Физические основы работы лазерного принтера

KLAIPĖDOS UNIVERSITETAS

GAMTOS  IR MATEMATIKŲ MOKSLŲ  FAKULTETAS

FIZIKOS KATEDRA

Referatas

Lazeriniai spausdintuvai

(Лазерные принтеры)

Parengė: II kurso, If-1 gr. studentė

LIDIJA BELČIKOVA

Klaipėda, 2003

Содержание:

I     История печатающих  средств [1]

      История развития лазерных принтеров [1]

II   Физический принцип работы лазерного принтера [1] [2] [4]

      Формирование изображения [1]

       Принцип действия [1] [4]

       Цветная печать [1] [2]

       Основные характеристики лазерных принтеров [1]  

III  Физические процессы  [1]  [2] [3]

       Технология изготовления фоторецепторов [2] [3]

       Процесс ксерографии [2]  [7]

       Виды коротронов [2]

       Формирование изображения [2]

       Проявление [2]

       Перенос [2]

       Отделение [2]

       Закрепление [2]

       Очистка [2]

       Фотобарабан [1]

        Лазер [3] [6]   

IV Итоги

     Список источников литературы

     Приложение №1

     Теория полупроводников [3] [5]

     Фотоэлектрический  эффект [3] [6]

Часть I

История развития [1]

Из истории печатающих устройств

История печати неразрывно связана с развитием письменности и языка, литературы, искусства, науки и техники. Давным-давно, когда ещё не было печатающих устройств, все документы, книги и т. п. воспроизводились вручную. Для отображения информации использовались камень, дерево, бронза, папирус и другие носители. Древнейшие египетские папирусы относятся к XXV веку до н. э. В Египетской Александрийской библиотеке хранилось огромное число рукописей, написанных на папирусе. Первые греческие, римские и египетские книги, написанные в IX веке до н. э., имели форму свитка. В древнем Риме производство книг приобрело ком­мерческий характер: книги переписывались специально обученными рабами.

В средние века в Европе переписыванием книг занимались монахи. Пере­писчиков обучали каллиграфии и умению украшать книгу маленькими рисунками. Создание книги требовало большого труда и искусства. Писец сидел, склонившись над листом, и гусиным пером старательно выводил строчку за строчкой заказанной ему книги. За день самый усидчивый и опытный писец мог переписать не более 10—15 страниц.

Огромное значение имело изобретение бумаги в Китае во II веке н. э. Однако в Европе вплоть до XII века в качестве материала для письма ис­пользовался пергамент, изготавливаемый из кожи животного. В VII веке в Европе даже появился указ, согласно которому все документы должны были исполняться только на пергаменте.

Своим рождением печатающие устройства обязаны изобретению в Китае в
начале XI века подвижных литер, которые изготавливались из глины и
дерева. После того как в XIV веке в Корее были изготовлены металлические
подвижные литеры, книгопечатание получило широкое распространение.

Истинный переворот в книгопечатании произвел Иоганн Гутенберг, кото­рый изобрел ручной словолитный прибор — аппарат для отливки слов и печатный станок (около 1445 г.). Этот станок (рис. 1.1) в течение несколь­ких веков являлся в Европе единственным печатным аппаратом.

                                                  Pис. 1.1

                                           Печатный станок Гутенберга

Только в XVIII веке был построен металлический пресс с усовершенство­ванным механизмом для прижима бумаги к форме, а в 1863 г. У. Буллоном (США) была сконструирована первая ротационная печатная машина, печа­тающая на "бесконечной" ленте. Спустя три года его соотечественником К. Шеллсом собрана первая пишущая машинка, получившая название "ремингтон". В России первая оригинальная полиграфическая машинка была предложена в 1870 г. М.И. Алисовым (рис. 1.2, а). А в 1889 г. Вагнер (США) сконструировал печатающую машинку с открытым шрифтом, т. е. при печати на такой машинке был виден набираемый текст (рис. 1.2, б). Эта машинка и явилась прототипом большинства современных электрических пишущих машинок.

