Цветные лазерные принтеры начинают активно завоевывать рынок печати. Если еще несколько лет назад цветная лазерная печать была для большинства организаций и тем более для отдельных граждан чем-то недосягаемым, то сейчас купить цветной лазерный принтер может позволить себе весьма широкий круг пользователей. Быстрорастущий парк цветных лазерных принтеров приводит к тому, что растет и интерес к ним со стороны служб технической поддержки.
В принтерах, как и в полиграфии для создания цветных изображений применяется субтрактивная цветовая модель, а не аддитивная, как в мониторах и сканерах, в которых любой цвет и оттенок получается смешением трех основных цветов – R (красный), G (зеленый), B (синий). Субтрактивная модель цветоделения называется так потому, что для образования какого-либо оттенка надо вычесть из белого цвета “лишние” составляющие. В печатающих устройствах для получения любого оттенка в качестве основных цветов используют: Cyan (голубой, бирюзовый), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый) . Эта цветовая модель получила название CMY по первым буквам основных цветов.
В субтрактивной модели при смешивании двух или более цветов дополнительные цвета получаются посредством поглощения одних световых волн и отражения других. Голубая краска, например, поглощает красный цвет и отражает зеленый и синий; пурпурная краска поглощает зеленый цвет и отражает красный и синий; а желтая краска поглощает синий цвет и отражает красный и зеленый. При смешивании основных составляющих субтрактивной модели можно получить различные цвета, которые описаны ниже:
Голубой + Желтый = Зеленый
Пурпурный + Желтый = Красный
Пурпурный + Голубой = Синий
Пурпурный + Голубой + Желтый = Черный
Стоит отметить, что для получения черного цвета необходимо смешать все три составляющие, т.е. голубой, пурпурный и желтый, однако получить качественный черный цвет таким образом, практически невозможно. Получаемый цвет будет не черным, а скорее грязно-серым. Для устранения такого недостатка к трем основным цветам добавляется еще один – черный. Такая расширенная цветовая модель называется CMYK (C yan-M agenta-Y ellow-blacK – голубой-пурпурный-желтый-черный). Введение черного цвета позволяет значительно повысить качество цветопередачи.
После того, как мы обсудили общие принципы построения и работы цветных лазерных принтеров, стоит ознакомиться более подробно с их устройством, механизмами, модулями и блоками. Это лучше всего сделать на примере какого-нибудь принтера. В качестве такого примера давайте возьмем принтер фирмы Hewlett-Packard Color LaserJet 8500.
Основными его характеристиками являются
:
- разрешающая способность: 600 DPI;
- скорость печати в “цветном” режиме: 6 стр/мин.;
- скорость печати в “черно-белом” режиме: 24 стр./мин.
Основные узлы принтера и их взаимное расположение приводится на рис.5.
Формирование изображения начинается с того, что с поверхности фотобарабана снимаются (нейтрализуются) остаточные потенциалы. Это делается для того, чтобы последующий заряд фотобарабана был более равномерным, т.е. перед зарядом он полностью разряжается. Снятие остаточных потенциалов осуществляется путем засвечивания всей поверхности барабана специальной лампой предварительного (кондиционирующего) экспонирования, которая представляет собой линейку светодиодов (рис.7).
Далее на поверхности фотобарабана создается высоковольтный (до -600В) отрицательный потенциал. Заряжается барабан коротроном в виде ролика из токопроводящей резины (рис.8). На коротрон подается переменное напряжение синусоидальной формы с отрицательной постоянной составляющей. Переменная составляющая (АС) обеспечивает равномерное распределение зарядов на поверхности, а постоянная составляющая (DC) заряжает барабан. Уровень постоянной составляющей может регулироваться при изменении плотности печати (плотности тонера), что делается с помощью драйвера принтера или регулировками через панель управления. Увеличение отрицательного потенциала приводит к уменьшению плотности, т.е. к более светлому изображению, уменьшение же потенциала – наоборот, к более плотному (темному) изображению. Фотобарабан (его внутренняя металлическая основа) должен быть обязательно “заземлен”.
После всего этого на поверхности фотобарабана лазерным лучом создается изображение в виде заряженных и незаряженных участков. Световой пучок лазера, попадая на поверхность барабана, разряжает данный участок. Лазером засвечиваются те участки барабана, на которых должен быть тонер. Те участки, которые должны быть белыми, лазером не засвечиваются, и на них остается высокий отрицательный потенциал. Луч лазера перемещается по поверхности барабана с помощью вращающегося шестигранного зеркала, находящегося в сборке лазера. Изображение на барабане называют скрытым электрографическим изображением, т.к. оно представлено в виде невидимых электростатических потенциалов.
