DE4124404A1 - Bilderzeugungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bilderzeugungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und betrifft insbesondere eine Bilderzeugungseinrichtung nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1, bei welcher das Oberflächenpotential eines photo­ leitfähigen Elements mittels eines Fühlers gefühlt wird und eine Bilderzeugungvoraussetzung oder -voraussetzungen auf der Basis des gefühlten Oberflächenpotentials gesteuert werden.

Ein Kopierer, ein Laserdrucker oder -printer, eine Faksimile- Sende-Empfangseinheit gehören zur Familie von Bilderzeugungs­ einrichtungen der beschriebenen Art. Bei einem Kopierer ist es in der Praxis beispielsweise allgemein üblich, die gelade­ ne Oberfläche des photoleitfähigen Elements mittels Licht zu beleuchten, welches ein Vorlagenbild darstellt. Um die Qualität eines wiedergegebenen Bildes zu steigern, wird bei dem Kopierer das Oberflächenpotential des photoleitfähigen Elements mittels eines berührungslosen Sensors gefühlt, und die Entwicklungs-Vorspannung oder ein ähnlicher Bilder­ zeugungsparameter wird in Anpassung an das gefühlte Ober­ flächenpotential gesteuert. Die Schwierigkeit bei einem sol­ chen Kopierer besteht darin, daß der Abstand zwischen dem Sensor und der Oberfläche des photoleitfähigen Teils und folg­ lich das Ausgangssignal des Sensors infolge von mechanischen Unregelmäßigkeiten nicht konstant ist. Sollte der Bilderzeu­ gungsparameter auf der Basis eines solchen Ausgangssignals des Sensors gesteuert werden, würde das sich ergebende Bild eine Abweichung in der Stellung (notch) aufweisen.

Daher ist bereits ein berührungsloser Sensor mit einer Abstands­ kompensationsschaltung vorgeschlagen worden, welche jedoch ebenfalls nicht vollständig frei von dem Einfluß der Unregel­ mäßigkeit im Abstand zwischen dem Sensor und dem photoleit­ fähigen Element ist. Außerdem würde eine Bilderzeugungsein­ richtung mit einer derartigen zusätzlichen Schaltung teuer sein.

Zur genauen Messung eines Oberflächenpotentials kann ein ganz bestimmter Referenz-Potentialbereich auf der Oberfläche des photoleitfähigen Elements vorgesehen werden, wie in der offen­ gelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 55 356/1980 beschrie­ ben ist. Das Oberflächenpotential des Referenz-Potentialsbe­ reichs wird mittels eines berührungslosen Potentialsensors gefühlt, während das Potential des übrigen Bereichs durch ei­ nen weiteren berührungslosen Potentialsensor geführt wird. Das Oberflächenpotential des photoleitfähigen Elements wird dann auf der Basis des Ergebnisses einer Differenzverstärkung der gefühlten zwei Oberflächenpotentiale bestimmt. Bei dieser Lösung ergibt sich jedoch die weitere Schwierigkeit, daß ein Teil der Oberfläche des photoleitfähigen Elements nicht von dem Referenz-Potentialbereich belegt ist und damit Oberhaupt nicht in den Bilderzeugungsbetrieb einzubringen ist, d. h. die Oberfläche des Elements nicht wirksam verwendet wer­ den kann.

Gemäß der Erfindung soll daher eine Bilderzeugungseinrichtung geschaffen werden, bei welcher das Oberflächenpotential eines photoleitfähigen Elements genau gemessen werden kann, ohne durch die Unregelmäßigkeit im Abstand zwischen einem berührungs­ losen Potentialsensor und der Oberfläche des photoleitfähigen Elements beeinflußt zu werden. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Bilderzeugungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil er­ reicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche. Somit ist durch die Erfindung eine insgesamt verbesserte Bilderzeugungseinrichtung mit ei­ nem photoleitfähigen Element geschaffen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus­ führungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnun­ gen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, in welchem schematisch eine Bilderzeugungseinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt ist, welche als ein Kopierer ausge­ führt ist;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, in welchem schematisch ein Teil eines Vorspannungssteuersystems wiedergegeben ist, das in der Ausführungsform enthalten ist;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, in welchem eine spezielle PWM­ (Pulsbreitenmodulations-) Signalwellenform wieder­ gegeben ist, welche von einem in Fig. 2 dargestell­ ten PWM-Generator zu erzeugen ist;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer spezifischen Ausführung eines in Fig. 1 dargestellten berührungslosen Potentialfühlers;

