ВСЕ |0-9 |А |Б |В |Г |Д |Е |Ж |З |И |К |Л |М |Н |О |П |Р |С |Т |У |Ф |Х |Ц |Ч |Ш |Щ |Э |Ю |Я

Каталог статей Принципы действия устройств Лазерные принтеры

Лазерная печать

Рейтинг 2.2/5 (44 голосов)

  Немного истории

 

Технология лазерной печати берет начало от изобретения Честером Карлсоном электрофотографии. Оно было зарегистрировано в 1938 г. и позже термин электрофотография был изменен на ксерографию ("сухую запись"). В те далекие годы главные перспективы применения принципа ксерографии виделись именно в сфере копирования, а не печати и занималась ими Haloid Company, которая (после слияния в 1956 г. с Rank Organization) в 1961 г. была переименована в Xerox Corporation ...

Именно сотрудники этой корпорации предложили множество компьютерных новшеств, ставших для нас привычными, - компьютерная мышь, Ethernet и графический оконный интерфейс. Первый лазерный принтер был создан ими же. В 1971 г. Гарри Старкуезер (Gary Starkweather) из Xerox Palo Alto Research Center (PARC) модифицировал копировальный аппарат Xerox 7000, изменив способ нанесения изображения на слой фотопроводника с обычного светового на лазерный. Этот прототип и стал первым лазерным печатающим устройством.

Его машина получила название SLOT (Scanned Laser Output Terminal). Средства цифрового управления и генератор символов для нее были предложены позже, в 1972 г. В результате появилось печатающее устройство, названное его создателями EARS (Ethernet, Alto, Research character generator, Scanned Laser Output Terminal) и позже превратившееся в систему лазерной печати Xerox 9700. Именно в группе, работавшей над лазерным принтером, трудился и один из отцов стандарта передачи информации Ethernet Боб Меткалф. Его задачей было проектирование системы связи компьютера с будущим принтером. Объем информации, которую предстояло вывести на страницу принтера, составлял примерно 1 Мбит, а печатать надо было по одной странице в секунду!

Чуть отстал от Rank Xerox другой лидер вычислительной индустрии - компания IBM, но именно она в 1975 г. первой освоила серийный выпуск лазерных принтеров.

Поначалу лазерные принтеры были большими и крайне дорогими агрегатами, но печатали очень быстро и с приличным качеством. Например, Xerox 9700 имел производительность 120 стр./мин, и в 1977 г. его можно было приобрести за 350 тыс. долл. Тогда применение лазера в настольной издательской системе казалось событием далеким, если вообще возможным.

Шаг через невозможное совершила компания Canon, выпустив в 1983 г. недорогой лазерный принтер LBP-8/CX с разрешением 300×300 точек на дюйм и сменным картриджем. Этот аппарат стал реальной альтернативой матричным принтерам, которые обычно использовались для печати в небольших фирмах, вели довольно-таки шумную жизнь и требовали регулярной замены красящих лент, выдавая при этом изображение гораздо худшего качества по сравнению с лазерными. Исполнительный механизм устройства, включающий лазерный диод, линзы и зеркала, фоточувствительный барабан, картридж для тонера и систему протяжки бумаги, Canon продала двум компаниям - Apple Computer, которая породила первый настольный PostScript-принтер LaserWriter (в 1985 г. он стоил около 7 тыс. долл.), и Hewlett-Packard, выпустившей в 1984 г. приблизительно вдвое более дешевый LaserJet. Он печатал со скоростью всего 8 стр./мин, значительно уступая по быстродействию первым лазерным принтерам Xerox и IBM, однако был существенно ниже по цене. Принтер был оснащен ОЗУ объемом 28 Кб и использовал язык PCL4. Мир оказался на пороге зарождения нового огромного рынка высококачественной настольной печати.

LaserJet сразу же был высоко оценен как корпоративным сообществом, так и индивидуальными пользователями. С его появлением была разрушена существовавшая покупательская модель, согласно которой компьютеры и принтеры предлагались как части интегрированного, высокопроизводительного комплекса, рассчитанного на прямую продажу крупному покупателю.

