Благодаря простоте и главное быстроте изготовления офсетных печатных форм электрография нашла большое применение оперативной полиграфии.
Печатную форму электрографическим способом можно сделать в течение 5 мин. При этом следует учитывать, что данным способом изготавливают формы только со штриховых оригиналов: с полутоновых оригиналов изготовить качественную печатную форму нельзя.
Электрография основана на свойстве некоторых высокоомных полупроводников (селен, кадмий и др.) под действием света "резко увеличивать свою электропроводность.
Наибольшее применение в электрографии получил в нашей "ране селен, который используют в качестве фотополупроводникового слоя на аппаратах плоскостного и ротационного типов.
Печатные формы в основном изготавливают на электрографических аппаратах плоскостного типа (ЭРА-М, ЭГП2-РМ2). Технология изготовления печатных форм электрографическим способом на аппарате ЭП12-РМ2 состоят из следующих основных операций
В репродукционном аппарате в темноте производят электризацию селенового слоя пластины Для этого используют коронный положительный разряд напряжением 6-12 кВ.
Затем производят экспонирование оригинала на "очувствленную" пластину При этом свет, отражаясь от светлых, пробельных участков оригинала, попадает на селеновую пластину. На освещенных участках в селеновом слое заряды стекают в подложку (алюминиевую пластину), а на неосвещенных участках заряды сохраняются, образуя "скрытое" изображение. Большое значение при экспонировании имеет время экспозиции, устанавливаемая диафрагма, качество оригинала и масштаб съемки.
Далее скрытое электростатическое изображение проявляют, делая его видимым.Проявление производя! сухим каскадным способом с помощью смеси носителей, заряженных положительно, на поверхности которых находятся частицы отрицательно заряженного проявляющего порошка. Благодаря разноименное™ зарядов частицы порошка удерживаются на поверхности носителя.
Прокатываясь по поверхности селеновой пластины, частицы проявляющего порошка отрываются поверхности носителя и протягиваются к заряженным участкам пластины, потому, что величина заряда пластины значительно больше. К остальным участкам порошок не пристает, так как на них нет зарядов, и поэтому он не притягивается. Частицы порошка, оседая на селеновом слое, образуют позитивное зеркальное изображение оригинала.
После этого производят перепое изображения контактным способом на формный материал - алюминиевую фольгу или гидрофильную бумагу. Сверху на пластину накладывают формный материал и на обратную сторону его подают положительный электрический заряд. Для обеспечения переноса изображения прокатывают сверху формной пластины резиновый валик. Для облегчения перехода частиц порошка с селенового слоя на формный материал предварительно, перед переносом изображения, производят нейтрализацию заряженных участков селенового слоя, подавая на селеновую пластину отрицательный заряд.
Изображение, полученное на формном материале, необходимо закрепить.
Основными способами закрепления являются термический и химический.
При изготовлении форм в основном используют термическое закрепление с помощью инфракрасных ламп КИ - 220/1000 . При термическом закреплении происходит оплавление частиц проявляющего порошка, и они хорошо закрепляются на печатной форме, образуя печатные элементы.
кислота ортофосфорная (уд. вес 1,7) - 150-200 мл, раствор декстрина - 400 мл,
вода - до 1000 мл. Затем форму промывают водой, покрывают декстрином,
сушат и передают в печать.
В качестве формного материала применяется зерненная алюминиевая фольга или бумажные пластины с гидрофильным покрытием. Если используют гидрофильные пластины, то при переносе изображения сверху пластины накладывают лист алюминиевой фольги.
После термического закрепления изображения появившийся незначительный фон ("тенение") удаляют, протирая пробельные элементы, увлажняют тампоном с порошком безводной окиси алюминия или мелко размолотой пемзы. Грязь убирают тампоном, смоченным водой. Обрабатывать гидрофильные пластины гидрофилизующим раствором не следует. Достаточно осторожно протереть поверхность печатной формы ватным тампоном, смоченным водой, оберегая печатные элементы от разрушения. При этом в качестве абразива используют порошкообразную безводную окись алюминия.
При строгом соблюдении технологии формы, изготовленные на алюминиевой фольге, обладают тиражеуетойчивостью не менее 10 тыс. оттисков, а используя гидрофильные пластины - не менее 1-2 тыс. оттисков.
Следует отметить, что электрографический способ изготовления офсетных печатных форм в оперативной полиграфии имеет большие перспективы благодаря простоте, быстроте, экономичности; он не требует большой квалификации исполнителя и экономит производственные площади, хотя по качеству исполнения он несколько уступает фотомеханическому способу.
История
Электрографию придумал Честер Карлсон . Первый оттиск он и его помощник Отто Корнеи получили в своей домашней лаборатории в Нью-Йорке 22 октября 1938 года . Патент на эту технологию был получен 6 октября 1942 года . Долгое время Карлсон безуспешно пытался внедрить свое изобретение, доказывая, что оно абсолютно необходимо для бизнеса, но везде ему отказывали, ссылаясь на то, что его изобретение слишком громоздко и сильно пачкает листы, к тому же, человек может значительно лучше справиться с задачей копирования. Удача улыбнулась ему в 1944 году в Battelle Institute, расположенном в штате Огайо . Там ему предложили усовершенствовать технологию и даже нашли точное слово для названия данного процесса - «электрофотография». После чего лицензию на дальнейшую разработку и производство копировальных аппаратов приобрела фирма Haloid Company. Именно тогда было решено, что слово «электрофотография» слишком научное и может отпугнуть потенциального покупателя. Помощь в поиске более удачного названия оказал местный профессор-филолог . Он придумал термин «ксерография» от др.-греч. ξερός «сухой» и γράφω «пишу», а потом уже сам изобретатель Карлсон додумался сократить слово до простого «ксерокс». В итоге в 1948 году первые ксероксы появились на рынке, а первая модель называлась просто - Model A. После выпуска в 1959 году первой полностью автоматической модели Xerox 914 компания Haloid сменила название на Xerox Corporation . Умер Честер Карлсон в 1968 году.