Fig. 5a und 5b Flußdiagramme von spezifischen Operationen einer Zentraleinheit (CPU) in der Schaltungsanord­ nung der Fig. 2;

Fig. 6 einen Graphen, welcher eine Ein-Ausgangskennlinie des in Fig. 1 dargestellten Potentialsensors wieder­ gibt;

Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht eines Abstandes bzw. Zwischenraumes zwischen der Oberfläche eines photoleitfähigen Elements und einem berührungslo­ sen Potentialsensor, und

Fig. 8 einen Graphen, welcher eine Beziehung der Ein- Ausgangskennlinie eines berührungslosen Poten­ tialsensors an dem in Fig. 7 dargestellten Abstand oder Zwischenraum wiedergibt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird kurz eine her­ kömmliche Bilderzeugungseinrichtung der Art beschrieben, zu welcher auch die Erfindung gehört. Bei einer Bilderzeugungs­ einrichtung ist es üblich gewesen, das Oberflächenpotential eines photoleitfähigen Elements durch einen berührungslosen Sensor zu fühlen, und die Entwicklungs-Vorspannung oder ei­ nen entsprechenden Parameter auf der Basis des gefühlten Oberflächenpotentials einzustellen, um dadurch die Bildqua­ lität zu erhöhen. Das Problem bei dieser Ausführung besteht darin, daß der Abstand zwischen dem Sensor und der Oberflä­ che des photoleitfähigen Elements und daher das Ausgangssig­ nal des Sensors sich infolge mechanischer Unregelmäßigkeiten ändert, wie eingangs bereits ausgeführt ist.

Insbesondere in Fig. 7 und 8 sind eine Beziehung zwischen dem Abstand oder Zwischenraum d zwischen dem berührungslosen Sensor 70 und der Oberfläche des photoleitfähigen Elements 80 bzw. eine Beziehung zwischen dem Eingang- und Ausgangssig­ nals des Sensors 70 dargestellt. Das Eingang- und Ausgangsig­ nal des Sensors 70 ist das Oberflächenpotenial des photoleit­ fähigen Elements 80 bzw. die entsprechende Signalspannung. Beispielsweise ist, selbst wenn der Sensor 70 und das photo­ leitfähige Element 80 so positioniert sind, daß dazwischen ein Zwischenraum d_o festgelegt ist, infolge mechanischer Unregel­ mäßigkeiten der tatsächliche Abstand d₁ oder d₂. Folglich weicht die Spannung V₁ oder V₂, welche dem Zwischraum d₁ oder d₂ entspricht, von der Spannung V_o ab, welche dem vorgesehenen Abstand d_o entspricht. Die Differenz zwischen den Spannungen V_o und V₁ soll groß sein, d. h. |V_o-V₁|/V_o ist 0,1. Dann wird, obwohl das tatsächliche Oberflächenpotential des photo­ leitfähigen Elements 80 800 V ist, 880 V gefühlt, wenn der Ab­ stand d₁ ist. Wenn eine Vorspannung angelegt wird, welche zu dem Oberflächenpotential von 880 V paßt, wird ein Bild mit ei­ ner entsprechenden Abweichung in seiner Stellung wiedergege­ ben.

Obwohl verschiedene Ausführungen, wie beispielsweise ein Sen­ sor mit einer Abstandskompensationsschaltung und eine spe­ zielle Meßeinrichtung vorgeschlagen worden sind, wie vorste­ hend bereits ausgeführt ist, ist keiner dieser Lösungsvor­ schläge voll zufriedenstellend.

