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技術 ライトバリアを用いた非透光性領域または対象の識別のための方法および装置

出願人 ネクスプレスソルーションズエルエルシー
発明者 ヴォルフガングエバーハルトルクセム
出願日 2002年6月13日 (18年5ヶ月経過) 出願番号 2002-172828
公開日 2003年4月9日 (17年7ヶ月経過) 公開番号 2003-104588
状態 未査定
技術分野 付属装置、全体制御 地球物理、対象物の検知 シート,ウェブの制御
主要キーワード ライトバリア 強度差分 連方向 エラー識別 配向調整 弁別閾 媒質表面 ライトビーム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年4月9日)のものです。
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図面 (5)

課題

長い期間に亘って十分な光強度を光源受光素子に到達させるべく改善を行うこと。

解決手段

透光性領域または対象におけるライトバリアの光の反射損失を低減するように構成する。

概要

背景

例えば印刷機、特に電子写真式の印刷機においては、透明な搬送ベルト上の印刷すべき枚葉紙識別のために、ライトバリアが用いられており、このライトバリアでは、透明な搬送ベルトを光が透過し、印刷すべき素材ないしは基板がそのビーム経路に入ってくると直ちに遮断される。この場合は光源受光素子は搬送ベルトのそれぞれ異なった側で相互に対向するように配設されているが、光源と受光素子を搬送ベルトの同じ側で1つのセンサ装置統合させて、別の側には光反射器を配設することも可能である。前者の配置構成では、光が搬送ベルトを一度だけ横断し、後者の配置構成では反射器によって光が搬送ベルトを2度横断する。

ライトバリアの光路上では光が強度を失い、搬送ベルトを二度横断しなければならない場合にはさらに強度を失う。つまり光強度は、搬送ベルト内での光吸収によって横断のたびに減衰されることが明らかである。特に光反射方式による搬送ベルト表面での光の入射出射の度に光強度の損失は著しくなる。搬送ベルトの二重の横断のもとでは2回の吸収損失と4回の反射損失が生じる。搬送ベルトの横断の際の強度損失全体における反射損失の割合は、搬送ベルトが透光性であればあるほど、つまり搬送ベルトの光学濃度が小さければ小さいほど、すなわち搬送ベルトの材質が薄ければ薄いほどあるいは透明であればあるほど、大きくなる。この反射損失は、詳細には搬送ベルトの光学濃度には比較的依存せずにほぼ一定に大きくなるが、それに対して吸収損失は、光学濃度にともなって線形に増加する。その際の光学濃度は、透過光強度lと照射光強度l0の比で表わされる全透過係数
γges=l/l0
を用いて以下の式、
D=−lg(γges)
で定義される。規格化された全損失は、以下の式、
Vges=1ーγges
から算出される。

通常使用される透明な搬送ベルトでは、面法線の方向に、つまり垂直方向に透過し、光学濃度Dは、0.04から0.05の間である。これは、反射損失が吸収損失を上回っている濃度領域であり、これは光学濃度がほぼ0.062までのものに該当する。つまり反射損失は、比較的著しく無視できないものであり、通常の搬送ベルトのもとでは約13%の光強度損失を意味する。吸収損失なしの理想的な透明の搬送ベルトでも反射損失によって少なくとも0.031の光学濃度だけは自ずと存在する。

搬送ベルトおよびライトバリアの経年劣化汚れによって、光強度損失は時間と共に増加する。つまり受光素子に達する強度は、対象の識別のためのあるいは対象のエラー識別のためのライトバリアの作動が正常化するまで減少し続け、もはや保証されなくなる。

概要

長い期間に亘って十分な光強度を光源の受光素子に到達させるべく改善を行うこと。

透光性領域または対象におけるライトバリアの光の反射損失を低減するように構成する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ライトバリアを用いた、透光性領域または対象との比較における非透光性領域または対象のエラー識別、例えば透明な搬送ベルト上の印刷素材または基板の識別のための方法において、透光性領域または対象(5)におけるライトバリア(1,2)の光(3,4)の反射損失を、低減するようにしたことを特徴とする方法。