Независимо от Честера Карлсона, в 1948 году , в Германии , изобретатель доктор Эйсбен основал фирму по выпуску копировального аппарата собственной конструкции. Называется его фирма Develop Corp. Она и сегодня продолжает выпускать копировальную технику, так и не признав первенства Карлсона, поскольку получила 16 патентов на изобретение доктора Эйсбена.
Упрощённый принцип ксерографии
Схематичное изображение электрографического процесса.
Перед печатью фотобарабан (OPC) заряжается при помощи коротрона (коронатора) (то есть приобретает положительный или отрицательный потенциал), после этого производится его экспонирование при помощи лампы и системы зеркал . Покрытие фотобарабана в местах, облучённых светом, теряет свои диэлектрические свойства, что приводит к стеканию в этих местах электрического заряда на массу (фотобарабан соединен с ней, как правило, через свое металлическое основание). Следующая стадия называется проявление. Тонер с вала проявки переносится на разряженные участки фотобарабана за счет своего противоположного заряда. Затем по фотобарабану прокатывается лист бумаги (картона , прозрачной плёнки и др.), на котором следует произвести печать. После этого лист попадает в узел термозакрепления (фьюзер), который расплавляет и впрессовывает тонер в структуру листа. После закрепления из-за того, что как правило, не весь тонер переносится на бумагу, в машине находится модуль очистки, который снимает оставшийся на фотобарабане тонер.
Аналогичный принцип применяется в лазерных принтерах , только в них разрядка барабана производится лазером в соответствии с поступившей для печати информацией.
В современных цифровых лазерных копировальных аппаратах и принтерах темные части изображения наносятся лазерным лучом и тонер за счет свойств барабанов, используемых в лазерной печати, «прилипает» к незаряженным его участкам, а от заряженных отталкивается одноименным электрическим зарядом. Данный принцип позволяет увеличить срок эксплуатации лазера, так как в большинстве случаев темные участки при печати занимают намного меньшую площадь.
См. также
Примечания
Ссылки
- www.digicamhistory.com (англ.)
| Принтер и сканер | ||
|---|---|---|
| Принтер | ||
| Виды | ||
| Расходные материалы | ||
| Программное и аппаратное обеспечение |
| |
1. Предисловие.
Электрографический метод - метод регистрации и анализа биоэлектрических процессов человека и животных--нашел весьма широкое применение в клинической практике, физиологическом эксперименте, авиационной и космической медицине, исследованиях по физиологии труда и спорта. Столь широкое применение электрограф ического метода объясняется тем, что он позволяет получить ценную информацию о нормальной или патологической деятельности тканей, органов и систем. В медицине электрографический метод зарекомендовал себя как важный диагностический метод. Так, ни одно кардиологическое исследование не проводится теперь без тщательного анализа электрической активности сердца больного. Ценные диагностические данные дают исследования электрической активности мозга и мышц и др...
Большим достоинством электрографического метода при использовании в клинике является его безболезненность. Широкому применению электрографического метода содействовало использование в технике электрографии последних достижений электроники.
Современные электрографические установки, обеспечивающие многоканальную регистрацию биоэлектрических процессов и автоматический анализ электрограмм, представляют собой весьма совершенные, но довольно сложные устройства.
Какими же знаниями электрографической техники должны обладать электрофи зиолог и врач, использую щие электрографическую аппаратуру в своей повседневной работе? Следует ли им знать эту аппаратуру так же хорошо, как и инженерам и техникам, занимающимся ее разработкой и эксплуатацией, или можно целиком положиться на инженеров и техников и вовсе не знать характеристик и возможностей аппаратуры?
Нетрудно показать, что первое невозможно, а второе недопустимо. В самом деле, если бы электрофизиолог и врач, пользующиеся электрографическим методом, попытались глубоко изучить электрографическую технику, то у них не хватило бы времени на свою основную работу. Незнание же ими основных данных электрографической установки и ее характеристик не позволяет сознательно и полностью ее использовать.
Электроф и иолог и врач должны четко представлять себе принцип действия электрографической установки, детально знать ее характеристики, уметь устранять простейшие неисправности.
Кроме того, им необходимо уметь отличать исследуемую биоэлектрическую активность от артефактов, находить на электрограмме результаты воздействия помех, знать и уметь применять способы, устраняющие артефакты и помехи электрографии. Они должны также быть знакомы с новыми направлениями в применении электрографической техники, с перспективами ее развития.
1.1. Введение.
Электрофизиологические методы позволяют изучать физиологические процессы, происходящие в органах и тканях в норме и патологии, путем исследования протекающих в них биоэлектрических процессов и путем их стимуляции электрическим током. Электрографический метод является одним из наиболее эффективных способов исследования физиологических процессов.
Известно, что функция органа проявляется, во-первых, специфическим рабочим эффектом (сокращение, секреция и т. п.) и, во-вторых, рядом общих для тканей неспецифических физико-химических изменений (интенсивность обменных процессов, теплообразование, биоэлектрическая активность и др.).
Таким образом, в ряде случаев состояние и рабочие возможности органа можно оценивать как по специфическому, рабочему эффекту, так и по сопровождающей его биоэлектрической активности. Например, о рабочих возможностях сердца можно судить не только по его производительности, но также и по его электрической активности.