Сделав новые принтеры совместимыми с большинством ПК, Hewlett-Packard установила стандарт для рынка принтеров. "Решение HP сделать LaserJet совместимыми с IBM PC расширило рынок лазерных принтеров до невообразимых пределов",- вспоминает Алан Армстронг, работавший в отделе маркетинга персональных лазерных систем компании в 1984 г. Было ясно, что рынок ПК будет расти и что пользователям в скором времени потребуются высококачественные принтеры, которые могли бы печать тексты, графику и фотографии. Продажи LaserJet взлетели как ракета, и он стал самым успешным единичным продуктом Hewlett-Packard. "Ключевыми факторами раннего достижения успеха принтерами LaserJet стало то, что они были тихими и быстрыми, позволяли осуществлять качественную печать и обладали полными функциональными графическими возможностями", - считает менеджер по поставкам Hewlett-Packard Дэвид Ричи. Вначале принтер назывался HP 2686А, но после многочисленных внутренних дискуссий был переименован в LaserJet. Начальные экземпляры, однако, вышли с маркировкой HP 2686А.

Следующая модель LaserJet II появилась через три года и стала первой моделью для массового рынка. Ее стоимость была снижена еще на 1000 долл. и составила 2500 долл. Она имела ту же скорость и разрешение, что и первый LaserJet, но объем ОЗУ был увеличен до 512 Кб. Еще через год появилась модель, способная печатать с двух сторон листа, - LaserJet IID.

 

Родоначальником персональных лазерных устройств стал в 1989 г. принтер LaserJet IIP. Он был в два раза меньше классического "лазера" HP и вдвое дешевле предыдущих моделей, но обладал таким же качеством печати, надежностью, шрифтами и графическими возможностями, что и его предшественники. Наступила эпоха персональной лазерной печати.

Следующим существенным шагом эволюции стал появившийся в 1990 г. LaserJet III. В нем была применена технология улучшения разрешения (REt), благодаря которой повысилась четкость отпечатков. Кроме того, именно с этой модели началось использование языка HP PCL 5.

Далее, не останавливаясь на конкретных моделях, отметим технологии, присущие современному лазерному принтеру. Это функционально законченный картридж, объединяющий фотобарабан, барабан переноса и емкость хранения тонера; интеллектуальная система учета ресурсов картриджа; технология мгновенного закрепления тонера; химически синтезированный тонер, имеющий более точный диапазон размеров зерен по сравнению с молотым; безынерционная индукционная печка для спекания; ПО сетевого управления; встроенный Web-сервер и встроенный виртуальный компьютер.

 

    В статье рассматривается принцип действия и устройство современных лазерных принтеров. Она открывает серию статей, посвященных принципам и проблемам лазерной платы.

Изображение, получаемое с помощью современных лазерных принтеров (а также матричных и струйных), состоит из точек (dots). Чем меньше эти точки и чем чаще они расположены, тем выше качество изображения. Максимальное количество точек, которые принтер может раздельно напечатать на отрезке в 1 дюйм (25,4 мм), называется разрешением и характеризуется в точках на дюйм [dpi - dot per inch). Принтер считается неплохим, если его разрешение составляет 300 dpi (иногда применяют обозначение 300 | 300 dpi, что означает 300 dpi по горизонтали и 300 dpi по вертикали).

Лазерные принтеры менее требовательны к бумаге, чем, например, струйные, а стоимость печати одной страницы текстового документа у них в несколько раз ниже. При этом недорогие модели лазерных и светодиодных монохромных принтеров уже способны конкурировать по цене с высококачественными цветными струйными принтерами.

Большинство представленных на рынке лазерных принтеров предназначены для черно-белой печати; цветные лазерные принтеры весьма дороги и рассчитаны на корпоративных пользователей.

Лазерные принтеры печатают на любой плотной бумаге [от 60 г/м2) со скоростью от 3 до ... (эта цифра постоянно растет) листов в минуту (ppm - page per minutes], при этом разрешение может быть 1200 dpi и более. Качество текста, напечатанного на лазерном принтере с разрешением 300 dpi, примерно соответствует типографскому. Однако если страница содержит рисунки, содержащие градации серого цвета, то для получения качественного гра­фического изображения потребуется разрешение не ниже 600 dpi. При разрешающей способности принтера 1200 dpi отпечаток получается почти фо­тографического качества. Если необходимо печатать большое количество документов (например, более 40 листов в день), лазерный принтер пред­ставляется единственным разумным выбором, поскольку для современных персональных лазерных принтеров стандартными параметрами являются разрешение 600 dpi и скорость печати 8...1 2 страниц в минуту.

