(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルプリンターにおいて、プリントされる様々な画像を生成するために用いられるデジタルピクセルに関して、現像材料の消費をより正確に評価するための改良された装置であり、デジタル画像ピクセルのカウントが累積され、上記デジタル画像ピクセルの、プリントピクセルと非プリントピクセル間のオン・オフ周波数が、プリントされる画像のいろいろな型に相当する重み係数を得るために分析され、上記オン・オフ周波数に相当する上記デジタル画像ピクセルのカウントが、デジタル画像ピクセルのカウントだけでなく、画像の型に基づいた現像材料の消費計算を行なうために、上記重み係数によって重み付けされ、且つ、
上記重み係数は、上記オン・オフ周波数が高くなるに従って増大されることを特徴とするデジタルプリンター。
【請求項２】
上記デジタルプリンターは、静電写真プリンターであり、画像プリント用の現像材料の消費は、上記オン・オフ周波数が高くなるに従って、フリンジフィールド効果によって増大されることを特徴とする請求項１に記載のプリンター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、画像を重み付けすることにより、プリンターのトナー使用量を計算する手段を有するプリンターに関する。
【０００２】
【発明の概要】
本発明のシステムは、電子デジタルプリンター及び／又はデジタルコピー（以下において、プリンター）のための、改善され、より正確な現像材料消費計算が単純で低コストなシステムを提供する。その改善された計算方法は、現像材料の消耗、及び／又はデジタルプリンターのニーズの補充を、前もって予測し確認し、そしてその情報を信号で送る、あるいは伝達するために用いられる。
本システムは、静電写真プリンターの（１つもしくはそれ以上の）２つの構成要素の現像システムにおいて、キャリヤーに対するトナーの適切な割合のメンテナンスにおいて、選択的にもしくは付加的に用いられることができる。
新しいトナー供給カートリッジもしくはモジュールがプリンターに取り付けられてからの、累積的なトナー使用の評価は、画像の変化によるトナー使用の変化をピクセルカウントに重み付けし、重みが付加されたピクセルカウントを総計するという本開示システムによって、得られることができる。ピクセルは画像の型、例えばそれらの型が、一様な画像領域、ライン画像領域、もしくはハーフトーン又はグレースケール画像領域のいずれかであるかに従って重み付けされる。以下の例において、そのことは、線走査もしくは他のサンプリング周期においてプリントピクセルと非ピクセル間の変化の周波数もしくは割合によって確認されるだろう。すなわち、ピクセルの重み付けは、画像形成装置に向かうデータストリームにおいて、黒い（画像）ビットの数だけでなく、その周波数を監視し、その監視された周波数領域に重みを割り当てることによって、成される。
【０００３】
本システムは、補充を必要とする比較的小さいトナーカートリッジを有する小さいボリュームのプリンターに対して、特に効果的である。しかしながら、高いコストもしくは低い信頼性の低質のトナーセンサーが望ましくないいかなるプリンターに対しても、本システムの使用が可能である。
本発明の注目すべきシステムは、以下に引用された特許及び出願において、類似の静電写真プリンタートナー使用手段に対して提案された、画像プリントピクセル（画像ビットもしくはバイト）をカウントする手段である先行技術より優れた改良である。本改良は、画像を生成しているピクセルが、（例えば、一様な領域、ハーフトーン、ラインテキスト）を生成している、画像の型の機能として、異なるトナー使用のための異なった重み係数の認識と効果的な使用に関している。すなわち、本システムは、現存するプリンターの２進画像信号を利用できるが、ピクセルが存在する画像領域における、ピクセルのオンオフの周波数による認識に基づいた様々な重み係数を有するカウントを、トナー消費のフリンジフィールド現像効果を補償するために、修正し重み付けする。
より詳細には、ピクセルカウントは、（多くのトナー消費によって、又）より高い周波数のピクセルレートのために、好ましくは、より重く重み付けられており、その高い周波数はハーフトーン（黒と白のビットもしくはピクセル間の頻繁な変化）、及び／又はグレイスケールもしくは他のドット画像に相当する。両方の上記画像はその現像において、大きい一様な画像領域よりも多くのトナーを用いるが、それは画像端の“フリンジフィールド現像”によるものであり、それは知られているが通常明確にされていない静電写真の現象である。大きい（全て黒の）画像領域において、黒と白のピクセル間の変化が小さい領域では、トナー消費の増加はほとんどなく、それは画像端のフリンジフィールドがほとんどないためである。
