Московский государственный университет печати

Олег Харин, Эмилис Сувейздис


         

Электрофотография

Учебное пособие


Олег Харин, Эмилис Сувейздис
Электрофотография
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление
1.

Предисловие

1.1.

Тема № 1. Введение

1.1.1.

1. Что такое электрофотография?

1.1.2.

2. Что такое современная электрофотография?

1.1.3.

3. Как выглядит дерево развития электрофотографии?

1.1.4.

4. Какой принцип изложения материала используется в данной работе?

1.1.5.

Специальная литература общего характера (тема № 1)

2.

Часть I. Процесс

2.1.

Тема № 2. История

2.1.1.

1. Ранее развитие электрофотографии

2.1.2.

2. Становление классической электрографии

2.1.3.

3. Истоки цветной электрографии

2.1.4.

4. Появление электрографической технологии цифровой печати

2.1.5.

5. Этапы позднего развития электрографии

2.1.6.

Литература по историческим вопросам развития электрофотографии (тема № 2)

2.2.

Тема № 3. Классическая электрофотография

2.2.1.

1. Суть классического варианта и характеристика его типовых этапов

2.2.2.

2. Разновидности классического варианта

2.2.3.

3. Реализация возможности классической электрографии

2.2.4.

Литература по вопросам классической электрофотографии (тема № 3)

2.3.

Тема № 4. Цифровая электрофотография

2.3.1.

1. Суть цифровой электрофотографии и ее отличие от классической

2.3.2.

2. Процесс лазерной записи - основа современной цифровой электрофотографии

2.3.3.

3. Реализованные возможности цифровой электрофотографии

2.3.4.

Литература по вопросу цифровой электрофотографии (тема № 4)

2.4.

Тема № 5. Фоторецепторы

2.4.1.

1. Назначение фоторецепторов и физическая основа их функционирования

2.4.2.

2. Основные типы фоторецепторов и их распространенность в современной аппаратуре

2.4.3.

3. Технология изготовления фоторецепторов

2.4.4.

4. Параметры фоторецепторов, применяемых в современной аппаратуре

2.4.5.

Литература по фоторецепторам (тема № 5)

2.5.

Тема № 6. Проявители

2.5.1.

1. Назначение проявителей и физическая основа их функционирования

2.5.2.

2. Основные типы проявителей и их распространенность в современной аппаратуре

2.5.3.

3. Технология изготовления и подготовки проявителей

2.5.4.

4. Параметры цветных проявителей, применяемых в современной аппаратуре

2.5.5.

Литература по проявителям (тема № 6)

2.6.

Тема № 7. Процесс лазерного экспонирования

2.6.1.

1. Сущность и физические основы процесса экспонирования

2.6.2.

2. Основные зависимости фоторазрядки ФР

2.6.3.

3. Характеристика созданного скрытого электростатического изображения

2.6.4.

4. Основные параметры процесса экспонирования

2.6.5.

Литература по процессу экспонирования (тема № 7)

2.7.

Тема № 8. Процесс проявления растровой структуры

2.7.1.

1. Сущность и физические основы процесса проявления

2.7.2.

2. Основные зависимости процесса проявления растровой структуры

2.7.3.

3. Магнитная кисть - наиболее распространенный метод проявления

2.7.4.

4. Метод жидкостоного проявления

2.7.5.

5. Основные параметры процесса проявления

2.7.6.

Литература по процессу проявления (тема № 8)

2.8.

Тема № 9. Оценка качества цифрового изображения

2.8.1.

1. Общая характеристика электрофотографического процесса

2.8.2.

2. Критерии оценки выходных параметров цифрового изображения

2.8.3.

3. Параметры энергетического преобразования информационного сигнала

2.8.4.

4. Пространственныо-частотные параметры

2.8.5.

5. Цветовые параметры

2.8.6.

Литература по вопросам оценки качества цифрового изображения (тема № 9)

2.9.

Заключение части I

2.9.1.

1. Резюме

2.9.2.

2. Контрольные вопросы по процессу

3.

Часть II. Технология

3.1.

Тема № 10. Цветосинтез

3.1.1.

1. Основы цветосинтеза и методы его реализации

3.1.2.

2. Стадии триадного цветосинтеза

3.1.3.

3. Технологические варианты цветосинтеза

3.1.4.