In Fig. 1 ist eine Bilderzeugungseinrichtung gemäß der Erfin­ dung dargestellt, die beispielsweise als ein Kopiergerät aus­ geführt ist. Wie dargestellt, hat der Kopierer eine Glas­ platte 1, auf welcher eine Vorlage 2 gelegt wird. Die Optik 3 enthält eine Lampe 3a und eine Anzahl Spiegel und tastet die Vorlage 2 synchron mit der Drehbewegung eines photoleitfähi­ gen Elements 4 ab. Die Oberfläche des photoleitfähigen Ele­ ments ist mittels eines Hauptladers 5 mit einem vorherbestimm­ ten, hohen Potential gleichförmig geladen worden. Während die Lampe 3a die Vorlage 2 beleuchtet, trifft die daraus resul­ tierende Reflexion von der Vorlage 2 auf die geladene Ober­ fläche 4a des photoleitfähigen Elements 4, wodurch auf diesem elektrostatisch ein latentes Bild erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die geladene Oberfläche des photoleitfähigen Elements 4 außer für dessen Bilderzeugungsbereich mittels einer Löscheinheit 6 entladen worden. Mittels einer Entwick­ lungseinheit 7 wird das latente Bild mittels eines Toners in ein Tonerbild entwickelt.

Mittels eines Transferladers 8 wird das Tonerbild auf ein Aufzeichnungsmedium in Form eines nicht dargestellten Blattes übertragen, welches von einem nicht dargestellten Blattzuführ­ abschnitt in der Weise zugeführt wird, daß es zu einem vorher­ bestimmten Zeitpunkt zu der Oberfläche 4a des photoleitfä­ higen Elements 4 paßt. Ein Trennlader 9 trennt das Aufzeich­ nungsblatt mit dem Tonerbild von dem photoleitfähigen Element 4. Danach wird mittels einer Reinigungseinheit 10 der Toner entfernt, welcher auf der Oberfläche 4a des photoleitfähigen Elements 4 verblieben ist. Das Aufzeichnungsblatt wird mit­ tels eines Bandes 11 zu einer Fixiereinheit 12 transportiert. Mittels der Fixiereinheit 12 wird das Tonerbild durch Wärme auf dem Aufzeichnungsblatt fixiert. Dann wird das Aufzeich­ nungsblatt über eine nicht dargestellte Blattaustraganordnung aus dem Kopierer ausgetragen.

In der dargestellten Ausführungsform ist ein berührungsloser Potentialsensor 20 an einer Stelle unmittelbar vor der Ent­ wicklungseinheit 7 angeordnet. Eine derartige Position des Sensors 20 schafft einen ausreichenden Spielraum hinsicht­ lich der Ansprechzeit des photoleitfähigen Elements 4, d. h. der Sensor 20 ist in einem hinreichenden Abstand von der Position angeordnet, in welcher das Element 4 bildmäßig zu belichten ist. Zum Heizen des Elements 4 ist ein Heizelement 13 in dem photoleitfähigen Element 4 untergebracht. Ein nicht dargestellter Temperaturfühler oder Thermistor zum Steuern der Temperatur des photoleitfähigen Elements 4 ist neben dem Potentialsensor 20 in der zu der Blattoberfläche der Fig. 1 senkrechten Richtung angeordnet, um so effektiv den begrenzten Platz um das Element 4 zu nutzen. Der Ther­ mistor ist an dem photoleitfähigen Element 4 in Anlage ge­ halten, außer wenn das photoleitfähige Element 4 auszuwech­ seln ist. Während der Potentialsensor 20 das Oberflächenpo­ tential des photoleitfähigen Elements 4 fühlt, wird die Entwicklungs-Vorspannung auf der Basis des gefühlten Ober­ flächenpotentials gesteuert.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung zum Steuern der Vor­ spannung dargestellt, welche an die in Fig. 1 dargestellte Ent­ wicklungseinheit 7 anzulegen ist. Wie dargestellt, setzt ein Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 30 das analoge Ausgangssignal des Potentialsensors 20 in ein digitales Signal um. Anhand des digitalen Ausgangssignals bestimmt ein Mikrocomputer oder eine Zentraleinheit (CPU) 40 das genaue Oberflächenpotential des photoleitfähigen Elements 4 durch eine Prozedur, welche noch beschrieben wird. Das Oberflächenpotential, das so mittels der Zentraleinheit 40 bestimmt worden ist, wird bezüglich der Entwicklungs-Vorspannung rückgekoppelt. Folglich kann, selbst wenn sich die Kenndaten des photoleitfähigen Elements 4 bei­ spielsweise infolge Alterung ändern, verhindert werden, daß die Qualität eines aufgezeichneten Bildes schlechter wird. In dieser Ausführungsform erzeugt ein PWM-(Pulsbreiten-Modula­ tions-)Generator 50 eine PWM-Signalwellenform, um dadurch die Vorspannung festzulegen, welche durch eine Hochspannungs­ oder Vorspannungsquelle 60 zu erzeugen ist.

