114647 (Фізичні основи роботи комп’ютера), страница 12

При попаданні світла на фотопровідник в ньому відбувається генерація вільних носіїв заряду. Електрон тієї молекули, яка розташована ближче до поверхні шару, переміщується у напрямку до позитивного іону на поверхні. Це переміщення нейтралізує частину позитивних іонів на поверхні. В той же час іон у верхньому шарі залишається позитивно зарядженим. Відсутність електронів в молекулі називають "діркою". Тип провідності, при якому основними носієм заряду є дірки, називають дірковою. При дірковій провідності відбувається переміщення електронів з одного атома в сусідній. Результатом цього є переміщення позитивних зарядів – дірок – в напрямі, протилежному руху електронів.

Після попадання світла на фоторецептор електростатичне поле на поверхні фотопровідника змінюється. Воно діє вже не між зарядом на поверхні фоторецептора і підкладкою, а між "верхньою" молекулою і підкладкою.

Електрони, що знаходяться знизу від "верхньої" молекули, негайно реагують на позитивний заряд і починають переміщуватися до "верхньої" молекули, щоб нейтралізувати частину заряду, що виник. Міграція електронів призводить до того, що позитивний заряд від "верхньої" молекули переходить до молекули з наступного, "другого" шару молекул фотопровідника.

При цьому електростатичне поле виникає між молекулою "другого" шару і підкладкою. Дірка відповідно переміщається від "верхньої" молекули до молекули з "другого" шару. Процес повторюється до тих пір, поки дірка не перейде до молекули фотопровідника, найближчої до підкладки. В цьому випадку електрони переміщаються від підкладки до фотопровідника, щоб нейтралізувати позитивний заряд.

2.5.24 Прояв

Прояв – це процес формування зображення на фоторецепторі тонером (рис. 2.31). Тонер є дрібнодисперсним порошком, частинки якого складаються з полімеру або гуми і фарбувальної речовини (для чорного тонера звичайно використовується сажа).

Можливі два варіанти прояву – однокомпонентний і двокомпонентний. Розглянемо спочатку двокомпонентний спосіб.

Двокомпонентний спосіб використовується тільки у разі негативної зарядки фоторецептора.

Тонер з бункера через спеціальний дозуючий пристрій подається в бункер з носієм. Носій (девелопер) є частинками магнітного матеріалу, покритого полімером.

Прилипання тонера до носія відбувається за рахунок трибоелектризації (електризації тертям). В процесі тертя частинки тонера і носія набувають різних зарядів і тонер рівномірно покриває носій.

Носій в свою чергу прилипає до магнітного валу, який є порожнистим з постійними магнітами всередині. Вал, покритий носієм з тонером, входить в безпосередній контакт з фоторецептором, внаслідок чого частинки тонера, що мають заряд, протилежний заряду фоторецептора, притягуються до його заряджених ділянок.

Чистий носій із залишками тонера знов потрапляє в бункер. Носій знов змішується з тонером і потрапляє на магнітний вал. Сам носій не витрачається в процесі прояву. Проте в результаті тертя носій втрачає полімерний шар, що приводить до його нездатності притягати тонер. Крім того, такий носій може викликати механічне пошкодження фоторецептора.

Для того, щоб тонер не переносився на слабкозаряджені ділянки фоторецептора, на магнітний вал подається напруга зсуву близько 100-500 В, знак якої співпадає із знаком заряду на фоторецепторі. За рахунок цього сила тяжіння тонера до валу збільшується, і тонер не переноситься на слабкозаряджені ділянки. Регулюючи величину напруги зсуву можна регулювати насиченість копії, наприклад для створення хорошої копії з поганого оригіналу. Сучасні апарати звичайно самі досить добре регулюють якість копії, практично не вимагаючи втручання оператора.

Однокомпонентний прояв звичайно використовується в апаратах малого класу і лазерних принтерах. В цьому випадку потрібен тонер іншого складу. Звичайно такий тонер коштує дорожче. Однокомпонентний прояв не передбачає наявність носія. В цьому випадку тонер виготовляється із суміші частинок магнітного матеріалу, полімеру і фарбника.

З бункера тонер потрапляє на магнітний вал. Над валом, на виході з бункера розташовується заряджаюче лезо (ракель), яке виконує дві функції:

- регулює кількість тонера на валу;

- заряджає частинки тонера.

Тертя частинок тонера об лезо приводить до зарядки тонера знаком, протилежним знаку заряду фоторецептора.

