CN102192710A - 测量设备和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量设备和测量方法。利用光照射形成在图像形成设备的图像承载体上的调色剂图像的多个位置。光接收单元的多个光接收元件接收在所述调色剂图像的所述多个位置处反射的多个反射光。检测与所接收到的所述多个反射光各自相对应的所述光接收单元的光接收位置。基于所检测到的光接收位置来确定所述调色剂图像的所述多个位置各自的调色剂高度。

Description

测量设备和测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量设备和测量方法。

背景技术

图像形成设备使用电子照相法所形成的图像的颜色可能由于各种参数的变化而变化。特别地，显影和转印处理极大地受到颜色变化的影响，并且存在诸如温度和湿度的变化等的环境变化以及潜像电位、调色剂供给量和转印效率等的变化。由于该原因，即使在进行图像形成时使用预定装置设置的情况下，施加至感光鼓和转印带的调色剂的量也不稳定。

对感光鼓或转印带上的调色剂附着量进行测量，以维持稳定的显影和转印处理。基于测量结果，对曝光量、显影电压和转印电流等进行反馈控制，从而抑制颜色的变化。

传统的调色剂附着量测量方法利用光照射调色剂图像，并且检测反射光的量或位置。例如，日本特开平8-327331或日本特开平4-156479所公开的方法对利用光照射图像承载体(调色剂片(toner patch)的底层)时所获得的反射光量以及利用光照射调色剂片时所获得的反射光量进行检测，并且基于反射光量的变化来测量调色剂附着量。基于测量出的量来控制图像浓度参数。

注意，在基于反射光量进行调色剂附着量测量时，已知有根据要测量的调色剂的颜色来改变光接收元件的光学配置的技术。在进行黑色调色剂(K)测量时，通过承载体(底层)和调色剂片来反射由光源发出的光。安装在镜面反射位置的光接收元件检测镜面反射光量的变化，从而测量调色剂附着量。另一方面，在进行彩色调色剂(CMY)测量时，光接收元件接收由承载体(底层)和调色剂片漫反射的光，并检测漫反射光量的变化，从而测量调色剂附着量。

日本特开2007-199591公开了通过使用激光位移计测量调色剂片的厚度(层厚度)来检测调色剂附着量的方法。点光源照射图像承载体，并且反射光在与施加至承载体的调色剂片的厚度相对应的位置处进行图像形成。PSD(Position SensingDevice，位置感测装置)检测图像形成位置的变化，以测量调色剂附着量。基于测量结果进行图像形成***的图像浓度参数的反馈控制。

注意，在基于反射位置测量调色剂附着量时，由于测量了调色剂片的物理形状，因此使得可以不依赖于调色剂颜色而进行调色剂附着量测量。

本发明人已经提出了如下方法：利用激光束照射调色剂片，基于反射光量和反射光位置这两者的信息测量调色剂附着量，并且在向精确获得了多个信息的测量区域中的测量数据分配权重的情况下计算调色剂附着量。

在传统的调色剂附着量测量中，当测量图像形成设备中的转印带上的调色剂片层厚度时，如图1所示，获得了包括随机噪声的调色剂片层厚度分布。随机噪声是由于调色剂表面形状和转印带表面形状的不均匀或激光光斑中的反射光的不均匀而产生的，并且成为调色剂层厚度测量的精度下降的主要因素。

为了减少随机噪声并提高测量精度，平均化是有效的。在进行平均化时，有必要在图像形成设备中测量尽可能多的多个相同片。图2示出在转印带上的调色剂附着量测量期间平均距离和传感器输出的标准误差之间的关系。也就是说，图2示出平均化和测量精度之间的关系。从图2显然可知，需要进行尽可能多的次数的平均化，以获得更高的测量精度。