Литература по вопросу цветосинтеза (тема № 10)

3.2.

Тема 11. Варианты и возможности

3.2.1.

1. Обобщение вариантов технологии воспроизведения цветного ЭФГ-изображения

3.2.2.

2. Варианты цветного копирования физических оригиналов

3.2.3.

3. Варианты воспроизведения цветных документов компьютерной информации

3.2.4.

4. Аппаратурные возможности технологии современной цветной электрофотографии

3.2.5.

5. Альтернативные технологии воспроизведения цветного изображения

3.2.6.

Литература по вопросу анализа вариантов и возможностей (тема № 11)

3.3.

Тема № 12. Сущность цифровой технологии

3.3.1.

1. Направления развития технологий цифровой печати

3.3.2.

2. Электрофотографическая технология цифровой печати

3.3.3.

3. Технологические особенности лазерной записи

3.3.4.

4. Возможности ЭФГ-технологии и ее место среди других технологий

3.3.5.

Литература по цифровым технологиям (тема № 12)

3.4.

Тема № 13. Компьютерная обработка

3.4.1.

1. Принципы допечатной цифровой обработки информации

3.4.2.

2. Оцифровка одноцветного изображения

3.4.3.

3. Оцифровка цветного изображения

3.4.4.

4. Компьютерная обработка цветного изображения и его воспроизведение

3.4.5.

Литература по компьютерной обработке (тема № 13)

3.5.

Тема № 14. Формирование растровой структуры

3.5.1.

1. Сущность цифрового метода формирования растровой струк

3.5.2.

2. Характеристика растровой структуры

3.5.3.

3. Модулирование точек в растровой структуре изображения и параметры качества

3.5.4.

Литература по растровой структуре (тема № 14)

3.6.

Тема № 15. Базовые структурные элементы

3.6.1.

1. Состав и общая характеристика базовых структурных элементов

3.6.2.

2. Взаимодействие базовых структурных элементов при построении изображения цифровой печати

3.6.3.

3. Критерии оценки качества базовых структурных элементов

3.6.4.

Литература по базовым структурным элементам (тема № 15)

3.7.

Тема №16. Реализация лазерного экспонирования

3.7.1.

1. Оптико-механическая развертка лазерного луча

3.7.2.

2. Линейка светоизлучающих диодов

3.7.3.

3. Другие варианты лазерной развертки

3.7.4.

4. Выбор режима лазерного экспонирования

3.7.5.

5. Работа в оптимальном режиме

3.7.6.

Литература по лазерному экспонированию (тема № 16)

3.8.

Тема № 17. Реализация цветного проявления

3.8.1.

1. Монохромные технологические узлы проявления

3.8.2.

2. Цветные технологические узлы проявления

3.8.3.

3. Сменные блоки узлов типа картриджа

3.8.4.

4. Выбор режима цветного проявления

3.8.5.

Литература по цветному проявлению (тема № 17)

3.9.

Тема № 18. Реализация вспомогательных этапов

3.9.1.

1. Узел зарядки

3.9.2.

2. Узел переноса

3.9.3.

3. Узел закрепления

3.9.4.

4. Узел очистки

3.9.5.

Литература по вспомогательным процессам (тема № 18)

3.10.

Тема № 19. Варианты схемного построения

3.10.1.

1. Общая характеристика структуры аппаратуры цифровой печати

3.10.2.

2. Варианты реализации и состав цветной аппаратуры

3.10.3.

3. Одноцилиндровый вариант

3.10.4.

4. Двухцилиндровый вариант

3.10.5.

5. Многоцилиндровый вариант

3.10.6.

6. Вариант ЭФГ-офсета

3.10.7.

Литература по схемному построению (тема № 19)

3.11.

Тема № 20. Эксплуатационные характеристики

3.11.1.

1. Эксплуатационные параметры и стоимость аппаратуры цифровой печати

3.11.2.

2. Себестоимость оттисков цифровой печати

3.11.3.

3. Тенденции изменения эксплуатационных характеристик аппаратуры

3.11.4.

4. Цифровая печать специального назначения

3.11.5.

Литература по эксплуатационным характеристикам (тема № 20)

3.12.

Заключение части II

3.12.1.

1. Резюме

3.12.2.

2. Контрольные вопросы по технологии

4.

Часть III. Аппаратура

4.1.