Eine spezifische PWM-Signalwellenform, welche der PWM-Genera­ tor 50 erzeugt, ist in Fig. 3 dargestellt. Die in Fig. 3 darge­ stellte PWM-Signalwellenform hat eine Periode von 1 ms und eine Pulsbreite von 0,6 ms (ein Tastverhältnis von 60%). Der Impulsbreite von 0,6 ms ist eine Vorspannung von 600 V zuge­ ordnet. Es ist eine Vorspannung von 100 V zu erhalten, wenn die Pulsbreite auf 0,1 ms verringert wird, während eine Vor­ spannung von 800 V erreichbar ist, wenn die Pulsbreite auf 0,8 ms erhöht wird.

In Fig. 4 ist eine spezielle Ausführung des Potentialsen­ sors 20 dargestellt. Der Potentialsensor 20 besteht aus einem Fühlabschnitt 20a, einem Wechselspannung verstärkenden Abschnitt 20b, einem gleichrichtenden Abschnitt 20c, einem Gleichspannung verstärkenden Abschnitt 20d und einem Stimmgabel-Ansteuerab­ schnitt 20e. Der Stimmgabel-Ansteuerabschnitt 20e steuert eine Stimmgabel an, welche in dem Fühlabschnitt 20a vorgesehen ist. Wenn die Stimmgabel durch den Stimmgabel-Ansteuerab­ schnitt 20e zum Schwingen gebracht wird, gibt der Fühlab­ schnitt 20a ein gefühltes Wechselspannungspotential ab. Das gefühlte Wechselspannungspotential wird über den Wechselspan­ nung verstärkenden Abschnitt 20b, den gleichrichtenden Ab­ schnitt 20c und den Gleichspannung verstärkenden Abschnitt 20d geleitet, wodurch eine Gleichspannung erhalten wird.

Anhand von Fig. 5a und 5b werden nunmehr spezifische Opera­ tionen der Zentraleinheit (CPU) 40 beschrieben. Hierbei zeigt

Fig. 5a insbesondere eine Prozedur, um eine lineare Gleichung zu bestimmen, welche die Bezugs-Eingangs-Ausgangs-Kennlinie des Potentialsensors darstellt ("Sensor-Kalibrierung"). Wenn bei dieser Prozedur die Energiequelle eingeschaltet wird (Schritt 1), löscht die Zentraleinheit 40 ein Flag F, was noch beschrieben wird (Schritt 2). Dann bestimmt die Zentral­ einheit 40, ob die photoleitfähige Schicht, welche die Ober­ fläche des photoleitfähigen Elements 4 darstellt, auf Null­ potential gehalten ist oder nicht (Schritt 3). Wenn die Ant­ wort beim Schritt 3 nein ist, stellt die Zentraleinheit 40 Nullpotential an der photoleitfähigen Schicht durch ein Un­ terprogramm "Nullpotential-Verarbeitung", wie beispielsweise eine Beleuchtung an (Schritt 4). In der dargestellten Aus­ führungsform ist das photoleitfähige Element 4 durch einen Träger in Form einer Aluminiumtrommel und durch eine photo­ leitfähige Selenschicht ausgeführt, welche auf der hochglanz­ polierten Oberfläche des Trägers aufgebracht ist. Wenn in dieser Ausführung das Potential der photoleitfähigen Schicht null bezüglich des Aluminiumträgers ist, ist das Oberflächen­ potential der photoleitfähigen Schicht dasselbe wie das Poten­ tial des Aluminiumträgers. Zu diesem Zeitpunkt besteht dann die Voraussetzung, daß der Aluminiumträger bezüglich des Ge­ häuses des Kopierers potential- bzw. erdfrei ist. Folglich ist, wenn eine Spannung an den Aluminiumträger angelegt wird, das Potential des Trägers dasselbe wie die angelegte Span­ nung.

