DE60216664T2

DE60216664T2 - Spektrophotometer zur Farbsteuerung eines Farbdruckgeräts, unempfindlich gegen Winkel-, Azimuth- und Abstandsänderung

Info

Publication number: DE60216664T2
Application number: DE60216664T
Authority: DE
Inventors: Fred III Rochester Hubble; L. Tonya Rochester Love; A. Daniel Williamson Robbins
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: US20030142314A1; US6603551B2; US20020191188A1; DE60216664D1; JP2002365139A; CA2373648A1; EP1262749B1; EP1262749A2; BR0201888A; US20020191189A1; CA2373648C; US6809855B2; MXPA02005094A; US6633382B2; EP1262749A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer, ein Farbkorrektursystem und ein System zur genaueren Messung der Farbe eines Materials.
Das Dokument US 5137564 offenbart eine Vorrichtung zur kostengünstigen Messung von Lichtenergie in Form von Multispektralintegrationen mit unterschiedlichen wellenlängenabhängigen Gewichten, um eine Messübereinstimmung trotz Schwankungen in den Bauteilkenndaten oder der Temperatur zu erzielen.
Aus dem Dokument US 5854680 ist eine fotoelektrische Messvorrichtung bekannt, mit deren Hilfe das von einem Messpunkt auf ein Druckerzeugnis reflektierte Licht erfasst wird.
In dem Dokument EP 0 406 960 ist eine Vorrichtung zur Messung von Licht, das von einen Informationsträger gestreut wird, offenbart.
Eine Reflexionsmessvorrichtung ist auch aus dem Dokument US 4756619 bekannt, bei der das Messergebnis nicht von der Entfernung des Testobjektes innerhalb eines vorbestimmten Bereiches abhängig ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Leistung von Farbdrucksystemen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer gemäß Anspruch 1.
In einer weiteren Ausführungsform des kostengünstigen Breitband-Spektrophotometers gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die begrenzten mehrfachen Beleuchtungsquellen weniger als etwa fünf LEDs, die eine entsprechend begrenzte Anzahl unterschiedlicher Spektralbeleuchtungen bereitstellen, und der wenigstens eine Fotodetektor umfasst einen Fotodetektor mit mehreren lichtempfindlichen Stellen und mehreren unterschiedlichen spektralen Antwortverhalten.
Einer weitere Ausführungsform weist etwa vier der mehreren Fotodetektoren oder weniger auf.
In einer weiteren Ausführungsform sind die mehreren Fotodetektoren in einem im Wesentlichen kreisförmigen Muster aufgestellt, die das gemeinsame Linsensystem umgeben, um eine Mittelachse zu definieren.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die mehreren Fotodetektoren ein Projektionslinsensystem auf, das in etwa eine 1:1 Abbildungsoptik umfasst.
In den in der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen ist ein verbessertes, kostengünstiges Farbspektrophotometer für Farbkalibrierungs- oder Farbkorrektursysteme offenbart, das sehr gut zur Farbkalibrierung oder Farbsteuerung in verschiedenen Farbdrucksystemen oder für andere Online-Farbsteuerungs- oder Farbkorrektursysteme verwendbar oder einbaubar ist.
In einer Ausführungsform des Systems gemäß Anspruch 10 beträgt der wesentliche Winkel in etwa 45°.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Ausleuchtung des Beleuchtungssystems der beleuchteten Probenmaterialfläche mit mehreren schnellen aufeinanderfolgenden Beleuchtungen mit verschiedenen Beleuchtungsspektren ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform sind die mehreren einzelnen Fotodetektoren, die in einem Array um die beleuchtete Probenmaterialfläche angeordnet sind, einigermaßen gleichmäßig kreisförmig um die beleuchtete Probenfläche angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Ausleuchtung des Beleuchtungssystems der beleuchteten Probenmaterialfläche mit mehreren schnellen aufeinanderfolgenden Beleuchtungen mit verschiedenen Beleuchtungsspektren ausgeführt, wobei die mehreren einzelnen Fotodetektoren, die in einem Array um die beleuchtete Probenmaterialfläche angeordnet sind, einigermaßen gleichmäßig kreisförmig um die beleuchtete Probenfläche angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform sind drei Fotodetektoren bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform des kostengünstigen Breitband-Spektrophotometers sind drei Fotodetektoren bereitgestellt.
Insbesondere bietet das offenbarte Spektrophotometer eine verbesserte Genauigkeit hinsichtlich der Farbtestflächen, die schräg, gebogen, und uneben sein können oder auch verschiedene Winkelausrichtungen relativ zu dem Spektrophotometer aufweisen können. Dies ist insbesondere zur Verbesserung der Genauigkeit eines Nichtkontakt-Spektrophotometers wünschenswert, das die Farben oder Farbdichten von Testflächen, die von dem Spektrophotometer beabstandet sind, messen kann, insbesondere sich bewegende Flächen, wie beispielsweise gedruckte Papierblätter in dem Ausgabepfad eines Farbdruckers, oder Toner oder Teststellen mit Flüssigtinte auf einem sich bewegenden Photorezeptor oder einer anderen Fläche, oder andere sich bewegende Farbobjekte, Gewebe oder Materialien, ohne dass das Testflächenmaterial gegen eine Referenzfläche oder gegen das Spektrophotometer gepresst werden muss.
Die Bewegungsfreiheit des Testmaterials, sowohl quer zu als auch hinsichtlich der unterschiedlichen Abstände von dem Spektrophotometer, kann bei unterschiedlichen Farbmessanwendungen gewünscht sein, wie beispielsweise, dass sich die gedruckten Blätter frei zwischen relativ weit voneinander beabstandeten Papierpfad-Ablenkflächen oder Papierpfad-Führungen bewegen können. Durch die Bewegungsfreiheit kann das Farbtestflächenmaterial oder das Medium jedoch Abweichungen in der Winkelausrichtung relativ zu dem Spektrophotometer aufweisen, die durch eine Aufwellung am vorderen und hinteren Ende des Papiers oder durch eine Wellenbildung aufgrund eines Walzfehlers durch die Mediumbeförderungsvorrichtung oder Ähnliches hervorgerufen werden. Die offenbarten Ausführungsformen können wünschenswerterweise die Messfehler und die Ausgangssignalfehler, die durch derartige Abweichungen in der Winkelausrichtung entstehen, reduzieren. Es können auch Azimutalabweichungen oder Mediumrotationsmessabweichungen durch Unterschiede in der Reflektivität des Mediums, wie beispielsweise durch die Papierfaserorientierung, auftreten.
In der speziellen beispielhaften Ausführungsform des Spektrophotometers, die im Folgenden näher beschrieben wird, kann festgestellt werden, dass die mehreren unterschiedlichen Farbemissions-LEDs der Reihe nach ihre entsprechenden Beleuchtungen im Wesentlichen vielmehr parallel projektieren, senkrecht zu der Farbtestzielfläche, als in einem Winkel dazu, um im Wesentlichen vielmehr eine kreisförmige als eine elliptische gemeinsam beleuchtete Testzielbereichsfläche bereitzustellen. Das heißt, wenn alle LEDs zentral zusammen angeordnet sind, kann deren Beleuchtungsmuster auf dem Testzielbereich durch die Strahlen gebildet werden, die das Ziel in einem Winkel von etwa 90°, d. h. senkrecht zu dem Ziel, treffen. Dadurch wird ein kreisförmiges oder beinahe kreisförmiges Strahlenmuster auf einer ausgewählten Fläche des Zieles erzeugt, wenn die Zielfläche in einem Winkel von 90° dazu liegt. Ein oder mehrere Fotosensoren können in einem Winkel von 45° zu dem Testzielbereich optisch ausgerichtet sein, um das reflektierte Licht von dem beleuchteten Testzielbereich zu empfangen. Ferner nimmt dieses kreisförmige LED-Strahlenmuster, wenn die Testzielfläche durch Faktoren wie beispielsweise eine Aufwellung am vorderen und hinteren Ende des Papiers, Papeirwellen und Papierfalten, Ausrichtungsfehler in der Sensorbefestigung, oder andere Effekte von der 90°-Ausrichtung abweicht, eine nur leicht elliptisch Form mit einer geringen Flächenänderung ein, und verursacht somit nur geringe Schwankungen in der Zielbestrahlung und damit auch in den Signalen der Fotosensoren, wodurch das Spektrophotometer eine verbesserte Unempfindlichkeit hinsichtlich der Winkelausrichtung aufweist.
Ein zusätzliches Merkmal für die Erzielung einer verbesserten Spektrophotometergenauigkeit in den offenbarten Ausführungsformen ist die Mittelung der Ausgangssignale der mehreren Fotodetektoren, welche die Testbestrahlungsfläche umgeben und diese aus unterschiedlichen Positionen von gegenüberliegenden Seiten in einem Winkel sehen, um jede sich ändernde Winkelreflexion und/oder Azimutalreflexion von der Zielfläche zu mitteln, und somit weiter die Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen in der Ausrichtung mit der Zielfläche zu erhöhen.
Obwohl nicht darauf beschränkt, ist das beispielhafte Spektrophotometer der Ausführungsformen als integraler Teil eines automatischen Online-Dauerfarbkorrektursystems eines Farbdruckers gezeigt und beschrieben. Dass heißt, dass ein derartiges kostengünstiges Spektrophotometer zu einem erschwinglichen Preis bereitgestellt und leicht in den Ausgabepfaden von Farbdruckern zur automatischen Messung von automatisch gedruckten Farbtestblättern, ohne jeden manuellen Aufwand oder Eingriff, und ohne Behinderung des normalen Druckvorgangs oder der normalen Bewegung der gedruckten Blätter in dem Ausgabepfad des Druckers, befestigt werden kann.
Somit ist ein kostengünstiges, einigermaßen einfaches Spektrophotometer, wie in der Beschreibung offenbart, für eine derartige „Kolorimeter"-Funktion für ein derartiges Online-Drucker Farbkorrektursystem besonders (aber nicht ausschließlich) wünschenswert. In dem Fall, in dem mindestens ein geeignetes Spektrophotometer in jedem Drucker bereitgestellt ist, werden die Kosten und andere Faktoren verglichen mit den hohen Kosten eines typischen LaborSpektrophotometers (und weitere Nachteile einer Online-Benutzung) immer wichtiger.
Ein früheres nennenswertes Patent, das eine Farbmessung in der Druckblattausgabe eines Farbdruckers vorschlägt, ist das US-Patent Nr. 5,748,221. Dieses Patent ist auch für die Beschreibung der Farbmessung in der Spalte 6, Zeilen 18–28, von besonderem Interesse.
"...durch Abbilden eines Teiles einer beleuchteten Farbstelle auf drei amorphen Siliziumdetektorelementen nach einem Filtervorgang mit roten, grünen und blauen Materialien. Das Verfahren ist ähnlich zu dem eines Farbeingabescanners. Die Detektorausgabesignale können als densitometrische Werte verwendet werden, um eine Konsistenz in der Farbe sicherzustellen. Eine Kalibrierung der resultierenden Instrumentenausgabesignale mit Messungen eines großen Farbstellenmusters mithilfe von Laborkolorimetern, die durch die Toner der entsprechenden Drucker durchgeführt wird, ermöglicht die Zuordnung zu absoluten Farbkoordinaten (wie beispielsweise L*a*b*)."
Automatische Online-Farbrekalibrierungssysteme können effektiver mit einem Online-Farbmesssystem arbeiten, in das ein Spektrophotometer in den Papierpfad der sich bewegenden Kopierblätter in dem Drucker, vorzugsweise in den Ausgabepfad nach der Fixierung oder dem Trocknen, angebracht werden kann, ohne dass der Drucker umgebaut werden muss, oder der normale Druckvorgang oder die Bewegung der gedruckten Blätter in dem Papierpfad behindert oder unterbrochen wird, und dennoch genaue Farbmessungen der Testfarbstellen, die auf die sich bewegenden Blätter gedruckt werden, wenn diese das Spektrophotometer durchlaufen, bereitgestellt werden.
Dies ermöglicht einen vollständig geschlossenen Farbsteuerungskreislauf für einen Drucker.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Farbmessungen und/oder die Verwendung der Farbmessungen für verschiedene Qualitäts- oder Konsistenzsteuerungsfunktionen auch für viele weitere unterschiedliche Verfahren und Anwendungen, wie beispielsweise in der Textilproduktion, der Tapetenproduktion, der Plastikproduktion, der Farbproduktion, der Tintenproduktion, etc., wichtig sind. Somit kann das offenbarte Farberfassungssystem in jenen Bereichen eingesetzt werden, in denen diese Materialien oder Objekte hinsichtlich der Farbe getestet werden sollen. Obwohl die spezielle beispielhafte Ausführungsform in dieser Beschreibung einen Teil eines bevorzugten automatischen Rekalibrierungssystems mit einem Online-Farbdrucker-Farbspektrophotometer bildet, ist es offensichtlich, dass das offenbarte Spektrophotometer nicht auf die offenbarte Anwendung beschränkt ist.
Beispielhaft für den allgemeinen Stand der Technik haben Studien gezeigt, dass Menschen besonders empfindlich auf räumliche Farbveränderungen reagieren. Typische Vollfarbdrucksteuerungen wie auch typische Farbsteuerungen in anderen Industriebereichen setzen typischerweise noch immer einen manuellen Offline-Farbtest ein und führen häufige manuelle Farbanpassungen mithilfe sachkundiger Betreiber durch. Sowohl die Kosten als auch die Schwierigkeit der Online-Benutzung früheren Farbmessvorrichtungen und Steuerungssystemen aus dem Stand der Technik und die Notwendigkeit manueller Rekalibrierungsschritte hat bis jetzt eine Automation vieler derartiger unterschiedlicher handelsüblicher Farbtests und Farbanpassungssysteme verhindert. Das offenbarte kostengünstige Spektrophotometer behandelt beide Anliegen.
Wie in den Patentansprüchen und an anderer Stelle hierin verwendet, außer wenn speziell darauf hingewiesen wird, umfasst die Bezeichnung "Spektrophotometer" ein Spektrophotometer, ein Farbmessgerät, und ein Densitometer, wie hierin allgemein definiert. Das heißt, der Bezeichnung "Spektrophotometer" kann die breitestmögliche Definition und Abdeckung in den Ansprüchen in der Beschreibung gegeben werden, die konsistent mit den restlichen Ansprüchen ist. Beispielsweise können verschiedene Ansprüche, die sich auf ein "Spektrophotometer" in dieser Anmeldung beziehen, ein ähnliches verbessertes ETAC-Sensordensitometer umfassen, das verwendet wird, um die schwarze oder eine andere Farbtonerentwicklung auf einer sich bewegenden Fotorezeptorfläche oder einem Transferband zu messen. Die Definition oder die Verwendung derartiger oben erwähnter technischer Ausdrücke kann sich auch unter verschiedenen Wissenschaftlern und Ingenieuren ändern oder unterscheiden.
