JPH0634538A - 電子写真印刷装置におけるトナー領域被覆度を測定する濃度計 - Google Patents

電子写真印刷装置におけるトナー領域被覆度を測定する濃度計

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JPH0634538A
JPH0634538A JP5111783A JP11178393A JPH0634538A JP H0634538 A JPH0634538 A JP H0634538A JP 5111783 A JP5111783 A JP 5111783A JP 11178393 A JP11178393 A JP 11178393A JP H0634538 A JPH0634538 A JP H0634538A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子写真印刷装置における感光表面上のトナ
ー領域被覆度を測定するための濃度計を提供すること。 【構成】 感光ベルト(10)表面の選択領域の反射率
を測定するための、次のものを含む装置。選択領域から
反射した1対の光線を発生する手段(102),(10
4)と、前記対の光線の一方を集束させることによって
その集束反射光(122)を感知し、選択領域から反射
した前記対の光線の他方を集束させないことによってそ
の不集束反射光(124)を感知する光電検出器(10
6)と、光電検出器に作動連結されて、表面の選択領域
から光電検出器へ反射した光線の直接反射率を表す信号
を光電検出器で検出された集束反射光及び不集束反射光
の関数として算出する処理手段。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、電子写真印刷装置における感光
表面上のトナー領域被覆度を測定するための濃度計に関
するものである。特に、本発明はそのような濃度計に多
数の光源と単一の光電検出器とを用いることに関するも
のである。
【0002】電子写真印刷装置では、光導電部材をほぼ
均一の電位に帯電させて、その表面を増感化する。光導
電部材の帯電部分を、複写中の原稿文書の光像で露光す
る。帯電した光導電部材の露光によって、照射領域内に
ある光導電部材上の電荷が選択的に散逸する。これによ
って、複写中の原稿文書内に含まれている情報領域に対
応して光導電部材上に静電潜像が記録される。光導電部
材上に静電潜像が記録された後、それに着色すなわちト
ナー粒子を接触させることによって潜像を現像する。こ
れによって光導電部材上に粉像が形成され、それは次に
コピー用紙に転写される。コピー用紙を加熱して、それ
に着色粒子を像の形状に永久的に定着させる。
【0003】これまで、様々な形式の現像装置が用いら
れてきた。これらの装置は、2成分混合現像剤または単
成分現像剤を用いている。使用される典型的な2成分混
合現像剤は公知であり、一般的に当該分野ではトナー粒
子と呼ばれる染色または着色された熱可塑性粉末を強磁
性粒等の粗いキャリア粒と混合して構成されている。ト
ナー粒子及びキャリア粒は、トナー粒子が光導電表面上
に記録された静電潜像に対して適当な電荷を獲得できる
ように選択される。混合現像剤を帯電光導電表面と接触
させた時、その上に記録されている静電潜像の吸引力の
ほうが大きいため、トナー粒子がキャリア粒から離脱し
て静電潜像に付着する。
【0004】感光表面上のトナーの濃度を測定する際
に、黒色トナーの場合でも、最も考慮すべきものは、ト
ナー自体の反射性によって反射した光を排除して、部分
的に被覆された感光体の表面から鏡面反射した光を測定
できる能力である。一般的に、特定種類のトナーの色が
どのようなものであっても、トナーが感光体に濃く付着
するほど、最大飽和値に達するまでは感光体上のトナー
が暗く(吸収性が高く、反射が少ない)見える。濃度計
の目的が表面上のトナーの濃度を測定することである
時、最も重要な測定値は、表面から直接反射した光であ
り、それは表面へ送られた光とトナーによって遮断され
た光との差である。しかし、トナーは光を吸収するだけ
でなく部分的に反射するため、いくらかの「散乱」また
は「拡散」光も同様にトナーから検出器へ戻される。ト
ナー自体によって散乱した光は、トナーによって遮断さ
れた光の読み取り値に悪影響を与える。このため、感光
表面上のトナーによって遮断された光部分だけを測定で
きるようにして、一種のノイズと見なされるトナー自体
から反射した散乱光の悪影響を受けない装置を構成する
ことが望ましい。
【0005】本発明による装置は、表面の選択領域の反
射率を測定する。1対の光線が表面の選択領域から反射
される。光電検出器が、それに光線対の一方を集束させ
ることによってその集束反射光を感知する一方、選択領
域から反射した光線対の他方をそれに集束させないこと
によってその不集束反射光を感知するように配置されて
いる。プロセッサが、表面から光電検出器へ反射された
光線の直接反射率を表す信号を光電検出器で検出された
集束反射光及び不集束反射光の輝度の関数として算出す
る。
【0006】図1は、本発明による濃度計の縦断面図で
ある。