Н. Е. Введенским была установлена закономерность, свидетельствующая о корреляции между функциональными (тем более патологическими) изменениями в тканях и органах и изменениями их биоэлектрической активности. Подтвержденная неоднократно, эта закономерность легла в основу электрографического метода. Однако электрографический метод позволяет получать информацию не только в тех случаях, когда биоэлектрическая активность сопровождает специфический эффект органа (сокращение мышцы и сердца, секреторная и моторная активность желудка и др.),но и в тех случаях, когда получить данные об этом специфическом эффекте другими методами не удается.
Электрографический метод позволяет получить сведения о прохождении волны возбуждения по нерву, информацию о жизнедеятельности мозга без исследования характера и особенностей осуществляемых им рефлексов и, наконец, данные о подготовке мышцы к выполнению сократительного процесса и др.
Нередко представление о состоянии органа или системы может быть установлено по изменению порядка следования импульсов электрической активности.
Электрографический метод позволяет регистрировать спонтанную или фоновую электрическую активность и биопотенциалы, являющиеся ответом на функциональную нагрузку, например стимуляцию.
Весьма важным для медицинского применения электрографического метода является тот факт, что биоэлектрическая активность органа может быть зарегистрирована не только при наложении электродов непосредственно на него, но и с кожи исследуемого.
Таким образом, предметом электрографии охватываются вопросы индикации, регистрации и анализа биоэлектрической активности тканей, органов и систем,проводимые с целью изучения как собственно биоэлектрических процессов, так и физиологических процессов, которые они сопровождают и отражают. Успехи в развитии техники электрографии во многом определяют развитие самого электрографического метода.
2.1 Схема регистрации биоэлектрических процессов человека
Прежде чем описывать отдельные элементы электрографической установки, необходимо представить себе общую схему регистрации биоэлектрических процессов больного в условиях клиники, уяснить назначение каждого элемента этой схемы и их взаимосвязь. С этой целью рассмотрим схему регистрации биоэлектрических процессов человека, показанную на рис. 1.
Электрографическая установка включает электроды 5, электродные провода 6, блок переключателей (коммутатор) электродов 7, калибратор напряжения 8, устройство для измерений междуэлектродного сопротивления 9, усилители 10, регистраторы 11, входящие в состав осциллографа 12, анализатор электрической активности 13 и стимулятор 14.
Орган 1, электрическая активность которого исследуется, как и органы 2 наличие электрической активности которых мешает анализу первой, представляют собой своеобразные электрические генераторы, которые, как и физические электрические генераторы, характеризуются развиваемой ими электродвижущей силой (ЭДС) и внутренним сопротивлением. ЭДС в свою очередь характеризуется амплитудой, формой и диапазоном частот.
Продуцируемая органами ЭДС низкоамплитудна (тысячные доли вольта и меньше). Форма ЭДС весьма разнообразна. Диапазон частот биоэлектрических активностей простирается от постоянных напряжений до десятков килогерц. ЭДС, продуцируемая органом 1, вызывает в соединительных тканях 8 и в коже 4 биотоки, которые созда ют разность потенциалов на поверхности кожи 4, отражающую все изменения ЭДС самого органа 1. Эта разность потенциалов и регистрируется с помощью электрографической установки на электрограмме, которая, как известно, представляет собой графическое изображение изменений разности потенциалов во времени в точках наложения электродов на тело исследуемого больного.
С помощью электрографической установки регистрируются разность потенциалов между электродами, наложенными на ткань, а не биотоки; здесь и далее применяются термины “бионапряжение” и “усилитель бионапряжений”, а не “биотоки” и “усилитель биотоков”.
Получить электрограмму записанную при наложении электродов на кожу 4, тождественную
Метод сухого электростатического переноса был разработан Ч.Ф. Карлсоном (1906- 1968), получившим патент на свое изобретение в 1935 г. Оформив права на использование этого патента в 1947 г., фирма Haloid Company дала методу копирования название «ксерография», образованное от двух корней греческих слов: xeros (сухой) и graphein (писать). Этот термин впоследствии вошел в название компании, которая стала сначала называться Haloid Xerox, затем Xerox Corporation и, наконец, - The Document Company Xerox (Xerox).
В настоящее время на рынке копировальной техники несмотря на несомненно ведущую роль фирмы Xerox широко представлены фирмы Canon, Ricoh, Sharp. Более 70 % мирового парка копировального оборудования составляют электрографические копировальные аппараты, посредством которых изготавливается свыше 50 % всех копий, получаемых в мире. При этом зачастую любые электрографические копировальные аппараты называют ксероксами, отдавая дань ведущей роли фирмы Xerox - родоначальницы данного вида копирования.
Принцип действия электрографического копировального аппарата во многом повторяет принцип действия лазерного принтера. Основные конструктивные узлы электрографического копировального аппарата показаны на рис. 7.1.
Электрографическое копирование включает в себя следующие этапы.
1. Предварительная зарядка отрицательным потенциалом фоточувствительного полупроводникового покрытия барабана.
2. Светоэкспозиция - проецирование документа с помощью специальной оптической системы на поверхность барабана. Это вызывает стекание заряда с освещенных участков полупроводникового покрытия за счет того, что лучи, отраженные от светлых участков оригинала, нейтрализуют соответствующие области фоточувствительного покрытия барабана, оставляя отрицательно заряженными неосвещенные участки. Так, на этапе светоэкспозиции производится формирование на поверхности барабана электростатического рельефа, являющегося, по сути, копией документа.
Рис. 7.1. Основные конструктивные узлы электрографического копировального аппарата.
3. Проявление изображения путем переноса предварительно положительно заряженного тонера в виде мельчайших красящих частиц на отрицательно заряженные участки поверхности барабана.Таким образом происходит превращение скрытого электростатического изображения в видимое путем налипания тонера на заряженные участки.