然而，为了获得实际使用所需的测量精度，需要形成大量的相同片。这增加了调色剂消耗和测量时间。

另外，除了随机噪声以外，由于转印带或感光鼓的辊的偏心或振动所引起的长周期的波动也成为测量精度下降的主要因素。

发明内容

本发明提供了一种在调色剂附着量测量中能够同时测量多个测量点的调色剂高度传感器。

根据本发明的一方面，提供一种测量设备，用于测量形成在图像形成设备的图像承载体上的调色剂图像的调色剂高度，所述测量设备包括：照射单元，用于利用光照射所述调色剂图像的多个位置；光接收单元，其具有多个光接收元件，并且用于接收在所述调色剂图像的所述多个位置处反射的多个反射光；以及确定单元，用于检测所述光接收单元的、与由所述多个光接收元件所接收到的所述多个反射光分别相对应的光接收位置，并且基于所检测到的光接收位置来确定所述调色剂图像的所述多个位置中的各个位置处的调色剂高度。

根据本发明的另一方面，提供一种测量设备的测量方法，所述测量设备用于测量形成在图像形成设备的图像承载体上的调色剂图像的调色剂高度，所述测量方法包括以下步骤：利用光照射所述调色剂图像的多个位置；使具有多个光接收元件的光接收单元接收在所述调色剂图像的所述多个位置处反射的多个反射光；以及检测所述光接收单元的、与由所述多个光接收元件所接收到的所述多个反射光分别相对应的光接收位置，并且基于所检测到的光接收位置来确定所述调色剂图像的所述多个位置中的各个位置处的调色剂高度。

通过以下(参考附图)对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出包括随机噪声的调色剂层厚度分布的图；

图2是示出在转印带上的调色剂附着量测量期间平均距离和传感器输出的标准误差之间的关系的图；

图3是示出使用电子照相法的图像形成设备的打印机引擎的结构的示例的图；

图4是示出基于调色剂附着量的打印机引擎的处理的控制框图；

图5是示出形成在转印带上的调色剂片的图；

图6是示出根据本实施例的调色剂附着量测量设备的结构的示例的图；

图7是用于说明转印带上的调色剂附着量测量的图；

图8是示出调色剂附着量测量设备的光照射单元的细节的图；

图9是示出计算单元606的调色剂附着量计算处理的流程图；

图10是示出波形数据的区域分割的图；

图11是用于说明调色剂高度和调色剂反射光量的计算的图；

图12是示出根据变形例的转印带上的调色剂附着量测量的图；

图13是示出根据变形例的调色剂附着量计算处理的流程图；以及

图14是示出根据变形例的底层校正的示例的图。

具体实施方式

现在将参考附图详细说明用于执行本发明的模式。在本实施例中，将说明如下的测量设备：测量形成在使用电子照相法的图像形成设备的图像承载体上的调色剂图像的调色剂附着量。

打印机引擎中的调色剂片测量

图3是示出使用电子照相法的图像形成设备的打印机引擎的结构的示例的图。如图3所示，打印机引擎包括感光鼓301、曝光用激光器302、多面镜303、充电辊304、显影器305、用作图像承载体的转印带306、以及调色剂附着量测量设备310。注意，在图3所示的图像形成设备中，仅示出出现在以下说明中的组成元件，并且省略了剩余组成元件。

首先，充电辊304对感光鼓301的表面进行充电，并且曝光用激光器302和多面镜303对感光鼓301的表面曝光，从而创建静电潜像。然后，显影器305在感光鼓301的表面上显影调色剂片320。在将调色剂片从感光鼓301转印至转印带306之后，所安装的调色剂附着量测量设备310测量转印带306上的调色剂片320的调色剂附着量。注意，调色剂附着量测量不局限于此，并且例如，还可以在显影器305已经在感光鼓301上显影了调色剂片之后在感光鼓301的表面上进行调色剂附着量测量。

使用调色剂附着量测量设备的反馈控制

图4是示出基于由调色剂附着量测量设备所测量出的附着量数据进行控制的打印机引擎的处理的控制框图。注意，图4仅示出了出现在以下说明中的组成元件，并且省略了剩余组成元件。

首先，调色剂附着量测量设备310测量在转印之后施加至转印带306的调色剂片320的附着量(调色剂量感测)，并且将测量出的调色剂附着量数据410反馈至各控制。在该示例中，将该数据反馈至曝光控制401、调色剂供给控制402和转印控制403。注意，如图5所示，要测量的调色剂片例如包括具有低浓度到高浓度的青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(K)调色剂图像。