Скрытое электрографическое изображение становится видимым после прохождения через узел проявки. Проявительный модуль черного тонера является стационарным и находится в постоянном соприкосновении c фотобарабаном (рис.9).
Цветной проявительный модуль представляет собой карусельный механизм с поочередной подачей “цветных” картриджей к поверхности барабана (рис.10). Черный тонер-порошок является магнитным однокомпонентным, а цветные порошки – однокомпонентные, но немагнитные. Любой тонер-порошок заряжается до отрицательного потенциала за счет трения о поверхность проявительного вала и дозировочный ракель. За счет разности потенциалов и кулоновского взаимодействия зарядов, отрицательно заряженные частички тонера притягиваются к тем участкам фотобарабана, которые разряжены лазером и отталкиваются от участков с высоким отрицательным потенциалом, т.е. от тех, которые не засвечивались лазером. В каждый момент времени осуществляется проявка тонером только одного цвета. В момент проявки на проявительный вал подается напряжение смещения, которое вызывает перенос тонера с проявительного вала на фотобарабан. Это напряжение представляет собой переменное напряжение прямоугольной формы с отрицательной постоянной составляющей. Уровень постоянной составляющей может регулироваться при изменении плотности тонера. После окончания процедуры проявки изображение на фотобарабане становится видимым, и его необходимо перенести на барабан переноса.
Поэтому следующим этапом в создании изображения является передача проявленного изображения на барабан переноса. Этот этап называют этапом первичного переноса. Перенос тонера с одного барабана на другой происходит за счет электростатической разности потенциалов, т.е. отрицательно заряженные частички тонера должны притянуться положительным потенциалом на поверхности барабана переноса. Для этого на поверхность барабана переноса подается положительное напряжение смещения постоянного тока от специального источника питания, в результате чего вся поверхность этого барабана имеет положительный потенциал. При полноцветной печати напряжение смещения на барабане переноса должно постоянно увеличиваться, т.к. после каждого прохода количество отрицательно заряженного тонера на барабане возрастает. И для того, чтобы тонер мог переноситься и ложиться поверх уже существующего тонера, напряжение переноса увеличивается с каждым новым цветом. Этот этап формирования изображения показан на рис.11.
В процессе переноса тонера на барабан переноса отдельные частички тонера могут остаться на поверхности фотобарабана, и они должны быть удалены, чтобы не искажать последующее изображение. Для удаления остатков тонера в принтере имеется блок очистки фотобарабана (см. рис 17). В составе этого модуля имеется специальный вал – кисть для снятия заряда с тонера и фотобарабана – это ослабляет силу притяжения тонера к фотобарабану. Также имеется традиционный очистительный ракель, который соскребает тонер в специальный бункер, где он и хранится до тех пор, пока очистительный модуль не будет заменен или не будет вычищен.
Далее фотобарабан снова заряжается (после предварительного разряда), и процесс повторяется до тех пор, пока на барабане переноса не будет полностью сформировано изображение соответствующего цвета. Поэтому размер барабана переноса должен полностью соответствовать формату печати, т.е. в данной модели принтера длина окружности этого барабана соответствует длине листа формата А3 (420 мм). После нанесения тонера одного цвета процесс формирования изображения полностью повторяется с той лишь разницей, что используется проявительный блок другого цвета. Для использования другого проявительного узла карусельный механизм поворачивается на заданный угол и подводит “новый” проявительный вал к поверхности фотобарабана. Таким образом, при формировании полноцветного изображения, состоящего из четырех цветовых составляющих, барабан переноса проворачивается четыре раза, и на каждом обороте к уже существующему тонеру добавляется тонер другого цвета. При этом первым наносится порошок желтого цвета, потом пурпурного, потом голубого и уже последним наносится черный порошок. В итоге, на барабане переноса создается полноцветное видимое изображение, состоящее из частичек четырех разноцветных тонер-порошков.
После того, как тонер-порошок оказывается на поверхности барабана переноса, он проходит через блок дополнительного заряда. Этот блок (рис.12) представляет собой проволочный коротон, на который подается переменное напряжение синусоидальной формы (АС) с отрицательной постоянной составляющей (DC). Этим напряжением тонер порошок дополнительно заряжается, т.е. его отрицательный потенциал становится выше, что будет способствовать более эффективному переносу тонера на бумагу. Кроме того, дополнительное напряжение уменьшает значение положительного потенциала барабана переноса, что способствует правильному расположению тонера на барабане переноса и препятствует смещению тонера. Как результат этого – точное воспроизведение цветовых оттенков. Напряжение дополнительного заряда подается на барабан переноса во время нанесения желтого тонера, т.е. в самом начале процесса формирования изображения. При нанесении желтого тонер-порошка напряжение дополнительного заряда устанавливается на минимальное значение, и после нанесения каждого нового цвета это напряжение увеличивается. Максимальное напряжение дополнительного заряда подается во время нанесения черного тонера.
