В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным завесой секретности и мало известным широкой публике. Однако в 1971г. произошло событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей. В том вне всякого сомнения знаменательном году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с красивым названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем - персональных компьютеров, которыми теперь пользуются, по существу, все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до маститых ученых и инженеров. Этим машинам, не занимающим и половины поверхности обычного письменного стола, покоряются все новые и новые классы задач, которые ранее были доступны (а по экономическим соображениям часто и недоступны - слишком дорого тогда стоило машинное время мэйнфреймов и мини-ЭВМ) лишь системам, занимавшим не одну сотню квадратных метров. Наверное, никогда прежде человек не имел в своих руках инструмента, обладающего столь колоссальной мощью при столь микроскопических размерах.

В настоящее время, персональный компьютер стал настольным инструментом практически всех людей, занятых умственным трудом во всех сферах деятельности человека и локализованных во всех точках планеты.

В то же время, автоматизации подвергаются в основном работы, требующие выполнения рутинных процессов, расчетов, связанных с громоздкими вычислениями. Это обусловило появление на рынке большого количества программных продуктов, связанных с решением таких задач.

Действительно персональный компьютер представляет собой вполне самостоятельное устройство, в котором есть все необходимое для автономной жизни. Однако "жизнь" компьютера была бы неполноценной и довольно бесполезной без такого простого с виду устройства, как принтер.

Данная работа посвящена не менее важной составной современной оргтехники - устройству вывода текстовой и графической информации из персонального компьютера на бумажный носитель, именуемому принтером.

В настоящее время пользователей компьютеров при покупке принтеров, как правило, волнует уже не только вопрос, какую именно модель приобрести, но и не менее важные технические особенности и проблемы, связанные, например, с постоянным наличием расходных материалов у фирмы-продавца, возможностью использования кириллических шрифтов, дальнейшим сервисным обслуживанием печатающих устройств, надежность, быстродействие.

1. Основные сведения о принтерах

Принтер - периферийное устройство компьютера, используемое для вывода информации на бумажный или пластиковый носитель. В зависимости от способа печати принтеры делятся на три класса: матричные, струйные и лазерные.

Цель принтера - сформировать на бумаге точку, цвет которой определяется 24-битным (иногда - 32-битным) числом - по 8 бит на каждый из базовых цветов - жёлтый, голубой и пурпурный. При 32-битовом цвете добавляется черный.

На каждую точку, формируемую принтером, может приходиться от нуля до 255 частей чернил, причём если "положить" по 255 частей всех трёх цветов, то должен выйти чёрный, или почти чёрный цвет. Существуют два способа достичь этого - растровый и дозировочный.

Дозировочный предполагает, что принтер имеет возможность напылять чернила, точно отмеряя их количество. В таком случае печатающая головка просто "льёт" нужный объём чернил в каждую точку. Однако, технически реализовать такую головку нелегко. Традиционные струйные принтеры способны всего лишь "выплюнуть" по команде от компьютера капельку строго определённого объема, и не более того. Потому применяют так называемый растр. Точку изображения делят на 16*16 клеточек (всего - 256), и заполняют капельками чернил нужную часть этих клеточек. Это значит, что физическое разрешение принтера (число клеточек, которые он может печатать) должно быть в 16 раз выше реального. Это, в частности, значит, что струйный принтер с разрешением 1200*1200 при такой технологии даст реальное разрешение всего в 75 точек на дюйм.

Технологии растрирования позволяют выжать из техники несколько больше. Поэтому на практике качество изображения зависит не только от физического разрешения принтера.

1.1 Классификация принтеров
Принтеры разнятся между собой по различным признакам:

· цветность (чёрно-белые и цветные);

· способ формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие);

· принцип действия (матричные, термические, струйные, лазерные);

· способы печати (ударные, безударные) и формирования строк ( последовательные и параллельные );

· ширина каретки (с широкой (375-450 мм) и узкой (250 мм) кареткой), длина печатной строки (80 и 132-136 символов);

· набор символов (вплоть до полного набора символов ASCII);

· скорость печати;

· разрешающая способность, наиболее употребительной единицей измерения является dpi - количество точек на дюйм.

Внутри ряда групп можно выделить несколько разновидностей принтеров; например, матричные знакосинтезирующие принтеры по принципу действия могут быть ударными, термографическими, электрографическими, электростатическими, магнитографическими.

Среди ударных принтеров часто используются литерные, шаровидные, лепестковые (типа "ромашка"), игольчатые (матричные).

Печать у принтеров может быть посимвольная, построчная, постраничная. Скорость печати варьируется от 10-300 знаков/секунду (ударные принтеры) до 500-1000 знаков/секунду и даже до нескольких десятков (до 20) страниц в минуту (безударные лазерные принтеры); разрешающая способность - от 3-5 точек на миллиметр до 30-40 точек на миллиметр (лазерные принтеры).

1.2 Матричные принтеры
Матричные принтеры являются первыми, разработанными для вывода информации с компьютера на бумажный носитель. Первые модели конструктивно были похожи на печатные машинки и назывались АЦПУ - алфавитно-цифровое печатающее устройство. Буквы и знаки переносились путем удара литер через красящую ленту.

Рисунок 1 - Матричный принтер.

С течением времени литеры заменили на печатающую головку, в которой 9 или 24 иголки. Сочетание ударов иголок через красящую ленту формирует на бумаге буквы и знаки. Понятно, что изображение от 24-игольчатой головки более качественное. На рисунке 1 изображён матричный принтер.