 

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРНОГО ПРИНТЕРА

Впервые лазерный принтер был представлен фирмой Hewlett Packard. В нем был использован электрографический принцип создания изображений - такой же, как в копировальных аппаратах. Различие состояло в способе экспонирования: в копировальных аппаратах оно происходит с помощью лампы, а в лазерных принтерах свет лампы заменил луч лазера.

Сердцем лазерного принтера является фотопроводящий цилиндр (Organic Photo Conductor), который часто называют печатающим фотобарабаном или просто барабаном. С его помощью производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой фоточувствительного полупроводника. Поверхность такого цилиндра можно снабдить положительным или отрицательным зарядом, который сохраняется до тех пор, пока барабан не освещен. Если какую-либо часть барабана экспонировать, покрытие приобретает проводимость, и заряд стекает с освещенного участка, образуя незаряженную зону. Это - ключевой момент в понимании принципа работы лазерного принтера.

Другой важнейшей частью принтера является лазер и оптико-механическая система зеркал и линз, перемещающая луч лазера по поверхности барабана. Малогабаритный лазер генерирует очень тонкий световой луч. Отражаясь от вращающихся зеркал (обычно четырехгранной или шестигранной формы), этот луч засвечивает поверхность фотобарабана, снимая ее заряд в точке экспонирования.

Для получения точечного изображения лазер включается и выключается при помощи управляющего микроконтроллера. Вращающееся зеркало разворачивает луч в виде строки скрытого изображения на поверхности фотобарабана.

После формирования строки специальный шаговый двигатель поворачивает барабан для формирования следующей. Это смещение соответствует раз­решающей способности принтера по вертикали и обычно составляет 1/300 или 1/600 дюйма. Процесс образования скрытого изображения на барабане напоминает формирование растра на экране телевизионного монитора.

Используются два основных способа предварительного (первичного) заряда поверхности фотоцилиндра:

Ø  при помощи тонкой проволоки или сетки, называемой «коронирующим проводом». Высокое напряжение, подаваемое на провод, приводит к воз­никновению светящейся ионизированной области вокруг него, которая называется короной, и придает барабану необходимый статический заряд;

Ø  при помощи предварительно заряженного резинового вала (PCR).

Итак, на барабане сформировано невидимое изображение в виде статически разряженных точек. Что же дальше?

 

УСТРОЙСТВО КАРТРИДЖА

Перед тем как рассказать о процессе передачи и закрепления изображения на бумаге, рассмотрим устройство картриджа для принтера Laser Jet 5L фирмы Hewlett Packard. В этом типичном картридже можно выделить два основных отделения: отделение для отработанного тонера и тонерный отсек.

Основные конструктивные элементы отделения для отработанного тонера:

1 - Фотобарабан (Organic Photo Conductor (OPC) Drum). Представляет собой алюминиевый цилиндр, покрытый органическим светочувствительным и фотопроводящим материалом (обычно оксидом цинка), который способен сохранять образ, наносимый лазерным лучом;

2 - Вал первичного заряда (Primary Charge Roller (PCR)). Обеспечивает равномерный отрицательный заряд барабана. Выполнен из токопроводящей ре­зиновой или поролоновой основы, нанесенной на металлический вал;

3 - «Вайпер», ракель, чистящее лезвие (Wiper Blade, Cleaning Blade). Очищает барабан от остатков тонера, который не был перенесен на бумагу. Конструктивно выполнен в виде металлического каркаса (stamping) с полиуретановой пластиной (blade) на конце;

4 - Лезвие очистки (Recovery Blade). Перекрывает область между барабаном и бункером для отработанного тонера. Recovery Blade пропускает тонер, оставшийся на барабане, внутрь бункера и не дает ему высыпаться в обратном направлении (из бункера на бумагу).