4. Печать - перенос красящего порошка с барабана или пластины на бумагу. Ввиду низкой адгезии тонера и бумаги простой механический контакт при перемещении бумаги под вращающимся барабаном не обеспечит должного переноса тонера. В связи с этим используется более сильное, чем сформированное на барабане, статическое поле, перетягивающее положительно заряженные частицы тонера на бумагу. Для этого служит коротрон переноса, размещаемый под листом бумаги и представляющий собой отрицательно заряженный электрод. Конструктивно коротрон переноса выполняется либо в виде туго натянутой металлической нити со специальным напылением диаметром около 70 мкм, либо в виде металлической пластины с частыми острыми зубцами (игольчатый коротрон), либо в форме обтянутого специальным пенистым полимером металлического вала, находящегося под напряжением (губчатый коротрон).
Преимущества игольчатых и губчатых коротронов - высокая механическая прочность и меньшее выделение озона при работе, что делает копировальные аппараты с коротронами такого типа экологически более безопасными.
5. Закрепление тонера на бумаге нагреванием под определенным давлением. В большинстве электрографических копировальных аппаратов в качестве нагревательного элемента узла закрепления используются лампы накаливания, обеспечивающие специальному валу, изготовленному из алюминия и покрытому тефлоном, температуру, достаточную для закрепления тонера на бумаге, проходящей через узел закрепления. В новейших моделях копировальных аппаратов фирмы Canon используется система быстрого поверхностного нагрева, так называемая SURF-технология (Surface Rapid Fusing). Принцип действия узла закрепления копировального аппарата модели Canon NP-6012, основанный на технологии SURF, показан на рис. 7.2. Нагревательный элемент изготовлен из керамики с металлическими вставками в комбинации с термостойкой тефлоновой пленкой. Такая конструкция позволяет начинать копирование без предварительного прогрева аппарата, хотя ее надежность ниже, чем в узлах закрепления с лампами накаливания.
К основным достоинствам копирования с помощью электрографического аппарата относятся:
Высокая производительность и высокое качество копирования;
Возможность масштабирования документа при копировании;
Возможность получения копий с листовых и со сброшюрованных документов, а также с различных штриховых, полутоновых, одно- и многоцветных оригиналов;
Получение копий на обычной бумаге, кальке, пластиковой пленке, алюминиевой фольге и др.;
Сравнительно невысокая стоимость аппаратов и расходных материалов, простота обслуживания.
Рис 7.2. Принцип действия узла закрепления копировального аппарата модели Canon-6012, основанный на технологии SURF.
Электрографические аппараты по своему назначению и возможностям копирования можно разбить на пять групп.
1. Портативные копировальные аппараты (Portable Copiers) предназначены для изготовления небольшого числа копий формата А4 без масштабирования в любых условиях - дома, в офисе, в командировке - со скоростью копирования до 5 - 6 копий/мин при рекомендуемом объеме копирования до 500 копий/мес.
2. Не высококачественные копировальные аппараты (Low-Volume Copiers) используются в небольших офисах для получения копий с оригиналов форматов А4 и A3 без масштабирования, со скоростью копирования 10- 15 копий/мин при рекомендуемом объеме копирования до 1500 - 2500 копий/мес.
3. Офисные копиры среднего класса (Middle-Volume Copiers) для обслуживания потребностей офиса средних размеров с большим документооборотом (объем копирования до 10 тыс. копий/мес), требующим хорошего оформления документов - выделения цветом, масштабирования, со скоростью копирования 15 - 30 копий/мин для А4 и 10 - 20 копий/мин для A3.
4. Копиры для рабочих групп (High- Volume Copiers) используются при обслуживании потребностей больших офисов и бизнес-центров при объемах копирования свыше 15 тыс. копий/мес, а также брошюрования и сортировки документов формата до А2 при скорости копирования 40 - 80 копий/мин (для формата А4).
5. Специальные копировальные аппараты: полноцветные и широкоформатные аппараты - копия и оригинал до АО (1194 - 814 мм); для копирования цветных фотографий, чертежей, вывода изображений на твердый носитель с компьютера или слайдов.
Большинство моделей цветных ксероксов имеют невидимый код, распознаваемый при специальном освещении, или обладают способностью к смещению цвета в случае копирования банкнот. Кроме перечисленных электрографические копировальные аппараты обладают следующими обобщенными техническими данными:
масштаб изображения копии в зависимости от оригинала - 25-400%;
допустимая плотность бумаги 45- 130 г/м;
масса 8,5 - 200 кг.
Сервисные возможности отдельных моделей электрографических копировальных аппаратов:
- многоцветное копирование обеспечивает получение как многоцветных (3 - 5 цветов) копий, так и монохромных цветных;
- двухстороннее копирование позволяет получать копию сразу с обеих сторон документа;
- автоматическое управление экспозицией обеспечивает высокое качество копий даже при некачественных оригиналах;
- программирование числа копий от 1 до 999.
Рис 7.3. Общий вид электрографического копировального аппарата.
Один из вариантов конструктивного решения электрографического копировального аппарата показан на рис. 7.3.
Многие современные электрографические копировальные аппараты имеют:
Дисплей, существенно облегчающий редактирование и управление процессом копирования;
Автоподачу документов;
Сортирующее устройство подбора копий по комплектам.
оригиналодержатель (стекло оригинала), источник света (лампу экспонирования), проекционную оптическую систему и контрольные элементы. Помимо лампы экспонирования в копировальных аппаратах обычно есть специальная лампа для стирания кромок изображения и сгибов (при копировании книг).