接着，基于所反馈的调色剂附着量数据410进行曝光控制401、调色剂供给控制402和转印控制403的处理。更具体地，通过校正调色剂浓度的γ特性来执行曝光控制401。

测量调色剂附着量，并且以上述方式基于测量结果进行反馈控制。这使得可以抑制处理的不稳定性并且有助于颜色稳定。

调色剂附着量测量设备的结构

图6是示出根据本实施例的调色剂附着量测量设备的结构的示例的图。调色剂附着量测量设备310包括光照射单元、摄像单元和计算单元606，其中，光照射单元由激光源601、聚光透镜602和衍射光栅603构成，摄像单元由光接收透镜604和CMOS线传感器605构成。计算单元606包括A/D转换单元607、存储单元608和调色剂量计算单元609。

激光源601利用光照射承载体(底层)和调色剂片320。聚光透镜602将激光束聚集为小的光斑。衍射光栅603将已穿过聚光透镜602的激光束分为多个束。光接收透镜604将由调色剂片320反射的多个光束在CMOS线传感器605上形成图像。CMOS线传感器605拍摄由光接收透镜604进行图像形成的光的反射波形的图像。计算单元606基于从CMOS线传感器605输出的线传感器信号波形来计算调色剂附着量。注意，可以不使用衍射光栅603而是使用分束器等将激光束分为多个束。

调色剂附着量测量过程

将说明测量调色剂附着量的过程。当测量调色剂附着量时，多个激光束首先照射没有形成调色剂片320的承载体(底层)的表面部分。CMOS线传感器605检测来自承载体的漫反射光，以获得漫反射波形。接着，激光照射位置向着调色剂片320的位置移动。CMOS线传感器605检测来自调色剂片320的漫反射波形。所有的多个激光照射位置均位于调色剂片320上。

通过对从承载体(基准)和调色剂片(变化量)由此获得的反射波形数据进行(稍后要说明的)信号处理并计算检测到的数据的变化量，来计算调色剂附着量。注意，数据变化量包括反射波形峰值位置变化量和反射波形面积变化量。

调色剂附着量测量：光照射单元

接着将详细说明调色剂附着量测量中的各单元的操作。图7是用于说明打印机引擎中的转印带上的调色剂附着量测量的图。首先，来自激光源601的光穿过聚光透镜602并进入衍射光栅603。已进入衍射光栅603的光引起了衍射现象，并且由于相互干涉而将该光分为多个束。多个分割光束以预定间隔照射测量样本。

在以下说明中，激光束分为三个束。图8是示出调色剂附着量测量设备的光照射单元的细节的图。将已穿过衍射光栅603的光分割为三个光分量，即0级光、+1级光和-1级光，并且这三个光束照射测量样本。0级光的入射角假定为45°。基于衍射角θ和衍射光栅位置d_WD之间的关系，通过以下等式给出测量样本上的激光光斑间隔D1和D2：

$D1=\sqrt{2}{d}_{\mathrm{WD}}\tan \mathrm{\θ}/(1+\tan \mathrm{\θ})...\left(1\right)$

$D2=\sqrt{2}{d}_{\mathrm{WD}}\tan \mathrm{\θ}/(1+\tan \mathrm{\θ})...\left(2\right)$

当θ较小，并且能够保持tanθ＜＜1时，D1和D2还可以通过以下式子来获得：

$D1\≈D2\≈\sqrt{2}{d}_{\mathrm{WD}}\tan \mathrm{\θ}...\left(3\right)$

注意，为了获得期望的激光光斑间隔，使用上述等式确定衍射角和衍射光栅位置，并且确定衍射光栅603的形状和间距(pitch)等。

如图7所示，测量样本上的分割激光束的照射位置排列在转印带的转动方向(即，副扫描方向)和垂直方向(纵向方向，即主扫描方向)上。在本实施例中，所有的三个光束照射调色剂片320。注意，可以相对于转印带306的转动方向而倾斜地配置照射位置。

在本实施例中，当转印带306转动时，在所有三个测量位置交替地扫描调色剂片320和转印带306。

调色剂附着量测量：光接收单元

接着，由测量样本漫反射的三个光束穿过光接收透镜604，并且在一个线传感器605上形成图像。光接收透镜604和线传感器605配置在立体角内仅接收漫反射光的位置、即不包括镜面反射光的位置处。线传感器605将已进行图像形成的光转换为电信号，并将其发送至计算单元606。