Далее полноцветное видимое изображение с барабана переноса должно быть перенесено на бумагу. Этот процесс переноса получил название вторичного переноса. Вторичный перенос осуществляется еще одним коротроном, выполненным в виде транспортного ремня (рис.13). Тонер перемещается на бумагу под действием электростатических сил, т.е. за счет разности потенциалов тонер-порошка (отрицательный) и коротрона вторичного переноса, на который подается положительное напряжение смещения. Так как вторичный перенос осуществляется только после четырех оборотов барабана переноса, транспортный ремень коротрона должен подать бумагу только тогда, когда все цвета нанесены, т.е. во время уже четвертого оборота, а до этого момента времени ремень должен быть в таком положении, чтобы бумага не касалась барабана переноса.
Таким образом, транспортный ремень во время создания изображения опущен вниз, и не соприкасается с барабаном переноса, а в момент вторичного переноса поднят вверх и касается этого барабана. Перемещение транспортного ремня коротрона осуществляется эксцентриковым кулачком, который приводится в действие электрической муфтой по команде от микроконтроллера (рис.14).
При вторичном переносе лист бумаги может притягиваться к поверхности барабана переноса за счет разницы электростатических потенциалов. Это может стать причиной накручивания листа бумаги на барабан, и соответственно к замятию бумаги. Для предотвращения такого явления в составе принтера имеется система отделения бумаги и снятия с нее статического потенциала. Система представляет собой коротрон, на который подается переменное напряжение синусоидальной формы с положительной постоянной составляющей. Расположение коротрона относительно бумаги и барабана переноса показано на рис.15.
На этапе вторичного переноса некоторые частички тонера не переносятся на бумагу, а остаются на поверхности барабана. Чтобы эти частички не мешали созданию следующего листа и не искажали изображения необходимо произвести очистку барабана переноса и удалить остатки тонера. Очистка барабана переноса является достаточно сложным процессом. Для этой процедуры задействуется специальный ролик очистки, фотобарабан и блок очистки фотобарабана. Очистка барабана переноса должна осуществляться не постоянно, а только после вторичного переноса, т.е. система очистки должна управляться аналогично коротрону переноса. Пока создается изображение, система очистки не активна, а когда начинается перенос тонера на бумагу - включается. Первым этапом очистки является перезаряд остаточного тонер-порошка, т.е. его потенциал меняется с отрицательного на положительный. Для этого применяется ролик очистки, на который подается переменное синусоидальное напряжение с положительной постоянной составляющей. Этот ролик прижимается к поверхности фотобарабана в период очистки, а в процессе создания изображения он откидывается. Управляется ролик эксцентриковым кулачком, который в свою очередь приводится в действие соленоидом (рис.16).
После этого положительно заряженный тонер переносится на фотобарабан, на котором по-прежнему имеется отрицательное напряжение смещения. И уже с поверхности фотобарабана тонер счищается очистительным ракелем блока очистки фотобарабана (рис.17).
Заканчивается создание полноцветного изображения фиксацией тонера на бумаге с помощью температуры и давления. Лист бумаги проходит между двумя роликами блока фиксации (печки), разогревается до температуры порядка 200 ºС, тонер расплавляется и вдавливается в поверхность бумаги. Для предотвращения прилипания тонера к печке на нагревательный вал подается отрицательное напряжение смещения, в результате чего отрицательный тонер-порошок остается на бумаге, а не на тефлоновом валу.
Мы рассмотрели принцип работы только одного принтера одной фирмы. Другими производителями могут применяться и иные принципы формирования изображения и другие технические решения при построении принтеров, однако, все эти решения будут весьма близки к тем, что были рассмотрены ранее.
Лазер обязательно состоит из трех основных компонент:
1) активной среды , в которой создаются состояния с инверсией населенностей;
2) системы накачки − устройства для создания инверсии в активной среде;
3) оптическог о резонатора − устройства, формирующего направление пучка фотонов.
Кроме этого оптический резонатор предназначен для многократного усиления лазерного излучения.
В настоящее время в качестве активной (рабочей) среды лазера используются различные агрегатные состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное, плазма .
Для создания инверсной населённости среды лазера используются различные методы накачки . Накачка лазера может осуществляться как непрерывно, так и импульсно. При длительном (непрерывном) режиме вводимая в активную среду мощность накачки ограничена перегревом активной среды и связанными с ним явлениями. В режиме одиночных импульсов возможно введение в активную среду значительно большей энергии, чем за то же время в непрерывном режиме. Это обусловливает большую мощность одиночного импульса.