【０００４】
本発明の特別な実施例の特徴は、デジタルプリンターにおいて、プリントされている様々な画像を生成するために用いられているデジタルピクセルに関して、現像材料の消費を正確に評価するための改良されたシステムを提供することである。本発明は、デジタルプリンターにおいて、プリントされる様々な画像を生成するために用いられるデジタルピクセルに関して、現像材料の消費をより正確に評価するための改良された装置であり、デジタル画像ピクセルのカウントが累積され、上記デジタル画像ピクセルの、プリントピクセルと非プリントピクセル間のオン・オフ周波数が、プリントされる画像のいろいろな型に相当する重み係数を得るために分析され、上記オン・オフ周波数に相当する上記デジタル画像ピクセルのカウントが、デジタル画像ピクセルのカウントだけでなく、画像の型に基づいた現像材料の消費計算を行なうために、上記重み係数によって重み付けされ、且つ、上記重み係数は、上記オン・オフ周波数が高くなるに従って増大されることを特徴とするデジタルプリンターである。
ここに、個々に或いは組合せにより、開示された実施例の特徴は、上記ピクセルカウント重み係数が、低い上記周波数を有する一様な領域の画像と比較してハーフトーンの画像に相当するピクセルのオンオフ周波数による上記プリント／非プリントの高い周波数に対して自動的に、実質的に増加され；及び／又は、プリンターは、画像プリントのトナー現像材料の消費が、ハーフトーン及び他のプリント／非プリントのピクセルの変化の、より高い周波数におけるフィールド効果によって、増加される静電写真プリンターであり；及び／又は、上記ピクセルカウント重み係数が、通常のラインテキストに相当する中間的な画像の周波数に対して中間的に増加されることである。
【０００５】
【従来の技術】
背景として、Ｄａｖｉｄ  Ｂｉｒｎｂａｕｍ、その他により特許されたゼロックスコーポレーションによる米国特許出願番号07/944,623、申請日1992年 9月14日（D/91130 ）、名称”トナー使用の評価装置”が、ピクセルを生成するために用いられた画像信号のグレースケール評価関数としてプリンターの概略的なトナーの使用法を示す。明確には、その関数が線形もしくは非線形であるかは、静電写真手段の特徴に依存している。そのシステムは、上記の指定されたグレースケール評価に対する付加的な重みを有して用いられ、もしくは取り込むことが可能である。プリンターは、例えば、可変に強度を変調された結像ビーム、及び／又はそれぞれの複数ビットピクセルの中で、様々の割合及びパターンにおいて複数の（例えば９本の）結像ビームのオンオフされるドットもしくはビットの実際のパターンであるピクセルにおいて、（変化する）グレイスケール評価をその中に有する。
Ｅ．Ｊ．ＬｅＳｕｅｕｒにより”静電写真デジタルプリント装置におけるトナー監視”について、1993年4 月20日に登録された、ゼロックスコーポレーションによる米国特許5,204,698 、及びそれについて1993年3 月17日に公開された英国特許2,259,583 である英国特許出願にも注目する。これにおいて示されることは、以下の技術において、ピクセルカウントシステムが、望まれるならば、トナー補給が空になるのを予測し、もしくはトナーの分配を調整するために、既知であるトナーの現像表面の検査パッチ密度を測定するシステムと結び付けられる。
【０００６】
発行された特許の背景技術は、上記の特許において引用されている。例えば、電子プリントもしくはデジタルコピー装置において、画像発生装置もしくはプリントヘッドに適用されるプリント信号（ピクセル）の数を監視（カウント）することによってトナー使用を評価し、適宜に現像材料混合物にトナーを補給することは知られている。そのアプローチが提案されたプリント装置は、米国特許3,409,901 、4,847,659 及び4,908,666 において記される。1984年8 月28日にA. Suzuki,その他に対して特許された米国特許4,468,112 も同様である。
ハーフトーン画像プリントを有する他の背景によると、1993年1 月7 日にヨーロッパ特許0,521,662 として出願された米国特許08/00479、Stoffel による米国特許4,194,221 、Lin その他による米国特許4,811,115 、Sakamotoによる米国特許4,275,413 、Schreiber による米国特許4,500,919 、Yamazakiその他による米国特許4,556,918 がある。
特に興味深いことに、英国特許2,153,619 は、画像データの型を決定する。しかしながらその場合において、閾値はあるレベルにおける画像データに適用され、小さい領域内において明から暗に変化する、次の閾値に達する数をカウントする。全ての閾値を読み取った後に、変化数の少ないデータが、高い周波数のハーフトーンもしくは連続するトーン画像であろうとする推定に、該システムは作用する。