В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом, поэтому их более правильно называть ударно-матричные принтеры, тем более что и прочие типы знакосинтезирующих принтеров тоже чаще всего используют матричное формирование символов, но безударным способом. Технология проста. Печатающая головка, на которой стоят в ряд по вертикали иголки, перемещается поперек пошагово подаваемого листа бумаги. Как и в пишущей машинке, между головкой и бумагой натянута пропитанная мастикой лента, но она закольцована и собрана для удобства обслуживания внутри кассеты.

Сдвигаясь по горизонтали, головка постепенно формирует на бумаге символы. Строка спечатывается за один или два прохода, после чего страница подается на шаг вверх и начинается печать следующей строки. Буквы состоят из точек, образующих прямоугольную матрицу (отсюда и взялось название этой технологии), и спечатываются не целиком, а последовательно, вертикальными рядами точек.

Матричные принтеры могут работать в двух режимах - текстовом и графическом.

В текстовом режиме на принтер посылаются коды символов, которые следует распечатать, причём контуры символов выбираются из знакогенератора принтера.

В графическом режиме на принтер пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения.

В игольчатых (ударных) матричных принтерах печать точек осуществляется тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. Печатающий узел перемещается в горизонтальном направлении, и знаки в строке печатаются последовательно. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют 9 игл. Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 7 на 9 или 9 на 9 точек. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 игл и даже 24.

Качество печати матричных принтеров определяется также возможностью ввода точек в процессе печати с частичным перекрытием за несколько проходов печатающей головки.

Для текстовой печати в общем случае имеются следующие режимы, характеризующиеся различным качеством печати:

· режим черновой печати Draft;

· режим печати, близкий к типографскому NLQ;

· режим с типографским качеством печати LQ;

· сверхкачественный режим SLQ.

В принтерах с различным числом иголок эти режимы реализуются по-разному. В 9-игольчатых принтерах печать в режиме Draft выполняется за один проход печатающей головке по строке. Это самый быстрый режим печати, но зато имеет самое низкое качество. Режим NLQ реализуется за два прохода: после первого прохода головки бумага протягивается на расстояние, соответствующее половинному размеру точки; затем совершается второй проход с частичным перекрытием точек. При этом скорость печати уменьшается вдвое.

Переключение режимов работы матричных принтеров и смена шрифтов могут осуществляться как программно, так и аппаратно путём нажатия имеющихся на устройствах клавиш и/или соответствующей установки переключателей.

Быстродействие матричных принтеров при печати текста в режиме Draft находится в пределах 100-300 символов/с, что соответствует примерно двум страницам в минуту (с учётом смены листов).

1.3 Струйные принтеры
Струйные принтеры в качестве печатающего красителя применяют чернила. Через сопла в печатающей головке на бумагу выбрасываются микрокапли, которые и формируют изображение.

Рисунок 2 - Струйный принтер Epson stylus color c43sx.

Чернила хранятся в картридже, который уже имеет печатающую головку (как в принтерах фирмы Хьюлетт Паккард), или содержит только чернила, а печатающая головка встроена в принтер (как в принтерах фирмы Эпсон). Все струйные принтеры имеют возможность для цветной печати. На рисунке 2 показан струйный принтер Epson stylus color c43sx.

В зависимости от класса принтера требуется либо заменить картридж с черными чернилами на картридж с цветными чернилами, либо картридж с цветными чернилами устанавливается в принтер вместе с картриджем с черными чернилами. В картридже с цветными чернилами могут быть от 3 до 6 отсеков с чернилами разного цвета. Их смешение и дает цветное изображение. Качество печати на струйных принтерах приближается к качеству лазерных принтеров, а цветные изображения даже превосходят лазерные.

Цветная струйная печать хорошо подходит для использования в деловой графике. Набор сопел для чернил размещается в головке печати, с по крайней, мере одним соплом на один субтрактивный цвет. Нынешние модели базируются на технологиях: "капля по запросу", "пузырьковой технологии струйной печати" и "Micro Piezo, Micro Dot, Micro Wave".

Принцип действия струйной печати. Цилиндрический пьезоэлектрический кристалл плотно надет на резиновую трубку, заканчивающуюся соплом. При подаче напряжения на кристалл трубка обжимается и выбрасывает каплю чернил в сопло. Дроссель служит для того, чтобы при обжатии трубки чернила выбрасывались только в сопло, а не в резервуар с чернилами. Частота работы сопел составляет до 900 герц.

Количество сопел одного цвета, требуемое разрешением и скоростью печати, вертикально размещается в печатающей головке. Для цветной печати обычно используется три цвета - желтый, голубой, малиновый. Часто добавляется дополнительный черный цвет.

Обычная разрешающая способность горизонтали до 150 точек на дюйм (6 точек/мм) и до 100 точек на дюйм по вертикали (4 точки/мм). Достижения современной технологии изготовления головок позволяют разместить до 50 сопел на 1/6 дюйма, чем обеспечивается вертикальное разрешение до 300 точек на дюйм (12 точек/мм).

Суммарная скорость печати в целом невысока - от 20 до 50 символов в секунду и порядка 90 секунд на лист формата А4 в графическом режиме.