Одним из самых значимых изобретений прошлого века можно считать изобретение лазера, который сейчас используется практически во всех сферах жизни. Слово LASER образовалось от сокращения английского словосочетания «light amplification by stimulated emission of radiation» – «усиление света посредством вынужденного излучения»
Еще в 1916 году Альбертом Эйнштейном была спрогнозирована возможность перехода атомов с высшего энергетического состояния в низшее при внешнем воздействии. При данном переходе освобождается некоторое количество энергии, и такое излучение называется вынужденным. Вынужденное излучение и лежит в основе работы лазеров.
Принцип действия лазера основывается на вынужденном излучении фотонов света при воздействии внешнего электромагнитного поля.
Как известно еще со школьного курса физики, строение атома имеет планетарную модель (за Резерфордом), согласно которой вокруг положительно заряженного ядра по определенным энергетическим орбитам вращаются негативно заряженные электроны – подобно планетам вокруг солнца. Каждой орбите соответствует определенное значение энергии электрона. При невозбужденном состоянии электроны размещаются на низких энергетических уровнях, что обусловлено минимальной затратой энергии, и могут только поглощать излучение, которое на них попадает. При воздействии излучения на атом, он получает дополнительную порцию энергии, что провоцирует переход электронов (одного или нескольких) на более высокие энергетические уровни атома, то есть электрон переходит в возбужденное состояние. Энергия поглощается строго определенными порциями – квантами. Возбужденный атом стремится снова вернутся к состоянию спокойствия, и отдает лишнюю энергию, излучая ее тоже строго определенными порциями. При этом электроны возвращаются на первоначальные энергетические уровни. Образующиеся кванты или фотоны света имеют энергию равную разности энергий двух задействованных уровней. Таким образом происходит вынужденное излучение.
Атом в возбужденном состоянии может сам излучать энергию, а может излучать и при воздействии внешнего излучения. Характерно, что квант, который излучается и квант, который вызвал излучение схожи между собой. Эта характеристика определяет то, что длина волны индуцированного (вызванного) излучения равна волне, которая вызвала это излучение. Итого, индуцированное излучение будет увеличиваться с возрастанием количества электронов, которые перескочили на верхние энергетические уровни.
Также, бывают инверсные системы атомов, в которых электроны сосредотачиваются на более высоких энергетических уровнях. В таких системах атомов процесс излучения квантов доминирует над процессом поглощением. Инверсные системы атомов и применяют для конструирования оптических квантовых генераторов (лазеров). Активное вещество (среда) размещается в оптическом резонаторе состоящего из двух параллельно размещенных высококачественных зеркал, которые размещены по обе стороны активного вещества. Излученные кванты, попадая внутрь и неоднократно отражаясь от зеркал, множество раз перерезают активное вещество, вызывая тем самым возникновение аналогичных квантов посредством излучения атомов, где электроны находятся на дальних орбитах. Активная среда может быть из разных материалов, любого агрегатного состояния и выбор ее определяется от того, какие характеристики требуются от лазера. Именно от активной среды зависят основные характеристики лазеров – мощность и диапазон.
Эффект лазера (лазерная генерация) может возникнуть только в том случае, когда число атомов в возбужденном состоянии превышает число атомов в состоянии спокойствия. Среду с такими характеристиками, можно подготовить, накачав ее дополнительной энергией из определенного внешнего источника. Эта операция так и называется – накачка. Именно от способа накачки и различаются лазеры по типам. Накачка может осуществляться при воздействии электромагнитного излучения, электрического тока, электрического разряда, пучка релятивистских электронов, а также химической реакции. Вид используемой энергии зависит от того, какая именно применяется активная (рабочая) среда.
Исходя из всего выше написанного, можно определить три основные части конструкции, которые имеет в своем составе любой лазер:
1) Активная рабочая среда
2) Источник энергии или система накачки
3) Устройство для усиления излучаемого света - система зеркал (оптический резонатор)
Основные виды лазеров
Газовые лазеры (СО2)
Использование газа в лазере в качестве активной среды, имеет очень важное качество – это высокая оптическая однородность, то есть луч света в газе рассеивается и искажается в наименьшей степени. Лазер на основе газа характеризуется высокой направленностью и монохроматичностью излучения, а также может работать в непрерывном режиме. Намного повысить мощность газового лазера можно при использовании разных методов возбуждения и увеличения давление газа. Поэтому данные лазеры наиболее часто используются там, где необходима очень высокая направленность и монохроматичность луча. Самый первый газовый лазер был создан в 1960 году на основе смеси гелия и неона, который по сей день остается наиболее распространённым. После этого было создано, и еще в процессе создания, множество самых разных газовых лазеров, где используются квантовые переходы нейтральных ионов, атомов и молекул в различных диапазонах спектра светового луча (от ультрафиолетового до инфракрасного, и даже рентгеновского излучения)
Полупроводниковые лазеры
Полупроводниковые лазеры работают в видимом и инфракрасном диапазонах. Имеют ряд уникальных характеристик, которые делают их особо ценными в практике. Полупроводниковые инжекционные лазеры характеризуются высоким, почти 100% КПД перехода электрической энергии в когерентное (вынужденное) излучение; малой степенью инерционности; могут работать в непрерывном режиме; имеют достаточно простую конструкцию; обладают возможностью перестройки длины волны излучения, а также большое количество полупроводников, которые могут беспрерывно перекрывать волны в диапазоне 0.32 – 32 мкм.