Im Folgenden wird versucht, etwas vereinfachte Klarstellungen, die sich auf die jeweiligen Bezeichnungen "Spektrophotometer", "Farbmessgerät" und "Densitometer" beziehen und diese unterscheiden, bereitzustellen, da diese in dem speziellen Kontext der Ausführungsbeispiele zur Bereitstellung von Komponenten für ein Online-Farbdrucker-Farbkorrektursystem, jedoch nicht notwendigerweise als Einschränkungen der Ansprüche, verwendet werden können.
Ein typisches "Spektrophotometer" misst die Reflexion eines beleuchteten Zielobjektes über viele Lichtwellenlängen. Typische frühere Spektrophotometer verwenden in diesem Zusammenhang 16 oder 32 Kanäle, die in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm oder Ähnliches messen, um die für das menschliche Auge sichtbaren Farbspektren oder Wellenlängenbereiche abzudecken. Ein typisches Spektrophotometer gibt in Form von gemessenen Reflexionen oder Lichttransmissionen von der Testfläche bei unterschiedlichen Lichtwellenlängen Auskunft über die Farbe. (Hiermit wird genauer gemessen, was das menschliche Auge als kombiniertes Bild einer breiten Weißlichtspektrenbildreflexion wahrnehmen würde, jedoch stellt das Spektrophotometer wünschenswerter Weise eindeutige elektrische Signale bereit, die den unterschiedlichen reflektierten Lichtpegeln von den entsprechenden unterschiedlichen Beleuchtungswellenlängenbereichen oder Kanälen entsprechen.)
Ein "Kolorimeter" umfasst üblicherweise drei Beleuchtungskanäle, d.h., rot, grün und blau. Das heißt, im Allgemeinen stellt ein "Kolorimeter" seine drei (rote, grüne und blaue Kanäle, oder "RGB") Werte bereit, wie sie von einem Lichtsensor oder -detektor gelesen werden, der reflektiertes Licht von einer Farbtestfläche empfängt, die der Reihe nach mit roten, grünen und blauen Beleuchtern beleuchtet wurden, wie beispielsweise LEDs mit drei unterschiedlichen Farben oder drei Lampen mit drei unterschiedlichen Farbfiltern. Es kann somit anders als ein "Spektrophotometer" oder wie ein eingeschränkter Spezialfall davon ausgebildet sein, da es Farbausgabeinformationen in der trichromatischen Größe, die als "RGB" bekannt ist, bereitstellt.
Trichromatische Größen werden zur Farbdarstellung in einem Dreikoordinatenraum mit Hilfe irgendeiner Transformationsart verwendet. Weitere RGB-Umrechnungen auf einen "geräteunabhängigen Farbraum" (d. h. RGB umgerechnet in herkömmliches L*a*b*) verwenden typischerweise eine Transformationsgleichung zur Farbumrechnung oder ein „Tabellensystem" bekannter Art (Beispiele werden in den hierin zitierten Verweisen und an anderer Stelle bereitgestellt).
Ein "Densitometer" weist typischerweise nur einen Kanal auf und misst einfach die Amplitude der Lichtreflexion von der Testfläche, wie beispielsweise eine entwickelte Tonerteststelle auf einem Fotorezeptor in einem bestimmten Winkel über einen Wellenlängenbereich, der eng oder breit sein kann. Eine einzelne Beleuchtungsquelle, wie beispielsweise eine IR LED, eine LED für sichtbares Licht oder eine Glühlampe, können verwendet werden. Das Ausgabesignal aus dem Densitometerdetektor ist programmiert, um die optische Dichte der Probe anzuzeigen. Ein Densitometer dieser Art ist im Grunde "farbenblind". Beispielsweise können eine zyanfarbene Testfarbstelle und eine magentafarbene Testfarbstelle die gleichen optischen Dichten aufweisen, wie von dem Densitometer aufgezeichnet, jedoch selbstverständlich unterschiedliche Farben besitzen.
Ein Multi-LED-ReflexionsSpektrophotometer, wie in den speziellen Beispielen der Ausführungsformen in der Beschreibung gezeigt, kann als spezieller Spektrophotometer angesehen werden, der üblicherweise das Ziel mit Schmalbandlicht oder monochromatischem Licht beleuchtet. Andere können Xenonblitzlampen-Spektrophotometer, mit einer Breitbandbeleuchtungsquelle oder Glühlampen-Spektrophotometer umfassen. Ein Spektrophotometer ist üblicherweise programmiert, genauere und für breitere Spektren gedachte Reflexionswerte zu liefern, indem unter Verwendung von Umrechnungsalgorithmen Messungen mit mehr als drei Kanälen (z. B. Messungen mit zehn oder mehr Kanälen) durchgeführt werden. Dies steht im Gegensatz zu üblichen Kolorimetern mit drei Kanälen, die keine genauen, auf das menschliche Auge bezogene Messungen von Reflexionsspektren ausführen können, da sie dafür nicht genügend Messvorgänge aufweisen (nur drei Messungen).
Das Spektrophotometer der offenbarten Ausführungsformen ist insbesondere zur Befestigung an einer Seite des Ausgabepfades für gedruckte Papierblätter eines Farbdruckers geeignet, um optisch mit Farbe bedruckte Ausgabeblätter auszuwerten, wenn sich diese an dem Spektrophotometer vorbeibewegen, das veränderlich angeordnet ist, ohne die Blätter berühren zu müssen oder die normale Bewegung der Blätter zu behindern. Insbesondere kann es zur Messung einer begrenzten Anzahl von Farbteststellenproben verwendet werden, die durch den Drucker auf dem jeweiligen gedruckten Blatt bedruckt werden, die aus dem Drucker während normaler oder ausgewählter Druckerbearbeitungsintervallen ausgegeben werden (zwischen normalen Druckvorgängen oder Druckaufträgen). Diese Farbdruckblätter-Druckintervalle können in regelmäßigen Abständen und/oder bei jeder Maschineninitialisierung, oder je nach Systemsoftware stattfinden. Das Spektrophotometer kann an einer Seite des Papierpfades der Maschinen befestigt werden oder, wenn Duplex-Farbtestblätter verwendet werden sollen, können zwei Spektrophotometer an gegenüberliegenden Stellen des Papierpfades befestigt werden.
Eine relativ häufige Farbrekalibrierung eines Farbdruckers ist äußerst wünschenswert, da sich die Farben, die eigentlich auf das Druckmedium gedruckt werden (verglichen mit den Farben, die gedruckt werden sollen), maßgeblich ändern können oder aus unterschiedlichen Gründen mit der Zeit von der Kalibrierungseinstellung abweichen können. Diese bekannten Gründe umfassen beispielsweise Wechsel der ausgewählten oder geladenen Druckmedien, wie beispielsweise unterschiedliche Papier- und Plastiktypen, Materialien, und Gewichte, das Kalandrieren, die Beschichtung, die Feuchtigkeit, etc., oder Veränderungen in den Umgebungsbedingungen des Druckers, Veränderungen des Bildentwicklungsmaterials, Veralterung oder Abnützung der Druckerbestandteile, unterschiedliche Beeinflussung der verschiedenen Farben, die gedruckt werden, etc. Deshalb sind Drucktestfarbstellen auf Testblätter des gleichen Druckmediums unter den gleichen Druckbedingungen während der gleichen relativen Zeitdauer, wenn der Farbdruckauftrag farbgesteuert ist, äußerst wünschenswert.
Somit ist es auch vorteilhaft, Farbtestblätter mit Dualmodus bereitzustellen, auf die mehrere Farbstellen aus verschiedenen Farben auf ansonsten leere Bereiche eines jedes oder eines ausgewählten Trennblattes, Einbandes oder anderen Zwischendokumentblätter oder Druckauftrag-Trennblätter gedruckt werden. Unterschiedliche Farbsätze können auf unterschiedliche Trennblätter oder andere Testblätter gedruckt werden. Die zweifache Verwendbarkeit dieser Blätter spart sowohl Druckpapier als auch die Druckerbenutzungszeit und bietet auch oft die Gelegenheiten für eine Farbrekalibrierung, wobei das Drucksystem ein Drucksystem ist, bei dem die Trennblätter ohnedies in häufig wiederholten Abständen gedruckt werden.
Ein zusätzliches Merkmal, das vorgesehen sein kann, ist das Zuschneiden oder Setzen der bestimmten Farben oder Kombinationen der Testfarbstellen auf ein bestimmtes Trennblatt oder einem anderen Testblatt hinsichtlich jener Farben, die gerade auf das bestimmte Dokument für dieses Trennblatt gedruckt werden sollen, d. h., die Seiten des Dokuments, die unverzüglich im Anschluss an das Trennblatt gedruckt werden sollen (der Druckauftrag, der durch dieses Trennblatt festgelegt ist). Somit kann eine Farbkorrektur in "Echtzeit" für den Farbdrucker bereitgestellt werden, die darauf zugeschnitten ist, das Drucken der Farben des allernächsten Dokuments, das gedruckt werden soll, zu korrigieren.
Die bevorzugten Ausführungen des Systems und der Merkmale, die in der Beschreibung offenbart sind, können sich abhängig von der Situation ändern. Auch können viele der offenbarten Merkmale und Komponenten alternativ für solche Funktionen wie eine Grauskalaabgleichung verwendet werden, indem mehr als eine Beleuchtungsquelle auf einmal eingeschaltet wird.
Es zeigt sich, dass diese Teststellenbilder und Farben automatisch von einer gespeicherten Datei, die speziell zum Drucken des Trennblattes mit Dualmodus oder einer weiteren Seite eines Farbtestblattes ausgebildet ist, zu einer Druckerabbildungseinrichtung gesendet und/oder in den Kundenauftrag, der die Trennpapierseite enthält, eingebaut werden können. Das heißt, Letzteres kann elektronisch direkt mit dem zu druckenden elektronischen Dokument verbunden werden und/oder von dem Autor des Dokuments oder dem Sender erzeugt oder übermittelt werden. Da die Farben der gedruckten Testpapierfarbstellen und deren Drucksequenz bekannt ist (und gespeichert ist), können die Online-Spektrophotometermessdaten von diesen automatisch koordiniert und verglichen werden.
Nachdem das Spektrophotometer oder ein anderer Farbsensor die Farben der Teststellen gelesen hat, können die gemessenen Farbsignale automatisch innerhalb der Systemsteuerung oder Druckersteuerung bearbeitet werden, um die Farbtonnachbildungskennlinie zu verändern oder zu erzeugen, wie in den zitierten Quellenangaben erklärt. Die Farbteststellen auf dem nächsten Testblatt können dann mit Bezug auf diese neue Farbtonnachbildungskennlinie gedruckt werden. Dieser Prozess kann wiederholt werden, um weitere korrigierte Farbtonnachbildungskennlinien zu erzeugen. Wenn die Komponenten und Materialien des Druckers zum Farbbilddrucken eine relativgroße Beständigkeit mit nur einer relativ geringen Langzeitabweichung aufweisen, und weder ein Druckmedium noch eine weitere plötzliche Veränderung auftritt, wird die erzeugte Farbtonnachbildungskennlinie unter Verwendung dieses geschlossenen Steuerungssystemkreislaufes die richtige Kennlinie zur Erzielung konsistenter Farben für zumindest einen oder sogar für eine beträchtliche Anzahl von Kundendruckaufträgen, die danach gedruckt werden, sein, und es müssen nur relativ selten und wenige Farbtestblätter, wie beispielsweise normale Trennpapierblätter, gedruckt werden.
Wenn jedoch die Druckmedien, die der Drucker verwendet, wesentliche Veränderungen aufweisen, oder andere plötzliche und größere Störungen in den gedruckten Farben auftreten (die durch die Spektrophotometerausgabe in Erwiderung auf die Teststellen auf dem nächsten Testpapierblatt mit Dualmodus oder auf einem anderen Farbtestblatt oder in bestimmten Fällen selbst in den aufgedruckten Bildern erfasst werden können), dann kann der nachfolgende Kundendruckauftrag eine nicht korrekte Farbnachbildung aufweisen. Bei einer Veränderung der Kundendruckmedien in dem Drucker (oder der neuen Druckaufträge oder Auftragskarten, die eine Veränderung der Druckmedien für diesen Druckauftrag angeben) ist diese Druckmedienänderung dergestalt so, dass sie im Wesentlichen die Genauigkeit der gedruckten Farben für diesen nachfolgenden Druckauftrag beeinträchtigt, wodurch es nicht wünschenswert ist, den Druckvorgang fortzusetzen und dann die nächsten nachfolgenden Druckaufträge verwerfen zu müssen, die mit für den Kunden unannehmbaren Farben gedruckt sind. In dieser Situation kann es bei kritischen Farbanwendungen wünschenswert sein, den normalen Druckablauf zu unterbrechen, wenn die plötzliche Farbdruckstörung erkannt wurde, und stattdessen mehrere zusätzliche Farbtestblätter in direkter Aufeinanderfolge mit unterschiedlichen Farbteststellenfarben zu drucken, um eine neue Kennlinie zur Farbtonnachbildung, die ein konsistentes Farbdrucken für dieses neue Druckmedium erzielt, zu prüfen und zu nähern, und nur dann den normalen Druckablauf der Kundendruckaufträge fortzusetzen. Somit würden die nachfolgenden Kundendruckauftträge die letzte, erneut stabilisierte Farbtonnachbildungskennlinie verwenden, die man nach dem Drucken einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender mehrerer Farbtestblätter erhält.
Diese Patentanmeldung bezieht sich nicht auf irgendeinen bestimmten der vielen möglichen Algorithmen oder irgendein mathematisches Verfahren zur Bearbeitung der elektronischen Signale von dem Spektrophotometer oder ist nicht darauf beschränkt, Farbkorrekturtabellen, Kennlinien zur Farbtonnachbildung oder andere Farbsteuerungen zu erzeugen oder zu aktualisieren, und somit müssen sie in dieser Beschreibung nicht weiter besprochen werden.
Viele mögliche Farbkorrektursysteme können die Ausgabesignale von Spektrophotometern verwenden, die unterschiedliche anspruchsvolle Rückkopplungssysteme, Korrektursysteme und Kalibrierungssysteme verwenden, die nicht weiter ausführlich in der Beschreibung besprochen werden müssen, da die allgemeinen Konzepte und viele spezielle Ausführungsformen in vielen anderen Patenten (einschließlich der hierin zitierten) und Publikationen offenbart sind. Im speziellen wird das elektronische Analysieren und Benutzen des Spektrophotometers oder einer weiteren elektronisch gedruckten Farbausgabeinformation mit einem Rückkopplungsanalysesystem für die Farbsteuerungssysteme eines Druckers oder eines anderen Farbnachbildungssystems gezeigt. Bei derartigen Systemen ist es jedoch wünschenswert, eine im Wesentlichen verringerte (kleine) Anzahl von Farbstellenproben verwenden zu können, die in bestimmten Abständen während eines normalen Druckvorgangs gedruckt werden, um im Wesentlichen eine einigermaßen kontinuierliche Aktualisierungskorrektur der Farberzeugung des Druckers über ein breites oder im Wesentlichen vollständiges Farbspektrum bereitzustellen.