Основные конструктивные элементы тонерного отсека:

1 - Магнитный вал (Magnetic Developer Roller, Mag Roller, Developer Roller). Представляет собой металлическую трубку, внутри которой находится не­подвижный магнитный сердечник. К магнитному валу притягивается тонер, который перед подачей на барабан приобретает отрицательный заряд под дей­ствием постоянного или переменного напряжения;

2 - «Доктор» (Doctor Blade, Metering Blade). Обеспечивает равномерное распределение тонкого слоя тонера на магнитном вале. Конструктивно выполнен в виде металлического каркаса (stamping) с гибкой пластиной (blade) на конце;

3 - Уплотнительное лезвие магнитного вала (Mag Roller Sealing Blade). Тонкая пластина, аналогичная по функциям Recovery Blade. Перекрывает область между магнитным валом и отсеком подачи тонера. Mag Roller Sealing Blade пропускает тонер, оставшийся на магнитном вале, внутрь отсека, предотвращая утечку тонера в обратном направлении;

 

4 - Бункер для тонера (Toner Reservoir). Внутри него находится «рабочий» тонер, который будет перенесен на бумагу в процессе печати. Кроме того, в бункер встроен активатор тонера (Toner Agitator Bar) -проволочная рамка, предназначенная для перемешивания тонера;

5 - Пломба, чека (Seal). В новом (или регенерированном) картридже тонерный бункер запечатан специальной пломбой, которая предотвращает просыпание тонера при транспортировке картриджа. Перед началом эксплуатации эта пломба удаляется.

 

 

 

 

ПРИНЦИП ЛАЗЕРНОЙ ПЕЧАТИ

На рисунке изображен картридж в разрезе. Когда включается принтер, все компоненты картриджа приходят в движение: происходит подготовка картриджа к печати. Этот процесс аналогичен процессу печати, но лазерный луч не включается. Затем движение компонентов картриджа останавливается - принтер переходит в состояние готовности к печати [Ready].

После отправки документа на печать, в картридже лазерного принтера происходят следующие процессы:

 

 

 

 

 

 

 

 

Зарядка барабана. Вал первичного заряда (PCR) равномерно передает на поверхность вращающегося барабана отрицательный заряд.

 

 

 

 

 

Экспонирование. Отрицательно заряженная поверхность барабана экспонируется лазерным лучом только в тех местах, на которые будет нанесен тонер. Под действием света фоточувствительная поверхность барабана частично теряет отрицательный заряд. Таким образом, лазер экспонирует на барабан скрытое изображение в виде точек с ослабленным отрицательным зарядом.

 

 

 

Нанесение тонера. На этом этапе скрытое изображение на барабане при помощи тонера превращается в видимое изображение, которое будет перенесено на бумагу. Тонер, находящийся около магнитного вала, притягивается к его поверхности под действием поля постоянного магнита, из которого изготовлена сердцевина вала. При вращении магнитного вала тонер проходит сквозь узкую щель, образованную «доктором» и валом. В результате он приобретает отрицательный заряд и прилипает к тем участкам барабана, которые были экспонированы. «Доктор» обеспечивает равномерность нанесения тонера на магнитный вал.

 

 

Перенос тонера на бумагу. Продолжая вращаться, барабан с проявленным изображением соприкасается с бумагой. С обратной стороны бумага прижимается к валу Transfer Roller, несущему положительный заряд. В результате отрицательно заряженные частицы тонера притягиваются к бумаге, на которой получается изображение, «насыпанное» тонером.

 

 

 

Закрепление изображения. Лист бумаги с незакрепленным изображением перемещается к механизму закрепления, представляющему собой два со­прикасающихся вала, между которыми протягивается бумага. Нижний вал (Lower Pressure Roller) прижимает ее к верхнему валу (Upper Fuser Roller). Верхний вал нагрет, и при соприкосновении с ним частицы тонера расплавляются и закрепляются на бумаге.

 

 

 

Очистка барабана. Некоторое количество тонера не переносится на бумагу и остается на барабане, поэтому его необходимо очистить. Эту функцию выполняет «вайпер». Весь тонер, оставшийся на барабане, счищается вайпером в бункер для отработанного тонера. При этом Recovery Blade закрывает область между барабаном и бункером, не позволяя тонеру просыпаться на бумагу.

 

 

 

«Стирание» изображения. На этом этапе с поверхности барабана «стирается» скрытое изображение, нанесенное лазерным лучом. При помощи вала первичного заряда поверхность фотобарабана равномерно «покрывается» отрицательным зарядом, который восстанавливается в тех местах, где он был частично снят под действием света.