Тема № 21. Классификация и динамика развития аппаратуры

4.1.1.

1. Основные составные элементы цифровой фотографии

4.1.2.

2. Категории аппаратуры современной цветной электрофотографии

4.1.3.

3. Динамика выпуска аппаратуры

4.1.4.

Литература по основным категориям и динамике развития (тема № 21)

4.2.

Тема № 22. Хронология выпуска и формирование рынка

4.2.1.

1. Хронология выхода на рынок цветных аппаратов

4.2.2.

2. Анализ ежегодного прироста парка моделей цветной аппаратуры

4.2.3.

3. Формирование рынка цветной аппаратуры

4.2.4.

4. Аппаратура цифровой печати на фоне развития информатики

4.2.5.

Литература по хронологии выпуска аппаратуры (тема № 22)

4.3.

Тема № 23. Одноцветная аппаратура цифровой печати

4.3.1.

1. Категории одноцветной аппаратуры цифровой печати

4.3.2.

2. Одноцветные копировальные и выводные аппараты

4.3.3.

3. Одноцветные лазерные принтеры

4.3.4.

4. Обобщенные характеристики одноцветной аппаратуры ЦП

4.3.5.

Литература по одноцветным аппаратам цифровой печати (тема № 23)

4.4.

Тема № 24. А. Цветные цифровые копировальные аппараты

4.4.1.

1. Структура и основные функции цветных цифровых копировальных аппаратов

4.4.2.

2. Параметры аппаратуры и динамика ее производительности

4.4.3.

3. Конструктивные особенности аппаратуры

4.4.4.

Литература по цветным цифровым копировальным аппаратам (тема № 24)

4.5.

Тема № 25 В. Цветные копировально-выводные аппараты

4.5.1.

1. Структура и основные функции цветных копировально-выводных аппаратов

4.5.2.

2. Параметры аппаратуры и динамика ее производительности

4.5.3.

3. Конструктивные особенности аппаратуры

4.5.4.

Литература по цветным копировально-выводным аппаратам (тема № 25)

4.6.

Тема №26. С. Цветные лазерные принтеры

4.6.1.

1. Назначение, развитие и основные функции цветных лазерных принтеров

4.6.2.

2. Параметры принтеров и динамика их производительности

4.6.3.

3. Конструктивные особенности принтеров

4.6.4.

Литература по цветным лазерным принтерам (тема № 26)

4.7.

Тема № 27. D. Цветные цифровые печатные машины

4.7.1.

1. Назначение и отличительные особенности цветных цифровых печатных машин

4.7.2.

2. Параметры печатных машин и динамика их производительности

4.7.3.

3. Конструктивные особенности печатных машин

4.7.4.

Литература по цветным цифровым печатным машинам (тема № 27)

4.8.

Тема № 28. Е. Репрографические информационные системы оперативной печати

4.8.1.

1. Назначение и особенности репрографических информационных систем

4.8.2.

2. Оперативная цифровая печать как выходное звено РИС

4.8.3.

3. Информационные системы на базе ЭФГ-технологии цифровой печати

4.8.4.

4. Эффективность использования технологии цифровой печати

4.8.5.

5. Тенденции развития электрофотографических РИС

4.8.6.

Литература по репрографическим информационным системам оперативной печати (тема № 28)

4.9.

Тема № 29. <?xml version="1.0"?>
. Общий уровень развития аппаратуры

4.9.1.

1. Общий рост выпуска аппаратуры цифровой печати и лидирующие фирмы

4.9.2.

2. Сопоставление динамики производительности аппаратуры и лидирующие модели

4.9.3.

3. Основные структурные изменения лидирующих моделей аппаратуры

4.9.4.

4. Общие тенденции развития аппаратуры

4.9.5.

Литература по вопросам оценки общего уровня развития аппаратуры (тема № 29)

4.10.

Тема № 30. Вопросы стандартизации аппаратуры

4.10.1.

1. Номенклатура параметров аппаратуры

4.10.2.

2. Кодовые номера цветной аппаратуры

4.10.3.

3. Стандартизация параметров качества

4.10.4.

4. Стандартизация печати переменных данных

4.10.5.

Литература по вопросам стандартизации (тема № 30)

4.11.

Тема № 31. Карта развития цветной электрофотографии

4.11.1.