Farbkorrektursysteme und/oder Farbsteuerungssysteme sollten nicht mit Farberfassungssystemen oder -sensoren verwechselt werden. Diese Systeme werden verwendet, um sicherzustellen, dass die Farben richtig gedruckt, exakt überlagert und/oder genau nebeneinander angeordnet sind, beispielsweise indem eine Positionsinformation zum Verschieben der Position der entsprechenden Farbbilder, die gedruckt werden, bereitgestellt wird.
Beispielhaft für einen weiteren gut bekannten Stand der Technik hinsichtlich der Schwierigkeiten bei der Farbkorrektur von Druckern im Allgemeinen, erzeugen Computer und andere elektronische Anlagen, die Farbbilder oder Dokumente erzeugen und eingeben, typischerweise dreidimensionale oder RGB (Rot, Grün, Blau)- Farbsignale. Diese Farbsignale können als PDL oder andere geräteunabhängige Größen zu einem bestimmten Server oder Drucker für eine "RIP" (Rasterbildbearbeitung)-Umrechnung auf geräteabhängige Farbwerte übersendet werden, wie beispielsweise für die Leitungszeichen und Bitsignale eines Laserscanners oder eines LED-Balkens für einen bestimmten Druckers. Viele Drucker können jedoch vierdimensionale oder CMYK (Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz)-Signale als Eingabesignale empfangen und/oder können mit diesen vier Druckfarben drucken (obwohl die gedruckten Bilder noch immer als entsprechende RGB-Werte gemessen werden können). Für gewöhnlich wird eine Tabelle bereitgestellt, um jeden digitalen RGB-Farbsignalwert in einen entsprechenden digitalen CMYK-Wert umzurechnen, bevor oder nachdem dieser von dem Drucker empfangen wird.
In der Praxis verwendete Drucker umfassen von Natur aus nicht-ideale Druckmaterialien, Farben und Verhalten und zeigen deshalb ein komplexes nichtlineares kolorimetrisches Antwortverhalten. Es treten auch Wechselwirkungen zwischen den zyanfarbenen, den magentafarbenen und den gelben Abbildungsmaterialien auf, insbesondere bei der Druckausgabe, die zu nicht gewollten oder unbeabsichtigten Absorptionen und/oder Reflexionen der Farben führen. Selbst nachdem ein Drucker anfänglich kalibriert wurde, so dass eine oder eine Reihe von digitalen CMYK-Eingangswerten richtige Farben erzeugen, wird das ganze Spektrum der CMYK-Werte und der gedruckten Farben nicht ganz genau sein oder bleiben. Mit anderen Worten, werden die Farben, die durch verschiedene Eingangssignale zum Drucken angefordert oder angesprochen werden, und die eigentlichen Farben, die gedruckt werden, unterschiedlich sein.
Dieser Unterschied entsteht zum Teil dadurch, dass die Beziehung zwischen den digitalen Eingangswerten, die den Drucker steuern, und dem resultierenden kolorimetrischen Antwortverhalten eine komplexe nichtlineare Funktion ist. Die "kolorimetrische" Bezeichnung für die Antwort oder für andere Werte kann anzeigen, dass das Antwortverhalten oder der Wert mit einem solchen Instrument gemessen wurde. Ein geeignetes Modellieren des kolorimetrischen Antwortverhaltens des Druckers zur Erzielung einer Linearität über das gesamte verfügbare Spektrum erfordert viele Parameter. Typischerweise wird eine Farbkorrekturtabelle erstellt, die eine Zuordnung zwischen dem RGB kolorimetrischen Raum und den CMYK-Werten annähert, wie es in den verschiedenen zuvor zitierten Quellenangaben gelehrt wird. Jede RGB-Koordinate kann typischerweise durch einen 8-Bit roten Wert, einen 8-Bit grünen Wert und einen 8- Bit blauen Wert dargestellt sein. Obwohl diese RGB-Koordinaten eine Tabelle mit 256³ Stellen ansprechen kann, ist das Messen und Speichern von 256³ Werten zeitaufwendig und teuer. Die Tabelle ist deshalb typischerweiseunterteilt, z. B. in 16 × 16 × 16 (4096) Tabellenstellen, von denen jede einen vierdimensionalen CMYK-Wert speichert. Andere CMYK-Werte können dann durch Interpolation der bekannten CMYK-Werte unter Verwendung eines Interpolationsprozessschrittes, wie z. B. eine trilineare oder vierflächige Interpolation, eruiert werden.
Die Farbkorrekturtabelle kann durch Senden eines Satzes digitaler CMYK-Werte an den Drucker, durch Messen der kolorimetrischen RGB-Werte der resultierenden Farbteststellen, die aus dem Printer ausgegeben werden, mit einem Spektrophotometer, und durch Erzeugen einer Tabelle aus der Differenz zwischen den eingegebenen Werten und den gemessenen ausgegebenen Werten erstellt werden. Genauer gesagt, korrigiert die Farbkorrekturtabelle Nicht-Linearitäten, Änderungen in den Druckparametern und ungewollte Tintenabsorptionen, so dass der Drucker die entsprechende richtige Farbe drucken wird.
Nachdem die Farbkorrekturtabelle erzeugt wurde, kann das eigentliche Druckverhalten mit der Zeit abweichen. Um diese Abweichung zu korrigieren, wird das System periodisch angepasst oder rekalibriert. Das Rekalibrieren der Farbkorrekturtabelle umfasst, dass ein Satz von Testfarbstellen periodisch gedruckt und neu gemessen wird, der dann mit einem Originalsatz von Testfarbstellen mit Hilfe einer Kalibrierungssoftware verglichen wird. Das erneute Messen wurde jedoch bis jetzt typischerweise manuell durch einen Scanner oder durch ein anderes Messgerät ausgeführt, der entfernt vom Drucker, der rekalibriert wird, angeordnet ist. Das erneute Messen erfolgt beispielsweise Entfernen eines Testausgabeblatt aus dem Druckerausgabefach, durch Ablegen auf einen Tisch (stationär) und durch manuelles Bewegen eines Spektrophotometer oder mithilfe eines X-Y-Plotter-Treiber, oder indem automatisch das Testblatt in den Spektrophotometer eingegeben wird und die Spektrophotometer-Ausgabesignaldaten in einem dazugehörigen Speicher zum späteren Auslesen gespeichert werden, oder indem das Spektrophotometer mit Hilfe eines elektrischen Drahtes oder Kabels an die Druckersteuerung oder den Server angeschlossen wird, um jene elektrischen Farbrekalibrierungs-Eingabesignale aus dem Spektrophotometer direkt zu empfangen und diese, wie beschrieben, zu bearbeiten. Das Verbindungskabel könnte durch bekannte IR oder RS kabellose Verbindungssysteme (wie beispielsweise "BlueTooth") ersetzt werden, wie sie in PC- oder anderen elektronischen Bauteilverbindungen verwendet werden. Diese manuelle Offline-Prüfung der Kalibrierungsblätter setzt jedoch voraus, dass der Benutzer die Testfarbblätter oder Testfarbstellen, die in der richtigen Maschine in der richtigen Reihenfolge getestet werden, richtig manuell ermitteln und messen kann. Sobald eine Farbkorrekturtabelle erzeugt wurde, muss diese dem richtigen Drucker zugeordnet werden, da ansonsten ein anderer Drucker mit der nicht korrekten Korrekturtabelle rekalibriert wird. Ein automatisches geeignetes Online-Farbkorrektursystem eines Spektrophotometers weist diese Probleme oder diese möglichen Fehlerquellen nicht auf.
Es ist zu beachten, dass die Offenbarung der Beschreibung bei verschiedenen weiteren Anwendungen von anderen Farbprüfungs- und Korrektursystemen und in anderen Branchen verwendet werden kann, obwohl die spezielle Ausführungsform in der Beschreibung mit besonderem Bezug auf diese wünschenswerten Anwendungen zur Kalibrierung und/oder regelmäßigen Rekalibrierung von Farbdruckern und/oder zum erneuten Definieren von Farbkorrekturtabellen beschrieben ist.
Wie bereits besprochen, ist es bei hochqualitativen reprografischen Farbanwendungen äußerst vorteilhaft, die kolorimetrische Leistung des Systems online und automatisch unter Verwendung eines integrierten Spektrophotometers zu überwachen und zu aktualisieren. Das heißt, dass das Druckgerät automatisch relativ häufig Kalibrierungsdrucke auf ansonsten normal bedruckten Farbstellenblättern erzeugen muss, die auf digitalen Testmusterherstellungen basieren, und dass ein Spektrophotometer in der Druckerausgabe angeordnet sein muss, das die sich bewegenden Blätter mit den bedruckten Farbteststellen genau lesen kann, um gedruckte Farbmessausgabesignale ohne manuelles Eingreifen oder ohne Druckerstörung bereitzustellen. Dazu wird ein relativ kostengünstiges, jedoch schnelles, genaues und für eine weite Spektralbreite geeignetes Spektrophotometer benötigt, das effektiv in dieser Umgebung und unter diesen Bedingungen arbeiten kann, ohne den normalen Druckablauf zu beeinflussen. Das heißt, dass das Spektrophotometer so kostengünstig sein muss, dass diese verbesserte Einrichtung bei handelsüblichen Farbdruckern eingebaut werden kann, ohne im Wesentlichen die Gesamtkundenkosten für diese Drucker zu erhöhen. Dies trifft typischerweise nicht auf herkömmliche Laborspektrophotometer zu. Die offenbarte Ausführungsform des Spektrophotometers kann an jeder geeigneten Stelle entlang des normalen Papierpfades einer Druckmaschine angeordnet sein. Es kann sogar in das Ablagefach für Ausgabeblätter von verschiedenen bereits bestehender Farbdrucker angeordnet werden.
Ein spezielles Merkmal der in der Beschreibung offenbarten speziellen Ausführungsform umfasst das Bereitstellen eines Farbkorrektursystems für einen Farbdrucker mit einem Ausgabepfad für sich bewegende gedruckte Farbblätter, das gedruckte Testblätter mit geruckten Farbteststellen umfasst, indem ein Spektrophotometer neben dem Druckerausgabepfad zur Überprüfung der Farben, die auf die bedruckten Farbteststellen auf den geruckten Testblättern gedruckt sind, befestigt ist, wenn sich die gedruckten Testblätter an dem Spektrophotometer in dem Ausgabepfad vorbeibewegen, wobei das Farbkorrektursystem mehrere Beleuchtungsquellen zum aufeinanderfolgenden Beleuchten der Farbteststellen mit unterschiedlichen Beleuchtungsspektren in einem im Wesentlichen kreisförmigen Beleuchtungsmuster, und ein Multifotodetektorsystem zur Bereitstellung elektrischer Ausgabesignale in Erwiderung auf die Farbe der Teststellen von der aufeinanderfolgenden Beleuchtung der Teststellen umfasst, indem die Beleuchtung der Farbteststellen in dem im Wesentlichen kreisförmigen Beleuchtungsmuster durch die Beleuchtungsquellen reflektiert werden, und wobei das Farbkorrektursystem ein Multilinsensystem zum Übersenden der reflektierten Beleuchtung von den Farbteststellen zu dem Multifotodetektorsystem umfasst, um eine verbesserte Unempfindlichkeit des Spektrophotometers gegenüber einer Winkelabweichung relativ zu den gedruckten Testblättern bereitzustellen.
Weitere spezielle, in der Beschreibung offenbarte Ausführungsformen umfassen, einzeln oder in Kombination, jene, in denen das Multifotodetektorsystem eine Vielzahl von Fotodetektoren umfasst, die in einem Winkelabstand um das im Wesentlichen kreisförmige Beleuchtungsmuster angeordnet sind, um eine reflektierte Beleuchtung von diesem in einem im Wesentlichen gleichen Winkel aus im Wesentlichen gegenüberliegenden Richtungen zu empfangen; und/oder in denen ein gemeinsames zentrales Linsensystem bereitgestellt ist, und in denen die verschiedenen Beleuchtungsspektren von den mehreren Beleuchtungsquellen zur aufeinanderfolgenden Beleuchtung der Farbteststellen in einem im Wesentlichen kreisförmigen Beleuchtungsmuster durch das zentrale Linsensystem rechtwinklig auf die im Wesentlichen gleiche Fläche der Farbteststellen auf den bedruckten Testblättern ausgerichtet sind, um ein im Wesentlichen kreisförmiges Beleuchtungsmuster bereitzustellen; und/oder in denen die mehreren Beleuchtungsquellen eine Vielzahl von dicht aneinander geordneten unterschiedlichen Spektralemissions-LEDs mit einer aufeinanderfolgenden Antriebsschaltung umfassen; und/oder ein kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer zur Farbmessung von Testzielbereichen, die relativ zu dem Spektrophotometer unterschiedlich verschoben und in verschiedenen Winkeln angeordnet werden können, wobei das Spektrophotometer mehrere Beleuchtungsquellen und ein gemeinsames Linsensystem umfasst, um mehrere unterschiedliche Spektralbeleuchtungen von den mehreren Beleuchtungsquellen im Wesentlichen rechtwinklig zu dem Farbtestzielbereich aufeinanderfolgend zu proktieren, um einen im Wesentlichen kreisförmigen Beleuchtungsbereich des Farbtestzielbereiches zu beleuchten, das eine aufeinanderfolgende Antriebsschaltung zum aufeinanderfolgenden Betreiben der mehreren Beleuchtungsquellen umfasst, und das mindestens einen Fotodetektor umfasst, der von dem gemeinsamen Linsensystem und von dem im Wesentlichen kreisförmigen Beleuchtungsbereich des Farbtestzielbereiches beabstandet ist, um in einem Winkel das reflektierte Licht von dem im Wesentlichen kreisförmigen Beleuchtungsbereich zu empfangen, um eine verringerte Empfindlichkeit des Spektrophotometers gegenüber einer Winkelabweichung relativ zu dem Farbtestzielbereich bereitzustellen; und/oder worin der mindestens eine Fotodetektor ein Detektor-Array von mehreren Fotodetektoren umfasst, das auf zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten von dem gemeinsamen Linsensystem und von dem im Wesentlichen kreisförmigen Beleuchtungsbereich des Farbtestzielbereiches beabstandet ist, um in einem Winkel reflektiertes Licht von dem im Wesentlichen kreisförmigen Beleuchtungsbereich in dem im Wesentlichen gleichen Winkel aus gegenüberliegenden Richtungen unterschiedlich zu empfangen, um eine zusätzliche verringerte Empfindlichkeit des Spektrophotometers gegenüber einer Winkelabweichung relativ zu dem Farbtestzielbereich bereitzustellen; und/oder worin die mehreren Beleuchtungsquellen etwa acht oder wenige LEDs umfassen, die eine entsprechend begrenzte Anzahl verschiedener Spektralbeleuchtungen bereitstellen; und/oder worin das Spektrophotometer ein Teil eines Farbsteuerungssystems eines Farbdruckers mit einem Ausgabepfad für bedruckte Blätter ist und neben mindestens einer Seite des Ausgabepfades für gedruckte Blätter des Farbdruckers befestigt ist und wobei der beleuchtete Farbtestzielbereich auf ein gedrucktes Farbtestblatt, das von dem Drucker gedruckt wird, gedruckt ist und sich an dem Spektrophotometer in dem Ausgabepfad für gedruckte Blätter des Farbdruckers vorbeibewegt; und/oder worin die begrenzte Anzahl der Beleuchtungsquellen weniger als etwa fünf LEDs umfassen, die eine entsprechend begrenzte Anzahl unterschiedlicher Spektralbeleuchtungen bereitstellen, und wobei der mindestens eine Fotodetektor einen Fotodetektor umfasst, der mehrere lichtempfindliche Stellen und mehrere unterschiedliche spektrale Antworten aufweist; und/oder wobei es etwa vier oder weniger der mehreren Fotodetektoren gibt; und/oder worin die mehreren Fotodetektoren in einem im Wesentlichen kreisförmigen Muster um das gemeinsame Linsensystem angeordnet sind, um eine Mittelachse festzulegen; und/oder worin die mehreren Fotodetektoren jeweils ein Projektionslinsensystem umfassen, das in etwa eine 1:1-Abbildungsoptik aufweist; und/oder ein Verfahren einer Breitbandfarbmessung eines Farbtestbereiches, das im Wesentlichen rechtwinklig aufeinanderfolgend einen im Wesentlichen kreisförmigen Bereich des Farbtestbereiches mit einer begrenzten Anzahl von unterschiedlichen Spektralbeleuchtungen durch ein gemeinsames Linsensystems der Reihe nach beleuchtet und im Wesentlichen ohne Kontakt einen Bereich der reflektierten Beleuchtung des aufeinanderfolgend beleuchteten im Wesentlichen kreisförmigen Bereichs des Farbtestbereiches in einem Winkel von etwa 45° mit mindestens einem Fotodetektor misst, der von dem Farbtestbereich beabstandet ist, um eine verringerte Winkelunempfindlichkeit des Fotodetektors relativ zu dem Farbtestbereich bereitzustellen; und/oder ein Verfahren einer Breitbandfarbmessung eines Farbtestbereiches, das ein Detektor-Array verwendet, das mehrere Fotodetektoren umfasst, die auf gegenüberliegenden Seiten des Farbtestbereiches befestigt sind, wobei die Ausgabesignale gemittelt werden, um die Winkelunempfindlichkeit relativ zu dem Farbtestbereich zu verringern; und/oder worin die mehreren Fotodetektoren jeweils die reflektierte Beleuchtung durch ein Projektionslinsensystem mit einem in etwa 1:1-Abbildungsverhältnis empfangen, um eine relative Unempfindlichkeit des Fotodetektors gegenüber einer Abweichung relativ zu dem Farbtestbereich bereitzustellen; und/oder ein kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer, das eine Einrichtung umfasst, um rechtwinklig der Reihe nach einen gemeinsamen im Wesentlichen kreisförmig beleuchteten Farbtestbereich mit einer begrenzten Mehrzahl von unterschiedlichen Spektralbeleuchtungen zu beleuchten, und eine Einrichtung, um der Reihe nach die in einem Winkel reflektierte Beleuchtung von dem aufeinanderfolgend beleuchteten im Wesentlichen kreisförmig beleuchteten Farbtestbereich zu messen, indem die reflektierte Beleuchtung gleichzeitig auf mehrere Fotodetektoren gerichtet wird, die um den gemeinsamen Farbtestbereich angeordnet sind, und indem die Ausgaben der Fotodetektoren summiert werden, um eine gemittelte Ausgabe zu bilden; und/oder worin die begrenzte Mehrzahl der unterschiedlichen Spektralbeleuchtungen durch mehrere unterschiedliche LEDs in einem gemeinsamen Bereich mit einem gemeinsamen Linsensystem und durch eine aufeinanderfolgende Antriebsschaltung für die LEDs bereitgestellt sind.
