Фізичні основи роботи комп’ютера (стр. 17 из 21)
Повторне його використання не рекомендується, оскільки тонер злипається і забруднюється.
Можливе також видалення тонера м'якою щіткою, усередині якої встановлюється система вакуумного відкачування.
Останній етап очищення – це видалення залишкового заряду, яке здійснюється за допомогою або джерела світла, або коротрона, знак напруги якого протилежний знаку заряду фоторецептора.
Принцип дії лазерного принтера дещо відрізняється від принципів роботи копіювального апарату (рис. 2.32). Джерелом світла тут є лазер, який зменшує потенціал в певних ділянках фоторецептора (рис. 2.33). При цьому фонові ділянки фоторецептора залишаються зарядженими. Тонер заряджається протилежним зарядом.
Рисунок 2.32 – Загальна схема процесу копіювання
При цьому фонові ділянки фоторецептора залишаються зарядженими. Тонер заряджається протилежним зарядом. При контакті тонер притягується підкладкою в ділянки з низьким потенціалом, пробиті лазером.
Лазерне засвічення здійснюється наступним чином: лазерна гармата світить на дзеркало, яке обертається з високою швидкістю. Відбитий промінь через систему дзеркал і призму потрапляє на барабан і за рахунок повороту дзеркала вибиває заряди по всій довжині барабана. Потім відбувається поворот барабана на один крок (цей крок вимірюється в долях дюйма і саме він визначає роздільну здатність принтера за вертикаллю) і викреслюється нова лінія. У деяких принтерах окрім повороту барабана використовується поворот дзеркала по вертикалі, яке дозволяє на одному кроці повороту барабана викреслити два ряди точок. Зокрема перші принтери з роздільною здатністю 1200 dpi використовували саме цей принцип.
Швидкість обертання дзеркала дуже висока. Вона складає близько 7-15 тис. об./хв. Для того, щоб збільшити швидкість друку, не збільшуючи швидкість дзеркала, його виконують у вигляді багатогранної призми.
Рисунок 2.33 Схема промальовування лазерним променем
На рис. 2.33 промені чорного і червоного кольору відповідають різним положенням дзеркала. У момент А дзеркало повернене під одним кутом (червоне положення дзеркала). У наступний момент часу, що відповідає частоті лазера, дзеркало повертається і займає чорне положення. Відбитий промінь попадає вже в іншу точку фоторецептора. В реальності існують ще додаткові дзеркала, призми і світловоди, що відповідають за фокусування і зміну напряму променя.
Рисунок 2.34 – Лазерна технологія друку
Лазерні принтери (рис. 2.34) окрім механічної частини включають достатньо серйозну електроніку. Зокрема на принтерах встановлюється пам'ять великого об'єму, для того, щоб не завантажувати комп'ютер і зберігати завдання в пам'яті. На деякі принтери встановлюються вінчестери. Електронна начинка принтера також містить різні мови опису даних (Adobe PostScript, PCL і тощо.). Ці мови знову ж таки призначені для того, щоб забрати частину роботи у комп'ютера і передати її принтеру.
Розглянемо фізичний принцип дії окремих компонентів лазерного принтера.
2.5.29 Фотобарабан
Як вже писалося вище, найважливішим конструктивним елементом лазерного принтера є фотобарабан, що обертається, за допомогою якого проводиться перенесення зображення на папір. Фотобарабан є металевим циліндром, покритим тонкою плівкою з фотопровідного напівпровідника (звичайно оксид цинку). По поверхні барабана рівномірно розподіляється статичний заряд за допомогою тонкого дроту або сітки, званої коронуючим дротом. Про теорію напівпровідників можна прочитати в додатку А.
2.5.30 Лазер
Лазер – квантовий генератор, джерело потужного оптичного випромінювання. Випромінювання надмірної енергії збуджених атомів виникає за рахунок зовнішньої дії.
Лазер відрізняється від звичайних джерел світла (наприклад, лампи з вольфрамовою ниткою) двома важливими властивостями випромінювання. По-перше, воно когерентно, тобто піки і провали всіх його хвиль з'являються погоджено, і ця узгодженість залишається незмінною протягом достатньо тривалого часу. Всі звичайні джерела світла емітують некогерентне випромінювання, в якому немає узгодженості між піками і провалами різних хвиль. У некогерентному процесі світлові хвилі випромінюються незалежно один від одного, енергія випромінюваного пучка розсіюється у просторі і швидко убуває у міру віддалення від джерела. При когерентному випромінюванні хвилі випускаються не хаотично і можуть підсилювати одна одну. Промені лазерного пучка майже паралельні між собою, тому він майже не розходиться навіть на великих відстанях від випромінювача. Так, лазерний пучок діаметром 30 см направили на Місяць, і він утворив на його поверхні світлову пляму діаметром всього 3 км (до Місяця близько 386 000 км; на такій відстані світло від звичайного джерела дало б пляму діаметром 402 000 км). Друга особливість лазерного випромінювання – монохромність; це означає, що від конкретного лазера виходять хвилі однієї і тієї ж довжини. В світлі майже всіх існуючих джерел звичайно присутні всі довжини хвиль видимого спектру і відповідно всі кольори, тому таке світло нам здається білим. Лише небагато традиційних джерел (наприклад, лампи низького тиску, наповнені розрідженими парами натрію) світять майже монохромно, але їх випромінювання некогерентне і малоінтенсивне.