1. Составление карты развития цветной электрофотографии

4.11.2.

2. Характеристика этапов развития

4.11.3.

3. Принципы распределения аппаратуры ЦП по классам производительности

4.11.4.

Литература по карте развития цветной электрофотографии (тема № 31)

4.12.

Тема № 32. Цветная электрофотография начала нового века

4.12.1.

B. Копировально-выводные аппараты (тема № 25)

4.12.2.

C. Лазерные принтеры (тема № 26)

4.12.3.

D. Цифровые печатные машины (тема №28)

4.12.4.

Е. Репрографические информационные системы на базе цифровой аппаратуры (тема №28)

4.12.5.

<?xml version="1.0"?>
. Общее состояние аппаратуры (тема №29)

4.12.6.

Литература по цветной электрофотографии начала нового века (тема № 32)

4.13.

Заключение части III

4.13.1.

1. Резюме

4.13.2.

2. Контрольные вопросы по аппаратуре

5.

Приложение

5.1.

1. Основные этапы развития электрофотографии

5.2.

2. Словарь терминов

5.2.1.

3. Определение основных параметров

Список сокращений

Указатели
189   указатель иллюстраций
Типичный вариант классического электрофотографического процесса Разновидности электрофотографического процесса Последовательность этапов цветной электрофотографии (вариант «а») Последовательность этапов цветной электрофотографии (вариант «б») Компоненты ФР и элементы скрытого электростатического изображения Вольто-кулоновые характеристики для положительной (+) и отрицательной (-) зарядки [11] Структура основных типов ФР (а) и их распространенность в ЭФГ-аппаратуре (б) [5, 8] Схемы технологических узлов полива слоев ФР [4] Характеристика чувствительности (левая шкала) и экспозиции полуспада потенциала (правая шкала) для ЭФГ-органических ФР производства различных фирм (сплошные линии) по сравнению с аналогичными характеристиками Se/Te слоев, а также фотографических и везикулярных пленок (пунктирные линии) [4, 6] Спектральная чувствительность ФР различных типов [12] Спектральная чувствительность ФР различных типов [10]

Тема № 2. История

Тема № 3. Классическая электрофотография

Тема № 4. Цифровая электрофотография

Тема № 5. Фоторецепторы

Тема № 6. Проявители

Тема № 7. Процесс лазерного экспонирования

Тема № 8. Процесс проявления растровой структуры

Тема № 9. Оценка качества цифрового изображения

История возникновения электрофотографии дальнейший ход ее развития рассматривается в следующей последовательности:

1. Раннее развитие электрофотографии

2. Становление классической электрофотографии

3. Истоки цветной электрофотографии

4. Появление электрофотографической технологии цифровой печати

5. Этапы позднего развития электрофотографии

История электрографииЭлектрография - метод получения изображения, основанный на физических явлениях взаимодействия электростатических зарядов в фотополупроводниковых и диэлектрических материалах и средах. В зависимости от методов записи подразделяется на электростатографию, электрофотографию, электрорадиографию, электрорентгенографию и др (и электрофотографии, как частного случая, в том числе) подробно анализируется в серии статей Е. Л. Немировского [1] и В.Г. Чепенко [19].

На ранней стадии развития электрофотографии можно выделить [2] четыре этапа, которые охарактеризованы в табл. 2.1. Первое упоминание о возможности записи с помощью электричества появилось в конце XVIII столетия и связано с именем Г. X. ЛихтенбергаGeorg Christofor Lichtenberg (1742-1799) - немецкий писатель, публицист и ученый. Профессор Геттингенского университета. В области экспериментальной физики он был известен исследованиями искрового разряда на границе раздела твердого диэлектрика и газа, в частности исследованиями картины распределения искровых каналов, стелющихся на поверхности диэлектрика при так называемом скользящем искровом разряде и образующих фигуры, впоследствии получивших название фигур Лихтенберга.

В 1778 г. на заседании Королевского общества наук в Геттингене Лихтенберг сделал сообщение «О новом методе исследования природы и движения электрической материи», сведения о котором были опубликованы [3] еще в 1777 г. С точки зрения сегодняшнего дня способ Лихтенберга можно отнести к электростатографииЭлектростатография - метод получения изображения, основанный на локальном нанесении электростатических зарядов на диэлектрическую основу с последующей их визуализацией заряженными частицами тонера. Автор впервые использовал метод нанесения положительных и отрицательных электростатических зарядов на своеобразный диэлектрический носитель из смолы, а также применил способ визуализации этих зарядов противоположно заряженным порошком. По известным сведениям, это были первые результаты, дающие представление о возможности записи с помощью электричества. Автор предполагал применить свое изобретение в области стенографии.