Das offenbarte System kann durch eine geeignete Bedienung herkömmlicher Steuerungssysteme verbunden, betrieben und gesteuert werden. Vorzugsweise sind die verschiedenen Steuerungsfunktionen und die Softwarelogik mit Softwareanleitungen für herkömmliche Mikroprozessoren oder Universalmikroprozessoren zu programmieren und auszuführen, wie das in zahlreichen Stand der Technik-Patenten und herkömmlichen Handelsprodukten gelehrt wird. Eine derartige Programmierung oder Software kann sich selbstverständlich abhängig von den bestimmten Funktionen, dem Softwaretyp und dem Mikroprozessor oder einem anderen verwendeten Computersystem ändern, jedoch werden sie anhand der funktionalen Beschreibungen ohne unnötiges Experimentieren (wie beispielsweise die in der Beschreibung), und/oder anhand herkömmlichen Funktionswissens aus dem Stand der Technik zusammen mit dem Allgemeinwissen über Software und Computer verfügbar sein oder leicht programmierbar sein. Alternativ kann das offenbarte Steuerungssystem oder das Verfahren teilweise oder vollständig in die Hardware eingebaut sein, indem Standardlogikschaltungen oder einzelne VLSI-Chipbauarten verwendet werden.
In dieser Beschreibung bezieht sich die Bezeichnung "Blatt" auf ein für gewöhnlich dünnes (nicht festes) natürliches Blatt Papier, Plastik oder ein anderes geeignetes natürliches Substrat oder Druckmedium für Bilder, die entweder vorgeschnitten sind oder in Form von Rollen vorkommen. Ein "Kopierblatt" kann als eine "Kopie" abgekürzt werden oder als eine "Hardcopy" bezeichnet werden. Gedruckte Blätter können als "Ausgabe" bezeichnet werden. Ein "Druckauftrag" ist üblicherweise ein gebundener Satz gedruckten Papiers, üblicherweise ein oder mehrere sortierte Kopiesätze, die von einem oder mehreren Originaldokumentblättern oder elektronischen Dokumentseitenabbildungen von einem bestimmten Benutzer, oder Ähnliches kopiert sind.
Bezüglich der Vorrichtungsbauteile der vorliegenden Erfindung oder der Alternativen ist zu beachten, dass einige dieser Komponenten, wie das üblicherweise der Fall ist, per se von anderen Vorrichtungen oder Anwendungen, einschließlich jener der hierin zitierten, aus dem Stand der Technik bekannt sind, die zusätzlich oder alternativ in der Beschreibung verwendet werden können. Alle in dieser Beschreibung zitierten Quellenangaben und wiederum deren Quellenangaben sind gegebenenfalls durch Bezugnahme in die Beschreibung als angemessene Lehre zusätzlicher oder alternativer Ausführungen, Merkmale und/oder technischen Hintergrund aufgenommen.
Viele der oben erwähnten Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile werden durch die spezielle Vorrichtung und ihre Bedienung, wie in dem nachfolgenden Beispiel und in den Ansprüchen beschrieben, offensichtlich. Somit wird die vorliegende Erfindung durch die Beschreibung einer speziellen Ausführungsform, einschließlich der Zeichnungen (ungefähr maßstabsgetreu, außer der Prinzipdarstellungen), besser verständlich, wobei:
1 eine Draufsicht eines Beispiels oder einer Ausführungsform eines Spektrophotometers zeigt, das ein Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst;
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 des Spektrophotometers der 1 zeigt, die das Messen der Farbe einer Teststelle von einem Testblatt darstellt, das sich in einem beispielhaften Ausgabepfad eines Farbdruckers bewegt;
3 schematisch ein Beispiel einer Anordnung zeigt, mit der das beispielhafte Spektrophotometer der 1 und 2 betrieben werden kann;
4 und 5 zeigen zwei Beispiele eines Trennblattes oder eines anderen Testblattes, das mit Hilfe eines beispielhaften Farbdruckers mit mehreren Farbteststellen gedruckt werden kann, um durch das Spektrophotometer der 1 und 2 oder 14 ausgelesen zu werden, wobei die unterschiedlichen Farben durch Schwarz-Weiß-Standardquerschraffierungsymbole des US-Patentamtes dargestellt sind;
6 eine schematische und stark vergrößerte teilweise Draufsicht eines optionalen Fotodetektors zeigt, der in dem beispielhaften Spektrophotometer der 1 und 2, wenn dieser nach 14 modifiziert wird, verwendet werden kann, der einen beispielhaften Silikonfarbabbildungssensor-Arraychip (üblicherweise Teil einer handelsüblich verfügbaren Dokumentabbildungsbalkens) mit drei Fotosensorstellenreihen umfasst, die durchlässig jeweils Rot, Grün und Blau nach bekannter Art filtern, um die Spektren jeweils hinsichtlich dieser drei einzelnen Farben abzutasten und der auch eine (optionale) vierte Reihe mit Fotosensorstellen ohne Filter zur Weißlichtabtastung zeigt, wobei der durch einen Kreis gekennzeichnete Bereich, der in der Ansicht gezeigt ist, einen beispielhaften Bereich des Sensor-Arraychips darstellt, der durch die von einem Testziel reflektierte LED-Lichtquelle beleuchtet ist;
7 zeigt schematisch eine Draufsicht eines Beispiels eines ansonsten herkömmlichen Farbdruckes, der die Farbtestblätter der 4 oder 5 druckt und die Testblätter mit dem Spektrophotometer der 1 und 2 oder 14 der Reihe nach ausliest, wenn die Testblätter auf übliche Weise in dem normalen Ausgabepfad des Druckers bewegt werden, wobei das Spektrophotometer auf einer Seite des Blattausgabepfades gegenüberliegend von einer Kalibrierungstestzielfläche befestigt ist;
8 zeigt ein Wellenlänge (horizontal) – relative Empfindlichkeit (vertikal) – Diagramm für die vier beispielhaften spektralen Ansprechverhalten des beispielhaften Bildsensor-Arraychips der 6, und zwar jeweils für die ungefilterten Sensoren (die durchgezogene Linie), blau gefilterten Sensoren (die strichlierte Linie), grün gefilterten Sensoren (die gepunktet-strichlierte Linie) und rot gefilterten Sensoren (die gepunktete Linie).
9 ähnlich zu der 8 ist, jedoch zeigt sie zusätzlich zu den Kennlinien der 8 die spektralen Ausgangssignale der vier unterschiedlichen beispielhaften LED-Beleuchtungsquellen, die in das beispielhafte Spektrophotometer der 14 integrierbar sind (wie in der nachfolgenden Tabelle gezeigt und beschrieben), nämlich eine weiße LED (die strichliert-lang strichlierte Linie), eine 430 nm LED (die dünne Linie) und eine 505 nm LED (die Linie mit den Quadraten) und eine 595 nm LED (die strichliert-gepunktet-gepunktet/strichlierte Linie);
10, 11, 12 und 13 zeigen jeweils der Reihe nach das gemeinsame Antwortverhalten aller vier verschiedenen lichtempfindlichen Stellen des Sensorchips der 6, die der Reihe nach einer Beleuchtung von nur einer der vier verschiedenen LEDs der 9 ausgesetzt sind, d. h. dass in der 10 die weiße LED, in 11 die 430 nm LED, in 12 die 505 nm LED und in 13 die 595 nm LED verwendet wird; und
14 eine abgeänderte Variante der 2 zeigt, in der die mehreren Fotodetektoren mit den lichtempfindlichen Stellen der 6 rechtwinklig zu dem Farbtestzielbereich befestigt sind, um eine kreisförmige Abbildung zu empfangen. Diese rechtwinklige Ausrichtung des Fotodetektorchips bringt den Bereich in die Bildebene der Optik und verringert somit das Auftreten einer Zerrbildes.
Im Folgenden wird nun ausführlicher auf die spezielle beispielhafte Ausführungsform eines Farbabtastsystems 10 mit den Spektrophotometerausführungsformen 12 oder 12' Bezug zur Überprüfung der Farbteststellen genommen, wie in den oben beschriebenen Figuren gezeigt. Wenn nicht anders angegeben, sind die Bezugnahmen auf das Spektrophotometer 12 der 2 auch auf das Spektrophotometer 12' der 14 anwendbar. Auf ähnliche Weise sind die Testverweise auf die Bezugzeichen 30, 31, 31A und 33 der 4 auf die Bezugszeichen 30', 31', 31A' und 33' der 5 anwendbar. Wie zuvor auf unterschiedliche Art und Weise besprochen, ist die Ausführungsform des Spektrophotometers 12 (oder alternative Ausführungsformen davon) insbesondere dazu geeignet, als Teil eines hocheffektiven und dennoch wirtschaftlichen Online- oder "Echtzeit"-Farbdruckkalibrierungs- oder Korrektursystems verwendet zu werden, das regelmäßig die eigentlichen Farben misst, die laufend von einem Farbdrucker, wie beispielsweise der Farbdrucker 20 der 7, auf ein Trennpapier oder andere gedruckte Testblätter, wie beispielsweise die Testblätter 30 der 4 oder 30' der 5, gedruckt werden, im Vergleich zu den gewünschten oder ausgewählten, oder "wahren" Farben der elektronischen Dokumentabbildungen, die in den Drucker 20 zum Drucken eingegeben werden. Wie bereits zuvor erwähnt, ist das offenbarte Spektrophotometer 12 jedoch nicht auf diese offenbarte Kombination, Anwendung oder Benutzung beschränkt.
Die azimuthalen Unempfindlichkeitsmerkmale der Ausführungsform dieses Spektrophotometers 12 werden in der Beschreibung in Kombination mit den Unempfindlichkeitsmerkmalen gegenüber einer Abweichung von diesen gezeigt und beschrieben, die auch Gegenstand der zuvor erwähnten anhängigen gemeinsamen US-Anmeldung Nr. 09/535,007 von Fred F. Hubble, III und Joel A. Kubby sind, die am 23. März 2000 eingereicht wurde. Das Prinzip dieser Unempfindlichkeitsmerkmale gegenüber einer Abweichung wird im Nachfolgenden mit Bezug auf den anderen Spektrophotometer 12 erneut erläutert.
Wie in der anhängigen Anmeldung erwähnt, ist es wünschenswert, Änderungen in den Spektrophotometer-Ausgangssignalen mit Änderungen in der Zielabweichungsentfernung zu verringern. Das Erreichen einer Verbesserung ist sowohl für die Abweichungsunempfindlichkeit als auch für die azimuthale Unempfindlichkeit oder für eine der beiden schwierig, wenn gegebenenfalls die Reflexion von einem Testbereich, der in einem Winkel von 45° relativ dazu beleuchtet ist, zu messen ist.
Es ist äußerst wünschenswert, wenn auch nicht wesentlich, mit Industriestandards, die durch die CEE, ASTM und andere dargelegt sind, kompatibel zu sein, in denen die Teststellenausleuchtung zur Farbmessung in einem Winkel von 45° zu der Fläche des Mediums, auf dem die Farbteststelle gedruckt wird, erfolgen sollte. Die Farbteststellenmessung sollte bei diesen Standards unter Verwendung eines diffus gestreuten Fluss von der (so beleuchteten) Teststelle in einem Winkel von 90° (rechtwinklig) zu dieser Farbteststellenfläche gemessen werden. Eine entscheidende Herausforderung bei der Verwirklichung eines Spektrophotometers hinsichtlich dieser Standards ist die wiederholte Erfassung des reflektierten Flusses, wenn die erfasste Flussmenge proportional zum Raumwinkel ist, der durch die Eintrittspupille der Flusserfassungsoptik geschnitten wird. Es zeigte sich jedoch, dass diese Standards durch den Spektrophotometer 12 mit der anderen Bauweise erreicht werden können, der stattdessen die Testfläche in einem Winkel von 90° beleuchtet und die Farbmessungen des reflektierten Lichts in einem Winkel von 45° zu dieser beleuchteten Testfläche ausführt.
