡散反射とを発生させるように構成された照射器と、
   前記鏡面角の前記略鏡面反射を検出するように構成された鏡面検出器と、
   前記拡散角の前記略拡散反射を検出するように構成された拡散検出器と、
   を含み、
   前記プロセッサは、
   （ｉ）前記鏡面検出器から読取値を受信し、
   （ｉｉ）検出された前記基材上の質量の関数に基づいて前記鏡面検出器の読取値を正規化する、
   ように構成され、
   前記正規化する関数は、
   

   

   であり、式中、
   ｘはプロセス方向における前記基材の位置であり、
   Ｖｓｐｅｃ＿ｒｅａｄ（ｘ）は前記鏡面検出器の読取値であり、
   ＤａｒｋＯｆｆｓｅｔは前記センサのバイアスであり、
   Ｖｓｐｅｃ＿Ｃｌｅａｎ＿ｒｅａｄ（ｘ）は、前記基材に質量が載っていない状態で前記基材から取得された前記鏡面検出器の読取値であり、
   βは０より大きい指数であり、
   δ（ｘ）は前記基材における質量偏差の関数である、
   プロセッサ。
7. 前記δ（ｘ）は、
   

   

   で定義され、上記において
   

   

   である、請求項６に記載のプロセッサ。
8. βは、実験にもとづき最適化される、請求項６に記載のプロセッサ。
9. βは、０．７である、請求項６に記載のプロセッサ。
10. プロセッサによりセンサ読取値を正規化するための方法が実行されるように構成された、記憶されたコンピュータ読取可能な命令を含む、コンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
    前記方法は、
    （ｉ）基材から反射した光線を検出するように構成されたセンサからの読取値を受信するステップと、
    （ｉｉ）検出された前記基材上の質量の関数に基づいて前記鏡面検出器の読取値を正規化するステップと、
    を含み、
    前記正規化する関数は、
    

    

    であり、式中、
    ｘはプロセス方向における前記基材の位置であり、
    Ｖｓｐｅｃ＿ｒｅａｄ（ｘ）は前記鏡面検出器の読取値であり、
    ＤａｒｋＯｆｆｓｅｔは前記センサのバイアスであり、
    Ｖｓｐｅｃ＿Ｃｌｅａｎ＿ｒｅａｄ（ｘ）は、前記基材に質量が載っていない状態で前記基材から取得された前記鏡面検出器の読取値であり、
    βは０より大きい指数であり、
    δ（ｘ）は前記基材における質量偏差の関数である、
    非一時的なコンピュータ読取可能な記憶媒体。

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