Сведения о различных изобретениях, содержащих элементы электростатографииЭлементы электростатографии встречаются в работах X. Вилларси (1788), П. Риза (1853), Э. Бекверелла (1851), Й. Свана (1897), В. Кионинга (1899), К. Бюрнера (1900) и др, встречаются в конце XVIII столетия и в течение всего XIX столетия. В них еще не встречаются факты применения фоточувствительных материалов, но зарождение элементов электростатографии как бы подготавливает возникновение электрофотографии. Процессы визуализации статических зарядов уже известны их областей техники - общая.

Зарождение первых элементов электрофотографическогоЭлектрофотография - метод получения изображения, основанный на фотоэлектрических явлениях в высо-коомных фотополупроводниках и на взаимодействии электростатических зарядов в диэлектрических средах во время визуализации предварительно созданного зарядного рельефа процесса относится к самому концу XIX столетия [4].

На первых подступах к электрофотографии исследователи и изобретатели еще брали за основу не фотоэлектрические, а электролитические процессы. При этом методом электролиза на материал наносился слой красителя, по конфигурации повторяющий фигурный электрод. Действие света использовалось для усиления процесса электролитического осаждения меди при изготовлении клише. Только в 1907- 1909 годах появился ряд германских патентов на способ и устройство для осуществления способа передачи на расстояние изображений с помощью селена - будущего основного элемента классической электрофотографии.

Способ регистрации световой информации путем использования фотопроводимости был предложен Е. ГоринымЕфим Евграфович Горин (1881 - 1951) - русский изобретатель (1916). Впервые появляется термин «электрофотография». По методу Горина полупроводниковый слой наносился на торцы металлической щетки в плоскости проецируемого изображения. Действие света усиливало проходящий через щетку ток и изменяло окраску электрохромной бумаги. Изобретение осталось нереализованным, а различные варианты применения фоточувствительных элементовФоточувствительные элементы встречаются в работах О. Бронка 1921), А. Лучанского (1929), Ф. Гольдана (1934), де Меленэр (1932), Г. Надкакова (1932) и др (уже в виде пластин) встречаются у многих изобретателей начала XX века.

Таблица 2.1

Этапы раннего развития электрографии [2]

Untitled Document

№ этапа
Наименование этапа
Период
Основные достигнутые результаты и характерные признаки
I
Возникновение первых представ­лений о возмож­ности записи с помощью электричества
1777 г. конец XIX столетия
Способ нанесения статического заряда на диэлектриках. Визуализация статического заряда порошком
II
Зарождение отдельных элементов электрофотографи ческого процесса
конец XIX столетия — 1937 г.

Способ электролитического осаждения
красителя на фотополупроводник. Введение термина «электрофотография». Способ электрохромной записи через фотосопротивление. Визуализация зарядного рельефа на фотоэлектретах

III
Возникновение классической электрофотографии
1937-1946 гг.
Объединение известных элементов в классический электрофотографический процесс. Разработка слоев, плавких тонеров, проведение исследований процесса силами отдельных изобретателей
IV
Практическое признание электрофотографии
1946-1957 гг.

Начало интенсивных исследований, финансируемых фирмами. Разработка процесса зарядки в коронном разряде. Разработка двухкомпонентного каскадного
и жидкостного проявителей. Получение цветных изображений. Разработка пластин со слоем аморфного селена и создание фотополупроводниковых бумаг, разработка вариантов процесса и их исследование. Выпуск первых электрофотографических аппаратов. Организация специализи­рованных фирм и институтов

Примечание: продолжение - см. в табл. 2.2.

В 1928 г. П. Шеленьи начал проявлять полученный на экране ЭЛТ потенциальный рельеф, опыливая его мелкораздробленным красителем. В 1932 г. был предложен метод избирательно го переноса слоя порошка, контактирующего с фоточувствительной пластиной.

