2.5 Лазерні ДП

Домінуючими для лазерних принтерів є електрографічна та світлодіодна (LED, Light Emitting Diode) технології. Електрофотографічна технологія подібна до тієї, що використовується в копіювальних апаратах. В світлодіодній технології як оптичний пристрій, що формує     зображення, використовуються світлодіоди (історично світлодіодні принтери відносяться до класу лазерних). Світлодіодна технологія, як правило, знаходить використання в широкоформатних принтерах (до 36 дюймів). Електрофотографічна технологія  використовується в настільних і офісних принтерах.

Лазерні принтери формують зображення шляхом позиціонування точок на папері (растровий метод). Спочатку сторінка формується в пам’яті принтера і лише потім передається в механізм друку. Растрове подання символів і графічних образів відбувається під управлінням контролера принтера. Кожний образ формується шляхом відповідного розміщення точок в комірках сітки або матриці, як на шаховій дошці (рисунок 2.10).

Растрова технологія значною мірою відрізняється від векторної, яка використовується в перових графопобудовниках. При використанні векторної технології зображення формується шляхом побудови ліній з одної точки в іншу.

Лазерні принтери, які отримали найбільше розповсюдження, використовують технології фотокопіювання, що ще називається електрофотографічною, яка полягає в точному позиціонуванні точки на сторінці за рахунок зміни електричного заряду на спеціальній плівці із фотопровідного напівпровідника. Подібна технологія друку використовується в ксероксах (рисунок 2.11).

Найважливішим конструктивним елементом лазерного принтера є фотобарабан, що обертається, з його допомогою  відбувається перенесення зображення на папір. Фотобарабан це металевий циліндр, покритий тонкою плівкою з фотопровідного напівпровідника (оксид цинку). По поверхні барабана рівномірно розподіляється статичний заряд за допомогою тонкого дроту або сітки, що називається коронованим дротом. На цей дріт подається висока напруга, що викликає виникнення навколо нього іонізованої області, що світиться і називається короною.

Рисунок 2.10 – Растровий метод формування образів

Лазер, який керується мікроконтролером, генерує тонкий світловий промінь, який відбивається від дзеркала, що обертається. Цей промінь, попадаючи на фотобарабан, засвічує на ньому елементарні площинки (точки) і в результаті фотоелектричного ефекту в цих точках змінюється електричний заряд. Для деяких типів принтерів потенціал поверхні барабана зменшується від –900 В до 200 В. Таким чином, на фотобарабані виникає копія зображення у вигляді потенціального рельєфу.

Рисунок 2.11 – Функціональна схема лазерного принтера

Потім з допомогою другого барабана, що називається девелопером (deweloper), на фотобарабан наноситься тонер – дрібний фарбувальний порошок. Під дією статичного заряду дрібні частинки тонера легко притягуються до поверхні барабана в точках, які піддалися експозиції, і формують на ньому зображення (рис. 2.12). Лист паперу з подавального лотка за допомогою системи валиків переміщується до барабана. Потім листу надається статичний заряд, протилежний за знаком заряду засвічених точок на барабані. При контакті паперу з барабаном частинки тонера з барабана переносяться (притягуються) на папір.

Для фіксації тонера на аркуш паперу знову подається заряд і він пропускається між двома роликами, що нагрівають його до температури 180 – 200°С. Після процесу друкування барабан повністю розряджається, очищується від прилиплих частинок тонера і готовий до нового циклу друку. Описана послідовність дій відбувається дуже швидко і забезпечує високу якість друкування.

При друкуванні на кольоровому лазерному принтері використовуються дві технології. Відповідно до першої, що широко використовувалась до недавнього часу, на фотобарабані послідовно для кожного окремого кольору (Cyan, Magenta, Yellow, Black) формувалось відповідне зображення, і лист друкувався за чотири проходи, що відображалось на швидкості та якості друкування.

В сучасних моделях в результаті чотирьох послідовних прогонів на фотобарабан наноситься тонер кожного з чотирьох кольорів. Потім при контакті паперу з барабаном на нього переносяться всі чотири фарби одночасно, створюючи необхідні сполучення кольорів на відбитку. В результаті  досягається більш рівна передача відтінків кольорів, майже така ж, як при друці на кольорових принтерах з термоперенесенням барвника.

Рисунок 2.12 – Створення копії зображення на фотобарабані

В кольорових лазерних принтерах використовується чотири ємкості для тонерів. Принтери цього класу обладнані більшим об’ємом пам’яті, процесором і, як правило, власним вінчестером. На вінчестері містяться різноманітні шрифти і спеціальні програми, які управляють роботою, контролюють стан і оптимізують продуктивність принтера. Кольорові лазерні принтери мають досить великі габарити і масу.