【0007】図2は、図1の濃度計の分解図である。
【0008】図3は、フォトダイオードによって検出さ
れた直接反射光と散乱光との間の典型的な関係を示すグ
ラフである。
【0009】図4A〜Eは、本発明による濃度計の光源
の可能な配置を示す一連の平面図である。
【0010】図5は、本発明による濃度計のフォトダイ
オードの典型的な出力を示す信号図である。
【0011】図6は、本発明の実施例に適した回路図で
ある。
【0012】物的図面または回路図であっても、全図面
を通して同一番号は同一部材を表している。
【0013】次に図1及び2を参照しながら、赤外線濃
度計51を詳細に説明する。濃度計51には、ほぼ矩形
に成形されたハウジング96が設けられており、これは
好ましくアクリル材または他の適当な光透過性素材で形
成される。ハウジング96によって室97が形成されて
いる。カバー98がハウジング96の底を塞いでいる。
印刷回路配線基板100がカバー98とハウジング96
の室97内との間に取り付けられている。印刷回路基板
100は、ベルト10の感光表面に付着した着色粒子を
照明する光線を発生する主光源、ここでは発光ダイオー
ド(LED)102を支持している。主光源102に隣
接して少なくとも1つの補助光源104が配置されてお
り、これは主光源102から独立して作動する。図示の
実施例では、各々104で示されている2つの補助電源
が設けられているが、以下に詳細に説明するように主光
源102に対して補助光源104を様々に配置すること
が可能である。フォトダイオード光検出素子106も印
刷回路基板100に取り付けられている。コネクタ10
8も印刷回路基板100に取り付けられている。集積回
路チップ107が主光源102、補助光源104及びフ
ォトダイオード106に電気接続して、光源102、1
04及びフォトダイオード106に駆動電流を与えてい
る。ハウジング96の上表面110にV字形窪み112
が設けられている。V字形窪み112の一方の表面に、
一体形コリメータレンズである集光レンズが取り付けら
れている。V字形窪み112の他方の表面に、一体形コ
レクタレンズである別の集光レンズ114が取り付けら
れている。濃度計の構造の詳細は、補助光源104及び
フォトダイオード106を除いて、米国特許第4,55
3,033号に記載されており、その関連部分は引例と
して本説明に含まれる。
【0014】主光源102は近赤外光線を発生し、これ
はハウジング120の開口118を通って集光レンズ1
16へ送られる。集光レンズ116は光線を平行にし
て、感光ベルト10の表面上に記録されたテスト領域に
付着した着色すなわちトナー粒子に光線の焦点を合わせ
る。
【0015】補助光源104も近赤外光線を発生する
が、補助光源104は主光源102から少し離れた位置
にあるため、補助光源104からの光線は、主光源10
2からの光線のように集光レンズ114及び116によ
って直接的にフォトダイオード106上に集束されるこ
とはない。しかし、補助光源104は主光源102に十
分に近接しているため、補助光源104から発生した光
線は、ベルト10の、主光源102からの光線とほぼ同
じ全体領域に当たり、戻された光の散乱成分だけがフォ
トダイオード106に達する。矢印124で示された光
束の関連拡散または散乱成分がフォトダイオード106
及びその周囲を含む領域に当たる。
【0016】図3は、106等のフォトダイオードによ
って検出された反射光Rと散乱光Sとの一般的な関係を
表面のトナーの被覆度の関数として示したグラフであ
る。R+Sとして示された線は、様々なレベルのトナー
被覆度における値R及びSの合計を表している。表面上
のトナーの被覆度が大きくなるほど、トナーからの反射
光Rの輝度が低下する。反対に、トナー被覆度が増加す
ると、散乱反射光Sを発生するトナーの反射率が高くな
る。また、トナーが付着していない裸の基板から散乱し
た拡散光がゼロではないことに注意されたい。
【0017】本発明は、表面のトナー被覆度の正確な読
み取り値を得るために値R+Sから値Rを差し引くもの
である。前述したように、直接すなわち鏡面反射した光
に相当するRの値は、トナー濃度を直接的に表示するベ
ルト10の表面上のトナーの光吸収度に反比例してい
る。図1に戻って説明すると、主LED102から発生
した光は、主LED102から発生して表面10で反射
した光の焦点がほぼ正確にフォトダイオード106上に
位置するように、集光レンズ114及び116によって
集束される。そのように反射、集束された光線が、表面
10上のあるトナー被覆度に関連した図3のR+Sの値
を表す。本発明の濃度計は、R+Sの測定値と、ほぼ同
時であるが別に測定されるSの値との差を感知してRの
正確な測定値を求めることによって、Rの値を得ること
ができる。
【0018】ほぼ同時にSの値を得るため、補助LED
104が用いられている。補助LED104は、光をフ
ォトダイオード106上に集束させるための集光レンズ
114及び116と整合していないため、補助LED1
04から発生して感光表面10で反射された光はほぼま
ったくフォトダイオード106上に集束しない。すなわ