Но полупроводниковые лазеры имеют и свои недостатки – слабая направленность излучения, которая связана с их небольшим размером; сложности при получении высокой монохроматичности излучения, что обусловлено большой шириной спектра спонтанного излучения на рабочих рекомбинационных переходах.
Полупроводниковые лазеры используются тогда, когда не особо важна когерентность и направленность волновых процессов, но нужны малые размеры и высокий КПД лазера.
Жидкостные лазеры.
В жидкостных лазерах активной средой является жидкость. Важной характеристикой данного лазера есть возможность получения большой энергии и мощности излучения при импульсном и непрерывном режимах работы, применяя циркуляцию используемой жидкости для ее охлаждения. Первые жидкостные лазеры работали на растворах редкоземельных хелатов – в практике сейчас не используются из-за малой излучаемой энергии и недостаточной химической стойкости.
На данный момент особо распространены жидкостные лазеры, работающие на неорганических активных жидкостях или на растворах органических красителей.
Жидкостные лазеры на неорганических активных жидкостях характеризуются большой импульсной энергией при значительной средней мощности и излучением с узким спектром частот.
Жидкостные лазеры, работающие на растворах органических красителей, могут работать в широком диапазоне излучения. Широкие спектральные линии люминесценции органических красителей позволяют осуществить жидкостному лазеру с непрерывной перестройкой длин волн излучения в диапазоне порядка несколько сотен. Перекрыть весь видимый спектр излучения, и даже часть инфракрасного участка можно, всего лишь, заменив краситель. Для накачки активной среды в данном жидкостном лазере используются, чаще всего, твердотельные лазеры. Некоторые красители могут накачиваться при воздействии на них особых импульсных газосветных ламп, с более короткими интенсивными вспышками белого цвета, чем в обычных импульсных лампах.
Твердотельные лазеры.
На сегодняшний день создано много разных твердотельных лазеров, которые могут работать и в импульсном и в непрерывном режиме излучения.
Чаще всего встречаются лазеры на рубине и неодимовом стекле, которые являются одними из самых мощных импульсных лазеров.
Неодимовый лазер может иметь довольно большой (диной до 100 см и диаметром 4-5 см) и оптически однородный стержень, который может дать импульс генерации энергии 1000 Дж за время ~ 10-3 сек. Работают неодимовые лазеры на длине волны ℓ = 1,06 мкм. Лазер на рубине может выдать полную энергию импульса генерации в сотни Дж при длительности импульса 10-3 сек. Обладает возможностью реализовать режим генерации импульсов с большой частотой повторения -до нескольких КГц.
Твердотельным лазером непрерывного действия являются лазеры на флюорите кальция с примесью диспрозия и лазеры на иттриево-алюминиевом гранате с примесями различных редкоземельных атомов. Одним из наиболее широко используемых в настоящее время твердотельных лазеров является лазер, в котором матрицей служит иттрий-алюминиевый гранат, а активатором - ионы неодима. Лазер имеет сравнительно низкий порог возбуждения и высокую теплопроводность, что позволяет реализовать генерацию при большой частоте следования импульсов, а также генерацию в непрерывном режиме, КПД лазера сравнительно высок. Большая часть твердотельных лазеров непрерывного действия работают в диапазоне волн длиной ℓ от 1 до 3 мкм. Мощность непрерывной генерации современных лазеров на АИГ: Nd (лазер на иттриево-алюминиевом гранате с неодимом) достигает 0,5 – 2,0 кВт и выше. Электрооптический КПД твердотельных лазеров с использованием ламповой накачки активных элементов 1 -3 %.
Лазерные принтеры стали незаменимыми атрибутами офисной оргтехники. Такая популярность объясняется большой скоростью и невысокой себестоимостью печати. Чтобы понять, как работает эта техника, следует знать устройство и принцип работы лазерного принтера. На самом деле, вся магия аппарата объясняется простыми конструктивными решениями.