【０００７】
次の背景によると、本開示されたシステムによる推定の後に、トナー供給装置の情報（例えば、トナーが少ないかもしくは不足した状態等）を示し及び／又は伝達する可能な手段の例に関しては、最近のゼロックス発表ジャーナルの、1992年6 月にL. C. BarronとSarsfield McNulty により発表されたVol. 17, No.4 のpp．259 −260 の“ 静電写真コピーカートリッジ寿命の最適化”において記されている。
当然のことながら、例えば、第６章ＩＥＥＥ通信会報，1981年12月, Vol.1, COM-29, No.12, pp.1898 −1925に記載のJ. C. Stoffel とJ. F. Morelandによる“ 絵の再構成のための電子技術の概観”のような、高い空間的要素の周波数を絵的なあるいは他のハーフトーンの画像が有することは知られている。
本発明の装置は、プリンター及びコントローラー内部に存在するような従来の制御システムを有した従来の手段において、容易に作動され制御されるであろう。従来のマイクロプロセッサーのために従来通りに設計されたソフトウェア命令を有する制御機能と制御理論をプログラムし実施することは、一般的に及び好ましくも良く知られている。このことは様々な特許及び商業用のプリンターに示される。そのようなソフトウェアは、当然のことながら、利用されている特別な機能及び特別なソフトウェアシステム及び特別なマイクロプロセッサーもしくはマイクロコンピューターに依存して変化するが、ソフトウェア及びコンピュータ技術において一般的な知識を有する、ここで与えられたような文字だけの機能的表記及び／又はフローチャート、演算や他の機能のための従来のソフトウェア、さらには存在しているソフトウェアからの不適当な実験を有さない適当な技術において、技術を有する者によってそのソフトウェアは利用できず、容易にプログラムされないだろう。制御装置は代わって、様々な他の既知のあるいは適する論理回路もしくはスイッチングシステムを利用することを与えられるかもしれない。このことを以下に示す。
【０００８】
本対象装置もしくは、例えばオペレータディスプレイもしくは表示装置等を含む代替物の、他の特別なハードウェア構成要素に関して、通常の場合、いくつかのそのような特別なハードウェア構成要素は、それ自体他の装置もしくは特許において本質的に知られており、引用された技術からそれらを含んで、それらが付加的にもしくは代替的に用いられてもよいことは知られている。
上記の多様な及び別の特徴と利点は、請求項だけでなく、以下の例において記された特別な装置とその作用から明白となろう。このように、本発明は、図を含めて、実施例の記述から、より理解されるだろう。
【０００９】
【実施例】
本発明による現像材料供給を監視するためのシステムは、画像発生装置によって、静電潜像が選択的に画像構成要素に形成される、様々な静電性電子プリント及び／又はデジタルコピー機のために提供される。上記の画像発生装置は、レーザービーム、ＬＥＤアレイもしくはバー、バイアス電極、イオンエミッター、プリントヘッドまたはその類似物であり、上記現像材料を有し現像される画像構成要素上に潜像を形成するためのデジタル画像入力信号を結像するためのものである。その画像構成要素は、光受容体及び／又は絶縁表面のドラムもしくはベルトである。現像された画像は通常コピーシートに移される。本システムはカラー及び／又は白黒のプリンターに使用されることが可能である。
図１を参照すると、光受容体画像ベルト１２を有する電子プリンター１０が概略的に示されており、ベルトの表面は、デジタル画像発生装置１６によって駆動される、変調されたオンオフ走査レーザーのような像形成装置１４により現像される。その潜像は、トナー供給装置２０、ここでは取り換え可能なカートリッジユニット、によってトナーが送られた現像ユニット１８により現像される。上記のアイテムは全て従来のものであり、改めて記す必要はない。これらの構成要素は全て良く知られており、引用され及び他の技術が例及び代わりのものを提供する。
【００１０】
本デジタル画像発生装置１６（プリンター１０の内部もしくは外部、もしくは部分的に内部に位置づけられてもよい）が、ライン１６ａ上に電子ピクセル（又はビット）ストリームのプリントされる画像を生成する。デジタル画像発生装置１６はライン１６ｂにも接続されプリントされる画像は、ピクセル周波数（割合）が分析されるブロック２２と画像ピクセルがカウントされるブロック２４の両方に送られる。ブロック２６において、重み係数が分析されたピクセル周波数により割り当てられ、ピクセルカウントが重み付けされ、ブロック３０において、重み付けされたピクセルカウントが与えられる。そしてブロック３２において、トナー消費量の計算がおこなわれる。これは、残りのトナー量を知らせ、表示装置３４に信号を送るために、トナー供給装置２０における（既知の）最初のトナー量から順に引かれるトナー消費評価計算を直接与える。