В аналоговых аппаратах используют три оптические системы:
систему покадрового экспонирования, когда на фоторецептор проецируется сразу целый кадр (изображение оригинала целиком);
систему с построчной разверткой изображения оригинала и подвижным стеклом оригинала;
систему с построчной разверткой изображения оригинала и неподвижным стеклом оригинала.
В первом случае изображение проецируется на фоторецептор целиком. Поэтому поверхность фоторецептора в зоне экспонирования - плоская (рис. 5.5), что возможно лишь для ленточных фоторецепторов. Источниками света являются импульсные лампы. Время экспонирования оригинала при покадровом способе мало, следовательно, он больше подходит для скоростных аппаратов. Система экспонирования может не содержать зеркал (рис. 5.5) или их содержать (рис. 5.6). Зеркала позволяют изменять направление оптического пути (рис. 5.6). Благодаря им копировальные аппараты более компактны, чем без зеркал. Копировальные аппараты с ленточными фоторецепторами сейчас применяются, норедко.
Копировальные аппараты с цилиндрическими фоторецепторами и подвижным стеклом оригинала имеют простую и дешевую оптическую систему (рис. 5.7). Система неподвижна и не позволяет изменять масштаб изображения. Рассмотрим, как работает такая оптическая система на примере копировального аппарата персонального типа, выпускаемого фирмой «Ксерокс» (рис. 5.7).
Источник света - люминесцентная или галогенная ламп в отражателе, направляющем свет на стекло оригинала 1. На краю оригиналодержателя за пределами кадра, ограниченного планкой упора 2, находится эталонная белая полоса 3. Ее назначение - автоматическая регулировка экспозиции. При включении лампы 4 свет попадает прежде всего на белую полосу и, отражаясь от нее, - на датчик автоэкспонирования 5. Поддерживание постоянной величины экспозиции обеспечивается регулировкой напряжения на лампе экспонирования 4. По мере перемещения стекла оригинала полоска света, выделяемая щелевой диафрагмой, начинает двигаться вдоль оригинала, а отраженный свет фокусируется на поверхности синхронно вращающегося фоторецептора 7 с помощью самофокусирующегося объектива 6. Объектив включает набор волоконно-оптических линз (граданов) и представляет собой линейку, вытянутую параллельно лампе экспонирования по всей ширине стекла оригинала(рис. 5.8).
Особенности граданового объектива - малые габариты и низкая стоимость, но из-за жестко заданных плоскостей изображений и предметов такой объектив работает только в масштабе 1:1 и не переворачивает изображение. На основе оптической системы с подвижным стеклом оригинала функционируют низкоскоростные копировальные аппараты персонального типа ( формат А4).
Копировальные аппараты с цилиндрическими фоторецепторами и с неподвижным стеклом оригинала содержат лампу экспонирования, объектив и систему зеркал, причем лампа и часть зеркал подвижны (рис. 5.9).
При воспроизведении оригинала вдоль него и перпендикулярно образующей фоторецептора перемещается каретка, на которой находятся трубчатая лампа и зеркало. Каретка совершает полный ход вдоль оригинала синхронно с вращением фоторецептора. Свет, отраженный от оригинала, попадает на зеркало через щелевую диафрагму, образуя на нем узкую полоску оптического изображения. Далее свет попадает на зеркала половинного хода. Каретка, где они расположены, движется с меньшей скоростью, чем первая, и за время экспонирования проходит лишь половину пути. Задача этих зеркал - поддерживать постоянный масштаб воспроизводимого изображения на всех его участках. От зеркал половинного хода свет направляется в объектив и фокусируется им на зеркале изображения. В процессе съемки это зеркало неподвижно. Оно передает оптическое изображение на вращающийся фоторецептор. Сложная система перемещения зеркал обеспечивает постоянное соотношение длины оптического пути от оригинала до объектива a и от объектива до фоторецептора b. Таким образом, масштаб изображения M = b/a остается неизменным в процессе копирования оригинала, несмотря на то что лампа и зеркало полного хода перемещаются относительно неподвижного объектива.
Оптическая система позволяет получать копии в любом масштабе в диапазоне 70-141%, а в некоторых аппаратах - в диапазоне 50-200%. На панели аппарата устанавливается одна из 4-6 заданных кратностей, например 70, 81, 86, 100, 141%, и постепенным изменением кратности с шагом 1% можно получить любой масштаб от 70 до 141% или от 50 до 200%.
Получив команду об установке необходимого масштаба копирования, микропроцессорная система контроллера, управляющего аппаратом, подает сигналы двигателям объектива и оптической системы. Масштаб по ширине задается перемещением объектива (изменением b/a) и изменением его фокусного расстояния (в копировальных аппаратах используют вариобъективы с переменным фокусным расстоянием). Установка кратности по длине производится изменением скорости вращения двигателя оптической системы. Это, в свою очередь, приводит к изменению отношения скорости перемещения зеркала полного хода и линейной скорости вращения фоторецептора, например при уменьшении масштаба относительная скорость перемещения зеркал оптической системы возрастает. Обратная связь с контроллером осуществляется сигналами датчиков оптической системы.