Еще в 1938 году Честером Карлсоном была запатентована технология, переносившая изображение на бумагу при помощи сухих чернил. Основным двигателем работы было статическое электричество. Электрографический метод (а это был именно он) получил большое распространение в 1949 году, когда корпорация Xerox взяла его за основу в работе самого первого своего аппарата. Однако до логического совершенства и полной автоматизации процесса потребовалось еще десятилетие работ – только после этого и появился первый «Ксерокс», который стал прообразом современных лазерных печатных устройств.
Первый лазерный принтер Xerox 9700
Сам же первый лазерный принтер появился только в 1977 году (им стала модель Xerox 9700). Тогда печать производилась со скоростью 120 страниц в минуту. Этот аппарат использовался исключительно в учреждениях и на предприятиях. А вот уже в 1982 году выходит первым настольный агрегат Canon. С этого времени к разработкам подключаются многочисленные бренды, которые и по сегодняшний день предлагают все новые варианты настольных лазерных печатающих помощников. Каждому человеку, решившему пользоваться подобной техникой, интересно будет узнать больше о внутреннем строении и принципе работы такого агрегата.
Несмотря на большой ассортимент, устройство лазерного принтера всех моделей является схожим. За основу работы взята фотоэлектрическая часть ксерографии , а сам прибор поделен на следующие блоки и узлы:
Первый блок представлен системой линз и зеркал . Именно здесь находится полупроводниковый тип лазера со способной фокусироваться линзой. Далее расположены зеркала и группы, которые могут вращаться, тем самым формируя изображение. Переходим к узлу, отвечающему за перенос изображения: в нем находятся сам тонерный картридж и ролик , переносящий заряд. Уже только в картридже присутствуют три основных формирующих изображение элемента: фотоцилиндр, вал с предварительным зарядом и магнитный вал (работающий совместно с барабаном устройства). И вот тут большую актуальность приобретает возможность фотоцилиндра менять свою проводимость под действием попавшего на него света. Когда фотоцилиндру придается зарядность, он сохраняет ее надолго, но при засвечивании уменьшается его сопротивление, что приводит к тому, что заряд начинает стекать с его поверхности. Так появляется необходимый нам оттиск.
В целом, существует два способа для создания картинки.
Попадая в агрегат, непосредственно перед будущим контактом с фотоцилиндром, соответствующий заряд получает и сама бумага. В этом ей помогает ролик переноса изображения. После переноса статический заряд исчезает при помощи специального нейтрализатора – так бумага перестает притягиваться в фотоцилиндру.
А как же фиксируется изображение? Это происходит за счет тех добавок, которые находятся в тонере. Они имеют определенную температуру плавления. Такая «печка» вдавливает в бумагу расплавленный порошок тонера, после чего он быстро застывает и становится долговечным.
Распечатанные на бумаге лазерным принтером изображения имеют отличную стойкость к многочисленным внешним воздействиям.
Определяющим звеном в работе лазерного принтера является картридж. Он представляет собой небольшой бункер с двумя отсеками – для рабочего тонера и для уже отработанного материала. Также здесь находится светочувствительный барабан (фотоцилиндр) и механические шестеренки для его проворачивания.
Сам тонер представляет собой порошок мелкодиспенсерного вида, который состоит из полимерных шариков – они покрыты специальным слоем магнитного материала. Если речь идет о цветном тонере, то в его состав дополнительно входят еще и красящие вещества.
Важно знать, что каждый производитель выпускает собственные оригинальные тонера – всем им присуща своя магнитность, дисперсность и прочие свойства.
Вот почему ни в коем случае нельзя заправлять картриджи случайными тонерами – это может негативно сказаться на его работоспособности.
Появление изображения или текста на бумаге будет состоять из таких последовательных этапов:
Как работает фотозаряд? Он формируется на фотобарабане (где, как уже понятно, зарождается и само будущее изображение). Для начала происходит снабжение зарядом, который может быть как отрицательным, так и положительным. Происходит это одним из следующих способов.
Это и есть работа освещения, в результате чего часть фотоцилиндра становится токопроводящей и пропускает заряд через металлическое основание в барабане. А участок, подвергшийся экспонированию, становится незаряженным (или приобретает слабый заряд). На этом этапе формируется еще невидимое изображение.
Технически это осуществляется так.
В этом процессе большое значение имеет магнитный вал из картриджа , похожий на трубку из металла, внутри которой находится магнитный сердечник. Часть поверхности вала помещена в заправочный тонер бункера. Магнит притягивает к валу порошок, и он выносится наружу.
Важно регулировать равномерность распределения слоя порошка – для этого существует специальное дозирующее лезвие . Оно пропускает лишь тонкий слой тонера, отбрасывая остальное назад. Если лезвие установлено неправильно, на бумаге могут появиться черные полосы.
После этого тонер продвигается на участок между магнитным валом и фотоцилиндром – здесь он притянется к проэкспонированным участкам, а от заряженных оттолкнется. Так изображение становится уже более видимым.
