Princip laserového tisku.



Princip elektrofotografického tisku

Princip elektrofotografického tisku, využívanho v laserových tiskárnách je následující: Základním prvkem tiskové jednotky je tiskový válec, vyrobený z elektricky vodivého materiálu (slitina Al). Na povrchu válce je nanesena vrstva polovodivého materiálu např. na bázi selenu. Polovodivá vrstva se ve tmě chová jako izolant. Je-li však osvětlena dostatečně silným zdrojem světla, stane se elektricky vodivou.

Postup tisku je zjednodušeně znázorněn níže (tiskový válec je zde nahrazen rovinnou deskou):
1. Polovodivá vrstva nanesená na povrchu tiskového válce je koronově nabita na kladným nábojem na potenciál několika kV. Protože je tiskový válec ve tmě, chová se polovodivá vrstva jako izolant (Obr. a).
2. Nabitá polovodivá vrstva se exponuje laserovým paprskem nebo řadou diod LED. Paprsek je rozmítán a modulován tak, aby na povrchu válce vykreslil rastrovým způsobem budoucí tištěný obraz. V místě expozice se polovodivá vrstva stane vodivou a její náboj je odveden (Obr. b).
3. Obraz, vytvořený nábojem v polovodivé vrstvě je “vyvolán” kladně nabitým práškovým barvivem. V místech, kde nebyla polovodivá vrstva exponována, je dosud kladný náboj který brání přichycení souhlasně nabitého barviva. Na válci se tak vytvoří viditelný obraz z práškového barviva, zachyceného na dříve exponovaných místech (Obr. c).

4. Obraz je přenesen na papír. Přenosu napomáhá záporně nabitá plocha (resp. válec), přiložená k zadní straně papíru (Obr. d).
5. Obraz vytvořený práškovým barvivem je “ustálen” horkým přítlačným válcem nebo ohřevem IR zářením.  


Tisková jednotka laserové tiskárny


V laserové tiskárně se výše popsané kroky provádí během jedné otáčky tiskového válce, jak je schematicky naznačeno na Obr. 1.

Obr. 1 Postup tisku v laserové tiskárně.

Obr. 2 Expoziční jednotka s přímo modulovaným laserem.

Na Obr. 2 je schematicky znázorněna tisková jednotka laserové tiskárny při pohledu “shora”.Jako zdroj záření slouží polovodičový přímo modulovaný laser. Laserový paprsek je rozmítán rotujícím zrcadlem a současně modulován tak, že při každém přeběhu exponuje na tiskovém válci jednu rastrovou řádku budoucího obrazu. Kompenzační optika, zařazená mezi rotující zrcadlo a tiskový válec upravuje geometrii stopy paprsku tak, aby rychlost jeho přeběhu po celé aktivní dráze na tiskovém válci byla konstantní. Některé typy tiskáren nepoužívají polovodičový laser, nýbrž plynový laser doplněný akustickooptickým modulátorem (piezoelektrický člen vytváří v modulátoru akustické vlny, které se chovají jako optická mřížka, viz Obr. 3). Zcela jiné řešení vyvinula firma OKI. Jako zdroj záření zde slouží řada diod LED. Počet diod odpovídá počtu elementárních bodů na celé šířce papíru (viz Obr. 4).

Obr. 3 Expoziční jednotka laserové tiskárny s plynovým laserem a samostatným modulátorem (IBM).

Obr. 4 Expoziční jednotka s řadou LED (OKI).



Barevné laserové tiskárny


Barevné laserové tiskárny pracují na principu subtraktivního míchání barev. Tiskárna proto musí mít čtyři tiskové jednotky (pro základní složky Cyan, Magenta, Yellow a doplňující složku Black). Vzájemné uspořádání tiskových jednotek se u různých typů barevných laserových tiskáren liší (Obr. 5). Někdy se k přenosu barviva na papír používá kromě válce i přenosový pás, na který se postupně přenáší obrazy z tiskových válců jednotlivých tiskových jednotek.

Obr. 5 Různé uspořádání barevných laserových tiskáren (podle OKI).


Obr. 6 Barevná laserová tiskárna. Papír je veden nosným pásem postupně pod čtyřmi tiskovými jednotkami s LED diodami.



Elektronika laserové tiskárny


Z popisu funkce laserové tiskárny je zřejmé, že výsledný obraz je tvořen z jednotlivých černých resp. barevných bodů. Černobílé tiskárny střední kvality mají rozlišení alespoň 600_600 DPI (bodů na palec). Na běžné stránce A4 je tak přibližně 34 000 000 bodů. Tiskne-li tiskárna přibližně 10 stran za minutu, vychází frekvence tisku 5.6 miliónu bodů za sekundu. Touto rychlostí musí být modulován paprsek laseru. Protože proces tisku jedné stránky nelze přerušit, musí být celý obraz předem připraven ve vyrovnávací paměti tiskárny. Přenos bitové mapy celé stránky přímo z počítače by vyžadoval přenášet pro každou stránku více než 4 MB dat. Častěji je proto do tiskárny přenášen vektorový popis obrazu (pokud to jeho povaha dovoluje). Tiskárna je vybavena rastrovací jednotkou, která převádí vektorový popis na bitovou mapu stránky. Pro zajištění dostatečně rychlého tisku musí být rastrovací jednotka vybavena velmi výkonným procesorem, spolupracujícím s dalšími specializovanými obvody pro řízení samotného tisku. Nároky na rychlost elektroniky ještě vzrostou při použití technik pro zvýšení výsledné kvality obrazu. Ty obvykle využívají víceúrovňovou modulaci laserového paprsku buď řízením jeho optického výkonu nebo pulsní modulací v rámci každého bodu. Tak je možné vytvářet body různé velikosti a částečně vyhladit zubaté linie křivek v rastrovém prostředí. Pod různými názve (RET, PQE, ...) používá tyto techniky řada firem. Pro vektorový popis stránky a řízení dalších funkcí tiskárny (volba zásobníku papíry,...) se používají speciální jazyky. Standardem se zde stal jazyk PCL (Printer Control Language), původně vyvinutý firmou Hewlett Packard. Jeho podmnožinou je i jazyk HP-GL, určený pro komunikaci s kreslicími stoly. Dalším rozšířeným jazykem pro vektorový popis stránky (nejen pro tiskárny) je jazyk PostScript.

Obr. 7 Blokové schéma elektroniky laserové tiskárny. Memory Controller LSI umožňuje přenos bitové mapy k tiskové jednotce (Engine section).