В струйных черно-белых принтерах фирмы Хьюлетт Паккард используется и другой способ формирования капелек, показанный на рисунке. На изолирующую подложку нанесены токоподводящие проводники. На небольшом расстоянии от подложки находится пленка с отверстиями сопел. Напротив каждого сопла в разрыве токоподводящего проводника размещена высокоомная площадка. Между подложкой и пленкой с соплами образован капилляр для подвода специальных чернил. При пропускании импульса тока около 1 А высокоомная площадка быстро разогревается, под действием теплового удара формируется волна, выбрасывающая капельку чернил из сопла.

Фирма Эпсон разработала новую технологию струйной печати, отличительным свойством которой является управление мениском чернил в сопле. Технология позволяет управлять размером и формой чернильных пятен, повысить скорость выстреливания капель, увеличить количество оттенков до шести, включая полутона, и устранить зернистость. Технология позволяет получить разрешение до 1440 точек на дюйм (? 57 точек на мм). Принцип работы струйных принтеров, использующих новую технологию, представлен на рисунке. На рисунке показаны результаты печати по технологиям Micro Dot и традиционной.

1.4 Лазерные принтеры
Лазерные принтеры используют ксерографический (электрофотографический) метод печати, который также применяется в большинстве аппаратов копирования. В целом лазерный принтер - монохромное устройство. В настоящее время имеются и цветные лазерные принтеры, по сути представляющие собой конструктивное объединение нескольких лазерных принтеров.

Рисунок 3 - Лазерный принтер HP laserjet 1020.

Устройство монохромного лазерного принтера. Слой фоточувствительного селена, нанесенный на алюминиевый барабан, в темном боксе аппарата получает равномерный положительный поверхностный заряд с помощью коронного разряда. Этот фоточувствительный слой является изолятором в темноте и полупроводником при освещении. Заряженный слой облучается источником света с целью создания на нем скрытого изображения в виде распределения заряда. Скрытое изображение делается видимым с помощью мелкодисперсного порошка положительного тонера. Синхронно с вращением барабана перемещается обычная бумага. Частички тонера под действием электростатического поля переносятся на бумагу. Полученное изображение фиксируется термическим способом. Перед следующим заряжанием фоточувствительный слой очищается от оставшихся частиц тонера и разряжается. Картинка формируется лазерным лучом на фоточувствительном слое в виде узора точек. Типовая разрешающая способность современных лазерных принтеров 600 точек/дюйм (24 точки/мм, точнее 23.6 точек/мм). Это обеспечивает очень высокое качество для текста и любой графики. Трудности возникают лишь при выводе больших черных поверхностей. В современных принтерах плотность печати доведена до 1200 точек/дюйм, что превышает качество типографской печати. Ограничение в разрешающей способности, в обычных лазерных принтерах с одним отклоняющимся лучом связано с различной формой пятна в центре барабана (круг) и на краях (эллипс).

Лазерный принтер - постраничное устройство. Максимальная скорость составляет порядка 150 страниц в минуту. На рисунке 3 изображён наиболее распространённый лазерный принтер фирмы HP laserjet.

2. Принцип действия лазерного принтера
2.1 Формирование изображения
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. На рисунке 4 изображено формирование образа путем соответствующего расположения точек в ячейках сетки или матрицы, как на шахматной доске.

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.

Рисунок 4 - Растровый метод формирования образа.

Принцип действия лазерного принтера:

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.

Принцип действия лазерного принтера изображён на рисунке 5. 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.

Рисунок 5 - Принцип действия лазерного принтера.

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. На рисунке 6 показан принцип создания копии изображения на фотобарабане.

Рисунок 6 - Создание копии изображения на фотобарабане.

Рисунок 7 - Обобщенная схема работы лазерного принтера.

На рисунке 7 показана схема работы лазерного принтера. 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.

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. На рисунке 8 показано формирование изображения с помощью LED-технологии. На этом принципе, например, работают лазерные принтеры фирмы OKI.

Рисунок 8 - Формирование изображения с помощью LED-технологии.

Цветная печать:

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, 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. На рисунке 9 показана универсальная тестовая таблица цветов.

Рисунок 9 - Универсальная тестовая таблица.

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.

Соответственно в цветных лазерных принтерах используются четыре ёмкости для тонеров. Принтеры этого класса оборудованы большим объемом памяти, процессором и, как правило, собственным винчестером. На винчестере содержатся разнообразные шрифты и специальные программы, которые управляют работой, контролируют состояние и оптимизируют производительность принтера. Цветные лазерные принтеры имеют довольно крупные габариты и большую массу.

Технология процесса цветной лазерной печати весьма сложна, поэтому и цены на цветные лазерные принтеры еще очень высоки.

2.2 Основные характеристики лазерных принтеров
Лазерный принтер является сложным оптико-механическим устройством, которое, независимо от конструктивного исполнения, характеризуется большим количеством различных параметров. С потребительской точки зрения все параметры можно разбить на группы, определяющие:

· качество печати;

· скорость печати;

· удобство в эксплуатации;

· экономичность работы;

· дополнительные возможности.

Физические процессы:

В основе работы, как копировального аппарата, так и лазерного принтера лежит процесс сухой ксерографии (лат. xeros - сухой и graphos - писать). В свою очередь он базируется на электростатической фотографии.

В основе электростатической фотографии лежит способность некоторых полупроводников уменьшать свое удельное сопротивление под действием света.

Такие полупроводники называются фотопроводниками и используются для изготовления фоторецепторов.