請求項2

透光性領域または対象(5)に入射するライトバリア(1,2)の光(3,4)を少なくとも近似的にいわゆるブルースター角(8)のもとで用いるようにした、請求項1記載の方法。

請求項3

入射面に対して平行に偏光される光を用いるようにした、請求項1または2記載の方法。

請求項4

光の入射面に対して平行な配向方向を有する検光子を用いるようにした、請求項1から3いずれか1項記載の方法。

請求項5

透光性領域または対象(5)を透過して伝播される光(3,4)の、少なくともブルースター角(8)の適用によって生じる偏光の方向性を、透光性領域または対象(5)の場合によって存在する光学的な主軸位置並行に、適切な回転(10,12)によって設定調整する、請求項1から4いずれか1項記載の方法。

請求項6

透光性領域または対象との比較における非透光性領域または対象のエラーの識別、例えば透明な搬送ベルト上の印刷素材または基板の識別のための装置であって、光源受光素子を備えたライトバリアが含まれている形式の、有利には請求項1から5に記載の方法を実施するための装置において、光源の照射方向(光軸9)が透光性領域または対象(5)の表面に対して少なくとも近似的にいわゆるブルースター角(8)のもとで設定調整されるように構成されていることを特徴とする装置。

請求項7

光源の光の偏光のための偏光器が光源の後方に配置されている、請求項6記載の装置。

請求項8

検光子が受光素子の前方に設けられている、請求項6または7記載の装置。

請求項9

前記ライトバリアは、透過/反射式ライトバリア(1,2)であり、この場合光源と受光素子が透光性領域または対象(5)の一方の側に配置されており、光反射器(2)は透光性領域または対象(5)の他方の側に配置されている、請求項6から8いずれか1項記載の装置。

請求項10

前記反射器(2)は、コーナーミラーとして構成されている、請求項9記載の装置。

請求項11

前記コーナーミラーのアングルエッジは、光の偏光方向に対して平行に配向されている、請求項10記載の装置。

請求項12

前記ライトバリア(1,2)の構成素子は、光軸(9)周りで回転可能に配設されている、請求項6から11いずれか1項記載の装置。

請求項13

前記ライトバリア(1,2)の光軸(9)は、透光性領域または対象(5)上の垂線周りで回転可能に配設されている、請求項6から12いずれか1項記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、ライトバリアを用いた、透光性領域または対象との比較における非透光性領域または対象のエラー識別、例えば透明な搬送ベルト上の印刷素材または基板の識別のための方法に関する。また本発明は、光源受光素子を備えたライトバリアが含まれている、透光性領域または対象との比較における非透光性領域または対象のエラーの識別、例えば透明な搬送ベルト上の印刷素材または基板の識別のための装置に関している。

背景技術

0002

例えば印刷機、特に電子写真式の印刷機においては、透明な搬送ベルト上の印刷すべき枚葉紙の識別のために、ライトバリアが用いられており、このライトバリアでは、透明な搬送ベルトを光が透過し、印刷すべき素材ないしは基板がそのビーム経路に入ってくると直ちに遮断される。この場合は光源と受光素子は搬送ベルトのそれぞれ異なった側で相互に対向するように配設されているが、光源と受光素子を搬送ベルトの同じ側で1つのセンサ装置統合させて、別の側には光反射器を配設することも可能である。前者の配置構成では、光が搬送ベルトを一度だけ横断し、後者の配置構成では反射器によって光が搬送ベルトを2度横断する。