Anschließend legt, wie in Fig. 6 dargestellt ist, die Zentral­ einheit 40 100 V an den Aluminiumträger des photoleitfähigen Elements 4 an (Schritt 5). Dann liest die Zentraleinheit 40 einen Wert, welcher dem daraus resultierten Ausgangswert des Potentialsensors 20 entspricht, und bestimmt, ob er eine gefühlte Signalspannung Va ist (Schritte 6 und 7). In der Aus­ führungsform wird die Spannung von 100 V über ein Relais von einer Hochspannung liefernden Vorspannungsquelle 60 aus ange­ legt. Danach legt die Zentraleinheit 40 800 V von der Vorspan­ nungsquelle 60 aus an den Alumiumträger an (Schritt 8) und be­ stimmt einen Wert, welcher dem daraus resultierenden Ausgangs­ wert des Sensors 20 entspricht, als eine weitere gefühlte Signalspannung Vb (Schritte 9 und 10). Basierend auf der Tat­ sache, daß die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie des Potentialsen­ sors 230 linear ist, erzeugt die Zentraleinheit 40 die fol­ gende lineare Gleichung (Werte von a und b) aus den zwei Punkten, welche bei den Schritten 5 bis 10 bestimmt worden sind:

Y = aX + b (1)

Die Zentraleinheit 40 schreibt eine solche lineare Gleichung in einen nicht dargestellten Speicher (Schritte 11 und 12). Anschließend setzt die Zentraleinheit 40 das vorher erwähnte Flag F, welches anzeigt, daß die lineare Gleichung oder die Bezugsgröße eingestellt worden ist (Schritt 13).

Wie vorstehend ausgeführt, wird bei der wiedergegebenen Aus­ führungsform für jedes Gerät eine lineare Gleichung oder Be­ zugsgröße eingestellt, welche die Eingangs-Ausgangskennlinie des Potentialsensors darstellt. Selbst wenn der tatsächliche Abstand oder Zwischenraum d zwischen dem Sensor 20 und dem photoleitfähigen Element 4 gegenüber dem vorgesehenen Abstand abweicht, können folglich auf der Basis der linearen Gleichung Oberflächenpotentiale genau berechnet werden.

Obwohl bei der Ausführungsform eine Berechnung mit Hilfe der linearen Gleichung, d. h. der Werte a und b jedesmal dann durchgeführt wird, wenn die Energiequelle angeschaltet wird, kann die Berechnung auch periodisch bewirkt werden, wobei die sich ergebenen Koeffizienten a und b in einem leistungs­ unabhängigen Speicher gespeichert werden.