Источник света в аналоговых аппаратах должен быть по спектральному составу близок к дневному свету, в котором мощность излучения практически равномерно распределена по спектру. Применяют галогенные лампы накаливания, содержащие в колбе пары иода или другого галогена. Преимущества этих ламп перед вакуумными лампами накаливания: долговечность, большой световой поток (большая яркость лампы), стабильность светового потока во времени и достаточно равномерное распределение мощности излучения по спектру. Главное достоинство галогенных ламп накаливания - возможность регулировать яркость лампы, изменяя подаваемое на нее напряжение. Этот способ используют в копировальных аппаратах для регулирования экспозиции H0 и поддержания стабильного качества изображения при эксплуатации аппарата (см. рис. 5.4). Так как лампы выделяют большое количество тепла, предусмотрено их охлаждение (см. рис. 5.2, позиция 6). Аппараты высокой производительности нуждаются в импульсных лампах, мгновенно освещающих всю площадь оригинала, что необходимо при покадровом экспонировании. Газоразрядные лампы дневного света отвечают всем перечисленным требованиям, но регулирование величины светового потока в необходимом диапазоне затруднено.
Зеркала в копировальных аппаратах имеют отражающую поверхность с внешней стороны, то есть эта поверхность не защищена стеклом от повреждения. Однако они обеспечивают высокую резкость оптического изображения, так как падающий и отраженный свет не проходит через толщу стекла, как в обычных зеркалах.
Электрофотографический блок включает устройства зарядки, проявления, переноса изображения и очистки фоторецептора. Рассмотрим эти узлы блока.
Зарядные устройства
В качестве зарядных устройств в копировальных аппаратах используют в основном коротрон и скоротрон.
Коротрон (рис. 5.10) содержит одну или две тонкие проволочки (их иногда называют струнами), натянутые в зарядном устройстве параллельно образующей фоторецептора. Они изготавливаются из материала, устойчивого к высокому напряжению и нагреву, например из вольфрама. Диаметр проволок - 0,025-0,90 мм. Коронные проволочки подключены к высоковольтному источнику питания, заряжающему их до потенциала в несколько киловольт.
Коронные проволочки заключены в заземленный экран, служащий для стабилизации коронного разряда. Ток разряда течет от проволочки (один электрод) к фоторецептору и экрану (другой электрод). По мере накопления заряда на поверхности фоторецептора ток экрана составляет все большую долю тока разряда, пока не станет преобладающим. Таким образом, хотя зарядка фоторецептора почти не происходит, разряд не гаснет. Максимальный потенциал заряженной поверхности можно регулировать, заземляя экран через переходной резистор. Знак заряда зависит от типа фоторецептора. Органические фоторецепторы, являющиеся в современной копировальной аппаратуре основными, заряжают отрицательно. Отрицательная корона очень чувствительна к чистоте коронных проволочек, при их загрязнении она становится неравномерной. Поэтому в коротронах предусмотрен механизм для очистки проволочки. Очистка проводится автоматически в течение 40 с. Двигатель механизма включается сигналом. полученным из микропроцессора, если к этому есть показания, или через каждые 2000 копий.
Поддержание потенциала зарядки на заданном уровне облегчается при использовании скоротронов (рис. 5.11).
Скоротрон представляет собой коротрон, снабженный сеткой, куда подается потенциал смещения (рис. 5.11). Этот потенциал имеет тот же знак, что и коронная проволочка. Его величина равна потенциалу, до которого следует зарядить фоторецептор (0,5-1,0 кВ). Ток течет на фоторецептор через сетку. Когда разность потенциалов между сеткой и фоторецептором приближается к нулю, ток ионов к фоторецептору прекращается. Расстояние между коронирующей проволочкой и сеткой равно 6-12 мм, между сеткой и фоторецептором - 4-10 мм, между проволочкой и экраном - 8-15 мм. Экран заземлен для поддержания тока разряда. Регулирование и контроль потенциала смещения на сетке скоротрона необходимы для поддерживания на одинаковом и оптимальном уровне потенциала на темных участках изображения, от чего зависит контраст получаемого изображения (см. рис. 5.4).
Второй вариант скоротрона имеет сетку, не подключенную к источнику питания, а заземленную вместе с экраном через варистор - полупроводниковое устройство, которое до определенного заданного потенциала имеет свойства резистора, а по достижении заданного значения - «открывается». Сетка с экраном оказывается заземленной, и ток разряда начинает течь на землю, а зарядка фоторецептора прекращается.
В аппаратах есть датчики, контролирующие величину заряда и потенциал фоторецептора. Управление величиной потенциала и поддерживание оптимальных значений потенциала зарядки, потенциалов экспонированных и неэкспонированных участков и остаточного потенциала производится изменением напряжения, подаваемого на проволочку зарядного устройства и на сетку, если зарядное устройство - скоротрон. Потенциалы экспонированных участков и на краях изображения (остаточный потенциал) определяются не только потенциалом зарядки, но и экспозицией, полученной от лампы экспонирования и лампы для стирания кромок.
Отрицательная корона (в современных копировальных аппаратах) загрязняет воздух озоном, вредным для здоровья человека. Поэтому в копировальных аппаратах с органическими фоторецепторами, заряжаемыми отрицательно, предусмотрены средства защиты, например озоновый фильтр (рис. 5.2, позиция 21).
Проявочные устройства
В аналоговых аппаратах проявочные устройства - с черным тонером. Однако в некоторых аппаратах есть дополнительные проявочные устройства с цветным тонером (красным, зеленым, синим) (рис. 5.12). Это позволяет менять цвет изображения. Если в аппарате имеется специальное цифровое лазерное устройство для редактирования изображения, можно получать двухцветное изображение (черно-белое с цветной вставкой).
Основной способ проявления - двухкомпонентное проявление магнитной кистью. A фирма Canon использует в своих черно-белых аппаратах однокомпонентные магнитные проявители. На рис. 5.12 схематично представлены проявочные устройства: черно-белое (магнитная кисть и двухкомпонентное проявление) и цветное (однокомпонентный проявитель).