Wie zuvor erwähnt, ist es für frühere Spektrophotometer, Kolorimeter und Densitometer notwendig, dass das gemessene Ziel während der Messung in einer vorbestimmten fixierten Position gehalten wird, wobei hierfür typischerweise das Zielmaterial flach gegen eine Referenzfläche gedrückt wird, die an dem Geräteabtastkopf befestigt ist oder dicht daneben gehalten wird.
Im Gegensatz dazu ist die Lage der Druckmedien in den meisten bestehenden Druckerpapierpfade, in die Richtung rechtwinklig zu der Papierpfadebene, relativ unkontrollierbar, da das Papier üblicherweise zwischen Ablenkplatten bewegt wird, deren Abstand zueinander viel größer als die Papierdicke ist, vorzugsweise einige Millimeter, wie in der 2 gezeigt. Das Papier kann sogar durch wellenbildende Zuführungsrollen ganz bewusst wellenförmig ausgebildet werden.
Wenn die Abweichung zwischen einem Sensor und dem abgetasteten Medium variiert, wird sich die erfasste Flussmenge auf entsprechende Art gemäß der nachfolgenden Gleichung ändern: E ∞ Ω = A/r^2wobei

Ω: = der Raumwinkel, der von der Projektionsoptik geschnitten wird,
A: = die Fläche der Eintrittspupille der Projektionsoptik, und
R: = die Abweichung zwischen der Teststelle und der Eintrittsoptik.

Wenn sich die Abweichung ändert, ändert sich die erfasste Flussmenge und diese Änderung wird an der elektrischen Signalausgangsstelle von den Änderungen in der Dichte der Teststelle nicht zu unterscheiden sein, wodurch Fehler in der gemessenen Dichte auftreten, wenn diese nicht ausgeglichen werden.
Eine Lösung wäre, das Medium in dem Messspalt mit Hilfe einer zusätzlichen Vorrichtung in dem Papierpfad mechanisch einzuschränken. Dies ist jedoch, wie zuvor erwähnt, aufgrund erhöhter Kosten durch zusätzliche Bauteile und aufgrund der wahrscheinlichen Papierstauzunahme durch die Einengung des Papierpfades äußerst unerwünscht.
Die in dieser Beschreibung offenbarte Lösung umfasst stattdessen die Bereitstellung eines neuen Spektrophotometers 12, das einigermaßen unempfindlich auf eine relative Verschiebung zwischen dem Spektrophotometer und dem zu messenden Farbzielmedium reagiert. Dies erweist sich als vorteilhafter, da eine Störung mit dem Medium verringert und eine Vielseitigkeit hinsichtlich der Bausweise bei der Unterbringung eines Sensors ermöglicht wird, und, wenn richtig ausgeführt, nur ein kleiner Zuwachs in Sensor UMC hinzugefügt werden muss. Es ist ein Spektrophotometer 12 bereitgestellt, dessen Ausgabe verhältnismäßig unempfindlich gegenüber der Verschiebung von der Fläche des zu untersuchenden Mediums ist, und dennoch kompakt und verhältnismäßig kostengünstig ist, und somit für eine kostengünstige Anwendung in dem regulären (und unbehinderten) Ausgabepapierpfad herkömmlicher reprografischer Maschinen ist.
Wie anderweitig in dieser Beschreibung beschrieben, wird ein Fluss in dem Spektrophotometer 12 der 2 von einer ausgewählten aufeinanderfolgenden Lichtquelle, wie beispielsweise D1, D2, D3 oder D4, gezeigt (die bestimmte Lichtquelle ist zu dieser Zeit beleuchtet), der durch eine gewöhnliche Kondensorlinse 13 (mit einem IR-Filter 12A) erfasst und auf eine Teststelle 31 auf dem Druckmedium 30 geleitet wird. Es wird ein Kehrbild des beleuchteten Bereiches auf der Ebene der Detektoren D12 (D12A und D12B in 2) mit Hilfe einer Projektions (Ziel)-Optik 18 und 19 gebildet, das die Bereiche der Detektoren D12 sättigt. Durch Auswählen der 1:1-Vergrößerung dieser Zieloptik 18 und 19 zeigt sich, dass in erster Ordnung und für Änderungen in der Objekt zu Sensor-Verschiebung, die relativ zu dem Gesamtabstand klein sind, die Energiedichte der Abbildung, die von dem Detektor erfasst wird, unveränderlich zu dem Abstand zwischen dem Medium und dem Sensorkopf sein wird, wie im Nachfolgenden erläutert wird. Die von der Teststelle 31 reflektierte Lichtenergie, die durch die Linsen 18 und 19 gesammelt wird, ist proportional zu dem Raumwinkel, der durch diese Projektionslinse geschnitten wird. Wenn sich die Medium-zu-Optik-Verschiebung, r(nicht gezeigt), ändert, ändert sich mathematisch gesehen durch den Raumwinkel die Gesamtenergie der Abbildung, die proportional zu r^(–2) ist. Eine Änderung in dem Medium-zu-Sensor-Abstand beeinflusst auch die Abbildungsgröße auf entsprechende und kompensierende Art und Weise. Bei einer 1:1-Abbildungsoptik verhält sich die Vergrößerung reziprok zu der Verschiebung, r^(–1), wodurch eine Änderung in dem Abbildungsbereich erzeugt wird, die proportional zu r^(–2) ist. Somit ist die Bildenergiedichte, d. h. die Energie pro Flächeneinheit, in erster Ordnung invariant mit der Verschiebung. Da der Detektor eine festgelegte Fläche innerhalb der Abbildung abtastet, ist das Ausgangssignal dabei mit Bezug auf den Raum ebenso unveränderlich.
Somit wird ein festgelegter belichteter Bereich des fotosensitiven Detektors mithilfe einer Sammellinse für den fotosensitiven Detektor mit einer 1:1-Vergrößerung effektiv die beinahe gleiche Menge an Mikrowattenergie pro Quadratmillimeter von einer beleuchteten Zielfläche empfangen, selbst wenn sich der Zielbereich hinsichtlich der Entfernung von diesem um plus/minus drei Millimeter oder mehr ändert. Oder in diesem Beispiel kann eine Verschiebung des Farbdrucker-Testblattes oder eine Bewegungsfreiheit in dem Druckpapierpfad von mindestens plus/minus drei Millimetern relativ zu dem Spektrophotometer erfolgen, ohne das System beim Auslesen der genauen Testfarben zu beeinträchtigen.
Um mathematisch eine weitere Erklärung bereitzustellen, wird angenommen, dass
ein Bild- und Objektabstand von 2f und eine Systemvergrößerung von 1:1 vorliegt;
für kleine Änderungen in der Verschiebung des Mediums, "d", die Bildfläche ~(2f + d)^ – 2 beträgt;
die Zielbestrahlungstärke durch die Sammelwirkung der Kondensorlinse konstant gehalten wird;
die Gesamtenergie des Bildes ~(2F + d)^ – 2 beträgt;
die Bildenergiedichte (Bildenergie : Bildfläche) für eine Vergrößerung von 1:1 somit unabhängig von "d" gemacht wird; und
eine 1:1-Vergrößerung somit den bestmöglichen Arbeitspunkt für die Detektoroptik darstellt.
Während eine 1:1-Vergrößerung vorzuziehen ist, wird angenommen, dass ein Bereich von 0,9:1 bis 1,1:1, oder in etwa 1:1, mit abnehmender Genauigkeit, in einigen Situationen verwendet werden kann. Mit der Bezeichnung "etwa" eine 1:1-Vergrößerung der Linse 13 ist gemeint (die Linse für den festgelegten Bereich des lichtempfänglichen Bereiches des Fotosensors D12), dass eine Genauigkeit in der Lichtintensität erster Ordnung auf dem Fotosensor und somit eine Genauigkeit erster Ordnung in dem Ausgangssignal ebenso für einen begrenzten Bereich überhalb oder unterhalb des 1:1-Verhältnisses erzielt werden kann. Dieser Bereich würde noch immer eine Zielabstandsänderung von dem Spektrophotometer 12 von ungefähr + oder – 2,5 bis 3 mm innerhalb der Farbreflexionsmessgenauigkeit erster Ordnung ermöglichen, wodurch ein Normalabstand von 6 mm oder mehr zwischen den abgrenzenden oder einschränkenden sich gegenüberliegenden Ablenkplatten des Papierpfades an diesem Punkt möglich ist.
Somit stellt das Linsensystem zur Übermittlung der Beleuchtung von der Teststelle zu dem Fotodetektorsensor eine wirksame Abweichungsunempfindlichkeit der elektrischen Signale bereit, die von diesem Fotodetektorsensor für Abweichungen in der Verschiebung zwischen der Teststelle und dem Spektrophotometer von mindestens 6 mm erstellt werden. Dies ermöglicht einen entsprechenden Grad an Verschiebungsfreiheit für die Bewegungstoleranz (und Abstand der sich gegenüberliegenden Ablenkplatten) und/oder Blattaufwellungs- oder Wellenbildungstoleranz, die für alle gedruckten Blätter, einschließlich der Testblätter, in dem Ausgabepfad des Farbdruckers gewährleistet werden sollen. Das heißt, dass die Testblätter nicht gegen eine Referenzfläche oder das Spektrophotometer gedrückt werden oder stark eingeengt werden müssen, und dass der Druckerausgabepfad dahingehend nicht verändert werden muss.
Eine beispielhafte geeignete Brennweite des Fotosensorlinsensystems 18 und 19 kann in etwa 11 mm betragen. Dies scheint ein guter Kompromiss zwischen der Lichtenergiemenge, die wünschenswerter Weise von dem Sensor gesammelt wird, und der Erzielung einer Abweichungsunempfindlichkeit in einer einigermaßen großen Spektrophotometereinheit zu sein. Es können Linsen mit unterschiedlicher Brennweite verwendet werden, jedoch würde der Gesamtabstand (der Abstand zwischen der Teststelle und der Abbildung) sich dementsprechend zur Beibehaltung des gleichen Unempfindlichkeitsverhaltens gegenüber einer Verschiebung verändern.
Dieses Konzept lässt sich mit verschiedenen Verfahren oder herkömmlichen Bauteilen einschließlich einer Leiterplatten-Chip-Ausführung (hybrid chip on-board) durchführen, die zur Bereitstellung einer einzelnen Leiterplatten-Chip-Ausführung oder einer Leiterplatte für einen Spektrophotometer mit mehreren LEDs vorzuziehen ist, wie zuvor gezeigt. Bei dieser Bauweise kann ein geeigneter LED-Chip mit unterschiedlichen Wellenlängen, die das sichtbare Spektrum abdecken, an ein PWB befestigt werden. Wie im Nachfolgenden mit Bezug auf das Anordnungsbeispiel der 3 beschrieben wird, kann jede LED der Reihe nach beleuchtet werden.
Der Fluss von jeder LED wird gesammelt und zentral so geleitet, um dem gleichen Teststellenbereich unterhalb des Mittelpunktes beider Spektrophotometer 12 und 12' zugeführt zu werden. Diese Position befindet sich auf der optischen Achse der Linse 13 und 13', wobei die Linse 13 oder 13' in der Mitte des LED-Ringes oder LED-Kreises, wie in der 1 gezeigt, angeordnet ist. Indem die aufeinander folgenden Ausgangssignale aus dem Detektor D12 aufgezeichnet werden, wenn eine Teststelle hintereinander von jeder einzelnen LED beleuchtet wird, kann die Reflexion der Teststelle als Funktion unterschiedlicher Wellenlängen bestimmt werden. Mit einer ausreichenden Anzahl mehrerer unterschiedlicher LED-Ausgangssignalwellenlängen kann die Reflexion der gleichen Teststelle als Funktion unterschiedlicher Wellenlängen über das gesamte sichtbare Spektrum extrapoliert oder interpoliert werden.
Ungeachtet der Druckerbauweise müssen die Messungen in Echtzeit ausgeführt werden, wenn das Medium über und durch den Sensorbereich des Spektrophotometers 12 geführt wird, um eine Störung mit der normalen Druckmedienerzeugung und – ausgabe zu verhindern. Eine beispielhafte Teststellengröße für das Spektrophotometer 12 kann ungefähr 15 bis 30 mm betragen und die Messung dieser Stelle benötigt nur ungefähr 2 bis 5 ms oder weniger.
Mit speziellem Bezug auf die azimuthalen Sensitivitätsmerkmale des Gegenstandes befindet sich der Fotosensor (Detektor) in den früheren Ausführungsformen der Spektrophotometerbauformen, die in den zuvor erwähnten Anmeldungen gezeigt sind, auf der Mittel- oder Nullachse des Spektrophotometers, um reflektiertes Licht rechtwinklig (bei 90 Grad) von dem beleuchteten Bereich des Testziels zu empfangen, und diese Beleuchtung wird durch mehrere LEDs, die um diese Mittelachse in einem Winkel von 45° zu dem Testziel angeordnet sind, hervorgerufen.
Im Gegensatz dazu, sind die mehreren unterschiedlichen Farbemissions-LEDs in der vorliegenden Ausgestaltung des Spektrophotometers 12 der 1 und 2, oder 14, zusammen in einer zentralen Einheit, einer Platte oder einem Chip angeordnet, die Licht parallel entlang der mittleren oder optischen Achse des Spektrophotometers in einem Winkel von 90 Grad zu dem Testziel projektieren (beispielsweise die Farbstelle auf dem sich bewegenden Blatt Papier), um vielmehr einen kreisförmigen als einen elliptischen beleuchteten Bereich des Testziels bereitzustellen. Ein oder mehrere Fotosensoren sind optisch in einem Winkel von 45 Grad zu dem Testziel ausgerichtet, um das reflektierte Licht von dem Testziel zu empfangen. Es zeigt sich, dass im Wesentlichen bei einem Wechsel von einem 45-0 Grad-System zu einem 0-45 Grad-System die Messfehler von der Fehlausrichtung des Testziels relativ zu dem Spektrophotometer verringert werden.