0003

ライトバリアの光路上では光が強度を失い、搬送ベルトを二度横断しなければならない場合にはさらに強度を失う。つまり光強度は、搬送ベルト内での光吸収によって横断のたびに減衰されることが明らかである。特に光反射方式による搬送ベルト表面での光の入射出射の度に光強度の損失は著しくなる。搬送ベルトの二重の横断のもとでは2回の吸収損失と4回の反射損失が生じる。搬送ベルトの横断の際の強度損失全体における反射損失の割合は、搬送ベルトが透光性であればあるほど、つまり搬送ベルトの光学濃度が小さければ小さいほど、すなわち搬送ベルトの材質が薄ければ薄いほどあるいは透明であればあるほど、大きくなる。この反射損失は、詳細には搬送ベルトの光学濃度には比較的依存せずにほぼ一定に大きくなるが、それに対して吸収損失は、光学濃度にともなって線形に増加する。その際の光学濃度は、透過光強度lと照射光強度l0の比で表わされる全透過係数
γges=l/l0
を用いて以下の式、
D=−lg(γges)
で定義される。規格化された全損失は、以下の式、
Vges=1ーγges
から算出される。

0004

通常使用される透明な搬送ベルトでは、面法線の方向に、つまり垂直方向に透過し、光学濃度Dは、0.04から0.05の間である。これは、反射損失が吸収損失を上回っている濃度領域であり、これは光学濃度がほぼ0.062までのものに該当する。つまり反射損失は、比較的著しく無視できないものであり、通常の搬送ベルトのもとでは約13%の光強度損失を意味する。吸収損失なしの理想的な透明の搬送ベルトでも反射損失によって少なくとも0.031の光学濃度だけは自ずと存在する。

0005

搬送ベルトおよびライトバリアの経年劣化汚れによって、光強度損失は時間と共に増加する。つまり受光素子に達する強度は、対象の識別のためのあるいは対象のエラー識別のためのライトバリアの作動が正常化するまで減少し続け、もはや保証されなくなる。

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の方法または装置において、長い期間に亘って十分な光強度を光源の受光素子に到達させるべく改善を行うことである。

課題を解決するための手段

0007

前記課題は本発明により、透光性領域または対象におけるライトバリアの光の反射損失を低減するようにして解決される。

発明を実施するための最良の形態

0008

これによって本発明の方法による装置は、汚れに対する余裕度を得られる。ライトバリアの光は目立った反射損失なしで使用される。そのため比較的長期に亘って継続した透過性領域ないし対象の経年劣化と汚れ、あるいはライトバリア素子の経年劣化と汚れのもとでも、さらに透光性領域または対象を透過するライトバリアの暗化のもとでもなお克明に記録可能な光強度差が生じる。

0009

本発明によれば反射損失が有利には次のことによって回避される。すなわち透光性領域または対象に入射するライトバリアの光を少なくとも近似的にいわゆるブルースター角のもとで用いるようにする。

0010

ブルースター角は、次のような角度である。すなわち入射面に対して平行に振動する光成分が光学密度を有する媒質の表面において反射するのではなく、完全にこの媒質を透過するような角度である。それ故に本発明による方法では有利には、適切な偏光器を用いて相応の調整を行い相応に偏光された光が用いられる。これにより、当該方法の外乱光に対する不感応性も高められる。いずれにせよブルースター角の利用による、完全に媒質内を透過する光成分と反射する光成分への入射光の分割によって透過性領域ないし対象を透過してさらに伝播される光の偏光が行われる。それ故に不可欠ではないが、領域ないし対象の対向側に検光子を設けて利用するのは、外乱光の影響を回避する上で有利となる。

0011

透光性領域または対象の通常の屈折率は例えばn=1.46であり、ブルースター角ΘB=55.6゜である。このブルースター角の設定がΔΘB=+/-5゜の範囲内で不確かな場合であっても、相応に偏光された光の反射損失は、約0.25%よりも少ないものとなる。

0012

透光性領域または対象を透過する偏光された光の伝播は事情によっては、使用される媒質の屈折率nや光学濃度Dのみによって定められるものではない。特に印刷機における印刷物に対してプラスチックからなる透明な搬送ベルトが使用される場合では、この搬送ベルトが例えば機械的な張力に基づいて搬送ベルトの平面内で選択された関連方向に関して角度φの光学的な固有主軸位置を有する。そのような搬送ベルト自体は、主軸位置に対して平行に振動する光のベクトル成分のみを透過させる偏光フィルタのようにもう一度作用する。このようにして生じた付加的な光損失を避けるために、本発明によれば有利には、本発明の方法による装置がこの受軸位置に対して回転による配向が可能となるように構成される。