Основные характеристики фотопроводников перечислены ниже:

· спектральная чувствительность - характеризует способность фотопроводника реагировать на излучение различных длин волн. Ни один фотопроводник не может одинаково реагировать на различные длины волн. Некоторые типы фоторецепторов слабо реагируют на голубой цвет, который вообще не воспроизводится на копии, некоторые слабо реагируют на желтый цвет. В идеале фотопроводник должен одинаково хорошо передавать все цвета, однако обычно этого не происходит;

· фотоэлектрическая чувствительность (скорость формирования изображения) - это величина, характеризующая скорость уменьшения заряда на фоторецепторе при освещении его светом заданной интенсивности. Чем меньше остаточная величина заряда на фоторецепторе после его экспонирования, тем выше качество копии. Эта величина может зависеть от материала, срока эксплуатации и состояния проводника;

· скорость темновой утечки - величина, характеризующая, как быстро фотопроводник теряет заряд в темноте. Это связано с тем, что полупроводник, из которого изготовлен фоторецептор, хотя и приобретает в темноте свойства диэлектрика, но все же не может хранить заряд так долго, как это могут делать диэлектрики;

· усталость материала - это явление, возникающее при многократном и частом экспонировании фоторецептора. Усталость материала может возникать и при засветке солнечным светом (пользователь вытащил картридж и оставил его на солнце барабаном вверх). Усталость материала приводит к увеличению скорости темновой утечки заряда, а в некоторых случаях наоборот к сохранению заряда на поверхности после экспонирования;

· устойчивость к внешним воздействиям - эта характеристика определяет способность фотопроводника сохранять свои свойства как можно дольше при механическом контакте с бумагой. Бумага, при правильном использовании аппарата, является наиболее важным фактором естественного износа фоторецептора. Поэтому шероховатая бумага, неправильно обрезанная и т.д. сокращает срок службы фоторецептора. Хотя сама бумага практически не контактирует с фоторецептором, однако жесткие волокна бумаги могут попадать под ракельный нож. Кроме того, срок его службы сокращают различные химические вещества, которые могут попасть на него с бумаги или с другого источника, а также механические повреждения;

· кристаллизация - процесс преобразования атомов фотопроводника из аморфной структуры в упорядоченную, кристаллическую. При этом фотопроводник теряет свои свойства. Такой процесс нельзя остановить, но можно замедлить при правильном обращении с проводником;

· начальный потенциал - это потенциал на поверхности фоторецептора, при котором накапливаемый заряд равен заряду, утекающему в подложку. Обычно фоторецептор заряжают до потенциала ниже начального, чтобы избежать его повреждения;

· остаточный потенциал - потенциал, который остается на освещенных участках фоторецептора после экспонирования. При экспонировании фоторецептор быстро теряет заряд до определенной величины, затем скорость утекания заряда значительно снижается. Высокий остаточный потенциал способствует притягиванию частиц тонера на освещенные участки, что приводит к фону на копии.

Эти характеристики фотопроводника тщательно анализируются при выборе его в качестве фоторецептора для копировального аппарата либо принтера.

2.3 Основные отличия процесса работы лазерного принтера от работы копировального аппарата
Принцип действия лазерного принтера несколько отличается от принципов работы копировального аппарата. На рисунке 10 и на рисунке 11 изображён принцип действия лазерного принтера. Источником света здесь служит лазер, который уменьшает потенциал в определенных участках фоторецептора. При этом фоновые участки фоторецептора остаются заряженными. Тонер заряжается противоположным зарядом. При контакте тонер притягивается подложкой в участки с низким потенциалом, пробитые лазером. Лазерная засветка осуществляется следующим способом: Лазерная пушка светит на зеркало, которое вращается с высокой скоростью. Отраженный луч через систему зеркал и призму попадает на барабан и за счет поворота зеркала выбивает заряды по всей длине барабана. Затем происходит поворот барабана на один шаг (этот шаг измеряется в долях дюйма и именно он определяет разрешение принтера по вертикали) и вычерчивается новая линия. В некоторых принтерах кроме поворота барабана используется поворот зеркала по вертикали, которое позволяет на одном шаге поворота барабана вычертить два ряда точек. В частности первые принтеры с разрешением 1200 dpi использовали именно этот принцип.

Скорость вращения зеркала очень высока. Она составляет порядка 7-15 тыс. об./мин. Для того, чтобы увеличить скорость печати не увеличивая скорость зеркала его выполняют в виде многогранной призмы.

Рисунок 10 - Принцип действия лазерного принтера.

Лучи черного и красного цвета соответствуют различным положениям зеркала. В момент А зеркало повернуто под одним углом (красное положение зеркала). В следующий момент времени, соответствующий частоте лазера зеркало поворачивается и занимает черное положение. Отраженный луч попадает уже в другую точку фоторецептора. Естественно в реальности существуют еще дополнительные зеркала, призмы и световоды отвечающие за фокусировку и изменение направления луча.

Laser - лазер; Light Beam - лазерный луч; Polygon Mirror - отражающая призма; Focusing Lens - фокусировочная линза; Mirror - зеркало; Toner - тонер; Rotating Drum - фоторецептор.

Рисунок 11 - Лазерная технология печати.

Лазерные принтеры кроме механической части включают в себя достаточно серьезную электронику. В частности на принтерах устанавливается память большого объема, для того, чтобы не загружать компьютер и хранить задания в памяти. На части принтеров устанавливаются винчестеры. Электронная начинка принтера также содержит различные языки описания данных (Adobe PostScript, PCL ).

Эти языки опять же предназначены для того, чтобы забрать часть работы у компьютера и передать принтеру.