Итак, усилиями отдельных изобретателей были созданы основные элементы электрофотографического процесса. Эти элементы завуалированы, так как технические решения, где они применяются в основном далеки от сегодняшнего понятия электрофотографии и дальнейшего развития не получили. Однако эти элементы послужили основой для создания электрофотографического процесса. Предстояло их объединить в одно целое - то, что мы сейчас называем классической электрофотографией.

Возникновение классической электрофотографии со всеми характерными элементами связано с именем Честера КарлсонаChester Floid Carlson (1906-968) - американский изобретатель - он разработал процесс в его настоящем пониманий.

Работая в патентных фирмах, Карлсон имел дело с копированием документов, что тогда было доступно только путем перепечатывания или фотографирования. В 1935 г. он начал поиски новых, более быстродействующих методов копирования. Сначала это были процессы, основанные на применении электрохромных материалов в сочетании с фотополупроводниковым слоем между электродами. Однако получаемые токи были слишком слабые для визуализации качественного изображения. Идея Шеленьи о порошковой визуализации способствовала возникновению патента Карлсона [5], заявленного в 1937 г. и описывающего процесс электрофотографии. В патенте [6], заявленном в 1939 г. и выданном в 1942 г. имеются уже все элементы классической электрофотографии (тема № 3).

Создавая основы классической электрофотографии, Карлсон встретился [7] с большими трудностями, характерными для многих изобретателей. Делал макеты аппаратуры, пытался заинтересовать изобретением различные фирмы, но безуспешно. Только в 1944 г. более широкие исследованияПервые исследования проводились под руководством Р. Шафферта (R. Schaffert) были начаты в Институте им. Баттеля в городе Коломбус. Были изготовлены слои из возогнанного антрацена и серы на цинковых пластинах, получены плавкие тонеры, проведены исследования процесса. Благодаря проведенным исследованиям и разработке новых материалов, качество и стабильность результатов улучшилось. И если сначала многие на электрофотографию смотрели как на странный процесс, который может найти ограниченное применение в области графических искусств, то впоследствии прорисовались возможности ее применения в копировально-множительной технике. Начался этап расширения исследований и первого практического применения.

Интенсивное развитие электрофотографии началось с того момента, когда американские фирмы почувствовали возможность ее практического применения в аппаратуре [8,9] и предстоящие большие прибыли. Ориентировочно это можно отнести к 1946 г. В этом году лицензии на патенты Карлсона приобрела фирма «Halloid Со» (г. Рочестер) и стала финансировать исследования в данной области. Эра изобретателей - одиночек и отдельных групп - в электрофотографии кончилась, образовались небольшие коллективы исследователей и разработчиков. В 1947-1948 годах были сделаны первые публичные сообщения о новом методе с большой рекламой в печати. Уже в 1950 г. фирма «Halloid Со» создала первые ЭФГ-аппараты: оборудование для изготовления форм офсетной печати Xerox Litmaster и плоскостной электрофотоаппарат Xerox Camera № 1. В 1953- 1955 годах начались работы по созданию автоматизированных ротационных копировальных машин.

В России работы в области электрофотографии начали проводиться с 1949 г. в НИКФИРаботы в НИКФИ были прекращены, так как был сделан вывод [ 1 ] о неперспективности их продолжения. С 1955 г. эти работы продолжались в НИИполиграфмаше (г. Москва).

В Литовской Республике работы в области электрографии [10, 11] были начаты в 1955 г. изобретателем И. ЖилевичемИван Иосифович Жилевич (Jonas Zilevicius, 1911 - 1980) - литовский изобретатель, первый руководитель Вильнюсского филиала Московского НИИ полиграфического машиностроения, а с 1957 г. - самостоятельного специализированного Научно-исследовательского института электрографии (позднее - Институт электрографии «Эльматронас») [10].

Рубеж 1957 г. можно принять за условную границу завершения IV этапа раннего развития электрофотографии. В этом году возникают специализированные организации, занимающиеся только электрофотографией и ее смежными областями - это английская фирма «Rank Хеrох» (дочерняя фирма «Halloid Со») и специализированный НИИ электрографии в Литве. Кроме того, электрофотографией занялись крупные коллективы и в других организациях. Выпущены и успешно работают первые образцы аппаратуры, намечающие переворот в копировально-множительной технике. В перспективе видны и другие области применения. Открывающийся рынок сбыта аппаратуры служит огромным стимулом для фирм по расширению исследований и производства.

