Краткое описание работы цветного лазерного принтера

Архитектура форматера (рис. 17) современного принтера поддерживает многозадачную обработку данных, то есть обработка следующего задания начинается уже во время печати предыдущего. Это делает возможным одновременное использование всех имеющихся интерфейсов. Процесс обработки данных состоит из четырех этапов — загрузка в буфер, преобразование, растеризация, печать, показанных на следующем рисунке (для увеличения картинки, щелкните по ней мышью).

Каждый интерфейс имеет отдельный входной буфер с объемом, зависящим от скорости передачи, т.е. для сетевого интерфейса он больше, чем для параллельного. Поступившие данные в логическом порядке сохраняются в локальных буферах до освобождения основного буфера (host input buffer). Опрос локальных буферов и передача данных осуществляется с использованием SIO (simultaneous interface operation). Данные из основного буфера передаются в ESP (emulation sensing processor), который автоматически определяет язык поступивших данных или использует для обработки язык по умолчанию (при невозможности определения языка или принудительной установке). Автоматический выбор основан на анализе первой страницы задания и сравнения ее с шаблонами в принтере. Это избавляет от постоянной необходимости выбора и переключения языка, что особенно актуально при удаленной печати.

Преобразованные данные в специальном сжатом формате сохраняются в специальной области памяти до окончания печати задания, что позволяет напечатать задание без повторной передачи данных при замятии бумаги или при печати нескольких экземпляров одного задания. Это позволяет увеличить скорость печати и уменьшить сетевой трафик. Если в принтере установлен жесткий диск, то часть его объема может быть использована для сохранения преобразованных данных. В момент готовности механизма к очередному циклу печати растеризатор очень быстро преобразует сжатые данные в четыре растровых изображения (только черное при монохромной печати). Они запоминаются в выходном буфере (frame buffer), расположенном в оперативной памяти принтера (жесткий диск из-за большого времени доступа не используется) и в дальнейшем печатаются при помощи механизма (print engine). Растрирование позволяет отобразить миллионы цветов при помощи только четырех основных.

Рисунок 18 – Модель построения цветного изображения

Растрирование позволяет отобразить миллионы цветов при помощи только четырех основных (рис. 18).

Максимально получаемое разрешение зависит от объема выходного буфера. Его можно рассчитать по формуле (в МB с округлением до ближайшего целого размера памяти): 1,778 * (exp-10) * h * v * H * V, где h – горизонтальный размер носителя в мм, v – вертикальный размер носителя в мм, H – разрешение по горизонтали в dpi, V – разрешение по вертикали в dpi, S – число сторон (1 или 2), C – число цветов (один или четыре). При монохромной печати с разрешением 1200х1200 dpi на листе формата А4 необходимо минимум 16 Мбайт, при цветной печати — 64 Мбайт. Для двухсторонней печати эти значения в 2 раза больше.

Рисунок 19 – Механизм с вертикальным расположением картриджей

Рисунок 20 – Механизм с карусельным расположением картриджей.

Работа механизма с карусельным расположением картриджей происходит следующим образом. Луч лазерного блока (laser unit, у HP он называется лазер-сканер), попадая на поверхность фотобарабана (OPC — organic photoconductive) снижает потенциал засвеченных точек. Предварительно барабан равномерно заряжается отрицательным зарядом с помощью зарядного ролика (charging roller). Лазерный луч отражаясь от вращающегося зеркала в виде шестигранной призмы перемещается только по горизонтали. Вертикальное сканирование обеспечивается прокручиванием фотобарабана. Черный тонер является магнитным и состоит из полимерных и магнитных частиц, цветной — немагнитный и состоит только из полимерных частиц.

Тонер при нанесении на поверхность барабана получает отрицательный заряд. Для создания потенциального рельефа на поверхности барабана используется напряжение смещения, состоящее из постоянной и переменной составляющих. Переменная составляющая создает облако тонера для опыления барабана, то есть проявления скрытого изображения. Картриджи трех цветов соприкасаются с барабаном только при вращении карусели, имеющей три фиксированных угловых положения. Расположение цветных картриджей внутри карусели уменьшает габариты механизма. Размещенный отдельно картридж с черным тонером всегда находится в контакте с барабаном. Когда засвеченная лазерным лучом область приближается к валу проявки (developing cylinder), частицы заряженного тонера притягиваются к поверхности барабана (image drum) за счет разности потенциалов между валом проявки и барабаном, затем изображение послойно создается на барабане переноса. Эта операция повторяется четыре раза для каждого цвета и отпечаток переносится на страницу. Барабан переноса заряжается во время печати положительным напряжением смещения при помощи коротрона (post charge unit) для притягивания тонера с барабана. Этот процесс происходит после каждого цикла. При цветной печати напряжение смещения при переносе последующих слоев увеличивается для неизменной эффективности проявления. Во время переноса желтого тонера отрицательный заряд уменьшается. Отрицательное напряжение смещения применяется для увеличения эффективности переноса черного тонера.

Предварительно положительно заряженный до некоторого потенциала (зависит от типа носителя и условий окружающей среды) носитель прижимается к барабану при помощи ремня переноса (транспортного ремня). Так как ремень переноса имеет высокое поверхностное удельное сопротивление, напряжение смещения уменьшается между страницами для снижения избыточного заряда барабана переноса. Отрицательное напряжение смещения, поданное на ремень переноса в конце цикла, перемещает остатки тонера с ремня на барабан переноса, а затем, через поверхность барабана, при помощи ракеля в емкость для сбора тонера (waste toner). Бумага отделяется от барабана за счет ее гибкости и разности потенциалов с поверхностью барабана.

При дуплексной печати (или при использовании пленки) на коротрон переноса (transfer charge) подается переменное напряжение смещения для предотвращения электрического разряда между ремнем переноса и носителем. В условиях высокой температуры или влажности переменное напряжение смещения не применяется, так как избыточный заряд не образуется. Положительное напряжение смещения подается на очищающий ролик для удаления остатков тонера с барабана переноса. Этот ролик соприкасается с барабаном переноса при повороте кулачка, управляемого электромагнитом. В результате контакта ролика положительное напряжение смещения прикладывается к барабану переноса для увеличения заряда тонера на поверхности барабана. Затем напряжение смещения отключается, а ролик отводится от барабана. После завершения цикла печати ролик очистки заряжается отрицательно и снова прижимается к барабану переноса для удаления тонера. Знак напряжения смещения на поверхности барабана отрицательный, на барабане переноса — положительный, а так как остатки тонера заряжаются положительно, то они притягиваются с барабана переноса к поверхности барабана, откуда удаляются во время цикла его очистки.

Рисунок 21 – Нанесение черного тонера

Рисунок 22 – Нанесение цветного тонера

В однопроходных машинах отсутствует барабан после транспортного ремня, а имеются четыре барабана в картриджах для каждого цвета, что избавляет от необходимости четыре раза прокручивать узел переноса. При этом отпечаток переносится на носитель непосредственно с транспортным ремнем. Печка нагревает нанесенный тонер до температуры плавления и запекает его на поверхности носителя для предотвращения его стирания. Затем отпечатанный лист транспортируется в выходной лоток. Несмотря на то, что созданное изображение состоит из нерегулярной структуры отдельных мелких точек, зрение интегрирует его и воспринимает как единое целое.