Чтобы изображение появилось уже на бумаге, в дело вступает ролик переноса , в металлическую сердцевину которого притягивается положительный заряд – он переносится на бумагу благодаря специальному прорезиненному покрытию.
Итак, частички отрываются от барабана и начинают перемещаться на страницу. Но удерживаются они здесь пока только из-за статического напряжения. Образно говоря, тонер просто насыпается там, где нужно.
Вместе с тонером могут попасть пыль и ворсинки бумаги, но они снимаются вайпером (специальной пластиной) и отправляются прямиком в отсек отходов на бункере. После полного круга барабана процесс повторяется.
Для этого используется свойство тонера расплавляться при высоких температурах. Конструктивно это в этом оказывают помощь два следующих вала:
Иногда подобная «печка» представляет собой термопленку – специальный гибкий и термостойкий материал с нагревательной составляющей и прижимным роликом. Её нагрев контролируется датчиком. Как раз в момент прохода между пленкой и прижимной частью бумага и разогревается до 200 градусов, что позволяет ей легко впитать в себя ставшим жидким тонер.
Дальнейшее остывание идет естественным образом – в лазерных принтерах обычно не требуется установка дополнительной охлаждающей системы. Однако здесь еще раз проходит специальный очиститель – обычно его роль исполняет фетровый вал .
Фетр обычно пропитывают специальным составом, что помогает смазать покрытие. Поэтому другое название такого вала – масляной.
А как же происходит цветная печать? В лазерном устройстве используется четыре таких основных колора – черный, пурпурный, желтый и голубой. Принцип печати такой же, как и в черно-белом случае, однако сначала принтер разобьет изображение на монохром для каждого цвета. Начинается последовательное перенесение каждым картриджем своего цвета, а в итоге наложения получается нужный результат.
Выделяют такие технологии цветной лазерной распечатки:
При многопроходном варианте в дело вступает промежуточный носитель – это вал или лента, переносящая тонер. Действует это так: за 1 оборот накладывается 1 цвет, потом в нужное место подается другой картридж, а поверх первой картинки ложится вторая. Достаточно четырех проходов, чтобы сформировалась полноценная картинка – она и перейдет на бумагу. Но и само устройство будет работать в 4 раза медленнее, чем его черно-белый собрат.
Как работает принтер с однопроходной технологией ? В этом случае все четыре отдельно печатающих механизма имеют общее управление – они выстроены в одну шеренгу, у каждого имеется свой собственный лазерный блок с переносным роликом. Так бумага и идет по барабану, последовательно собирая все четыре изображения картриджей. Только после этого прохода лист уходит в печку, где происходит закрепление картинки.
Достоинства лазерных принтеров сделали их фаворитами для работы с документацией, как в офисе, так и домашних условиях. А информация о внутренней составляющей их работы поможет любому пользователю вовремя заметить недочеты и обратиться в сервисную службу для технической поддержки функционирования устройства.
Инверсию населенностей в лазерах создают разными способами. Чаще всего для этого используют облучение светом (оптическая накачка), электрический разряд, электрический ток, химические реакции.
Для того, чтобы от режима усиления перейти к режиму генерации света, в лазере, как и в любом генераторе, используют обратную связь. Обратная связь в лазере осуществляется с помощью оптического резонатора, который в простейшем случае представляет собой пару параллельных зеркал.
Принципиальная схема лазера показана на рис. 6. Она содержит активный элемент, резонатор, источник накачки.
Лазер работает следующим образом. Сначала источник накачки (например, мощная лампа - вспышка), воздействуя на рабочее вещество (активный элемент) лазера, создает в нем инверсию населенностей. Затем инвертированная среда начинает спонтанно испускать кванты света. Под действием спонтанного излучения начинается процесс вынужденного излучения света. Благодаря инверсии населенностей этот процесс носит лавинообразный характер и приводит к экспоненциальному усилению света. Потоки света, идущие в боковых направлениях, быстро покидают активный элемент, не успевая набрать значительную энергию. В тоже время световая волна, распространяющаяся вдоль оси резонатора, многократно проходит через активный элемент, непрерывно набирая энергию. Благодаря частичному пропусканию света одним из зеркал резонатора излучение выводится наружу, образуя лазерный луч.
Рис.6. Принципиальная схема лазера. 1- активный элемент; 2- система накачки;
3- оптический резонатор; 4- генерируемое излучение.
Рис.7. Принципиальная схема гелий - неонового лазера.