2.4 Принцип действия отдельных компонентов лазерного принтера

Рассмотрим физический принцип действия отдельных компонентов лазерного принтера.

Как уже писалось выше, 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.

Лазер квантовый генератор, источник мощного оптического излучения. Излучение избыточной энергии возбужденных атомов вынуждается внешним воздействием.

Лазер отличается от обычных источников света (например, лампы с вольфрамовой нитью) двумя важными свойствами излучения. Во-первых, оно когерентно, т.е. пики и провалы всех его волн появляются согласованно, и эта согласованность остается неизменной в течение достаточно длительного времени. Все обычные источники света эмиттируют некогерентное излучение, в котором нет согласованности между пиками и провалами различных волн. В некогерентном процессе световые волны излучаются независимо друг от друга, энергия излучаемого пучка рассеивается по пространству и быстро убывает по мере удаления от источника. При когерентном излучении волны испускаются не хаотично и могут усиливать друг друга. Лучи лазерного пучка почти параллельны между собой, поэтому он расходится незначительно даже на больших расстояниях от излучателя. Так, лазерный пучок диаметром 30 см направили на Луну, и он образовал на ее поверхности световое пятно диаметром всего 3 км (до Луны около 386 000 км; на таком расстоянии свет от обычного источника дал бы пятно диаметром 402 000 км). Вторая особенность лазерного излучения - монохроматичность, т.е. одноцветность; это значит, что от конкретного лазера исходят волны одной и той же длины. В свете почти всех существующих источников обычно присутствуют все длины волн видимого спектра и соответственно все цвета, поэтому такой свет нам кажется белым. Лишь немногие традиционные источники (например, лампы низкого давления, наполненные разреженными парами натрия) светят почти монохроматично, но их излучение некогерентно и малоинтенсивно.

Чтобы создать лазер - источник когерентного света необходимо:

1. Рабочее вещество с инверсной населенностью. Только тогда можно получить усиление света за счет вынужденных переходов.

2. Рабочее вещество следует поместить между зеркалами, которые осуществляют обратную связь.

3. Усиление, даваемое рабочим веществом, а значит, число возбужденных атомов или молекул в рабочем веществе должно быть больше порогового значения, зависящего от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала.

Принцип действия. Свет - особая форма движущейся материи. Он соткан из отдельных сгустков, именуемых квантами. Атомы любого вещества, излучая (или поглощая) свет, испускают (или захватывают) только цельные кванты; в таких процессах (если нет каких-то особых условий) атомы не взаимодействуют с долями квантов. Длина волны (стало быть, цвет) излучения определяется энергией его кванта. Атомы, одинаковые по своей природе, излучают или поглощают кванты лишь конкретной длины волны. Это наглядно проявляется в свечении газоразрядных ламп с однородным наполнением (например, неоном), которые используются в декоративной иллюминации и рекламе. Когда атом излучает квант света, он расходует энергию; поглощая квант света, атом приобретает дополнительную энергию.

Поскольку энергия переносится к атому и от него порционно, то и сам атом может пребывать лишь в одном из дискретных энергетических состояний - либо в основном (с минимальной энергией), либо в каком-то из возбужденных. Атом, находящийся в основном состоянии, при поглощении кванта света переходит в возбужденное состояние; при излучении кванта света все происходит наоборот. Чем больше квантов вблизи атомов, тем больше и тех атомов, которые совершают подобные переходы - с повышением или понижением энергии. (Свет своим присутствием вынуждает атомы участвовать в энергетических переходах, поэтому такие процессы называют вынужденными - вынужденное поглощение и вынужденное излучение.) При вынужденном поглощении число квантов уменьшается и интенсивность света убывает, а энергия атомов возрастает. Если некоторое множество атомов, попав в освещение, вынужденно излучает суммарно больше, чем вынужденно поглощает, то возникает лазерный эффект - усиление света вынужденным излучением (данного множества атомов). Лазерная генерация может возникнуть только в том множестве микрочастиц, где возбужденных атомов больше, чем невозбужденных. Следовательно, такое множество надо заранее подготовить, т.е. предварительно накачать в него дополнительную энергию, черпая ее от какого-либо внешнего источника; эта операция так и называется - накачка. Типы лазеров различаются в основном по видам накачки. Накачкой могут служить: электромагнитное излучение с длиной волны, отличающейся от лазерной; электрический ток; пучок релятивистских (чрезвычайно быстрых) электронов; электрический разряд; химическая реакция в пригодной для генерации среде. Рисункок 12 и рисунок 13 поясняют действие рубинового лазера.

Посеребренные торцы цилиндрического стержня из искусственного рубина служат зеркалами.

Рубиновый лазер - усовершенствованная схема конструкции Т.Меймана (1960). Основные его элементы - цилиндрический рубиновый стержень с плоскими посеребренными торцами, кожух охлаждения (его не было в устройстве Меймана) и газоразрядная лампа накачки:

1 - посеребренный торец стержня (глухое зеркало); 2 - рубиновый стержень; 3 - охлаждающая жидкость; 4 - газоразрядная лампа накачки; 5 - кожух (трубка) охлаждения; 6 - слабо посеребренный торец стержня (полупрозрачное зеркало).

Рисунок 12 - Рубиновый лазер.