In Fig. 5b ist eine Prozedur "Vorspannung einstellen" wieder­ gegeben, welche die Zentraleinheit (CPU) 40 durchführt, um die Vorspannung entsprechend dem Ausgangswert des Potentialsen­ sors 20 zu steuern. Zuerst prüft die Zentraleinheit 40 das Flag F, um zu sehen, ob die lineare Gleichung (Fig. 5a) einge­ stellt worden ist. Wenn die Antwort beim Schritt 21 nein ist, führt die Zentraleinheit 40 die anschließenden Schritte nicht durch, da es ziemlich wahrscheinlich ist, daß das mittels des Sensors 20 zu fühlende Potential nicht das genaue Oberflä­ chenpotential des photoleitfähigen Elements 4 ist. Wenn das Flag F gesetzt worden ist,was beim Schritt 21 festgestellt wird, bestimmt die Zentraleinheit 40, ob der Sensor 20 das Oberflächenpotential des photoleitfähigen Elements 4 gefühlt hat oder nicht (Schritt 22). Wenn die Antwort bezüglich des Schrittes 22 ja ist, liest die Zentraleinheit 40 einen Wert, welcher den Potentialdaten entspricht, und setzt ihn als ei­ nen Wert Y₁ fest (Schritt 23). Die Zentraleinheit 40 setzt dann den Wert Y₁ für den Wert Y in der G1.(1) ein, um dadurch das Oberflächenpotential X₁ des photoleitfähigen Elements 4 zu bestimmen. Dann setzt die Zentraleinheit 40 eine Vorspan­ nung fest, welche zu dem Oberflächenpotential paßt, und be­ wirkt, daß der PWM-Generator 50 die PWM-Signalwellenform er­ zeugt (Fig. 3), welche zu der festgelegten Vorspannung paßt (Schritte 25 und 26).

Gemäß der Erfindung wird eine lineare Gleichung, welche die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie eines Potentialsensors darstellt, als eine Bezugsgröße erzeugt, und ein Oberflächenpotential, welches genau der Ausgangsspannung des Potentialsensors ent­ spricht, wird mit Hilfe der lineare Gleichung berechnet. Die Entwicklungs-Vorspannung oder ein ähnlicher Bilderzeugungs­ parameter wird in Anpassung an das berechnete Oberflächenpo­ tential entsprechend gesteuert. Hierdurch ist mit Erfolg er­ reicht, daß Oberflächenpotential-Daten frei sind von dem Einfluß aufgrund der Unregelmäßigkeit im Abstand zwischen dem Sensor und dem photoleitfähigen Element. Folglich sind genaue Bilderzeugungs-Bedingungen erreichbar, ohne daß auf einen Bezugspotentialbereich zurückgegriffen wird, welcher sonst an der Oberfläche des photoleitfähigen Elements vor­ gesehen worden ist. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, einen teueren Potentialsensor zu verwenden.

Claims (3)

1. Bilderzeugungseinrichtung, bei welcher die Oberfläche ei­ nes photoleitfähigen Elements gleichförmig geladen wird, die geladene Oberfläche des photoleitfähigen Elements bildweise belichtet wird, um elektrostatisch ein latentes Bild zu erzeugen, und bei welcher das latente Bild entwickelt wird, gekennzeichnet durch
eine Oberflächenpotential-Fühleinrichtung (20) zum Fühlen eines Oberflächenpotentials des photoleitfähigen Elements (4), um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches das gefühlte Oberflä­ chenpotential darstellt, und
eine Steuereinrichtung (40), welche auf das Ausgangssignal der Oberflächenpotential-Fühleinrichtung (20) anspricht, um eine Bilderzeugungsvoraussetzung der Bilderzeugungseinrichtung in der Weise zu steuern, daß ein Oberflächenpotential, welches des Ausgangssignal der Oberflächenpotential-Fühlein­ richtung (20) entspricht, auf der Basis einer linearen Glei­ chung berechnet wird, welche eine Bezugsgröße ist, welche die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie der Oberflächenpotential-Fühlein­ richtung (20) darstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) nacheinander verschiedene Spannungen an eine Unterlage anlegt, welche in dem photoleitfähigen Element (4) enthalten ist, und dann eine Korrelation zwischen den daraus resultierenden Potentialen, welche mittels der Oberflächenpotential-Fühleinrichtung (20) gefühlt worden sind, und den Oberflächenpotentialen des pho­ toleitfähigen Elements (4) festlegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) eine Zentral­ einheit (CPU) aufweist.