1). Лазер состоит из газоразрядной трубки Т длиной от нескольких десятков см. до 1,5-2м и внутренним диаметром 7-10мм. Трубка наполнена смесью гелия (давление~1мм рт.ст.) и неона (давление ~0,1мм рт. ст.). Концы трубки закрыты плоскопараллельными стеклянными или кварцевыми пластинками Р 1 и Р 2 , установленными под углом Брюстера к ее оси. Это создает линейную поляризацию лазерного излучения с электрическим вектором, параллельным плоскости падения. Зеркала S 1 и S 2 , между которыми помещается трубка, делаются обычно сферическими с многослойными диэлектрическими покрытиями. Они имеют высокие коэффициенты отражения и практически не поглощают свет. Пропускаемость зеркала, через которое преимущественно выходит излучение лазера, составляет обычно 2%, другого - менее 1%. Между электродами трубки прикладывается постоянное напряжение 1-2кВ. Катод К трубки может быть холодным, но для увеличения разрядного тока применяют также трубки с пустотелым цилиндрическим анодом, катод которых нагревается низковольтным источником тока. Разрядный ток в трубке составляет несколько десятков миллиампер. Лазер генерирует красный свет с длиной волны =632,8 нм и может генерировать также инфракрасное излучение с длинами волн 1,15 и 3,39 мкм (см. рис. 2). Но тогда необходимо иметь торцевые окна, прозрачные для инфракрасного света, и зеркала с высокими коэффициентами отражения в инфракрасной области.
2). В лазерах индуцированное излучение используется для генерации когерентных световых волн. Идея этого впервые была высказана в 1957 г. А.М. Прохоровым, Н.Г. Басовым и независимо от них Ч. Таунсом. Чтобы активное вещество лазера превратить в генератор световых колебаний, надо осуществить обратную связь. Это означает, что часть излученного света должна все время возвращаться в зону активного вещества и вызвать вынужденное излучение все новых и новых атомов. Для этого активное вещество помещают между двумя зеркалами S 1 и S 2 (см. рис.7), которые являются элементами обратной связи. Луч света, претерпевая многократные отражения от зеркал S 1 и S 2 , будет проходить много раз через активное вещество, усиливаясь при этом в результате вынужденных переходов с высшего энергетического уровня " 3 на более низкий уровень " 1 . Получается открытый резонатор, в котором зеркала обеспечивают многократное прохождение (и тем самым усиление) светового потока в активной среде. В реальном лазере часть света, чтобы ее можно было использовать, должна быть выпущена из активной среды наружу. С этой целью одной из зеркал, например S 2 , делается полупрозрачным.
Такой резонатор будет не только усиливать свет, но также коллимировать и монохроматизировать его. Для простоты предложим сначала, что зеркала S 1 и S 2 идеальны. Тогда лучи, параллельно оси цилиндра, будут проходить через активное вещество туда и обратно неограниченное число раз. Все же лучи, идущие наклонно, в конце концов, попадут на боковую стенку цилиндра, где они рассеются или выйдут наружу. Ясно поэтому, что максимально усилятся лучи, распространяющиеся параллельно оси цилиндра. Этим и объясняется коллимация лучей. Конечно, строго параллельные лучи получить нельзя. Этому препятствует дифракция света. Угол расхождения лучей принципиально не может быть меньше дифракционного предела D , где D - ширина пучка. Однако, в лучших газовых лазерах такой предел практически достигнут.
Объясним теперь, как происходит монохроматизация света. Пусть Z - оптическая длина пути между зеркалами. Если 2 Z = m , то есть на длине Z укладывается целое число полуволн m, то световая волна, выйдя от S 1 , после прохождения туда и обратно вернется к S 1 в той же фазе. Такая волна усилится при втором и всех следующих прохождениях через активное вещество в прямом и обратном направлениях. Ближайшая длина волны , для которой должно происходить такое же усиление, найдется из условия 2 Z =(m 1)( ). Следовательно, = / m , то есть , как и следовало ожидать совпадает со спектральной областью интерферометрам Фабри-Перо. Учтем теперь, что энергетические уровни " 3 и " 1 и спектральные линии, возникающие при переходах между ними, не бесконечно тонкие, а имеют конечную ширину. Предположим, что ширина спектральной линии, излучаемой атомами, меньше дисперсной области прибора. Тогда из всех длин волн, излучаемых атомами, условию 2 Z = m может удовлетворять только одна длина волны . Такая волна усилится максимально. Это и ведет к сужению спектральных линий, генерируемых лазером, то есть к монохроматизации света.
Основные свойства пучка лазерного света:
монохроматичность;
пространственная и временная когерентность;
высокая интенсивность;
малая расходимость пучка.
Благодаря высокой когерентности гелий-неоновый лазер служит превосходным источником непрерывного монохроматического излучения для исследования всякого рода интерференционных и дифракционных явлений, осуществления которых с обычными источниками света требует применения специальной аппаратуры.