Перенесення тонера з валу на фоторецептор здійснюється за допомогою напруги зсуву, що прикладається до магнітного валу. В даному випадку напруга зсуву є змінною напругою з постійною складовою, яка по знаку відповідає знаку заряду фоторецептора. Під час періоду, із знаком, протилежним знаку заряду фоторецептора тонер переноситься на фоторецептор, під час періоду, із знаком, відповідним знаку заряду фоторецептора тонер з фонових ділянок повертається на магнітний вал.

Регулювання якості копій відбувається за рахунок зміни постійної складової.

Слід відзначити, що в двокомпонентній системі прояву набагато складніше досягти рівномірної заливки чорним кольором. Це пов'язано з тим, що носій не встигає прийняти досить тонера. Ця проблема розв'язується використанням двох або трьох валів, що обертаються в різні боки. Проте така конструкція збільшує вартість апарату.

Рисунок 2.31 – Фотографії тонера, значно збільшені

2.5.25 Перенесення

Процес перенесення – процес, при якому тонер переноситься на папір. Папір проходить між коротроном перенесення і фоторецептором, на якому знаходиться тонерний малюнок. Коротрон перенесення надає паперу заряд, відповідний заряду фоторецептора. У підкладці фоторецептора існує заряд, за знаком протилежний до заряду паперу. За рахунок цього папір притягується до фоторецептора.

Для того, щоб тонер переносився на папір, сила тяжіння між ним і тонером повинна бути більша за силу тяжіння між тонером і фоторецептором. Не весь тонер переноситься на папір. Тому його залишки видаляються в процесі очищення фоторецептора.

Для поліпшення якості зображення і зменшення витрат тонера в деяких апаратах здійснюється попереднє перенесення, в процесі якого послаблюється заряд фоторецептора. Для цього або фоторецептор заздалегідь освітлюється, або на коротрон перенесення подається змінна напруга.

2.5.26 Відділення

Відділення паперу від фоторецептора здійснюється як механічним, так і електричним способом.

У першому випадку використовуються або пальці відділення, що знаходяться в безпосередній близькості до фоторецептора, або ремінці, що встановлюються з одного краю фоторецептора. Кромка паперу ковзає ремінцем і потім легко відділяється від фоторецептора.

У другому випадку використовується коротрон відділення, що звичайно використовується спільно з механічними засобами. Для відділення паперу від фоторецептора на коротрон відділення подається змінна напруга. Він генерує позитивні і негативні іони. Частина з них ослаблює силу тяжіння паперу до фоторецептора, а частина – забезпечує прилипання тонера до паперу.

2.5.27 Закріплення

Після перенесення копія вже практично готова. Але зображення, одержане на папері, може бути стерто практично будь-якою механічною дією (наприклад, легким тертям). Звичайно така копія не придатна для практичного використання. Для збільшення зчеплення тонера з папером використовується механізм закріплення.

Існує декілька способів закріплення. Найбільш поширений – це термомеханічний спосіб, при якому копія піддається нагріву і механічному притиску.

Механізм закріплення носить назву ф’юзер (піч). Механізм складається з тефлонового валу, що нагрівається, з кварцовою лампою всередині, і гумового притискного валу. Іноді замість тефлонового валу встановлюється спеціальний керамічний термоелемент, який відділяється від паперу термоплівкою. Такі копіри мають менший термін прогрівання і менше енергоспоживання, проте термоплівка здатна зробити значно меншу кількість копій і пошкодити її значно легше при неправильному витяганні паперу.

У частині апаратів для валу, що нагрівається, передбачене силіконове мастило. Це дозволяє уникнути прилипання тонера до валика. Крім того, може використовуватися спеціальний рушник, для видалення залишків тонера або іншого бруду, що прилип до валу. Для відділення паперу від валу застосовуються пальці відділення.

2.5.28 Очищення

Очищення – це процес видалення залишків тонера з фоторецептора після перенесення на папір.

Безпосередньо перед очищенням може використовуватися передочищення за допомогою засвічення фоторецептора або коротрона передочищення, який генерує позитивні і негативні іони.

Частинки тонера, що залишилися, видаляються за допомогою ножа ракеля, що знаходиться в безпосередньому контакті з фоторецептором. Ракель виготовляється і точно позиціонується щодо фоторецептора, для того, щоб не пошкодити його. Відпрацьований тонер потрапляє в бункер відпрацювання.

Повторне його використання не рекомендується, оскільки тонер злипається і забруднюється.

Можливе також видалення тонера м'якою щіткою, усередині якої встановлюється система вакуумного відкачування.

Останній етап очищення – це видалення залишкового заряду, яке здійснюється за допомогою або джерела світла, або коротрона, знак напруги якого протилежний знаку заряду фоторецептора.