线传感器605上的波形具有如图7所示的分布图案。通过将三个分割光束的漫反射波形进行合成来获得该分布图案，并且该分布图案具有三个峰。(稍后要说明的)计算单元606根据各峰的数据计算各测量点的调色剂高度信息和调色剂反射光量信息，对所获得的数据进行平均化，然后计算调色剂量。

在本实施例中，在各测量点计算调色剂高度信息和调色剂反射光量信息。代替地，可以计算各测量点的调色剂高度信息作为调色剂量。

调色剂附着量测量：计算单元

图9是示出计算单元606的调色剂附着量计算处理的流程图。计算单元606包括A/D转换单元607、存储单元608和调色剂量计算单元609。A/D转换单元607将从线传感器605输出的模拟信号转换为数字信号。调色剂量计算单元609对A/D转换单元607转换为数字信号的波形数据进行运算，从而计算调色剂量。存储单元608存储转换为数字信号的波形数据以及调色剂量计算单元609的计算结果。

通过微计算机等进行的软件处理或用户逻辑进行的硬件处理来实现调色剂量计算单元609。注意，可以通过打印机控制器或连接至打印机引擎的控制器来进行计算单元606的处理。

将说明要由调色剂量计算单元609执行的调色剂附着量计算处理。在步骤S901中，对A/D转换单元607转换为数字信号的波形数据进行区域分割，以设置各峰的区域。

在图10所示的示例中，将来自+1级光的反射光的区域定义为区域a，将来自0级光的反射光的区域定义为区域b，并且将来自-1级光的反射光的区域定义为区域c，从而将波形数据分割为三个区域。各区域包括峰及其周围区域。需要对各区域进行设置，以使得相邻光束彼此没有干涉。注意，在根据光学设计的观点预先确定出不存在相邻光的影响的区域的情况下，将该区域存储在计算单元中。

在步骤S902中，根据各设置区域中的反射光波形数据来计算各测量点的调色剂高度信息和调色剂反射光量信息。在各区域中进行该处理，并且针对各区域进行相同处理。

图11是用于说明调色剂高度和调色剂反射光量的计算的图。在调色剂量计算中，检测表示各像素区域中的漫反射波形数据的最高强度的峰值位置，以计算反射位置，从而计算承载体和调色剂片之间的反射位置变化量1101。将所获得的反射位置变化量定义为调色剂高度。

在调色剂反射光量计算中，计算各像素区域中的漫反射波形数据的峰部分的面积，从而计算承载体(底层)和调色剂片之间的面积变化量1102。将所获得的漫反射光量的变化量定义为调色剂反射光量。

注意，为了根据反射波形数据检测峰值位置，例如，能够使用如下方法：通过使用高斯函数的最小二乘法进行曲线拟合，从而在近似之后，基于高斯函数的参数进行预测运算。如通过以下等式所示，该高斯函数具有以x＝μ为中心的钟形峰：

$f\left(x\right)=\frac{A}{\sqrt{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}}\exp \{-\frac{{(x-\mathrm{\μ})}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}\}+C...\left(4\right)$

其中，μ是峰值位置，并且A是峰高度或宽度的增加/减少。

等式(4)近似为各像素区域中的反射波形数据，从而计算表示反射波形的形状的特征量作为该等式的参数值。可以使用所获得的参数的峰值位置μ作为由样本所反射的光的反射位置(分布图案的特征点)。

注意，例如，代替高斯函数，可以使用洛伦兹函数(等式(5))或二次函数(等式(6))来进行近似。可选地，代替进行近似，可以检测最大值或波形的重心作为反射位置。

$f\left(x\right)=\frac{2A}{\mathrm{\π}}\·\frac{w}{4{(x-B)}^2+w^2}+C...\left(5\right)$

f(x)＝A(x-B)²+C    ...(6)

这样，获得了三个分割光束的照射位置处的调色剂高度信息和调色剂反射光量信息。

在步骤S903中，对三个测量点处的调色剂高度信息和调色剂反射光量信息各自进行平均化，以计算调色剂高度的代表值和调色剂反射光量的代表值。注意，可以仅对容易包含随机噪声的高度数据进行平均化处理。