ち補助LED104から発生してからフォトダイオード
106で検出される光は、それが直接反射されないた
め、完全な散乱光であり、従って合計R+Sのうちのま
さにSを表している。散乱光Sのこの測定値と主LED
102からフォトダイオード106へ光が直接反射する
ことによって生じる値R+Sとの差を取ることによっ
て、Rだけの値を計算することができる。
【0019】図4A〜Eは、主光源102と1組の補助
光源104との間に可能な様々な空間的関係を示す一連
の平面図である。図4A〜Eに示されているように、1
つまたは複数の個別の発光ダイオード(LED)を含む
主光源102は、一般的に補助光源104を形成してい
るLED配置の中心に位置している。図4Eは、補助照
明経路の対称平均化を行う構造の「リング光源」が、光
源102の単一のLEDを取り囲む成形プラスチック環
状光管を1つまたは複数の外部LEDで照明することに
よって形成される様子を示している。
【0020】図5は、主光源102及び補助光源104
が交互に作動して光線をフォトダイオード106へ送る
時の本発明の濃度計の作用を示している。本発明の好適
な実施例では、主光源102及び補助光源104が妥当
な高速度で、好ましくは毎秒1000サイクル程度で交
互にオン・オフされる。すなわち、サイクルの最初の部
分では光源102だけが励起され、サイクルの第2部分
では補助光源104だけが励起される。図5は、主光源
102及び補助光源104のこの交互作動に応答してフ
ォトダイオード106から発生する信号出力を示す信号
図である。主光源102が励起されているサイクル部分
では、(図1に線122で示されているように)光源1
02からの光が直接的に集束することによって、図5に
1 で示されている、R+S(直接反射光+散乱光)の
輝度を表す比較的高い電圧出力がフォトダイオード10
6から発生する。補助光源104が励起される各サイク
ルの第2部分では、フォトダイオード106に直接的に
集束される光線はほとんどまったくなく、従ってフォト
ダイオード106で検出される光はすべてSを表す散乱
光(図1に線124で示されている)に関連したもので
ある。S散乱光成分と同じである、補助光源104から
の光線に応答したフォトダイオード106からの出力
は、図5に電圧V2 として示されている。
【0021】V1 の値はR+Sを表し、出力V2 はSだ
けを表しているので、V1 −V2 はR成分の値だけを表
し、これはトナー領域被覆度を決定するための最も正確
な測定可能値である。主光源102及び補助光源104
を交互に作動させることによって、図5に示されている
方形波出力が得られる。この出力の周波数は、必然的に
光源の交互励起頻度と同じであり、従って毎秒1000
サイクル程度であることが好ましい。R+S及びSの絶
対値は、LEDまたは他の装置の特定の形式を選択する
ことによって装置に設計することができる。好ましく
は、フォトダイオード106で検出された信号S及びR
+Sが正確に同じ尺度に基づき、R+SからSを電子的
に差し引くことが容易になるように、光源102及び1
04の相対的輝度を定める。
【0022】図6は、光源102及び104を交互に励
起し、フォトダイオード106で光を検出してR+S信
号からS成分を分離するための簡略化された回路の概略
図である。様々な変更形の適当な回路を用いることもで
きることは、当業者には明らかであろう。図6の上側
に、単一のLED102として示されている主光源10
2及び並列LED列として示されている補助光源104
を交互に作動させる回路が示されている。フリップフロ
ップ200の逆出力がD入力を駆動することによって、
それが外部周波数源からの各クロック遷移CKで連続的
に状態をトグルするようになっている。トランジスタス
イッチ202及び204が光源102及び104を作動
させるための単一電力ドライバとして作用しており、そ
れら光源は必要に応じて外部電源に直接に接続すること
もできる。
【0023】光源102及び104に対応したLEDか
ら発生した光が、測定中の感光ベルト10上のサンプル
領域に当たってから、図6に点線で示されているように
フォトダイオード106で検出される。光源102及び
104が交互に作動する時、フォトダイオード106の
出力はほぼ方形波となる。図示のように、フォトダイオ
ード106は2段階固定利得交流増幅回路に接続してお
り、それは安定したアナログ出力信号を発生する。R+
S及びSに対応した信号の相対強さを調節するために様
々な技法を用いることができ、例えば製造中に校正でき
る簡単な電位差計制御がある。加えられるダイオード輝
度を適当な比にすると、方形波出力の振幅V2 −V1
体が差(R+S)−Sに、従って所望値Rの直接的な測
定値に比例する。方形波信号は、コンピュータデータ収
集システムにおいてV1 からV2を数値減算し、残った
差の値をフォトダイオード106に反射した光のR成分
として解釈し、次にそれを利用してトナー領域被覆度の
正確な測定値を算出する当業者には明らかな従来形アナ
ログ/デジタル測定技法によるV1 及びV2 の連続値の
コンピュータサンプリングによって交互に処理される。