Одно из них покрыто менее плотным слоем серебра, поэтому оно полупрозрачно и через него излучается лазерный свет. Рубин - кристалл, состоящий из окиси алюминия с примесями окиси хрома. Атомы алюминия и кислорода не играют определяющей роли в лазерной генерации; главные энергетические переходы реализуются в хроме. При возбуждении атомы хрома переходят из основного состояния на один из двух уровней возбуждения, обозначенных F1 и F2 .

На рисунке 13 показан принцип действия рубинового лазера. Действие лазера начинается с возбуждения атомов хрома и их переходов на энергетические уровни F1 и F2. Затем каждый возбужденный атом спонтанно (самопроизвольно) излучает квант (нелазерного излучения) и, потеряв часть своей энергии, переходит на метастабильный уровень E. Далее, под воздействием вынуждающего кванта с лазерной длиной волны (такие кванты есть в излучении лампы накачки) атом излучает еще один такой же квант, согласованный по фазе с вынуждающим, и переходит на свой основной энергетический уровень.

Рисунок 13 - Действие лазера.

Они довольно широки, и атомы хрома возбуждаются многими длинами волн света накачки. Однако вследствие нестабильности они мгновенно покидают уровни F и переходят на более низкий уровень E; при этих переходах излучения не происходит, а высвобождаемая энергия передается кристаллической решетке окиси алюминия, где и рассеивается в форме тепловых потерь. Однако с уровня E атом хрома излучает вынужденно и переходит вследствие этого на основной уровень. Кванты, эмиттированные атомами хрома, многократно отражаются между посеребренными зеркалами рубинового стержня и по пути вынуждают многие возбужденные атомы испускать такие же кванты; процесс нарастает лавинообразно и заканчивается импульсом лазерного света. Полупрозрачное зеркало должно хорошо отражать лазерное излучение, чтобы обеспечить необходимую интенсивность его вынуждающей доли, но одновременно и побольше пропускать его на выход; обычно его коэффициент отражения - около 80%. При самопроизвольном излучении атом хрома пребывает на возбужденном уровне E не более 10-7 секунд, а при вынужденном - в 10 тысяч раз дольше (10-3 секунд).

Поэтому у лазерного света достаточно времени, чтобы вызвать вынужденное излучение огромного числа возбужденных атомов активной среды.Лазерное излучение реализовано во многих активных средах - твердых телах, жидкостях и газах.

Типы лазеров:

· твердотельные лазеры с оптической накачкой;

· газовые лазеры;

· химические лазеры;

· полупроводниковые лазеры;

· лазеры на красителях.

В лазерном принтере используется полупроводниковый лазер.

Полупроводниковые лазеры. Если через полупроводниковую структуру типа транзисторной пропускать электрический ток, то можно добиться лазерного эффекта. Габариты и выходная мощность полупроводниковых лазеров малы, но их КПД высок. Такие лазеры делают в основном на арсениде или алюмоарсениде галлия; применяют их главным образом в системах связи. Под воздействием света (в лазерных принтерах источником высокочастотного когерентного излучения является лазер) освещенные участки слоя полупроводника на фотобарабане уменьшают электропроводность и разность потенциалов между внешней и внутренней поверхностями слоя также уменьшается. На неосвещенных участках слоя уменьшение зарядов не происходит. Известно, что количество стекающего заряда пропорционально падающему свету. Таким образом, при экспонировании на слое полупроводника образуется скрытое электростатическое изображение.

3. Техническое обслуживание принтера
3.1 Тракт подачи бумаги

Для ремонта принтера нам понадобиться: отвертка крестовая, отвертка плоская, пинцет большой, салфетки для протирки, пылесос, чистящие жидкости (спирт изопропиловый, бензин, ацетон). Аппараты серий HP LaserJet 4000, 4050 и 4100 имеют много общего и рассмотрены вместе (в том случае, если имеются значительные отличия, приводится описание аналогичных работ и узлов принтеров). Наиболее часто проводимым видом работ на этих принтерах является замена роликов тракта подачи бумаги. На рисунке 14 и на рисунке 15 изображена замена роликов тракта подачи бумаги. В процессе подачи бумаги участвуют 2 одинаковых резиновых ролика. Верхний расположен в принтере над нижним лотком бумаги - серый с голубым (вид изнутри нижнего лотка подачи бумаги). Чуть дальше него виден механизм из четырех роликов-эксцентриков, который подает лист бумаги из пачки к паре протягивающих роликов. Под верхним подающим роликом расположен второй такой же, остающийся в нижнем лотке при его выдвигании из принтера.

Рисунок 14 - Первый этап замены роликов тракта подачи бумаги.

Обилие роликов объясняется следующим: только один ролик (верхний) протягивает бумагу, а второй (нижний) отделяет лишние листы бумаги, ошибочно взятые из пачки. На нижний ролик передается вращение, которое должно возвращать бумагу в лоток.

Рисунок 15 - Второй этап замены роликов тракта подачи бумаги.

Если между роликами проходит несколько листов, то верхний лист жестко протягивается в принтер, а нижние (лишние) отбрасываются назад. Если же между роликами проходит один лист, то нижний ролик проскальзывает за счет специальной муфты (справа от нижнего ролика) и не мешает подаче бумаги.

Для замены этих роликов необходимо вытащить на себя нижний лоток бумаги и откинуть внутрь лотка серую пластмассовую деталь (отогнув защелку). Теперь можно сдвинуть влево сам нижний ролик (там есть еще одна защелка) и снять его с металлического вала. Аналогично снимается верхний ролик внутри принтера.