Рис. 1.2. Пишущая машинка Алисова (а) и одна из первых пишущих машинок открытого типа (6)

Первые модели принтеров фактически явились модернизацией электриче­ских пишущих машинок. Дополненные портами ввода, дешифраторами цифрового кода, например, ASCII и устройствами электромагниного управ ления для каждой клавиши, принтеры на базе пишущих машинок оказались весьма удобными (для своего времени) устройствами и в 60-х и 70-х годах получили достаточно широкое распространение. Принтер поддерживал единственный стандартный шрифт, "намертво" отштампованный на литерах рычажного типа, а редкие модели, использующие сменные поворотные головки, например, типа "ромашка" (рис. 1.3) зачастую для смены шрифта требовали выполнения ряда сложных операций. Основным неудобством была "одноязычность" принтера.

Рис. 1.3

Принцип работы принтера типа "ромашка": 1 — бумага; 2 — электромагнит; 3 — молоточек;

4 — лепестковая головка ("ромашка");

5 — красящая лента

Однако уже в те годы принтер превосходил по скорости печати и неуто­мимости любую квалифицированную машинистку.

Потребительские свойства принтера удалось резко повысить с возникнове­нием игольчатых (матричных) устройств. В этих печатающих устройствах символы для печати формируются в виде матрицы точек, которые наносятся на бумагу кончиками стержней, ударяющими по красящей ленте. Игольча­тые принтеры, в отличие от своих предшественников, поддерживали разно­образные шрифты и алфавиты. С ноября 1982 г. фирма IBM приступила к выпуску игольчатых принтеров, обеспечивающих воспроизведение точечных графических изображений.

Появление игольчатых принтеров было крупным шагом в развитии печа­тающих устройств. Однако недостатки, присущие игольчатым принтерам (высокий шум, низкое качест­во и монохромность изображения и др.), вынуждали фирмы-изготовители искать новые методы печати компьютерной информации. Поэтому велись разработки по созданию новых технологий печати.

Были сконструированы термические принтеры, механизм печати которых похож на механизм игольчатых принтеров, однако в качестве печатной головки в них используется матрица нагревательных элементов и специаль­ная бумага, пропитанная термочувствительным красителем. Достоинством этих принтеров является низкий уровень шума при работе, компактность, надежность и отсутствие большинства заправляемых материалов. К сожале­нию, принтеры, использующие технологию термопереноса, не получили широкого распространения. Скорость печати и качество оставались низкой, а бумага — дорогостоящей.

Более удачной оказалась разработка технологии струйной печати. За 15 лет разрешающая способность струйных принтеров возросла почти в 20 раз

В начале 80-х годов появились первые лазерные принтеры. Среди совре­менной компьютерной периферии едва ли найдется устройство, вобравшее в себя больше технологических достижений, нежели лазерный принтер. Сво­им названием эти принтеры обязаны входящему в их состав маленькому лазеру (мощностью не более нескольких сот милливатт). Лазер, дающий очень узкий направленный пучок монохромного излучения, используется как тончайшее перо, которым на фотобарабане рисуется заданное изобра­жение.

Краткая история развития лазерного принтера [1]

Толчком к созданию первых лазерных принтеров послужило появление новой технологии, разработанной фирмой Canon. Специалистами этой фирмы, специализирующейся на разработке копировальной техники, был создан механизм печати LBP-CX. Фирма Hewlett-Packard в сотрудничестве с Canon приступила к разработке контроллеров, обеспечивающих совмести­мость механизма печати с компьютерными системами PC и UNIX. Принтер HP LaserJet впервые был представлен в начале 1980-х годов. Первоначально конкурируя с лепестковыми и матричными принтерами, лазерный принтер быстро завоевал популярность во всем мире. Другие компании-разработчики копировальной техники вскоре последовали примеру фирмы Canon и приступили к исследованиям в области создания лазерных принте­ров. Toshiba, Ricoh и некоторые другие, менее известные компании, тоже были вовлечены в этот процесс. Однако успехи фирмы Canon в области создания высокоскоростных механизмов печати и сотрудничество с Hewlett-Packard позволили им добиться поставленной цели. В результате на рынке лазерных принтеров модель LaserJet вплоть до 1987-88 годов занимала до­минирующее положение. Следующей вехой в истории развития лазерного принтера явилось исполь­зование механизмов печати с большей разрешающей способностью под управлением контроллеров, обеспечивающих высокую степень совместимо­сти устройств.