ラスターライン（もしくは他の選択時間周期、画像領域）において、黒から白のビットの周波数を監視することにより、どの画像の型に対して光受容体上に露光されているか決定されることが可能である。この例において、黒もしくは”オン”ビットは画像ピクセルであり、（しかし、このシステムは“白く書く”プリントシステムとして機能することもある）レーザービームがプリントする最小のスポット又はマークに相当する。例えば、ゼロックスの“４２１３”プリンターにおいて、１インチ当たり３００ものピクセルがある。
【００１１】
上述のように、ピクセルが高い周波数でターンオン、オフされるハーフトーン及びグレースケール領域はそれぞれの画像領域のエッジ回りのフリンジフィールド現像効果のために、本質的に一様な画像領域よりも多くのトナーを消費する。一様な領域の場合において、画像ピクセルがその領域の走査の間常にオンのため、その周波数は事実上ゼロになる。テキストもしくはラインに対する周波数は、これらの２つの極値間に、すなわちある範囲にわたって存在する。
異なる画像型に対する適切な周波数範囲の決定の後、トナー使用に対する重み付けはそれぞれの画像の型に対して割り当てられる。それぞれのページがプリントされる毎に、トナーの消費量が計算される。その消費量は、以前に計算されたトナーの残余から取り出される。トナー量がおよそ、及び／又は、実際に枯渇されたことが計算されると、本システムは、トナー供給装置、すなわちトナー用の交換可能なユニット（ＣＲＵ）２０が空であり、交換されるべきであることを使用者に知らせる。
これを別に表現すると、全てのＣＲＵ２０は、本システムにおいてプリンター１０に既知である、予め満たされていた特定の（一定であると知られている）初めのトナー量となる。その合計はＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ又は不揮発性のメモリーにおいて重み付けされたピクセルとして蓄えられ、もしくはＣＲＵ２０が、プリンター１０と繋がれたとき、読み込み、示すためにコード化され配線される。それぞれのページがプリントされる毎に、そのページに対してピクセル周波数が監視される。平均的な画像の型〔ハーフトーン、ライン（テキスト）、一様〕の評価は、それぞれのページに対して、好ましくは線ごとに決定される。その線（又はページ）に対するピクセルの数は、その画像の型に対するピクセル当たりの重さに割り当てられる。この計算されたトナーの量は、トナーの残余から引かれる。この新しいトナー残余量値は保存される。次のページのピクセルはそれから計算され、この値から引かれる。このプロセスは残余トナーが警告レベルに達するまで続く。従って、使用者は、トナーＣＲＵの寿命が終わりに近づいていると警告される。このプロセスは、計算されたトナーの残余量がゼロに達するまで続き、同時にトナーカートリッジも空になるべきである。すなわち、この方法で（プリンター現像を有して）既知で最初に内蔵されたトナー量から計算されたトナー使用量を連続的に控除することは、残余量がゼロに達するまで、実際にトナー容器自身を検知し調べることなしに、自動的に“トナー不足”の表示を与える。
【００１２】
実際のピクセル重み係数は特定のプリンターによって変化し、〔容易に〕実験的、経験的に、その型のテスト機において、ピクセルをカウントし、（適切な領域の画像の範囲と密度の状況の下で）異なった画像に対するトナー使用を判断することによって、決定されるべきである。すなわち、“フリンジフィールド”効果は、光受容体、その充電／放電のレベル、現像と現像器のバイアスレベルシステム、トナー等における違いのために異なるプリンターによって変化する。ピクセル割合の周波数もまた、与えられたいかなる画像に対して、現像装置のスポットサイズ及び配置もしくは解像度（センチメートル当たりのピクセル数）及び走査速度（レーザービームのスイープ速度又はオンオフ速度及びＬＥＤ画像バー上のＬＥＤの配置）における違いのためにプリンター間で変化する。
以下に周波数によってどのように重み係数が割り当てられるかの例を示す。単位元もしくは“１”の重さを、ピクセルのオンオフの周波数が走査線当たり（又はある単位時間当たり）Ｘ個以下のものに対して割り当て、１ｘの重さをその周波数が線当たりＸ以上Ｙ以下のものに、及び１ｙの重さをその周波数が線当たりＹ以上のものに割り当てる等である。この重み付けは、一旦割り当てられると、現存するプリンターマイクロプロセッサー制御装置における単純なルックアップテーブル又は単純なプログラム、もしくは他のチップ等により、それぞれのラスター走査時間（又は他に選ばれたサンプリング周期）において、周波数としてオンオフのピクセル変化の数を単純にカウントすることによって、保存され検索されることが可能である。