Практическое признание электрофотографии состоялось. Началось ее бурное развитие, этапы которого рассматриваются в табл. 2.2.

После практического признания новой, перспективной области техники, дальнейшее ее развитие уже двигалось усилиями больших коллективов крупных фирм.

Наиболее интенсивные работы проводились в области создания одноцветных (черно-белых) копировальных аппаратов и материалов, необходимых для их функционирования: фоторецепторов многократного применения и магнитных проявителей.

Были созданы первые автоматизированные копировальные аппараты. Они строились по принципу аналоговой записи изображения.

Первые копировальные аппараты в продажу не поступали. Они использовались в специально организованных бюро для обслуживания клиентуры с расчетом по количеству изготовленных копий. К таким аппаратам относится [8] созданный в 1959-196 годах фирмой «Хеrох» автоматизированный копировальный аппарат Хеrох 914 (копии размером 9x14 дюймов определили его кодовый номер). Он имел производительностьДля оценки производительности работы аппаратуры в практике установились следующие параметры: при копировании оригиналов - количество копий формата А4, получаемых в течение одной минуты, записываемое как cpm (copie per minute); при выводе компьютерной информации - количество страниц документов формата А4, выводимых в течение одной минуты, записываемое как ppm (page per minute), равную 7 cpm и приобрел широкую известность. В 1963 г. и в последующие годы фирмой были созданы типичные для того времени скоростные аппараты Хеrох 2400/3600 с производительностью соответственно 40 и 60 cpm, которые уже вышли на рынок.

В 1970- 1980 годах начались широкие исследования ЭФГ технологии в Японии. Был создан так называемый Canon-процесс [2], система однокомпонентного проявления, разработаны сменные кассеты (картриджи) для персональных аппаратов, возникла категория персональных копировальных аппаратов (PC), отличающихся малыми габаритами и простотой обслуживания.

В США и Японии ежегодно стали выпускаться десятки новых моделей копировальных аппаратов, которые монополизировали эту сферу услуг. Копировальные аппараты стали неотъемлемой частью бюро любого типа. Уже в 1980 г. объем мирового рынка аппаратов составлял 12,5 млрд USD, количество аппаратов достигло 3 млн, на которых ежегодно изготавливалось около 330 млрд копий на обычной бумаге. На мировом рынке ежегодно появлялись 70 - 80 моделей аппаратов, из них 30% с производительностью более 30 cpm. Сроки обновления моделей на рынке стали 4 - 5 лет. В начале 80-х годов на мировом рынке начали преобладать японские фирмы, которые в 1986- 1988 годах уже изготовляли более 80% моделей.

Ведущими фирмами на мировом рынке копировальных аппаратов стали фирмы «Хеrох», «Саnоn», «Kodak», IBM, «Konica», «Sharp», «Matsushita», «Minolta», «Ricoh» и др.

На фоне мировых достижений по созданию ЭФГ-аппаратуры более скромно выглядят результаты, достигнутые в бывшем СССР [18]. Во многих научных и проектных организациях велись разработки электрографических материалов и, с возрастающим отставанием по качеству [11 - 13], создавались многочисленные модели аппаратов, которые небольшими партиями выпускались на различных, мало приспособленных для этого заводах страны.

В регионе современной России работы в области электрографии проводились во многих организациях* страны (СССР).

В настоящее время российским центром по подготовке специалистов в области электрофотографии стал Московский государственный университет печатиНа факультете полиграфической технологии МГУП имеется специализация «электрография» и преподаются основы электрофотографии, готовятся инженеры по этой специальности (бывший Полиграфический институт).

(*Организации в СССР, занятые работами в области электрографии:

    - ГОСНИхимфотопроект (г. Москва) - создание прозрачных органических фоторецепторов;

    - ГОИ им. Вавилова (г. С.-Петербург) разработка ФР на базе халь-когенидных соединений;

    - НИИ полиграфмаш (г. С.-Петербург - Москва) - исследования и разработка аппаратуры полиграфического назначения.