Проявочное устройство с двухкомпонентным проявителем (рис. 5.13) содержит узел бункера тонера, устройство для смешивания тонера с носителем и магнитный валик. Узел бункера тонера (тонер-картридж) несет запас тонера, который по мере надобности поступает в проявочное устройство. Бункер снабжен дозировочным устройством в виде специальной щетки или вспененного валика, плотно прилегающего к отверстию. При вращении валика тонер подается к отверстию. Скорость подачи регулируется. Управляет подачей специальный датчик количества тонера, находящийся в проявочном устройстве. Сигнал идет в контроллер аппарата, посылающий, в свою очередь, сигнал к включению двигателя бункера. В бункере также помещен датчик, сигнализирующий об израсходовании тонера. При получении сигнала об отсутствии тонера копировальный аппарат отключается, выдавая на панель управления информацию о необходимости добавления тонера или замене тонер-картриджа. Скорость подачи тонера в проявочное устройство может также регулироваться согласно сигналам датчика, измеряющего оптическую плотность тонерного контрольного изображения на фоторецепторе (см. рис. 5.4).
Проявочное устройство содержит зону, куда подается тонер из бункера (2 на рис. 5.13) и откуда тонер дозированно поступает в узел перемешивания проявителя 3. Здесь происходит перемешивание носителя, в том числе снятого с проявляющего цилиндра, со свежим тонером. Образующиеся вследствие трибоэлектризации частицы двухкомпонентного проявителя подаются на проявляющий цилиндр магнитного валика, проходя через устройство, ограничивающее высоту магнитной кисти (ракельный нож 4). На проявляющем цилиндре 5 частицы проявителя, располагаясь по силовым линиям магнитного поля, образуют кисть. Так как скорости вращения магнитного стержня, создающего магнитное поле, и немагнитного проявляющего цилиндра различны, кисть скользит по поверхности проявляющего цилиндра. Это в сочетании с ребристой поверхностью проявляющего цилиндра обеспечивает перемешивание частиц, составляющих магнитную кисть, и повышает равномерность проявления.
В зоне проявления между проявляющим цилиндром и фоторецептором возникает электрическое поле проявления, напряженность которого регулируется величиной потенциала смещения, подаваемого на магнитный валик. Величина этого потенциала должна быть не меньше фонового. Так как заряд фоторецептора падает до фонового под действием экспозиции, полученной от фоновых участков оригинала (бумаги), то потенциал смещения устанавливается автоматически в соответствии с экспозицией. Однако его можно менять вручную на панели управления - задавать несколько режимов плотности копии. Изменяя режим, мы изменяем потенциал смещения. При его уменьшении увеличивается напряженность электрического поля, и количество осаждаемого тонера и оптическая плотность копии возрастают. Увеличение потенциала приводит к противоположному результату. Для контроля тонерного изображения служат микроденситометрические датчики и специальный тестовый рисунок, располагаемый за пределами кадра.
Отработанный проявитель снимается с поверхности проявляющего цилиндра с помощью специального устройства (6 на рис. 5.13) и переносится в зону формирования проявителя, где он перемешивается со свежим тонером.
Проявление однокомпонентным магнитным проявителем описано в разделе 2.6.2 , а схемы устройств приведены на рис. 2.30 и рис. 2.31. На рис. 5.12 однокомпонентным является цветное проявочное устройство.
Узел переноса изображения
Этот узел содержит устройство для предварительного переноса, устройство переноса изображения на приемную подложку (бумагу) и устройство для отделения бумаги от фоторецептора.
Предварительный перенос заключается в ослаблении скрытого электростатического изображения. Уменьшить заряд можно засветкой специальной лампой (рис. 5.14, позиция 2) или коротроном предварительного переноса (рис. 5.15).
Перенос изображения осуществляется нанесением на оборот бумаги (или другой приемной подложки) заряда, противоположного по знаку заряду тонера (см. рис. 3.1). На коротрон переноса (см. рис. 5.1, рис. 5.2, рис. 5.15) может быть подано переменное напряжение. Он является основным устройством, используемым для этой цели в копировальных аппаратах. Однако потенциал подается на бумагу и другим способом. Так, в некоторых копировальных аппаратах фирмы Ricoh есть ремень переноса из электропроводящей резины, поверхности которой сообщают отрицательный потенциал (рис. 5.16). Бумага с помощью ремня переноса заряжается и перемещается, вступая в контакт с вращающимся фоторецептором. Положительно заряженные частицы тонера переходят в образовавшемся электрическом поле с фоторецептора на бумагу. Копия, удерживаемая ремнем переноса, передвигается к закрепляющему устройству.
При использовании коротрона переноса необходимо оторвать бумагу от фоторецептора, так как она притягивается силами электрического поля, образовавшегося между заряженным оборотом бумаги и заземленной подложкой фоторецептора. Чтобы отделить бумагу, сразу же за коротроном переноса устанавливают коротрон отделения (см. рис. 3.2, рис. 5.2, рис. 5.15). На коротрон отделения подается переменное напряжение. Генерируются положительные и отрицательные ионы. В результате действия коротрона происходит нейтрализация части отрицательного заряда бумаги и ослабление связи бумаги с фоторецептором.
Во всех копировальных аппаратах устройства для отделения бумаги (пальцы отделения) - механические (см. рис. 5.2, позиция 13; рис. 5.14, позиция 3). также приведена схема одного из устройств термосилового закрепления, где 1 - узел прижима, создающий необходимое давление между прижимным валиком, покрытым резиной 2, и нагревательным валиком 3. Давление составляет 0,3-0,6 кг/см. Внутри нагревательного валика расположен нагреватель, например лампа накаливания 4. Несмотря на то что поверхность нагревательного валика - из тефлона (антипригарное покрытие), на него подается смазка (фьюзерное масло) с помощью смазочного валика 5. Узел смазки помимо смазочного валика содержит валик подпитки 6, щуп 7 и нож-отсекатель 8, регулирующие подачу масла 9, находящегося внутри корпуса узла смазки 12. Бумага подается шестеренками 11 между рабочими валиками и направляющими 10 выводится из устройства.