【００１３】
現存するラスター走査（１本のレーザーラインの走査或いは掃引、１つのＬＥＤバーラインセット信号）が、周波数サンプリング速度として用いるのに適している。何故なら、黒から白又は白から黒〔書き込み地点又は書き込み無しの地点〕の変化信号の数が、周波数を決定するためにカウントされる時間である、既知のサンプリング周期を画定するために、ライン終了信号（及び個々のラスター走査間の時間遅れ）が存在するためであり、その期間中、黒又は画像のピクセルの数は同じライン終了信号間でカウントされ、前者によって重み付けられ、この重み付けられたカウントが、線毎に保護され又は保存される。（更に、垂直方向に隣合った線毎のピクセルが類似することは、正確さを与えるために、水平方向のピクセルと同じアルゴリズムを用いて重み付けられるが、コストがかかる。従来は、メモリーを節約するために、このカウントは、より高い重要な数(digits)、又は平均以上のラインに対して、分割され又はまとめられる。）上述のように、トナー消費量の計算及び残存トナーの評価が、画像ページごとになされることが可能である。
追加的な重み係数の入力は、コピーの明るさ／コピーの暗さ、又はそのようなものに対するオペレーター制御装置によって、典型的に設定される現像システムの電圧バイアスレベルになり得るが、もし頻繁に用いられ、及び／又は即座に通常に復帰しない場合に、セッティングがトナー消費量割合に影響を及ぼすようになる。
【００１４】
ピクセルの周波数サンプリング及びピクセルの重み付け及びカウントが、接続されたバッファ、カウンター及び／又はタイマーによって、選択的になされることが可能であるけれども、上述のように、従来のソフトウェアの制御されたマイクロプロセッサーの計算が望ましい。他の代替物は、単純な、従来のキャパシター／レジスター集積回路、及び／又は演算増幅器の両端に、オンオフビットストリームを印加し、及び／又はそれをダイオードで整流してオンオフピクセル割合の積分値に比例した可変直流重み付け電圧レベルを得るために、単純な配線されたアナログ重み付けシステムでよく、その時累積されている画像ピクセルカウントに対して、乗算機又は加算機としてのＡ／Ｄコンバーターが用いられることができる。
今日では、ファクシミリ、スキャナー、コピー、プリンターの全ての機能を１つのユニットに収めた、商業的な組合せもしくは複数のモードをもつ製品が種々存在する。これら及び他のプリンターは、異なるオペレーティングモードにおいて、異なるピクセルの解像度を規定するかもしれない。例えば、典型的なファクシミリは、通常のスキャナー／プリンターの結合物、又はデジタルコピー機、又は端末もしくはスクリーンから生じ又は送られるファクシミリでないプリンターよりも、低い解像度で送られプリントアウトされる。更に、プリンターは任意の高いスピードを有するが、“為替手形”もしくは“新鋳貨幣見本用セット”のプリントモードには低い解像度を有すればよい。もしピクセルの補間が与えられたとしても、プリンターのオンオフ周波数は画像拡大複写モードにおいて変化するだろう。これらの様々な異なるプリンターオペレーティングモードは、トナーの消費量に変化を及ぼすかもしれないピクセルのオンオフ割合又は周波数の変化に帰着する。このことは、本システムによって自動的に調節される。
【００１５】
本発明のシステムは、光学の、音波の、トルクの、重さの、あるいは他のセンサーを、その中に、もしくはトナー供給機又はディスペンサー及び集合配線と関連して、必要とする他の“トナー不足”又は“トナー切れ”と表示するセンサーシステムと比較すると、実質のハードウェアコストを節約し、修理又は維持コストの節約する。本例は静電写真システムであるが、この本主体とするシステムは、イオン写真プリントシステム又はそのようなシステムに対しても、使用できるであろう。
ここに開示された実施例は好ましいものであるが、当業者によって、様々な代替、変更、変化もしくは改良が容易になされることは理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と関連した好例のプリンター現像材料使用量計算システムの概要図及びフローチャートを示す。
【符号の説明】
１０    電子プリンター
１２    光受容体画像ベルト
１４    画像形成装置
１６    デジタル画像発生機
１６ａ  電子ピクセル（又はビット）ストリーム
１６ｂ  電子ピクセル（又はビット）ストリーム
１８    現像機
２０    トナー供給装置
【図１】
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