114647 (Фізичні основи роботи комп’ютера), страница 11

Найважливішим конструктивним елементом лазерного принтера (рис. 2.26, 2.28) є фотобарабан, що обертається, за допомогою якого відбувається перенесення зображення на папір. Фотобарабан є металевим циліндром, покритим тонкою плівкою з фотопровідного напівпровідника (звичайно оксид цинку). По поверхні барабана рівномірно розподіляється статичний заряд за допомогою тонкого дроту або сітки, званої коронуючим дротом. На цей дріт подається висока напруга, що викликає виникнення навколо нього іонізованої ділянки, яка світиться, званою короною.

Лазер, керований мікроконтролером, генерує тонкий світловий промінь, який відбивається від дзеркала, що обертається. Цей промінь, потрапляючи на фотобарабан, засвічує на ньому елементарні ділянки (точки), і в результаті фотоелектричного ефекту в цих точках змінюється електричний заряд.

Рисунок 2.26 – Функціональна схема лазерного принтера

Для деяких типів принтерів потенціал поверхні барабана зменшується від 900 до 200 В. Таким чином, на фотобарабані виникає копія зображення у вигляді потенціального рельєфу.

На наступному робочому кроці за допомогою іншого барабана, званого девелопером (developer), на фотобарабан (рис. 2.27) наноситься тонер — найдрібніший фарбувальний пил. Під дією статичного заряду дрібні частинки тонера легко притягуються до поверхні барабана в точках, що зазнали експозиції, і формують на ньому зображення.

Рисунок 2.27 – Створення копії зображення на фотобарабані

Аркуш паперу з лотка, що подає, за допомогою системи валиків переміщується до барабана. Потім аркушу надається статичний заряд, протилежний за знаком заряду засвічених точок на барабані. При контакті паперу з барабаном частинки тонера з барабана переносяться (притягуються) на папір.

Рисунок 2.28 – Узагальнена схема роботи лазерного принтера

Для фіксації тонера на папері аркушу знов надається заряд і він пропускається між двома роликами, що нагрівають його до температури приблизно 180 - 200 °С (якщо ви хоч раз ставили пиріг з солодкою начинкою в духовку, то знаєте, як важко розділити пропечені компоненти). Після власне процесу друку барабан повністю розряджається, очищується від прилиплих частинок тонера і готовий для нового циклу друку. Описана послідовність дій відбувається дуже швидко і забезпечує високу якість друку.

У світлодіодному принтері (рис. 2.29) для засвічування барабана замість лазерного променя, керованого за допомогою системи дзеркал, використовується нерухомий світлодіодний рядок (лінійка), що складається з 2500 світлодіодів, який формує не кожну точку зображення, а цілий рядок (рис. 2.29). На цьому принципі, наприклад, працюють лазерні принтери фірми OKI.

Рисунок 2.29 – Формування зображення за допомогою LED-технології

2.5.16 Кольоровий друк

Під час друку на кольоровому лазерному принтері використовуються дві технології. Відповідно до першої, широко використовуваної до недавнього часу, на фотобарабані послідовно для кожного окремого кольору (Cyan, Magenta, Yellow, Black) формувалося відповідне зображення, і лист друкувався за чотири проходи (рис. 2.30), що позначалося на швидкості і якості друку.

Р исунок 2.30 – Універсальна тестова таблиця

У сучасних моделях (наприклад, HP Color LaserJet 5) в результаті чотирьох послідовних прогонів на фотобарабан наноситься тонер кожного з чотирьох кольорів. Потім при контакті паперу з барабаном на нього переносяться всі чотири фарби одночасно, утворюючи потрібні поєднання кольорів на відбитку.

В результаті досягається рівніша передача колірних відтінків, майже така ж, як при друці на кольорових принтерах з термопереносом фарбника.

Відповідно в кольорових лазерних принтерах використовуються чотири ємності для тонерів. Принтери цього класу обладнані великим об'ємом пам'яті, процесором і, як правило, власним вінчестером. На вінчестері містяться різноманітні шрифти і спеціальні програми, які керують роботою, контролюють стан і оптимізують продуктивність принтера. Кольорові лазерні принтери мають досить крупні габарити і велику масу.

Технологія процесу кольорового лазерного друку вельми складна, тому і ціни на кольорові лазерні принтери ще дуже високі.