Технологія процесу кольорового лазерного друку досить складна, тому і ціни на кольорові лазерні принтери ще дуже високі. На сьогодні навіть дорогі моделі кольорових лазерних принтерів не дають ідеальної фотографічної якості. З цією метою краще використовувати термічні принтери. Лазерний принтер є складним оптико-механічним пристроєм, який, незалежно від конструктивного виконання, характеризується великою кількістю різних параметрів. З точки зору споживача всі параметри можна розбити на групи, що визначають:

-       якість друку;

-       швидкість друку;

-       зручність в експлуатації;

-       економічність роботи;

-       додаткові можливості.

Якість друку лазерного принтера, в першу чергу, визначається:

-       розрізнювальною здатністю механізму друку;

-       інтерполяційними можливостями;

-       якістю тонера;

-       алгоритмічною мовою принтера;

-       використовуваним драйвером.

Спеціалістам фірм-виробників лазерних принтерів вдалося домогтися  роздільної здатності  600 dpi (наприклад, у принтера НР LaserJet 6Р). На сьогодні випускаються лазерні принтери з розділенням 1200 dpi.

Роздільність лазерного принтера по горизонталі і по вертикалі визначається різними факторами:

-       вертикальна роздільність відповідає кроку обертання фотобарабана, значення якого для більшості принтерів складає 1/600 дюйма (для більш дешевих 1/300 дюйма);

-       горизонтальна роздільність визначається числом точок в одному “рядку” і залежить від точності наведення та фокусування лазерного променя на поверхні барабана.

Досягнути високого розділення по горизонталі легше, ніж по вертикалі. Тому більшість моделей принтерів сьогодні мають “несиметричне розділення”, рівне, наприклад, 1200×600 dpi, коли точність переміщення лазерного променя складає 1/1200 дюйма, а крок обертання барабана – 1/600 дюйма. Зображення, що відтворюється, розбивається при цьому не на квадрати, а на прямокутники із сторонами 1/600 і 1/1200 дюйма. У зв’язку з тим, що промінь лазера може переміщатись не тільки по горизонталі, але й по вертикалі, він здатен поставити точку чи в верхній, чи в нижній частині прямокутника. В цьому випадку кажуть про алгоритмічну роздільність (рисунок 2.13).

Очевидно, що висока алгоритмічна роздільність замінює апаратне лише частково. Воно дозволяє зробити краї зображень більш рівними. Для передачі півтонів зображення прийнято розбивати на декілька комірок. Наприклад, для принтерів з роздільністю 300×300 часто використовується квадратна комірка, що складається з 25 крапок розміром 0,42×0,42 мм (довжина сторони 1/60 дюйма), і зі сторонами, повернутими на 45° відносно вертикалі. При цьому можлива передача 26 відтінків сірого (від 0 до 25 точок в комірці). Саме такі рекомендації мови PostScript Level 1. У зв’язку з тим, що розмір комірки досить великий, а число відтінків мале,  зображення виходить зернистим.

Рисунок 2.13 – Роздільність 1200 dpi алгоритмічна (а) і апаратна (б)

Як уже відмічалось, при друці на лазерному принтері зображення формується шляхом відповідного розміщення точок в комірках, сітках   або матриці. В результаті цього виникає так званий “східчастий ефект”, який проявляється не тільки при друкуванні графічних зображень, але й при друкуванні тексту великим шрифтом.

Ця проблема вперше була вирішена фірмою НР за допомогою технології підвищення роздільності, так званої RET-технології (Resolution Enhancement Technology). Основним складовим елементом при цьому є власний чіп, призначений для керування інтенсивністю лазерного променя, що дозволяє змінювати енергію заряду кожної точки растру на барабані в межах п’яти градацій для одержання точок різного розміру, позиціонування яких призводить до згладжування країв зображення. При цьому скорочуються витрати тонера при друкуванні ліній, що перетинаються. RET-технологія збільшує видима роздільність до рівня вище апаратного та підвищує якість друкування тексту, штрихових і півтонових зображень (рис. 2.14).

Рисунок 2.14 – Результат використання RET-технології

В сучасних модулях принтерів Optra фірми Lexmark якість передачі півтонових зображень підвищується за рахунок технології Lexmark PuctureGrade, що базується на спеціальному алгоритмі нанесення тонера при заповненні комірок півтонових зображень. На рис. 2.15 подана елементарна комірка півтонового зображення при затемненні 17% з використанням стандартного алгоритму (а) і алгоритму Lexmark PuctureGrade (б).

Що стосується інтерпольованої чи підвищеної роздільної здатності, яка часто вказується в характеристиках лазерних принтерів, то ці цифри слід сприймати критично.

На якість друкування впливає не тільки роздільна здатність друкувального механізму та інтерполяція, важливу роль відіграють також розміри та форми частинок тонера, які визначають форму і розміри точок, з яких складається растрове зображення.

Фірми-виробники лазерних принтерів ведуть серйозні роботи зі створення тонера, який здатен забезпечити максимальну щільність чорних елементів, рівномірність ліній і чіткість країв зображень. В лазерних принтерах фірми ОКІ використовується унікальний дрібнодисперсний тонер сферичного типу із середнім розміром частинок 8 мкм.

Рисунок 2.15 - Результат використання алгоритму Lexmark PuctureGrade