0013

冒頭に述べたような形式の本発明による装置によれば前記課題は、光源の照射方向が透光性領域または対象の表面に対して少なくとも近似的にいわゆるブルースター角のもとで設定調整されるように構成されて解決される。

0014

境界面ないしは表面において回避される反射損失は、本発明による方法との関連において既に前述されている。

0015

有利には使用される光が偏光器を用いて偏光され、外乱光の影響を避けるために検光子を通過して伝播される。

0016

使用されるライトバリアは、有利には透過/反射式ライトバリアとして構成されており、この場合光源と受光素子は、同じ側に排泄されており、それによってセンサユニットとしての利点を伴って統合可能である。それに対して領域または対象の対向するもう一方の側には、反射器のみが設けられる。この反射器は有利にはコーナーミラーまたはトリプルミラーとして構成されていてもよい。その際反射によって光の偏光方向ができるだけ変更されないようにするために、コーナーミラーのアングルエッジは有利には光の偏光方向に対して並行に配向される。

0017

光の変更方向を、透光性領域または対象の場合によって存在する光学的主軸位置に対して設定可能なようにするために、本発明による装置の別の有利な実施例によれば、ライトバリアがその光軸および/または垂線周りで領域ないし対象に対して回転可能にされる。

0018

次に本発明の実施例を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。但し本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

0019

図1は、独立請求項の上位概念による装置の基本構造図を示している。この実施例は側面におけるライトバリアを示しており、このライトバリアはセンサユニット1と反射器2とからなっている。センサユニットは、詳細には示されていないが光ビーム3を送信する光源と、反射器2から反射された光ビーム4を再び受信する受光素子を含んでいる。送信された光ビーム3は、透光性領域または対象5を横断する。この透光性領域または対象5は当該実施例では搬送方向6に移動可能な透明の搬送ベルトの一部であってもよい。反射器2におけるビームの反射の後でこのビームは、光ビーム4として当該対象5を再度横断する。対象5の横断に基づいてこれらの光3,4はその強度を失う。すなわち光ビーム3の入/出射の際および光ビーム4の入/出射の際の、対象5における光吸収によっても対象5の境界面ないし表面における反射損失によっても光強度を失う。この光強度損失に対しては、センサユニット1、特に受光素子が次のような識別のために設定される。すなわち透光性対象5のみがライトバリア1,2の経路内に存在し非透光性もしくは不透明な対象7(図1参照)は存在しないことの識別のために設定される。この対象7は、印刷物ないしはプリント基板を表わしており、これらは、対象5上を該対象5と共に搬送方向6で搬送されライトビームに透過される。対象7がライトビーム1の光路内に到達すると、対象7が対象5よりも非透光性である限り光は遮断される。つまり光は対象7なしの場合よりも多く減衰する。この光強度の低減は、受光素子によって識別されなければならない。このことは信頼性の高い記録のための強度差分のいわゆる弁別閾を要求する。

0020

例えば印刷機、特に電子写真印刷機の分野では、そのようなライトバリアを用いて印刷すべき枚葉紙(対象7)の位置検出が行われる。これは、枚葉紙のさらなる搬送の間の相応の前進によって既に印刷機構が当該枚葉紙の印刷のために準備されていることと適時の印刷実行のために行われる。それによりライトバリアへの枚葉紙の移動が確実にかつ適時に行われ、ライトバリアの相応の制御信号が導入される。印刷機において枚葉紙供給の所定の時間間隔の中で新たなもしくは次の枚葉紙をライトバリアの領域で待ち受けることができるようにするためには、予期される時点での次の枚葉紙の到着情報だけでなく、ライトバリア領域における消失情報も重要な情報であり得る。そのような情報の収集も場合によっては正確に適時に行われる必要がある。しかしながら既存の装置は、時間の経過の中で経年劣化および/または汚れが生じ、これは特にライトバリアの構成要素や透光性対象5自体に起こり得る。それにより当該透光性対象5は少なくともいくつかの“汚れの付着した”領域において透光性の問題を生じる。そのためこの汚れた領域における光強度損失が増大し、それに伴って、透光性対象5の汚れた領域と非透光性対象7との間の強度損失の差が小さくなり、あるいは透光性対象5の汚れの付着した領域とそうでない領域との間の強度損失の差が小さくなり、これは場合によってはセンサユニット1の確実な応答性を保証する閾値よりも小さくなり得る。つまりこのことは透光性対象5上の非透光性対象7を識別できなくなり、あるいは透光性対象5上の汚れを非透光性対象7と見間違えるエラーにつながる。これらのエラーは、印刷機の重大な支障もしくは損傷につながる。