2.5.17 Основні характеристики лазерних принтерів

Лазерний принтер є складним оптико-механічним пристроєм, який, незалежно від конструктивного виконання, характеризується великою кількістю різних параметрів. Із споживчої точки зору всі параметри можна розбити на групи, що визначають:

- якість друку;

- швидкість друку;

- зручність в експлуатації;

- економічність роботи;

- додаткові можливості.

2.5.18 Фізичні процеси, що відбуваються при роботі копіювального апарату та лазерного принтера

У основі роботи, як копіювального апарату, так і лазерного принтера лежить процес сухої ксерографії (лат. xeros – сухий і graphos – писати). У свою чергу він базується на електростатичній фотографії.

У основі електростатичної фотографії лежить здатність деяких напівпровідників зменшувати свій питомий опір під дією світла. Такі напівпровідники називають фотопровідниками і використовують для виготовлення фоторецепторів.

Основні характеристики фотопровідників наведені нижче:

1. Спектральна чутливість – характеризує здатність фотопровідника реагувати на випромінювання різних довжин хвиль. Жоден фотопровідник не може однаково реагувати на різні довжини хвиль. Деякі типи фоторецепторів слабко реагують на блакитний колір, який взагалі не відтворюється на копії, деякі слабко реагують на жовтий колір. У ідеалі фотопровідник повинен однаково добре передавати всі кольори, проте звичайно цього не відбувається.

2. Фотоелектрична чутливість (швидкість формування зображення) – це величина, що характеризує швидкість зменшення заряду на фоторецепторі при освітленні його світлом заданої інтенсивності. Чим менше залишкова величина заряду на фоторецепторі після його експонування, тим вище якість копії. Ця величина може залежати від матеріалу, терміну експлуатації і стану провідника.

3. Швидкість темнової втрати – величина, що характеризує, як швидко фотопровідник втрачає заряд в темноті. Це пов'язано з тим, що напівпровідник, з якого виготовлений фоторецептор, хоч і набуває в темноті властивості діелектрика, але все таки не може зберігати заряд так довго, як це можуть робити діелектрики.

4. Втома матеріалу – це явище, що виникає при багатократному і частому експонуванні фоторецептора. Втома матеріалу може виникати і при засвіченні сонячним світлом (користувач витягнув картридж і залишив його на сонці барабаном до гори). Втома матеріалу приводить до збільшення швидкості темнової втрати заряду, а в деяких випадках навпаки до збереження заряду на поверхні після експонування.

5. Стійкість до зовнішніх впливів – ця характеристика визначає здатність фотопровідника зберігати свої властивості якомога довше при механічному контакті з папером. Папір, при правильному використанні апарату, є найбільш важливим чинником природного зносу фоторецептора. Тому шорсткий папір, неправильно обрізаний і т.д. скорочує термін служби фоторецептора. Хоча сам папір практично не контактує з фоторецептором, проте жорсткі волокна паперу можуть потрапляти під ніж ракеля. Крім того, термін його служби скорочують різні хімічні речовини, які можуть потрапити на нього з паперу або з іншого джерела, а також механічні пошкодження.

6. Кристалізація – процес перетворення атомів фотопровідника з аморфної структури у впорядковану, кристалічну. При цьому фотопровідник втрачає свої властивості. Такий процес не можна зупинити, але можна уповільнити при правильному поводженні з провідником.

7. Початковий потенціал – це потенціал на поверхні фоторецептора, при якому накопичуваний заряд дорівнює заряду, що витікає в підкладку. Звичайно фоторецептор заряджають до потенціалу нижче за початковий, щоб уникнути його пошкодження.

8. Залишковий потенціал – потенціал, який залишається на освітлених ділянках фоторецептора після експонування. При експонуванні фоторецептор швидко втрачає заряд до певної величини, потім швидкість втрати заряду значно знижується. Високий залишковий потенціал сприяє притяганню частинок тонера на освітлені ділянки, що приводить до фону на копії.

Ці характеристики фотопровідника ретельно аналізуються при виборі його як фоторецептора для копіювального апарату або принтера.

2.5.19 Технологія виготовлення фоторецепторів

Фоторецептори звичайно наносяться на алюмінієвий порожнистий циліндр. Як фоторецептор використовують або селен і його з'єднання, або органічні сполуки (підкладка).