Принцип дії лазерного принтера дещо відрізняється від принципів роботи копіювального апарату (рис. 2.32). Джерелом світла тут є лазер, який зменшує потенціал в певних ділянках фоторецептора (рис. 2.33). При цьому фонові ділянки фоторецептора залишаються зарядженими. Тонер заряджається протилежним зарядом.

Рисунок 2.32 – Загальна схема процесу копіювання

При цьому фонові ділянки фоторецептора залишаються зарядженими. Тонер заряджається протилежним зарядом. При контакті тонер притягується підкладкою в ділянки з низьким потенціалом, пробиті лазером.

Лазерне засвічення здійснюється наступним чином: лазерна гармата світить на дзеркало, яке обертається з високою швидкістю. Відбитий промінь через систему дзеркал і призму потрапляє на барабан і за рахунок повороту дзеркала вибиває заряди по всій довжині барабана. Потім відбувається поворот барабана на один крок (цей крок вимірюється в долях дюйма і саме він визначає роздільну здатність принтера за вертикаллю) і викреслюється нова лінія. У деяких принтерах окрім повороту барабана використовується поворот дзеркала по вертикалі, яке дозволяє на одному кроці повороту барабана викреслити два ряди точок. Зокрема перші принтери з роздільною здатністю 1200 dpi використовували саме цей принцип.

Швидкість обертання дзеркала дуже висока. Вона складає близько 7-15 тис. об./хв. Для того, щоб збільшити швидкість друку, не збільшуючи швидкість дзеркала, його виконують у вигляді багатогранної призми.

Рисунок 2.33 Схема промальовування лазерним променем

На рис. 2.33 промені чорного і червоного кольору відповідають різним положенням дзеркала. У момент А дзеркало повернене під одним кутом (червоне положення дзеркала). У наступний момент часу, що відповідає частоті лазера, дзеркало повертається і займає чорне положення. Відбитий промінь попадає вже в іншу точку фоторецептора. В реальності існують ще додаткові дзеркала, призми і світловоди, що відповідають за фокусування і зміну напряму променя.

Рисунок 2.34 – Лазерна технологія друку

Лазерні принтери (рис. 2.34) окрім механічної частини включають достатньо серйозну електроніку. Зокрема на принтерах встановлюється пам'ять великого об'єму, для того, щоб не завантажувати комп'ютер і зберігати завдання в пам'яті. На деякі принтери встановлюються вінчестери. Електронна начинка принтера також містить різні мови опису даних (Adobe PostScript, PCL і тощо.). Ці мови знову ж таки призначені для того, щоб забрати частину роботи у комп'ютера і передати її принтеру.

Розглянемо фізичний принцип дії окремих компонентів лазерного принтера.

2.5.29 Фотобарабан

Як вже писалося вище, найважливішим конструктивним елементом лазерного принтера є фотобарабан, що обертається, за допомогою якого проводиться 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. Про теорію напівпровідників можна прочитати в додатку А.

2.5.30 Лазер

Лазер – квантовий генератор, джерело потужного оптичного випромінювання. Випромінювання надмірної енергії збуджених атомів виникає за рахунок зовнішньої дії.

Лазер відрізняється від звичайних джерел світла (наприклад, лампи з вольфрамовою ниткою) двома важливими властивостями випромінювання. По-перше, воно когерентно, тобто піки і провали всіх його хвиль з'являються погоджено, і ця узгодженість залишається незмінною протягом достатньо тривалого часу. Всі звичайні джерела світла емітують некогерентне випромінювання, в якому немає узгодженості між піками і провалами різних хвиль. У некогерентному процесі світлові хвилі випромінюються незалежно один від одного, енергія випромінюваного пучка розсіюється у просторі і швидко убуває у міру віддалення від джерела. При когерентному випромінюванні хвилі випускаються не хаотично і можуть підсилювати одна одну. Промені лазерного пучка майже паралельні між собою, тому він майже не розходиться навіть на великих відстанях від випромінювача. Так, лазерний пучок діаметром 30 см направили на Місяць, і він утворив на його поверхні світлову пляму діаметром всього 3 км (до Місяця близько 386 000 км; на такій відстані світло від звичайного джерела дало б пляму діаметром 402 000 км). Друга особливість лазерного випромінювання – монохромність; це означає, що від конкретного лазера виходять хвилі однієї і тієї ж довжини. В світлі майже всіх існуючих джерел звичайно присутні всі довжини хвиль видимого спектру і відповідно всі кольори, тому таке світло нам здається білим. Лише небагато традиційних джерел (наприклад, лампи низького тиску, наповнені розрідженими парами натрію) світять майже монохромно, але їх випромінювання некогерентне і малоінтенсивне.