Другим важным событием явилось появление цветных лазерных принтеров. Фирмы XEROX и Hewlett-Packard (далее сокращенно называемая HP) пред­ставили новое поколение принтеров, которые использовали язык описания страниц PostScript Level 2, поддерживающий цветное представление изобра­жения и позволяющий повысить как производительность печати, так и точность цветопередачи. Язык принтера PCL 6 также поддерживает расши­ренные цветовые возможности представления изображений для принтеров серии HP Color LaserJet.

Часть II

Принцип действия [1] [2] [4]

Формирование изображения [1]

Лазерные принтеры формируют изображение путем позиционирования точек на бумаге (растровый метод). Первоначально страница формируется в памяти принтера и лишь затем передается в механизм печати. Растровое представление символов и графических образов производится под управле­нием контроллера принтера. Каждый образ формируется путем соответст­вующего расположения точек в ячейках сетки или матрицы, как на шахмат­ной доске (рис. 2.1).

Растровая технология в значительной степени отличается от векторной, используемой в перьевых графопостроителях. При использовании векторной технологии изображение формируется путем построения линий из одной точки в другую.

Рис. 2.1

Растровый метод формирования образа

Принцип действия [1] [4]

Лазерные принтеры, получившие наибольшее распространение, используют технологию фотокопирования, называемую еще электрофотографической, которая заключается в точном позиционировании точки на странице по­средством изменения электрического заряда на специальной пленке из фотопроводяшего полупроводника. Подобная технология печати применя­ется в ксероксах. Принтеры фирм HP и QMS, например, используют меха­низм печати ксероксов фирмы Canon.

Важнейшим конструктивным элементом лазерного принтера является вращающийся фотобарабан, с помощью которого производится перенос изо­бражения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический ци­линдр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяет­ся статический заряд. С помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной облас­ти, называемой короной.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем элементарные площадки (точки), и в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электрический заряд.

Рис. 2.2

Функциональная схема лазерного принтера

эффекта в этих точках изменяется электрический заряд. Для некоторых типов принтеров потенциал поверхности барабана уменьша­ется от -900 до -200 В. Таким образом, на фотобарабане возникает копия изображения в виде потенциального рельефа.

На следующем рабочем шаге с помощью другого барабана, называемого девелопером (developer), на фотобарабан наносится тонер — мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда мелкие частицы тонера легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспо­зиции, и формируют на нем изображение (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Создание копии изображения на фотобарабане

Лист бумаги из подающего лотка с помощью системы валиков перемещает­ся к барабану. Затем листу сообщается статический заряд, противополож­ный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частички тонера с барабана переносятся (притягива­ются) на бумагу.

Рис. 2.4. Обобщенная схема работы лазерного принтера

Для фиксации тонера на бумаге листу вновь сообщается заряд и он пропус­кается между двумя роликами, нагревающими его до температуры около 180°—200°С (если вы хоть раз ставили пирог со сладкой начинкой в духовку, то знаете, как тяжело разделить пропеченные компоненты). После собст­венно процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от при­липших частиц тонера и готов для нового цикла печати. Описанная после­довательность действий происходит очень быстро и обеспечивает высокое качество печати.

В светодиодном принтере для засвечивания барабана вместо лазерного луча, управляемого с помощью системы зеркал, используется неподвижная свето­диодная строка (линейка), состоящая из 2500 светодиодов, которой форми­руется не каждая точка изображения, а целая строка (рис. 2.5). На этом принципе, например, работают лазерные принтеры фирмы OKI.

Рис. 2.5

Формирование изображения с помощью LED-технологии

Цветная печать [1] [2]

При печати на цветном лазерном принтере используются две технологии.

В соответствии с первой, широко используемой до недавнего времени, на фотобарабане
последовательно для каждого отдельного цвета (Cyan, Magenta, Yellow, Black) формировалось соответствующее изображение, и лист печа­тался за четыре прохода, что, естественно,

Рис. 2.6  Универсальная тестовая таблица

сказывалось на скорости и каче­стве печати. В современных моделях (например, HP Color LaserJet 5) в результате четырех последовательных прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из четырех цветов. Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее переносятся все четыре краски одновременно, образуя нужные сочетания цветов на отпечатке. В результате достигается более ровная передача цвето­вых оттенков, почти такая же, как при печати на цветных принтерах с тер­мопереносом красителя.

Страницы: 1, 2, 3