В устройстве обязательно предусматриваются пальцы отделения, отделяющее лезвие или другое аналогичное приспособление. Температура валиков контролируется датчиком и регулируется термистором. Имеется термопредохранитель для аварийного отключения устройства и аппарата.
Узел очистки фоторецептора
Очистка фоторецептора от остатков тонера и от скрытого электростатического изображения проходит три стадии: предочистку, очистку от тонера и стирание заряда. Устройство очистки включает узел очистки, узел транспортировки тонера из зоны очистки и узел, выполняющий задачу сбора отработанного тонера с целью его выброса или повторного использования.
На фоторецепторе после переноса остается до 30% тонера, который не так просто снять, так как он удерживается на поверхности электростатическими силами. Поэтому устройства для очистки содержат два очистных элемента - щетку и ракель. Щетка делает черновую очистку, а ракельный нож - окончательную (см. рис. 4.2). В случае однокомпонентного магнитного проявителя черновая очистка проводится магнитным валиком, с которого тонер счищается скребком, а окончательная очистка - ракелем. Если в аппарате имеется устройство предочистки, то достаточно одного ракельного устройства (см. рис. 4.3).
В устройстве очистки присутствует элемент для отвода тонера - винт или вакуумный отсос. Далее тонер транспортируется в емкость для отработанного тонера. Обычно для этой цели служит шнек. На рис. 5.17 показана схема транспортировки отработанного тонера внутрь полого фоторецептора. Количество отработанного тонера регистрируется и при заполнении емкости на дисплее панели управления появляется соответствующее сообщение. В современной аппаратуре существует тенденция к повторному использованию отработанного тонера. Устройство очистки снабжается фильтрами (для очистки тонера) и приспособлениями для возврата тонера в работу.
Цифровые копировальные аппараты формируют изображение из отдельных точек, размер и расположение которых определяются сигналами, поступающими из процессора изображений. Для записи такого точечного (растрового) изображения применяются лазеры и светодиодные линейки с инфракрасным излучением. При лазерной записи используется капстановый метод, в основе которого - веерная развертка модулированного лазерного луча в горизонтальной плоскости. Для этого используют вращающееся с большой скоростью многогранное зеркало (рис. 5.18). Угловое перемещение лазерного луча идет с постоянной скоростью. Веер лазерной развертки попадает на зеркало, отражающее излучение в сторону фоторецептора. Это зеркало параллельно образующей фоторецептора, и лазерное световое пятно перемещается строго по образующей цилиндра. Линейная скорость пятна по поверхности зеркала и фоторецептора непрерывно изменяется, так как изменяется угол его падения на зеркало. Чтобы этого не было, на пути лазерного веера размещают корректирующую линзу сложной формы. Ее задача - линеаризация, в результате которой лазерный луч движется по зеркалу и фоторецептору равномерно. Однако такой способ позволяет проводить линеаризацию при угле падения луча до 60°, что соответствует в копировальных аппаратах формату изображения до А3. Для больших форматов (А2-А0) необходим другой способ записи, например с помощью светодиодных линеек.
Разрешающая способность записи по горизонтали зависит от того, сколько лазерных световых пятен умещается в миллиметре или в дюйме (25,4 мм). Каждому пробегу лазерного луча вдоль образующей цилиндрического фоторецептора соответствует поворот цилиндра на один шаг, величина которого определяет разрешение аппарата по вертикали. При разрешающей способности 400-600 dpi (16-24 мм -1) шаг смещения линии лазерной записи составляет 0,04-0,06 мкм.
Модулирование лазерного луча осуществляется включением и выключением лазера в соответствии с программой и изменением интенсивности луча. От фокусировки лазерного луча и возможностей его модулирования зависит разрешающая способность аппарата по горизонтали.
Все более широкое применение находит экспонирование с помощью светодиодных линеек. Линейки представляют собой матрицу, включающую более 5000 отдельных лазерных светодиодов (по одному для каждой точечной позиции) на полосе экспонирования цилиндрического фоторецептора (рис. 5.19). Частота расположения светодиодов в линейке определяет разрешающую способность аппарата. По мере вращения фоторецептора светодиоды включаются и выключаются в соответствии с программой. Светодиодные линейки нашли основное применение в принтерах и цифровых печатных машинах.
В быстродействующих аппаратах, где на экспонирование отводится короткий промежуток времени, актиничность падающего на фоторецептор излучения должна быть как можно выше. Фоторецептор и источник света (лазер) подбираются так, чтобы фоторецептор имел высокую чувствительность к излучению лазера.
В электрофотографических аппаратах используют полупроводниковые лазеры - с длиной волны излучения в диапазоне 700-800 нм и выходной мощностью 5-15 мВт. Таковы GaAlAs-лазеры, имеющие длину волны излучения 780 нм. К этим излучениям чувствительны практически все используемые для современных фоторецепторов фотопроводники: органические фотопроводники, аморфный кремний, многокомпонентные халькогениды. Основной тип фоторецепторов в цифровых копировальных аппаратах - органические.
Особенности проявления скрытого электростатического изображения в цифровых копировальных аппаратах
В цифровых аппаратах легко реверсировать работу лазерной развертки, записывая вместо позитивного негативное изображение. Поэтому можно сделать позитивную копию двумя путями.
Обращенное проявление используется в ряде цветных аппаратов и в цифровых печатных машинах.