Поскольку основным роликом является верхний, то на его место ставится новый ролик, а снятый оттуда ролик ставится на нижнее место в лотке бумаги (обычно он лишь слегка стерт).

Ролик, снятый с нижнего места в лотке бумаги, обычно имеет сильные следы износа - поверхность не шершавая, а гладкая, и плохо цепляет бумагу. Если сцепление нижнего ролика с бумагой меньше, чем необходимо для работы муфты рядом с нижним роликом подачи бумаги, то наблюдается проскальзывание нижнего ролика по бумаге, сопровождающееся характерными звуками ("похрюкивание" в момент начала подачи листа из нижнего лотка).

Рисунок 16 - Замена ролика.

Иногда при замене роликов выясняется, что ролик, снимаемый с нижнего места в лотке, не выработал свой ресурс, однако механизм подачи бумаги из нижнего лотка работает с перебоями. Для исправления ситуации можно усилить прижим роликов подачи друг к другу. С этой целью необходимо укоротить на одно кольцо пружину в нижней передней части лотка бумаги (откручиваются 2 самореза на боковых поверхностях лотка и снимается передняя часть лотка - не терять шестеренки механизма передачи вращения на нижний ролик, расположенный на правой боковой поверхности лотка).

Изредка приходится реанимировать механизм роликов-эксцентриков, усилив прижим бумаги к роликам-эксцентрикам (растянув пружины внутри нижнего лотка под пачкой бумаги). При этом полезно отмыть сами ролики-эксцентрики. Если это не помогает, приходится заменять этот механизм в сборе.

В принтере есть еще один лоток для бумаги - верхний. Он имеет емкость на много меньше, чем нижний (100 листов против 500), но очень полезен для работы в случае возникновения проблем с подачей бумаги из нижнего лотка. Из этого лотка бумага забирается роликом-эксцентриком; иногда этот ролик приходится заменять. Для этого надо откинуть вниз защелку и поднять ролик вверх как показано на рисунке 16. После установки нового ролика защелка возвращается на свое место (с очень большим усилием).

Рисунок 17 - Вал переноса.

Еще одним местом в тракте подачи бумаги, требующим внимания, является вал переноса, он изображён на рисунке 17. Между металлическим валом и пластмассовыми втулками, в которых этот вал крутится, со временем накапливается тонер и возникает заметное трение, способствующее износу деталей и вызывающее скрип при работе. Необходимо достать вверх вал переноса и удалить тонер с его металлической части и пластмассовых втулок, удерживающих этот вал. Стоит иметь в виду, что эти втулки должны легко утапливаться вниз и самостоятельно возвращаться на свое место под действием пружин (под каждой втулкой).

Как показывает практика, в тракте подачи бумаги никаких дополнительных работ обычно производить не приходится.

3.2 Замена и ремонт печки
Идеальным можно считать такой порядок проведения работ: сначала замена печки (на месте), а затем ремонт снятой печки (фьюзера, fuser) и приведение ее в рабочее состояние (для последующей быстрой замены в следующем принтере).

Именно такой порядок и рассматривается. К сожалению замена печки не должна происходить "на горячую" (без выключения принтера), поэтому желательно закончить печать имеющихся в памяти принтера документов до выключения (если это возможно).

Для того, чтобы получить доступ к печке принтера, необходимо снять на задней стороне принтера крышки-защелки и прямой выходной лоток бумаги; на рисунке виден процесс для принтеров Hewlett-Packard LaserJet 4000/ 4050/ 4100.

Рисунок 18 - Снятие крепежа с печки.

После того, как все необходимые детали будут сняты, нужно печку освободить от крепежа. В принтерах 4000/4050 потребуется отвертка, а в 4100 достаточно повернуть голубые рычажки); печка может быть вытащена и заменена на исправную. На рисунке 18 изображено снятие крепежа с печки.

Сборка производится в обратном порядке. Теперь печку можно разобрать (желательно на своем рабочем месте - там гораздо удобнее). На рисунке 19 показана печка Hewlett-Packard LaserJet 4050.

Выкручиваются 2 винта на верхней крышке печки и отгибаются защелки (на 4000/4050 - 2 на боковых крышках, на 4100 - 1 на верхней крышке), затем откидывается верхняя крышка.

Рисунок 19 - Печка Hewlett-Packard LaserJet 4050.

Рисунок 20 - Снятие нагревательного элемента с термопленкой.

Открывается вид на термопленку или то, что от нее осталось после длительной эксплуатации, как это видно на рисунке 21. Если пленка имеет следы износа (неравномерности цвета), отверстия (даже минимальные), складки или прорывы - такую термопленку надо менять. Иногда наблюдается толстый слой тонера , запеченного в куски - надо удалить.

Рисунок 21 - Термоплёнка

Для продолжения работы необходимо отключить провода, подходящие к нагревательному элементу - слева на Hewlett-Packard LaserJet 4000/4050 токосъемники термодатчика, а на Hewlett-Packard LaserJet 4100 - 2 разъема, а справа разъем с защелкой.

Теперь можно снимать нагревательный узел (нагревательный элемент с термопленкой), как это показано на рисунке 20.

Для того, чтобы снять термопленку, на аппарате HP LJ 4100 необходимо отогнуть защелку и стянуть пластмассовую деталь с проводами и разъемом на правом конце нагревательного узла - токосъемник нагревательной пластины, затем снять светлую пластмассовую планочку с защелками.