0021

それ故に本発明によれば、対象7との比較における対象5との強度損失の差分が最初からできるだけ大きくとられ、対象5における反射損失が低減されて、装置の信頼性を損なうことなく許容枠が広げられ、汚れを許容するための時間も提供される。

0022

図2からも明らかなように、吸収損失に対する反射損失は無視できないものとなっている。

0023

図2では強度損失が光学濃度の関数としてパーセント表示で示されている。この場合トータルの損失は実線だけのグラフで示されている。それに対して吸収損失は、×の付されたグラフで示され、反射損失は○の付されたグラフで示されている。図2からは、約0.062の光学濃度までは反射損失が吸収損失よりも大きく、反射損失は既に0.031の最小光学濃度で単独で存在し、反射損失は光学濃度に依存することなくほぼ一定に維持されていることがみてとれる。

0024

通常の印刷機においては光学濃度が0.04〜0.05の透明な搬送ベルトを用いて処理が行われるので、この種の搬送ベルトでは反射損失が主な損失原因と見なされる。それ故に本発明によれば、この反射損失を低減すべく有利には線形に偏光される光が用いられ、入射面に対して平行に配向され、これがブルースター角のもとで搬送ベルトに照射される。この装置は、送信ユニット1の光の偏のために偏光器が後置接続され、さらに反射器2には検光子が前置接続されている。但し図1図4では見易くする理由からこれらは示されていない。

0025

図3には反射/強度損失が入射角の関数としてパーセント表示で示されている。図示の例では、屈折率n=1.46とブルースター角=55.6゜のもとで明らかに反射損失の最小値が認められ、すなわち反射損失が0.0%の関数値でもってあらわされている。さらに図3からは、ブルースター角が必ずしも厳密に設定されていなくても、反射損失に対してはそれほど臨界的な状況が現れていないことがみてとれる。というのも反射損失のグラフでは、その最小値の左右の曲線経過が非常に緩慢にしか上昇しておらず、そのためブルースター角の約+/-5゜の範囲内では反射損失が0.25%以下となっているからである。

0026

図4には、本発明による装置の基本構造が側面図で概略的に示されている。この場合図1と同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。

0027

この装置はライトバリア要素1,2を含んでおり、それらは光ビーム3,4を生成しており、このビームが透明な対象5を透過する。この場合ライトバリアは光軸9を有しており、この光軸はブルースター入射角8のもとで前記対象5の表面に配向されている。さらに付加的にこの対象5は固有の光学的主軸位置を有し得るので、それに対してライトバリアは、偏光される光ビーム3,4の偏光方向の配向調整のために、この主軸位置に対して並行に、光軸9を中心として図中の矢印10で示したように回転可能もしくは旋回可能であり、および/または垂線11を中心に対象5の表面に対して矢印12で示しているように回転可能または旋回可能に設けられている。

図面の簡単な説明

0028

図1本発明の上位概念による装置の基本的な側面構造図である。
図2媒質透過の際の光の強度損失を媒質の光学濃度の関数としてパーセント表示で表わした図である。
図3光の強度損失を入射角の関数として媒質表面における反射によりパーセント表示で表わした図である。
図4本発明による装置の基本的な側面構造図である。

--

0029

1,2ライトバリア
3,4光ビーム
5透光性対象
6 搬送方向
7非透光性対象
8 ブルースター角

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