在步骤S904中，基于所获得的调色剂高度代表值和调色剂反射光量代表值来计算调色剂附着量。更具体地，在向精确获得了高度代表值和光量代表值的测量浓度区域中的测量数据分配权重的情况下计算调色剂附着量。注意，可以直接获得调色剂高度代表值作为调色剂附着量。

调色剂附着量测量：调色剂量反馈

调色剂附着量测量设备310将在上述步骤中获得的调色剂附着量反馈至曝光控制、调色剂供给控制和转印控制。

变形例

接着将参考附图说明本发明的实施例的变形例。图12是示出根据变形例的转印带上的调色剂附着量测量的图。在本实施例中，三个分割光束照射调色剂片，并且同时测量三个测量点。在变形例中，三个分割光束中的两个分割光束照射调色剂片330，并且另一个分割光束照射转印带，以一起测量转印带(底层)和调色剂片330。从调色剂片上的测量结果减去转印带(底层)上的测量结果使得消除了底层的波动的影响。

图13是示出根据变形例的调色剂附着量计算处理的流程图。注意，除了由于照射位置的不同而导致***了计算单元606进行的底层校正处理(S1303)，变形例的步骤S1301、S1302、S1304和S1305与图9所示的步骤S901～S904相同，并且将不重复对其的说明。

在步骤S1303中，从片330的测量点(两个点)处的所获得的调色剂高度信息减去转印带的测量点(一个点)处的底层高度信息，从而进行底层校正。图14是示出根据变形例的底层校正的示例的图。如图14的1401所示，通过测量调色剂片所获得的高度分布具有其上存在有调色剂片320的大的波动。如图14的1402所示，通过测量转印带所获得的高度分布仅具有大的波动。在底层校正处理中，从调色剂片的高度分布减去转印带(底层)的高度分布，从而如图14的1403所示，仅计算出没有波动成分的调色剂高度分布。

在本实施例中，诸如衍射光栅等的光学元件对来自一个光源的光进行分割，从而使得能够进行多个位置的同时测量。然而，提供能够照射多个位置的光源使得能够进行多个测量点的测量。因此，该结构可以包括多个光源，或者使用多束激光源。

其它实施例

还可以通过读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的***或设备的计算机(或者CPU或MPU等的装置)以及通过以下方法来实现本发明的各方面，其中***或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行该方法的各步骤。由于该目的，例如经由网络或者从用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)向计算机提供该程序。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (5)

1.一种测量设备，用于测量形成在图像形成设备的图像承载体上的调色剂图像的调色剂高度，所述测量设备包括：

照射单元，用于利用光照射所述调色剂图像的多个位置；

光接收单元，其具有多个光接收元件，并且用于接收在所述调色剂图像的所述多个位置处反射的多个反射光；以及

确定单元，用于检测所述光接收单元的、与由所述多个光接收元件所接收到的所述多个反射光分别相对应的光接收位置，并且基于所检测到的光接收位置来确定所述调色剂图像的所述多个位置中的各个位置处的调色剂高度。

2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，由所述光接收单元所接收到的反射光是在所述调色剂图像的所述多个位置处通过漫反射而反射的反射光。

3.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述光接收单元包括线传感器，并且连接所述调色剂图像的所述多个位置的直线与连接所述线传感器的所述多个光接收元件的直线平行。

4.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，还包括代表值获取单元，所述代表值获取单元用于基于由所述确定单元确定出的所述调色剂图像的所述多个位置处的调色剂高度，获取所述多个位置处的高度代表值。

5.一种测量设备的测量方法，所述测量设备用于测量形成在图像形成设备的图像承载体上的调色剂图像的调色剂高度，所述测量方法包括以下步骤：

利用光照射所述调色剂图像的多个位置；

使具有多个光接收元件的光接收单元接收在所述调色剂图像的所述多个位置处反射的多个反射光；以及

检测所述光接收单元的、与由所述多个光接收元件所接收到的所述多个反射光分别相对应的光接收位置，并且基于所检测到的光接收位置来确定所述调色剂图像的所述多个位置中的各个位置处的调色剂高度。

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