Щоб створити лазер – джерело когерентного світла – необхідно:
- робоча речовина з інверсною населеністю. Тільки тоді можна одержати посилення світла за рахунок вимушених переходів;
- робочу речовину слід помістити між дзеркалами, які здійснюють зворотний зв'язок;
- посилення, що дається робочою речовиною, а значить, число збуджених атомів або молекул в робочій речовині, повинне бути більше порогового значення, яке залежить від коефіцієнта віддзеркалення напівпрозорого дзеркала.
Світло – особлива форма рухомої матерії. Воно виткане з окремих згустків, що іменуються квантами. Атоми будь-якої речовини, випромінюючи (або поглинаючи) світло, випускають (або захоплюють) тільки цілісні кванти; у таких процесах (якщо немає якихось особливих умов) атоми не взаємодіють з частками квантів. Довжина хвилі (отже, колір) випромінювання визначається енергією його кванта. Атоми, однакові за своєю природою, випромінюють або поглинають кванти лише конкретної довжини хвилі. Це наочно виявляється в свіченні газорозрядних ламп з однорідним наповненням (наприклад, неоном), які використовуються в декоративній ілюмінації і рекламі. Коли атом випромінює квант світла, він витрачає енергію; поглинаючи квант світла, атом набуває додаткової енергії. Оскільки енергія переноситься до атома і від нього порційно, то і сам атом може перебувати лише в одному з дискретних енергетичних станів – або в основному (з мінімальною енергією), або в якомусь із збуджених. Атом, що знаходиться в основному стані, при поглинанні кванта світла переходить в збуджений стан; при випромінюванні кванта світла все відбувається навпаки. Чим більше квантів поблизу атомів, тим більше і тих атомів, які здійснюють подібні переходи – з підвищенням або пониженням енергії. (Світло своєю присутністю вимушує атоми брати участь в енергетичних переходах, тому такі процеси називають вимушеними – вимушене поглинання і вимушене випромінювання.) При вимушеному поглинанні число квантів зменшується і інтенсивність світла убуває, а енергія атомів зростає. Якщо деяка кількість атомів, потрапивши в освітлення, вимушено випромінює сумарно більше, ніж вимушено поглинає, то виникає лазерний ефект – посилення світла вимушеним випромінюванням (даної множини атомів). Лазерна генерація може виникнути тільки в тій множині мікрочастинок, де збуджених атомів більше, ніж незбуджених. Отже, таку множину атомів треба наперед підготувати, тобто заздалегідь накачати до неї додаткову енергію, черпаючи її від якого-небудь зовнішнього джерела; ця операція так і називається – накачування. Типи лазерів розрізняються в основному за видами накачування. Накачуванням можуть служити:
- електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі, що відрізняється від лазерної;
- електричний струм;
- пучок релятивістських (надзвичайно швидких) електронів;
- електричний розряд;
- хімічна реакція в придатному для генерації середовищі.
Рисунки 2.35 і 2.36 пояснюють дію рубінового лазера. Посріблені торці циліндрового стрижня з штучного рубіна служать дзеркалами. Одне з них покрите менш щільним шаром срібла, тому воно напівпрозоре і крізь нього випромінюється лазерне світло. Рубін – кристал, що складається з окислу алюмінію з домішками окислу хрому. Атоми алюмінію і кисню не відіграють визначальної ролі в лазерній генерації; головні енергетичні переходи реалізуються в хромі. При збудженні атоми хрому переходять з основного стану на один з двох рівнів збудження, позначених F1 і F2 (рис. 2.36).
Рисунок 2.35 – Рубіновий лазер: 1 – посріблений торець стрижня (глухе дзеркало); 2 – рубіновий стрижень; 3 – рідина, що охолоджує; 4 – газорозрядна лампа накачування; 5 – кожух (трубка) охолодження; 6 – слабо посріблений торець стрижня (напівпрозоре дзеркало)
Рубіновий лазер – вдосконалена схема конструкції Т.Меймана (1960). Основні його елементи – циліндричний рубіновий стрижень з плоскими посрібленими торцями, кожух охолоджування (його не було в пристрої Меймана) і газорозрядна лампа накачування.