Затем снимается черная полукруглая деталь, которая не дает термопленке сползать со своего места (HP LJ 4000/4050 - слева, HP LJ 4100 - справа на нагревательном узле).

Следует внимательно осмотреть термопленку на предмет наличия отверстий и потертостей. Если с нее стерт защитный тефлоновый слой, и пленка местами прозрачна или изменила цвет, или имеются любые отверстия (тем более, если она порвана) - такую пленку надо менять.

Под термопленкой открывается вид на то, что когда-то было смазкой термопленки (белой и полувязкой), а теперь серой, рыжей или черной (в зависимости от количества набившейся в нее бумажной пыли и тонера). Необходимо отчистить нагревательный элемент от старой смазки (если она серая или темнее). В этом помогут салфетки и ацетон (он растворяет тонер). Однако ацетон следует применять только для очистки собственно керамической пластины, пластмассу он может испортить (можно смешать ацетон с жидкостью FormulaA в пропорци 1:1).

После того, как вся старая смазка полностью удалена, можно оценить состояние нагревательной пластины. В идеале на ней не должно быть поперечных царапин (обычно появляются на концах пластины из-за попадания тонера и твердой пыли). Если царапины заметны - нагревательную пластину желательно поменять, иначе это приведет к быстрому износу внутренней поверхности термопленки и частым остановкам при печати.

Кстати - о термопленке. Ее внутреннюю поверхность тоже надо отчистить от старой смазки (с применением ацетона - портиться нечему). Если поверхность внутри пленки зеркальная - хорошо; если матовая и исцарапанная - желательно ее заменить.

Рисунок 22 - Резиновый вал с тефлоновым покрытием.

После того, как старая смазка удалена, следует нанести новую. Разные источники по-разному оценивают количество смазки, которое надо нанести на нагревательный элемент. Моя практика показала, что лишняя смазка (если такая будет нанесена) просто выдавится наружу и не принесет больших проблем. Можно сказать, что достаточно нанести смазку толщиной 0.3-0.5 мм на всю рабочую поверхность нагревательной пластины. При этом на один раз хватает 0.5-0.7 грамма этой смазки (для тех, у кого смазка в шприцах).

Теперь пора возвращать на место термопленку (хорошую или новую). При надевании следует соблюдать осторожность и постараться не повредить термопленку и не размазать смазку (насколько возможно).

После того, как нагревательный узел собран и отложен в сторону, можно обратить внимание на оставшуюся часть печки (fuser'а). Сейчас на рисунке 22 хорошо виден резиновый вал с тефлоновым покрытием (в Hewlett-Packard LaserJet 4000/4050 рыжий, а в HP LJ 4100 - черный). Его надо вытащить из печки и рассмотреть внимательно.

Если видны вырванные куски или глубокие рваные раны - значит, в этот принтер кто-то лазил до Вас с острыми предметами (ножницы, ножи, спицы и т.д.). Если вырваны куски резины - вал обязательно надо менять. Если глубокие прорезы - заменить желательно. Если тефлоновый слой поврежден и отслоился (такие места легко заметить по налипшему тонеру), то вал желательно заменить (как минимум отмыть ацетоном).

Тефлоновые втулки, в которых крутится этот вал - это так называемые бушинги. Если они сильно стерты, то бумага будет плохо прижиматься к нагревательному элементу, и возможно обсыпание тонера с готового документа. Если бушинги сносятся неравномерно, то термопленка может начать тереться одним краем и через некоторое время порваться. Однако на практике я такого почти не встречал, менять бушинги еще ни разу не приходилось. Смазывать фирменные бушинги надобности нет, но некоторые инженеры это делают.

Рисунок 23 - Шестерёки печки.

Собирается печка в обратном порядке - ставится резиновый вал с тефлоновым покрытием (не забываем про бушинги), потом нагревательный узел (подключаются разъемы). Ставится и притягивается верхняя крышка ( также необходимо поставить ровно прижимные пружины).

На рисунке 23 изображены шестерёки печки. Их необходимо смазать, для этого используется силиконовая смазка (несколько капелек размером с булавочную головку). В печке Hewlett Packard LaserJet 4100 есть еще одно место для чистки и смазки - ось внешней шестеренки. Сначала надо выкрутить винты, удерживающие правую боковую железную пластину, снять шестеренку и отмыть ее внутреннюю поверхность, а заодно и металлическую ось. При этом можно заметить люфт, с которым эта шестеренка вращается на валу - обычно он весьма заметен, что говорит о большом пробеге печки.

3.3 Разборка принтера

Для того, чтобы разобрать принтер, надо сдвинуть дальнюю часть правой боковой крышки от себя, откинуть выходной лоток вверху тыльной части принтера (там выкрутить самореза вверху). Затем открывается верхняя крышка принтера, вытащить картридж, выкрутить 2 самореза в углублениях и снять пластмассовую тягу.

Теперь можно снимать верхнюю крышку принтера. В ближней к нам части этой крышки есть пара-тройка защелок на боковых краях и пара защелок в месте соединения этой крышки с углубленной частью выходного лотка. Крышка вместе с панелью управления поднимается вверх, за ней тянется гибкий серый шлейф (от панели управления внутрь принтера)-отрывать его, естественно, нельзя.

Под крышкой открывается вид на блок лазера (с желтой наклейкой, предостерегающей о наличии опасного лазерного излучения) и выходной механизм тракта подачи бумаги. Сейчас надо осторожно вытащить разъем на шлейфе, ведущем к плате панели управления.