Органічний фоторецептор двошаровий. Перший шар – шар, в якому здійснюється перенесення заряду, під ним – шар, в якому генерується заряд. За ним йде тонкий шар оксидної плівки, який запобігає витіканню заряду в підкладку. Підкладка – останній алюмінієвий шар.

Селеновий фоторецептор складається з "пасткового шару", що є природною оксидною плівкою. Цей шар зменшує швидкість темнової втрати заряду. За ним йде фотопровідний шар, алюмінієва оксидна плівка і підкладка.

Існує два види фоторецепторів: стрічкові і циліндрові. Перші звичайно використовуються в апаратах з дуже високою швидкістю, оскільки дозволяють забезпечувати вищу швидкість експонування.

2.5.20 Зарядка

Зарядка фоторецептора – це процес нанесення рівномірного заряду певної величини на поверхню фоторецептора. Зарядка проводиться коротроном. Існує декілька їх видів, які ми розглянемо нижче.

Для зарядки на коротрон подається високий потенціал за допомогою високовольтного блоку. Між коротроном і фоторецептором утворюється різниця потенціалів в декілька кіловольт, що приводить до ударної іонізації повітря (коронний розряд) і іони накопичуються на поверхні фоторецептора. Частина електронів із заземленої підкладки стікає на землю, при цьому в матеріалі підкладки, поблизу межі з фотопровідником виникає надмірний заряд, протилежний заряду на поверхні фоторецептора. Екран коротрона заземляють, щоб різниця потенціалів між фоторецептором і коронним дротом не зменшувалася, оскільки ця різниця повинна перевищувати порогову напругу корони (напруга, нижче за яку не виникає коронний розряд).

2.5.21 Види коротронів

Звичайний коротрон є тонким дротом із стійкого до окислення матеріалу, який натягнутий на металевому екрані. При забрудненні або окисленні дроту відбувається погіршення якості копії. При забрудненні екрана можливо проскакування іскри між екраном і коротроном, що призводить до необоротного вигорання фоторецептора.

Скоротрон – зарядний пристрій, що дозволяє одержати більш рівномірний заряд поверхні фоторецептора. У ньому окрім дроту використовується сітка, на яку також подається напруга.

Дікоротрон – дозволяє ще точніше регулювати величину заряду. Він складається з двох активних елементів: коронода і екрана. На коронод подається змінна напруга близько 5-6 кВ, а на екран – постійна 1-3 кВ. При цьому позитивні іони переміщаються від коронода до екрана, а негативні – до фоторецептора.

Коротрон є джерелом характерного запаху озону, що виходить з копіювального апарату під час роботи. Слід зазначити, що при використанні хороших фільтрів і їх своєчасній заміні запах не відчувається. Зараз фірми-виробники переходять на безозонову технологію.

2.5.22 Формування зображення

Після зарядки на фоторецептор подається зображення, яке в копіювальних апаратах освітлюється потужним джерелом світла і проектується через систему дзеркал. Для збільшення і зменшення зображення використовують об'єктив із змінною фокусною відстанню. Швидкість барабана повинна бути узгоджена. Зображення з скла експонування освітлюється лампою і через систему дзеркал проектується на фоторецептор. Ті місця на фоторецепторі, на які падає світло, втрачають свій потенціал. Таким чином, на фоторецепторі залишається малюнок оригіналу у вигляді заряджених ділянок.

2.5.23 Експонування

На етапі експонування на поверхні фоторецептора виходить приховане електростатичне зображення. Розглянемо цей процес детальніше.

До початку експонування поверхневий заряд фоторецептора утримується на місці за рахунок взаємодії із зарядом протилежного знаку, що знаходиться на межі заземленої підкладки і фоторецептора.

До попадання світла на фотопровідний шар кількість вільних носіїв зарядів в ньому мала, а питомий опір – великий. Фактично електрони у фотопровіднику після зарядки зміщуються з рівноважного положення, але вони ще знаходяться в своїх молекулах. Такий зсув позитивних і негативних зарядів в молекулі називається поляризацією.

Розглянемо спрощену модель процесу, який відбувається при освітленні фоторецептора. Вважатимемо, що фоторецептор заряджений позитивним зарядом.