【0024】比較的高い頻度で光源102及び104を
作動させる利点として、感光ベルト10が比較的高速で
移動している電子写真装置の実際の作動において、作動
の頻度が高いことによって、感光ベルト10が濃度計上
を通過する時に濃度計は感光ベルト上のほぼ同じ小領域
(例えばテストパッチ)の測定を行うことができる。好
ましくは、S及びR+Sの多数の個々の測定値、または
テストパッチの通過毎に蓄積された一連の連続値を取っ
て、データの平均化を行うことによって、より正確で信
頼性の高い結果を得ることができるようにする。
【0025】光源102及び104を交互に作動させ、
フォトダイオード106からの出力信号に方形波を発生
することによって、増幅装置の交流ベース設計が可能と
なる。直流装置ではなく、有効な交流装置で作動する利
点は公知である。連続測定の示差性によって、コモンモ
ード応答が他の光源からの背景光等の望ましくない入力
から高か的に削除される。また、高利得直流増幅回路に
一般的に関連するドリフト及び安定性の問題をほとんど
伴うことなく、交流信号の利得を非常に高くすることが
できることが理解されるであろう。また、同じ増幅装置
が両方の信号に用いられているため、S及びR+S信号
を個別に増幅する場合にように回路部材を正確に一致さ
せたり、長時間の安定を維持する必要がない。交流信号
の利得を非常に高くすることができるため、LED励起
電力を低くしても、強くはっきりした信号を発生するこ
とができる。同期検出及び積分装置を用いることによっ
て、ノイズの大きい背景から微細な信号を抽出すること
ができる。全体として、直流方法に較べれば、数が少な
く低価格の部材で比較的正確な結果を得ることができ
る。
【0026】以上、本発明を好適な実施例について説明
してきたが、本発明の精神の範囲内において様々な変更
を加えることが可能であることは当業者には明らかであ
ろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による濃度計の縦断面図である。
【図2】 図1の濃度計の分解図である。
【図3】 フォトダイオードによって検出された直接反
射光と散乱光との間の典型的な関係を示すグラフであ
る。
【図4】 A〜Eは、本発明による濃度計の光源の可能
な配置を示す一連の平面図である。
【図5】 本発明による濃度計のフォトダイオードの典
型的な出力を示す信号図である。
【図6】 本発明の実施例に適した回路図である。
【符号の説明】 10 ベルト、51 赤外線濃度計、96 ハウジン
グ、97 室、98 カバー、100 印刷回路配線基
板、102 主光源、104 補助光源、106フォト
ダイオード、107 集積回路チップ、108 コネク
タ、110 上表面、112 V字形窪み、114,1
16 集光レンズ、118 開口、120ハウジング、
122 サイクル部分、124 散乱光

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面の選択領域の反射率を測定するため
    の、次のものを含む装置:選択領域から反射した1対の
    光線を発生する手段と;前記対の光線の一方を集束させ
    ることによってその集束反射光を感知し、選択領域から
    反射した前記対の光線の他方を集束させないことによっ
    てその不集束反射光を感知する光電検出器と;光電検出
    器に作動連結されて、表面の選択領域から光電検出器へ
    反射した光線の直接反射率を表す信号を光電検出器で検
    出された集束反射光及び不集束反射光の関数として算出
    する処理手段。
JP11178393A 1992-05-18 1993-05-13 表面の選択領域の反射率を測定するための装置 Expired - Fee Related JP3327623B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/884,977 US5204538A (en) 1992-05-18 1992-05-18 Densitometer for an electrophotographic printer using focused and unfocused reflecting beams
US884977 1992-05-18

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Publication Number Publication Date
JPH0634538A true JPH0634538A (ja) 1994-02-08
JP3327623B2 JP3327623B2 (ja) 2002-09-24

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US (1) US5204538A (ja)
EP (1) EP0571118B1 (ja)
JP (1) JP3327623B2 (ja)
DE (1) DE69320249T2 (ja)

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