Als weitere Erklärung des zuvor Erwähnten, kann sich der Winkel der Testpapierblattfläche relativ zu der Mittelachse des Spektrophotometers in einem typischen Druckpapierpfad mit beabstandeten Ablenkplatten aus verschiedenen Gründen ein wenig verändern. Indem alle LEDs zentral angeordnet sind, kann deren Beleuchtungsmuster auf dem Testziel von jenen Strahlen gebildet werden, die das Ziel in einem Winkel von ungefähr 90 Grad treffen, d. h. senkrecht zum Ziel. Es wird ein kreisförmiges oder beinahe kreisförmiges Strahlenmuster auf einem ausgewählten Bereich des Zieles erzeugt, wenn die Zielfläche, wie beabsichtigt, in einem Winkel von 90 Grad dazu liegt. Wenn die Zielfläche durch Faktoren, wie beispielsweise durch eine Aufwellung des vorderen und hinteren Endes des Papiers, durch eine Wellenbildung, durch Ausrichtungsfehler bei der Sensorbefestigung oder durch andere Effekte von den 90 Grad abweicht, wird dieses LED-Strahlenmuster nur leicht elliptisch und weist eine Fläche auf, die um einen Faktor 1/cos(theta) größer ist als der Kreis, wobei theta die Abweichung von den 90 Grad darstellt. Wenn beispielsweise der Einfallswinkel 93 Grad wäre, dann wäre theta 3 Grad groß und die Fläche der Bestrahlung wäre A/cos(3) = 1,001 A, wobei A die ausgewählte Beleuchtungsfläche ist. Der Fluss, der von dem Ziel reflektiert und die Detektoren gesammelt wird, ist proportional zu der Bestrahlungstärke. Es zeigt sich, dass sich die Bestrahlungsstärke (Energie pro Flächeneinheit) für beispielsweise diese 3 Grad nur wenig ändert, d. h. nur um 0,001, und somit ändern sich auf ähnliche Weise auch die Signale von den Detektoren nur wenig.
Aus 2 ist ersichtlich, dass der Fluss von jeder LED von der gleichen Kondensorlinse 13 gesammelt und der Teststellfläche in einem senkrechten Einfallswinkel von 90 Grad oder rechtwinklig dazu zugeführt wird, um die Beleuchtungsfläche zu bilden. In der Brennebene jeder Projektionslinse 18 und 19 (die die gewünschte 1:1-Abbildungsoptik bereitstellt) wird ein Kehrbild der Beleuchtungsfläche gebildet, wobei das Kehrbild den entsprechenden optischen Detektor D12 (D12A und D12B) sättigt.
Weitere Vorteile der zuvor beschriebenen Bauweise zentral angeordneter LEDs umfassen: die Möglichkeit, eine einzelne Kondensorlinse für alle LEDs zu verwenden, anstelle einer einzelnen Linse für jede LED; ein einfacheres genaues Messen aller LED- Temperaturen mit nur einer integrierten Schaltung; und eine kostengünstig durchzuführende Bauweise.
Ein zusätzliches, offenbartes Merkmal zur Verbesserung der Spektrophotometergenauigkeit für veränderbare Zielwinkel ist es, zusätzlich zu dem oben Erwähnten die Mittelung der Ausgangssignale von den mehreren Fotodetektoren durchzuführen, die die Strahlenfläche aus unterschiedlichen Positionen sehen, um die sich ändernden azimuthalen Reflexion des Zielbereiches zu mitteln, und somit die Unempfindlichkeit gegenüber einer Winkelfehlausrichtung mit dem Zielbereich weiter zu erhöhen. In dem zuvor erwähnten Beispiel einer 3 Grad schrägen Zielfläche wird ein Detektor auf einer Seite der Mittelachse des Spektrophotometers die beleuchtete Zielfläche in einem Winkel von 45 Grad abzüglich der 3 Grad sehen, während ein Detektor auf der gegenüberliegenden Seite des Spektrophotometers die gleiche Beleuchtungsfläche in einem Winkel von 45 Grad plus 3 Grad (oder umgekehrt) sehen wird, jedoch können deren Ausgabesignale gemittelt werden, um diesen Effekt aufzuheben, wie beispielsweise durch Summieren der Ausgangssignale, wie in der 3 gezeigt.
Obwohl in den 1 und 2 vier Fotosensorstellen D12 gezeigt sind, die in einem Winkel von 90 Grad um die Mittelachse der LEDs angeordnet sind (oder es könnten sechs Fotosensorstellen mit einem Abstand von 60 Grad verwendet werden), zeigt sich, dass eine Spektrophotometerbauweise mit nur drei Fotosensorstellen, die um die Mittelachse in einem Abstand von 120 Grad voneinander angeordnet sind (und somit werden insgesamt nur vier Linsen benötigt) ausreichend ist, um die Messfehler von der azimuthalen Quelle auf weniger als ein Prozent zu verringern.
Wie in den 6 und 14 gezeigt, können die mehreren beabstandeten Detektoren kostengünstige, einen Chip und mehrere Pixel umfassende, mehrfarbige Fotodetektoren mit einer verringerten Anzahl von LEDs sein. Dies ist jedoch nicht wesentlich. Selbst mit nur drei herkömmlichen einzelnen einzelligen Fotosensoren kann in der offenbart Spektrophotometerbauweise die Anzahl der LEDs von beispielsweise 10, 12 oder sogar 24 LEDs auf nur acht LEDs reduziert werden. Indem die mehreren mehrfarbigen Detektoren mit lichtempfindlichen Stellen optional verwendet werden, wie im Nachfolgenden beschrieben, können jedoch nur drei oder vier unterschiedliche LEDs verwendet werden und eine erhöhte Messgeschwindigkeit und/oder spektrale Bandbreite bereitgestellt werden.
Somit ermöglicht die Ausführungsform des Spektrophotometers 12' die Verwendung einer verringerten Gesamtanzahl von LEDs mit geeigneten unterschiedlichen Farbspektralausgabesignalen (beispielsweise nur drei oder vier), um der Reihe nach die beispielhaften Farbtestziele 31 oder 31' auf den beispielhaften Testblättern 30 oder 31', wie in den 4 oder 5 gezeigt, zu beleuchten. Des Weiteren wird der reflektierte Beleuchtungsgrad bei diesem Spektrophotometer 12 wünschenswerter Weise nicht durch einen einzelnen Fotozellensensor oder einzelne Fotozellen erfasst. Stattdessen kann er von lichtempfindlichen Stellen mit einem multispektralen Ansprechverhalten eines kostengünstigen Farbbildsensor-Arraychip 14 erfasst werden, wie in dem Beispiel der 6 gezeigt, die Reihen mit mehreren dicht aneinander angeordneten Farbsensoren (lichtempfindlichen Stellen D12F, D12E, D12C und D12D) mit jeweils einer unterschiedlichen integrierten Mehrfachfarbfilterung (keine Farbe, Blau, Grün und Rot) aufweisen, die mehrere unterschiedliche Spektralsensitivitäten und vielmehr parallele Mehrfachausgangssignale als ein einziges Ausgangssignal von einem einzelnen Fotosensor bereitstellen. Die entsprechenden unterschiedlichen Farbausgabe-LEDs D1, D2, D3 und D4 können in einer vorbestimmten Reihenfolge (wie in der 3 oder anderswo gezeigt) eingeschaltet werden, um spezielle unterschiedliche Multispektralmessungen innerhalb der sichtbaren Wellenlängen, wie in den 8 bis 13 dargestellt, auszuführen. Vorzugsweise liefert eine LED eine weiße Beleuchtung. Somit wird eine schnelle und kostengünstige Universallösung zur Farbabtastung bereitgestellt.
Die Spektralmessungen eines Testzielbereiches können gegebenenfalls umgerechnet werden, um ein wahres Breitbandreflexionsspektrum mit Hilfe bekannter oder nicht bekannter Rekonstruktions- und Extrapolationsalgorithmen bereitzustellen. Es können gegebenenfalls sowohl die Anzahl und die Spektren der LED-Beleuchter als auch die lichtempfindlichen Stellen verändert werden und diese sind nicht notwendigerweise auf die spezielle Anzahl und spezielle Wellenlängen dieses speziellen Ausführungsbeispiels beschränkt.
Es ist speziell im Hinblick auf diese Beschreibungen zu beachten, dass die Bezeichnungen "Fotosensorstellen", "lichtempfindliche Stellen", "fotosensitive Zellen", "Zellen", "Detektoren" (D) oder "Sensoren", wenn nicht anders angegeben, abwechselnd und austauschbar in den Beschreibungen verwendbar sind.
Handelsübliche in großer Stückzahl gefertigte kostengünstige Dokumentabbildungsleisten werden typischerweise gebildet, indem eine Vielzahl von einzelnen Abbildungschips Kante an Kante angelegt werden, wobei jeder zahlreiche Teile und dicht aneinander geordnete lichtempfindliche Stellen aufweist, wie das schematisch in dem Beispiel des Chips 14 in einer vergrößerten Ansicht der 6 gezeigt ist. Typischerweise weist jeder dieser Chips 14 drei derartige Reihen mit lichtempfindliche Stellen (hier D12D, D12C, D12E) auf, die jeweils mit integrierten Filtern für Rot, Grün und Blau hergestellt sind. Ebenso weist jeder Chip 14 typischerweise eine eingebaute Elektronik, einen Abtast- und Haltekreis, etc., auf. Das Spektrophotometer 12 verwendet wünschenswerter Weise mindestens einen dieser kostengünstigen einzelnen Abbildungschips 14 (oder mehr, abhängig von der Spektrophotometerbauweise). In der Beschreibung wird vorgeschlagen, dass die Chips 14 von dem Hersteller bezogen werden können, bevor diese in einem Dokumentabbildungsbalken zusammen befestigt werden.
Als Beispiel eines derartigen bekannten Dokumentabbildungsbalkens kann dieser aus 20 einzelnen Abbildungschips 14 hergestellt werden, wobei jeder Chip 14 16 mm lang ist. Jeder dieser Chips kann 400 × 660 Pixel lesen, die durch 248 fotosensitive Zellen bereitgestellt werden, wobei der Abstand zwischen den Zellen 63,5 µm beträgt. Die Zellen sind mit drei parallelen Reihen ausgebildet, die Filter für Rot, Grün und Blau in den jeweiligen Reihen aufweisen, wie in dem Beispiel der 5 gezeigt. Die Chips sind mit eingebauten elektrischen Leitungen und einer Verbindungselektronik ausgestattet, die bereits mit allen 248 Fotoelementen verbunden sind.
Gegebenenfalls können, wie auch in dem Beispiel der 6 gezeigt, weitere Reihen mit lichtempfindliche Stellen, D12F, an diese Chips zur Weißlichtabtastung (Breitbandspektrum) durch eine relativ einfache Änderung bei der Herstellung angebracht werden. Die Änderung wir ausgeführt, indem einfach eine weitere parallele Zellenreihe in demselben Siliziumhalbleiterherstellungsschritt (oder Ähnliches) hinzugefügt wird, um eine weitere Reihe von ansonsten identischen oder ähnlichen lichtempfindlichen Stellen zu bilden, wobei jedoch keine Farbfilterschicht über den Zellen ausgebildet ist. Alternativ kann ein anderer Filter auf die lichtempfindlichen Stellen der hinzugefügten vierten Reihe darüber gelegt werden. Alternativ kann der Chip mit den gleichen bereits bestehenden drei Zellreihen hergestellt werden, wobei jedoch jede vierte Zelle in jeder Reihe ohne irgendeinen Filter hergestellt ist. Oder jede vierte Zelle in jeder Reihe kann mit einem anderen Filter versehen werden. Gegebenenfalls kann auch die Blendenwirkung für die ungefilterten Zellen verändert werden (Verringerung der belichteten Fläche, beispielsweise durch eine Teilmaskenbildung).
Die Kosten eines bereits bestehenden geeigneten Bildsensorchips oder eines zuvor beschriebenen veränderten Chips können beträchtlich niedriger sein als die eines nicht handelsüblichen Fotosensors. Dieser kann auch einen höheren Grad an Schaltungsintegration gewährleisten. Im Vergleich zu einzelnen Fotosensoren kann somit ein viel kostengünstigeres Spektrophotometer hergesellt werden, und es können viele parallele Abtastausgangssignale gebildet werden.
Wie zuvor erwähnt, kann sich der beispielhafte Farbbildsensorchip 14 ein wenig von einem herkömmlichen Dokument-Farbbildsensor-Array oder Dokument-Farbbildsensorbalken dahingehend unterscheiden, dass einige der lichtempfindlichen Stellen (D12F) auf dem Farbbildsensor-Array unbedeckt und somit ohne Farbfilterschicht bleiben. Dadurch wird von den ungefilterten lichtempfindlichen Stellen eine vierte Breitbandspektralmessung aktiviert in Verbindung mit den drei unterschiedlichen Spektralmessungen, die der Chip üblicherweise von seinen drei lichtempfindlichen Stellen D12E, D12C und D12D, die mit einem Filter bedeckt sind und unterschiedliche Farben aufweisen, erstellt. Wie erwähnt, können die gleichen Sensor-Arraychips kostengünstig durch einfache Abänderungen verändert werden, um eine zusätzliche vierte Spektralmessmöglichkeit bereitzustellen, während handelsübliche Farbbildsensor-Arraychips typischerweise drei Fotoelementreihen aufweisen, die mit drei unterschiedlichen Farbfilterschichten beschichtet sind, nämlich Rot, Grün und Blau, und somit eine Dreifarben-Spektralmessmöglichkeit bereitstellen. Das heißt, sie sind dahingehend verändert, dass einige der lichtempfindlichen Stellen nicht farbgefiltert sind. Es kann eine Breitbandbeleuchtungsquelle, wie beispielsweise eine Weißlicht-LED, in einem Spektrophotometeraufbau verwendet werden, wie im Folgenden beschrieben wird.
Wie in der Beschreibung gezeigt, kann ein Spektrophotometer 12 in Verbindung mit einer geeigneten Kombination einer relativ kleinen Anzahl von mehreren LEDs und mehreren gleichzeitig belichteten lichtempfindlichen Stellen und mit einer geeigneten LED-Schaltfolge zum Ein- und Ausschalten der LEDs schnell eine große Anzahl von Testzielfarbmessungen bestellen. Wenn die Anzahl der Messungen erhöht wird, wird auch die Farbmessleistung genauer.
Es kann abhängig von den bestimmten Farbkorrektur- oder Kalibrierungssystemanforderungen eine unterschiedliche Anzahl von LEDs verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass nur einige LEDs mit spektralen Ausgangssignalen, die den Sensitivitätsbereich von nur zwei oder mehreren unterschiedlichen Typen von lichtempfindlichen Stellen abdecken, und eine Weißlicht-LED oder eine andere Lichtquelle eine geringe Gesamtteilezahl und somit ein kostengünstiges Spektrophotometer und dennoch eine einigermaßen große Anzahl von Spektralmessungen bilden können.
Dies kann mit Bezug auf die beispielhaften spektralen Kennlinien, die in den 8 bis 13 und in deren obigen Figurenbeschreibungen gezeigt sind, leicht verstanden werden. In den 8 bis 13 wurden die entsprechenden Kennlinien, die den beispielhaften LEDs entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie die beispielhaften LEDs D1, D2, D4 oder D5 gekennzeichnet.
Wie bereits erwähnt, zeigt die 6 einen schematischen und stark vergrößerten Bereich eines beispielhaften Farbbildsensor-Array-Chips 14, der in dem beispielhaften Spektrophotometer verwendet werden kann. In der 6 ist ein beispielhafter beleuchteter Bereich 34 von diesem gezeigt. Dieser Bereich 34 wird durch eine LED-Beleuchtung mit Hilfe der Linse 13 beleuchtet, die von dem Testzielbereich durch das Linsensystem 18 und 19 reflektiert wird, um gleichzeitig mehrere lichtempfindliche Stellen in den drei oder vier Reihen eines jeden Sensorchips 14 zu beleuchten. Diese gleichzeitig beleuchteten lichtempfindlichen Stellen umfassen die roten, grünen, blauen lichtempfindlichen Stellen D12D, D12C und D12E, und auch die ungefilterte lichtempfindliche Stelle D12F, wenn diese auf dem Chip 14 vorhanden sind. Die nachfolgende Tabelle zeigt des Weiteren die Anzahl der Spektralmessungen, die anhand von Kombinationsbeispielen mit einer unterschiedlichen Anzahl von speziellen LEDs und einem Bildsensorchip 14 mit unterschiedlichen Filtern für lichtempfindliche Stellen erstellt werden können:
Anhand des letzten Beispiels dieser Tabelle, d. h. jenes mit einem vierfarbigen Bildsensorchip 14 (mit ungefilterten lichtempfindlichen Stellen zusätzlich zu den lichtempfindlichen Stellen mit einem roten, grünen und blauen Filter), ist ersichtlich, dass 4, 3, 3 und 2 (12 insgesamt) Spektralmesssätze erzielt werden können, indem eine Farbtestzielbeleuchtung 31 durch nur vier LEDs (Weiß, 595 nm Maximum, 505 nm Maximum und 430 nm Maximum) erfasst wird. Somit zeigt sich, dass unter Verwendung eines Spektrophotometers mit nur vier LEDs und ein einzelnes kostengünstiges mehrere Pixel umfassendes (mehrere lichtempfindlichen Stellen)-Bildsensor-Array (Chip 14) 12 Spektralkombinationen gemessen werden können.
Die Integrationszeiten, die für die verschiedenen Reihen des Bildsensor-Arraychips 14 verwendet werden, sind unabhängig voneinander steuerbar, um die LED-Leistungspegel abzugleichen und geeignete Ausgabesignale von dem Sensor-Array zu empfangen.
Wie besprochen, verbleiben einige der lichtempfindlichen Stellen in einer oder in mehreren Reihen wünschenswerter Weise unbedeckt (ohne Farbfilter), um vier spektrale Ausgangssignale von einem ansonsten herkömmlichen Bildsensor-Array mit drei Reihen zu erhalten. Im Allgemeinen werden die lichtempfindlichen Stellen, die nicht mit Farbfiltern abgedeckt sind, ein viel größeres Ausgangssignal bereitstellen als jene, die mit Filtern abgedeckt sind. Aus Kompensationsgründen kann optional ein Teil des Abtastbereichs dieser unbedeckten (ungefilterten) lichtempfindlichen Stellen bei der Herstellung mit einem opaken Material oder mehreren Schichten bestehend aus allen drei Farbfilterschichten beschichtet werden, um deren Lichtempfindlichkeit zu verringern.
Einige oder alle Ausgangssignale des Sensorchips 14 können zur Bildung der wahren Reflexionswerte selbstverständlich rekalibriert/umgestaltet werden.
Daraus wird ersichtlich, dass mit Hilfe eines Spektrophotometers, welches das spektrale Auflösungsvermögen eines kostengünstigen Multispektralabbildungssensors 14 mit den Spektralausgangssignalen einer relativ kleinen Anzahl unterschiedlicher LEDs kombiniert, die Ausbildung eines günstigen Spektrophotometers mit hoher Leistung möglich ist. Somit können die nachfolgenden und/oder weitere Vorteile bereitgestellt werden: mehrfache Messungen können parallel ausgeführt und ausgegeben werden, wobei diese drei oder vier unterschiedlichen parallelen Farbbildsensorausgangssignalen entsprechen; durch eine Verringerung der LED-Zahl und durch geringere Detektorelektronikkosten können die Kosten verringert werden; und die Integrationszeit für die drei oder vier Reihen eines Bildsensor-Arrays mit drei oder vier Reihen können unabhängig voneinander angepasst werden, um die Leistungspegel der unterschiedlichen LEDs abzugleichen.
Bezugnehmend auf die erste Zeile der oben erwähnten Tabelle zeigt eine alternative Anwendung, Funktion oder Option, dass nur die Weißlichtbeleuchtungsquelle für alle Farbteststellen, die zu der Zeit gelesen werden, eingeschaltet werden und eingeschaltet bleiben, um eine "Kolorimeter"-Funktion aus RGB-Werten von den Chipausgangssignalen 14 zu erstellen.
Im Nachfolgenden wird nun die beispielhafte Betriebsweise des beispielhaften Farbabtastsystems 10, das einen beispielhaften Spektrophotometer 12 oder 12' (mit oder Chips 14) verwendet, beschrieben.
In dem dargestellten Beispiel der Beschreibung kann das Spektrophotometer 12 mit einer Schaltung verwendet werden, wie beispielsweise die der 3 oder Ähnliches, um reflektiertes Licht von einer oder von mehreren unterschiedlichen Farbteststellen, wie beispielsweise 31, die auf sich bewegende Farbtestblätter 30 gedruckt sind, beispielsweise das in der 4 gezeigte Blatt, exakt auszulesen. Die Testblätter 30 können herkömmlicherweise auf verschiedenen Druckmedien, wie beispielsweise herkömmliches Druckpapier oder Plastik, vorzugsweise aber auf das gleiche Druckmedium wie bei dem geplanten oder gleichzeitig laufenden Druckauftrag selbst, gedruckt werden. Die Farbteststellen 31 können auf dieselbe Art und mit derselben Druckvorrichtung, mit der die normalen Druckaufträge ausgeführt werden, oder mit irgendeinem der vielen unterschiedlichen herkömmlichen Farbdrucker oder Drucksysteme, von denen der xerografische Drucker 20 der 7 nur ein Beispiel darstellt, gedruckt werden.
Wie beschrieben, kann das offenbarte Spektrophotometer 12 die Farben der Teststellen 31 genau auslesen, obwohl die Testblätter 30 während ihrer Farbmessungen in unterschiedlicher Entfernung zu dem Spektrophotometer 12 angeordnet sind und sich bewegen. Somit werden die Farbmessungen nicht durch übliche Änderungen der Flächenpositionen der Papierblätter in einem gewöhnlichen Papierpfad eines Druckers beeinflusst. Dies ermöglicht eine einfache Befestigung des Spektrophotometers 12 an einer Seite des gewöhnlichen Druckblattausgabepfades 40 des Druckers 20 (oder verschiedenen anderen Farbreproduktionssystemen).
Im Nachfolgenden wird der beispielhafte Farbdrucker 20 der 7 ausführlicher beschrieben, der schematisch einen ansonsten, konventionellen xerografischen Laserfarbdrucker darstellt, wobei viele Ausführungen des Druckers dem Fachmann bekannt sind und nicht erneut ausführlich beschrieben werden müssen. Ein Fotorezeptorriemen 26 wird mit einem Motor M getrieben und mit einem Laser latent abgebildet oder mit Hilfe eines ROS-Polygon-Abtastsystems 24 (oder eines LED-Balkens) nach dem Laden belichtet. Die entsprechenden Bilder werden durch eine Bildentwicklerstation 41 mit schwarzem Toner und/oder mit einer oder mehreren, drei unterschiedliche Farben umfassenden Bildentwicklerstationen 42A, 42B, 42C entwickelt. Die Tonerabbildungen werden an eine Überführungsstation 32 auf die Kopierpapierblätter, die von einem Eingabefachstapel 36 zugeführt werden, übertragen. An der Stelle, an der ein oder mehrere Testblätter 30 anstelle der üblichen Dokumentabbildungen gedruckt werden (zu einem Zeitpunkt und mit Farbtests, die von der Steuerung 100 ausgewählt werden), kann jedes Testblatt 30 von dem gleichen oder einem anderen Blattzufuhrstapel 36 zugeführt und die Testbilder auf übliche Art übertragen werden. Das Testblatt 30 wird dann über die Fixiervorrichtung 34 an den gleichen Ausgabepfad 40 ausgegeben, wie irgendein anderes normales Blatt, das normal mit Farbe bedruckt wurde. Die Testblätter 30 können Blätter mit Dualmodus umfassen, die ebenso als Trennpapierblätter für Druckauftragstrennungen verwendbar sind und die eine typische gedruckte Trennpapierblattinformation, wie beispielsweise einen oder mehrere Namen des Benutzers, den Dokumententitel, das Datum und die Zeit oder Ähnliches aufweisen.
Das Spektrophotometer der vorliegenden Beschreibung ist an einer Seite des Ausgabepfades 40 befestigt (oder es könnte sogar über dem Ausgabefach 44 befestigt werden), um die eigentlichen, fixierten, endgültigen Farben, die gedruckt werden, abzutasten. Die Spektrophotometer-Ausgangssignale liefern die Eingabe für das Online-Farbabtast- und Korrektursystem, das in diesem Fall mit einer Mikroprozessorsteuerung 100 und/oder einer interaktiven Schaltung und/oder Software ausgestattet ist. Die Steuerung 100 und die Blattsensoren entlang des Papierpfades der Maschine 20 steuern auf herkömmliche Weise die Beschickung und das Führen der Papierpositionen innerhalb des Druckerpapierpfades. Die Steuerung 100 und/oder ein herkömmlicher Sensor für Referenzmarkierungen 33 (oder Ähnliches) auf dem Testblatt 30 können Steuerungssignale oder Antriebssignale an die Spektrophotometerschaltung 12 für das Spektrophotometer 12 senden, um der Reihe nach die Farben jeder einzelnen Teststelle 31 auf dem Testblatt 30 zu prüfen oder zu lesen, wenn sich das Testblatt 30 an dem Spektrophotometer 12 in dem Ausgabepfad 40 vorbeibewegt. Die Teststellen 31 können unterschiedlich angeordnet und aus unterschiedlichen digital ausgewählten realen Farbabbildungen aufgebaut sein, wie beispielsweise in Form von Blöcken, Streifen oder Ähnliches.
Somit können in der offenbarten Ausführungsform mehrere Testpapierblätter 30 oder ein anderes Bildsubstratmaterial, das von dem Farbdrucker 20 bedruckt wird, automatisch mit mehreren vorprogrammierten Teststellen 31, die bestimmte Farben aufweisen, gedruckt werden, vorzugsweise mit dazugehörigen einfachen Referenzmarkierungen zur Kennzeichnung der Auslesestelle einer jeden farbigen Teststelle auf dem Testblatt. Üblicherweise bewegt sich jedes Testblatt 30 an dem feststehenden Spektrophotometer 12 vorbei, der frei an einer Seite des normalen Ausgabepfades 40 nach der Fixiermaschine zur Beleuchtung als auch zum Ansehen der sich vorbeibewegenden Blätter befestigt ist. Im Gegensatz dazu erfordern die Stand der Technik-Systeme das Entfernen und Stillhalten eines Testblattes und das Bewegen eines Standard-Kontaktkolorimeters oder Spektrophotometers über das Testblatt.
Der normale Zielbereich in der Ausführungsform des Systems 10 ist ein Bereich mit einer gedruckten Farbteststelle oder -stellen 31 auf dem Papierblatt, das ansonsten normal bedruckt und ausgegeben wird. Ein Alternativ- oder Kalibrierungszielbereich könnte aus einem unbedrucktem Bereich auf dem Testpapierblatt, oder einer weißen, grauen, schwarzen oder andersfarbigen standardisierten Testplatte oder -fläche gebildet sein, die automatisch (Magnet) oder manuell in das effektive Sichtfeld des Spektrophotometers gebracht wird.
Die Testzielbeleuchtung durch irgendeine der LEDs bildet einen veränderlichen Lichtpegel, der in Abhängigkeit von der Farbe der Teststelle und der ausgewählten Beleuchtungsquelle von dem Ziel reflektiert wird. Die 2 zeigt anhand der strichlierten Lichtstrahlen sowohl die LED-Zielbereichsbeleuchtung als auch das Fokussieren eines reflektierten Beleuchtungsbereichs durch die Projektionslinsen 18 und 19 (in diesem Beispiel eine einfache Zwei-Element-Optik).
Obwohl herkömmliche Glas- oder Plastiklinsen in dem Spektrometer 12 der 1 und 2 dargestellt sind, ist zu beachten, dass für andere Anwendungen stattdessen Fiberglas oder Selfoc-Linsen verwendet werden können. Beispielsweise kann zur Leitung der Beleuchtung von den LEDs Fiberglas verwendet werden. Gegebenenfalls kann auch ein Sammelfiberglas verwendet werden, um beispielsweise die detektierenden Fotosensoren entfernt von der Brennebene der Linsen anzuordnen.
Wie in dieser offenbarten Ausführungsform eines Online-Farbabtastsystems verwendet, kann das kostengünstige Spektrophotometer 12, wenn es in dem Kopierblattausgabepfad 40 des Druckers 20 befestigt ist, somit Teil eines Farbkorrektursystems sein, um die CMYK-Farberzeugung des Druckers 20 unter Verwendung einer nur geringen Anzahl von gedruckten Testblättern 30 automatisch zu steuern und auf Farbdruckgenauigkeit zu bringen. Das Farbkorrektursystem kann bei der Ausgabe eine relativ kleine Serie von Farbtestmustern der Reihe nach ansehen, die auf Kopierpapierblätter gedruckt werden. Ein oder mehrere mathematische Verfahren zur Farbfehlerkorrektur mit mehreren vom Spektrophotometer erfassten Ausgangsfarbsignalen für jede Farbstelle kann die Anzahl der benötigten Druckteststellen stark verringern, wie dies in den zuvor erwähnten Quellenangaben gezeigt ist. Das heißt, wenn bei der aufeinanderfolgenden Beleuchtung einer Teststelle von jeder einzelnen LED mehrere Ausgangssignale des Detektor-Arrays aufgezeichnet werden, kann die Reflexion der Teststelle als Funktion unterschiedlicher Wellenlängen bestimmt werden, und die Reflexion der Teststelle, als Funktion unterschiedlicher Wellenlängen, kann über das gesamte sichtbare Spektrum extrapoliert oder interpoliert werden.
Somit kann ein genaues Farbsteuerungssystem, wie in der Beschreibung offenbart, regelmäßig oder beinahe konstant das aktuelle Maschinenfarbdruckverhalten in Reaktion auf die Druckeingangssignale (ein aktuelles Modell) testen und speichern, um erneut LAB (oder XYZ) "geräteunabhängige" Farbeingangssignale aufzuzeichnen (zur späteren Umrechnung auf den geräteabhängigen RGB- oder CMYK-Farbdruckraum). Diese Information kann auch in ein System oder einen Netzwerkserver einer anderen Maschine (und/oder auf einer CRT-Steuerung zur Farbbearbeitung angezeigt werden) kopiert werden.
Um eine gewünschtes "Sättigung" des Fotosensors der 6 zur Verhinderung jeglicher vergrößerter Belichtungsbereicheffekte auf dem Abbildungschip 14 von einem erhöhten Zielabstand von dem Spektrophotometer zu erreichen, kann die Verbindungsschaltung eingestellt werden, jede nur teilweise belichtete Zelle (lichtempfindliche Stelle) zu ignorieren oder für diese einen Schwellwert zu bilden, und/oder die Verbindungsschaltung kann eingestellt werden, sich nur eine bestimmte Mindestanzahl zentral belichteter Zellen anzusehen, und dabei jegliche Signale von Außenzellen zu ignorieren, selbst wenn diese Außenzellen von dem Licht, das von dem Ziel reflektiert wird, beleuchtet werden.
Anhand der unterschiedlich farbgefilterten Chips 14 der 6 kann mithilfe der Verbindungsschaltung festgestellt werden, welche Zellen mit welcher beleuchteten Teststellenfarbe belichtet sind. Somit können, wie in der 5 gezeigt, mehrere Farbteststellen gleichzeitig beleuchtet und wünschenswerter Weise dennoch für eine erhöhte Datenmenge verwendet werden. Das heißt, dass mehr als eine einzelne Farbteststelle jeweils von dem Spektrophotometer 12 getestet werden kann. In diesem Fall wird dies jedoch nicht benötigt. Ein Belichten (Abtasten) von jeweils nur einer einzelnen Farbteststelle (wie in den zuvor erwähnten Anmeldungen, mehrfach zitierter Quellenangaben, und in der 4 gezeigt) kann mit herkömmlichen einzelligen Fotosensoren, wie beispielsweise D12A und D12B, durchgeführt werden. Die zahlreichen Signale, die von mehreren lichtempfindlichen Stellen mit mehreren unterschiedlichen Farbfiltern erstellt werden, können zur Analyse des reflektierten Lichts von dem einen oder anderen Testziel verwendet werden.
Die 3 zeigt ein schematisches Diagramm oder Blockdiagramm eines beispielhaften LED-Treibers und Signalbearbeitungsschaltungen des Spektrophotometers 12 der 1 und 2, von denen Bereiche im Allgemeinen der Einfachheit halber als Teil der Steuerung 100 gekennzeichnet sind, obwohl es teilweise oder zur Gänze eine getrennte Schaltung mit wünschenswerter Weise einem einzelnen Treiberchip für alle LEDs in dem Spektrophotometer selbst sein könnte. In Antwort auf regelmäßige Taktsignale von der Schaltung 110, die in der Beschreibung mit "LED-Treiber, Signalspeicher und Datenprüflogik" gekennzeichnet ist, wird jede LED wiederum gepulst, indem kurz der entsprechende Transistortreiber Q1 bis Q4 eingeschaltet wird, durch den die entsprechenden unterschiedlichen Spektral-LEDs D1 bis D4 durch Strom von der angegebenen gemeinsamen Spannungszufuhr über die entsprechenden Resistoren R1 bis R4 eingeschaltet werden. Die vier unterschiedlichen beispielhaften Lichtausgabefarben der vier entsprechenden LEDs in der Figur sind durch die Legende neben jeder LED gekennzeichnet. Somit kann eine LED nach der anderen sequentiell geordnet werden, um der Reihe nach Licht durch die Kondensorlinse 13, wie in den 2 und 14 gezeigt, zu übertragen.
Während in diesem Beispiel eine LED nach der anderen der Reihe nach eingeschaltet wird, ist zu beachten, dass das System nicht darauf beschränkt ist. Es kann Messverfahren geben, in denen es wünschenswert ist, mehr als eine LED oder eine andere Beleuchtungsquelle auf einmal auf denselben Zielbereich zu richten.
Wie auch in dem Schaltungsbeispiel der 3 gezeigt, kann die relative Reflexion jeder angesteuerten LED-Farbe oder Wellenlänge auf der rechten Seite mit Hilfe einer konventionellen Schaltung oder Software zur Verstärkung (112) und Integration (114) der jeweiligen Ausgangssignale des Fotodiodendetektor-Arrays mit lichtempfindlichen Stellen gemessen, wie durch D12 in der 3 allgemein dargestellt, und diese Integrationssignalinformation zu einer Abtast- und Haltestufe 116 geführt werden. Die Stufe 116 kann durch Freigeben eines Freigabeeingangssignals ein Ausgangsignal bereitstellen, das in diesem Fall mit V_out gekennzeichnet ist, wie in der Schaltung 110 gezeigt, die ebenso ein begleitendes "Datenprüf"-Signal bereitstellt. Wie besprochen, ist die entsprechende LED-Taktrate und Detektorabtastrate zur Abtastung der zahlreichen Farbteststellen mit angemessener Größe auf einem Kopierblatt normaler Größe, das sich an dem Spektrophotometer vorbeibewegt, unempfindlich und schnell genug, selbst für einen Hochgeschwindigkeitsdrucker, der die Papierblätter schnell durch seinen Papierpfad bewegt. Durch kurzes Pulsen der gemeinsamen LED-Treiber-Spannungsquelle, um kurze LED-Treiberströme auf einem über einem Dauerstrommodus haltbaren Niveau bereitzustellen, können jedoch höhere Flussdetektionssignale erhalten werden und die Teststelle kann somit in kürzerer Zeit abgetastet werden. Auf jeden Fall können durch Signalintegration, wie beispielsweise mit dem Integrator 114, verbesserte Signal-zu-Rausch-Verhältnisse erzielt werden. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die 3 nur ein Beispiel einer relativ einfachen und unkomplizierten Schaltung zeigt. Diese oder verschiedene Alternativen können leicht in eine Leiterplatten-Chip-Ausführung oder eine andere Struktur eingebaut werden. Da der Chip 14 der 6 eine eingebaute Elektronik aufweist, wird die Schaltung der 3 auf der rechten Seite für ihre Ausgabe möglicherweise nicht gebraucht.
Es kann ein zusätzlicher herkömmlicher LED-Lichtsender und Detektor eingebaut oder getrennt befestigt werden, um schwarze Referenzmarkierungen oder Taktmarkierungen 33 zu erfassen, die auf das Testblatt 30 der 4 gedruckt sind, um somit ein Freigabesignal zur Beleuchtung bereitzustellen und innerhalb der entsprechenden Farbteststellenbereiche zu lesen. Diese Referenzmarkierungen 33 zeigen das Vorhandensein einer benachbarten Teststelle 31 in dem Sichtfeld des Spektrophotometers 12 an. Es ist zu beachten, dass mit einer ausreichend genauen Papierblatttaktung und einer Positionsinformation, die herkömmlicherweise bereits in der Druckersteuerung 100 oder durch die Spektrophotometer-Ausgabedaten bereitgestellt ist, derartige Referenzmarkierungen 33 möglicherweise nicht notwendig sind. Diese Referenzmarkierungen 33 können entlang der Seite der entsprechenden Teststelle oder des entsprechenden Stellenbereiches, wie in der 4 gezeigt, oder zwischen jedem Farbtestbereich (beabstandet) angeordnet sein, d. h. die Referenzmarkierungen können parallel zu oder auf gleicher Linie mit den Teststellen in die Bewegungsrichtung des Testblattes relativ zu dem Spektrophotometer angeordnet sein.
Eine individuelle Kalibrierung jedes LED-Spektralenergieausgangssignals des Spektrophotometers kann unter Verwendung einer weißen (oder andersfarbigen) Standardtestzielplatte mit bekannter Spektrophotometer-Reflexion ausgeführt werden, um jede LED-Messung in absolute Reflexionswerte umzurechnen. Diese Kalibrierung kann häufig, automatisch und ohne Entfernen des Spektrophotometers aus dem Drucker unter Verwendung einer weißen Standardkalibrierungs-Testplattenfläche, wie beispielsweise 47 in der 7, ausgeführt werden, die manuell oder vorzugsweise automatisch (wie beispielsweise mit Hilfe eines Magneten) gegenüber von dem Spektrophotometer 12 auf der anderen Seite des Papierpfades 40, jedoch im Sichtfeld des Fotosensor-Arrays und des Linsensystems 13, angeordnet ist. Somit kann zwischen allen oder ausgewählten Zwischenblattabständen eine Rekalibrierung ausgeführt werden, ohne dass das Spektrophotometer bewegt oder refokussiert werden muss (der Normalabstand zwischen gedruckten Blättern in dem Papierpfad des Druckers).
Dieses oder andere Kalibrierungssysteme können zu dem Zeitpunkt die einzelnen Ausgangsenergien der entsprechenden LEDs auf der Kalibrierungsplatte 47 in entsprechende einzelne Reflexionsmesswerte von dem Fotosensor-Array D12 umrechnen. Die Kalibrierungsdaten können dann elektronisch mit zuvor gespeicherten Standardkenndaten in der Steuerung 100 oder anderswo verglichen werden, um Kalibrierungsdaten für das Spektrophotometer 12 bereitzustellen, die zur Kalibrierung der anderen farbteststellen-erzeugten Daten verwendet werden können. Die Kalibrierungsdaten können auch zur Angleichung individueller LED-Ausgabeenergien verwendet werden, um damit eine LED-Alterungsprozess oder andere Veränderungen in den Ausgangssignalen durch Anpassen des zugeführten Stroms oder Spannung (falls das individuell programmierbar ist) oder durch Erhöhung der entsprechenden Einschaltzeiten der LEDs zu kompensieren, in die das Fotodetektorausgabesignal D12 integriert wird, wie in dieser Ausführungsform gezeigt.
Die Kalibrationseingangsdaten des Spektrophotometers können in einem eingebauten PROM IC gespeichert werden, die gegebenenfalls mit dem Spektrophotometer vertrieben werden. Wahlweise können die anfänglichen LED-Ausgabe-Kalibrierungsdaten in die verwendete Software programmiert werden, um die Ausgabe aus dem Spektrophotometer auf andere Art zu analysieren, wie beispielsweise, indem die Daten in den Plattenspeicher oder in einen anderen programmierbaren Speicher der Drucksteuerung 100 oder des Systemdruckservers geladen werden.
Die Verwendung von herkömmlichen optischen Filtern mit unterschiedlichen Farben für jede der entsprechenden Zielbeleuchtungsquellen mit verschiedenfarbigen LEDs eines Spektrophotometers ist gut bekannt. Insbesondere ist die Verwendung derartiger Farbfilter gut bekannt, um Sekundäremissionen aus den LEDs auszuschließen, und/oder um die Ausgabespektren der LED-Beleuchtungsquellen weiter einzuengen. Es wird angenommen, dass derartige Filter zu diesem Zweck in einigen auf Genauigkeitsmikrosensoren^TM-LED basierten Handelsprodukten verwendet werden. Der Fachmann weiß, dass derartige Farbfilter nicht für jene LEDs benötigt werden, die eine ausreichend schmale Bandbreite aufweisen, oder für jene LEDs, die keine Sekundäremissionen, die unterdrückt werden müssen, aufweisen. Deshalb können Filter für die LEDs des Spektrophotometers der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Sie müssen jedoch nicht für die LEDs verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass Spektrophotometer mit Beleuchtungsquellen, die keine LEDs sind, hergestellt wurden, wie beispielsweise die elektroillumineszenten (EL) Multiemitter mit einem Filter und aktiven Schichten, wie in der Patentanmeldung US 5,671,059 , ausgestellt am 23. September 1997, gezeigt, oder die Glühlampen. Wie in der Einleitung erwähnt, sind Weißlicht-LED-Beleuchter (anstatt eines Schmalbandes) und Multisensoren mit unterschiedlichen Farbfiltern in der Anmeldung EP 0 921 381 A2 , veröffentlicht am 9.6.1999, für einen Farbsensor zur Überprüfung eines Farbdruckes auf Zeitungspapier oder eines anderen bedruckten Produktes offenbart.
Obwohl die in der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen die bevorzugten Ausführungsformen darstellen, zeigt sich aus der Lehre, dass verschiedene Alternativen, Abänderungen, Veränderungen oder Verbesserungen durch den Fachmann ausgeführt werden können. Die Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer (12) zur Farbmessung von Testzielbereichen (31), die relativ zu dem Spektrophotometer unterschiedlich verschoben und in verschiedenen Winkeln angeordnet werden können, wobei das Spektrophotometer mehrere Beleuchtungsquellen (D1, D2, D3, D4) zur aufeinander folgenden Beleuchtung der Farbteststellen mit verschiedenen Beleuchtungsspektren in einem Beleuchtungsmuster und ein Multiphotodetektorsystem zur Bereitstellung elektrischer Ausgangssignale in Erwiderung auf die Farbe der Farbteststellen von der aufeinander folgenden Beleuchtung der Farbteststellen umfasst, indem die Farbteststellen in dem Beleuchtungsmuster durch die Beleuchtungsquellen reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Multiphotodetektorsystem eine Vielzahl von Photodetektoren (D12) und dazugehörige Optiken (18, 19) mit einer Vergrößerung von etwa 1:1 umfasst, die im Wesentlichen in einem Winkelabstand um die mehreren Belichtungsquellen angeordnet sind, um eine reflektierte Beleuchtung von den Farbteststellen im Wesentlichen im gleichen Winkel aus im Wesentlichen gegenüberliegenden Richtungen zu empfangen, und dass ein gemeinsames zentrales Linsensystem (13) zum aufeinander folgenden Projizieren der Beleuchtungsspektren von den mehreren Beleuchtungsquellen bereitzustellen, um der Reihe nach die Farbteststellen zu beleuchten, um darauf ein im Wesentlichen kreisförmiges Beleuchtungsmuster f bereitzustellen, wobei die optische Achse der zentralen Linse rechtwinklig zu der Ebene, auf der die mehreren Beleuchtungsquellen angeordnet sind, verläuft und eine Ebene zur Anordnung der Farbteststellen im Wesentlichen rechtwinklig zu der optischen Achse der zentralen Linse liegt.
Kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Multiphotodetektorsystem Projektionsoptiken (18, 19) umfasst, welche die Flächen der Photodetektoren (D12) sättigen und eine eins-zu-eins Vergrößerung aufweisen.
Kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Beleuchtungsquellen etwa acht oder weniger LEDs umfassen, die eine entsprechend begrenzte Anzahl verschiedener Spektralbeleuchtungen bereitstellen.
Kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer nach Anspruch 1, das in ein Farbkorrektursystem für ein Farbdruckgerät (20) eingebunden ist, das einen Ausgabepfad (40) zum Bewegen der Farbdruckbögen aufweist, die Testdruckblätter (30) mit bedruckten Farbteststellen (31) umfassen, wobei das Spektrophotometer (12) neben dem Druckerausgabepfad befestigt ist, um die Farben, die auf den bedruckten Farbteststellen auf den Testdruckblätter gedruckt sind, abzutasten, während sich die Testdruckblätter in dem Ausgabepfad an dem Spektrophotometer vorbeibewegen.
Kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Multiphotodetektorsystem Projektionsoptiken (18, 19) umfasst, welche die Flächen der Photodetektoren (D12) sättigen und eine eins-zu-eins Vergrößerung aufweisen.
Kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mehreren Beleuchtungsquellen mehrere eng nebeneinander angeordnete LEDs mit unterschiedlicher spektraler Emission umfassen, die eine sequentielle Antriebsschaltung aufweisen.
Kostengünstiges Breitband-Spektrophotometer nach Anspruch 1, das in ein System zur genauen Messung der Farbe eines Materials eingebunden ist.