Организации: ВНИИ оргтехники (г. Москва), Казанский оптико-механический завод, СКВ ВИНИТИ (г. Люберцы), ПО «Оргтехника» (г. Грозный), Малаховский опытно-механический завод и др. - выпуск аппаратуры)

Заметный вклад в развитие электрофотографии внес Переславский филиал ГОСНИИхимфотопроекта, затем самостоятельный научно-исследовательский фототехнический институт (НИФТИ, г. Переславль-Залесский), в настоящее время входящий в структуру ОАО «Компания Славич» с названием «НИФТИ-Славич»В «НИФТИ-Славич» проводятся исследования и разработка органических ФР и проявителей, серийный выпуск этих материалов.

В Литовской Республике работы были в основном сосредоточены в специализированном институте - НИИ электрографии (г. Вильнюс) [11 - 13]. Кроме того, работы проводились и в других организациях республики*.

(*Организации в Литовской Республике, занятые работами в области электрографии:

    - НИИ электрографии - комплексные исследования процесса и создание аппаратуры;

    - Вильнюсский университет - исследования физических основ;

    - СКВ оргтехники (г. Вильнюс) - создание и выпуск аппаратуры;

    - Каунасская бумажная фабрика - производство фотополупроводниковых бумаг;

    - Каунасский завод средств автоматизации - выпуск фоторецепторов и аппаратуры;

    - Вильнюсский завод «Швитурис» - производство проявителей и др.)

Работы в НИИ электрографии 1958 - 1988 годов характеризуются основными достижениями*, рассмотренными в обзоре [14]. Кроме того, в НИИ электрографии в течение 1985-1988 годов производились интенсивные работы [2] по созданию аппаратуры изготовления цветных диапозитивов как с цветных оригиналов, так и по компьютерной информации. Они завершились созданием опытных образцов аппаратуры (тема № 3).

Создание аппаратуры, основанной на классическом (аналоговом) варианте (тема № 3) одноцветной электрофотографии продолжается и в настоящее время [15], хотя для цветной электрофотографии сейчас используется [2] только цифровой вариант (тема № 4).

(*Основные достижения НИИ электрографии:

    1958 г. - проведение первой научно-технической конференции [12] по вопросам электрографии;

    1960 г. - создание первого репродукционного плоскостного аппарата ЭРА-1 со всеми необходимыми материалами;

    1961 г. - начало серийного производства аппарата ЭРА-Ф для изготовления офсетных печатных форм;

    1962 г. - создание первого крупноформатного ротационного аппарата РЭМ-600;

    1969 г. - создание первого настольного листового копировального аппарата РЭМ-200 КЛ;

    1980 г. - создание первого микрофильмирующего аппарата;

    1984 г. - создание первого крупноформатного цветного копировального аппарата ЭМЦ-01;

    1985 г. - создание первого аппарата для вывода информации из ЭВМ на микрофиш;

    1986 г. - создание первого малоформатного цветного копировального аппарата АЦЭ-01)

Основы цветной электрофотографии в мире стали создаваться одновременно с классической электрофотографией [16]. Еще Карлсон экспериментировал с цветными тонерами, получая разноцветные отпечатки. Полноцветные изображения с использованием предварительного цветоделения и каскадного метода проявления [15] впервые были получены в Институте им. Баттеля в 1947 г. [8, 9]. В 1955- 1959 годах в этой области начала работать американская фирма «Halloid Со», а затем и другие фирмы (RCA, «Harris Intertype» и др.). В 1960-1965 годах цветная электрофотография получила первую практическую реализацию в аппаратуре для изготовления топографических карт с жидкостным проявлением. Карты изготавливались на специальной ЭФГ-бумагеСпециальная ЭФГ-бумага - фоторецептор однократного применения, состоящий из бумажной основы повышенной электропроводимости и фоточувствительного слоя, в качестве которого обычно применялся ZnO в связующем материале. На базе применения такой бумаги была разработана [1, 16] многоцветная технология, известная под названием «Elektrofax», экспонируя на нее изображение с цветоделенных диапозитивов. В дальнейшем основные работы были направлены на создание аппаратов, работающих на обычной бумаге и предназначенных в основном для цветного копирования.

На заре становления аппаратуры цветного копирования для получения цветного изображения использовали одноцветные копировальные аппараты, экспонируя предварительно цветоделенные негативы и меняя в них черный проявитель на цветной (различного цвета). Первые сообщения о создании специализированных аппаратов [16] появились в 1965-1966 годах. В 1965 г. фирма «Remak» (Австралия) впервые продемонстрировала на выставке в Париже оборудование Electrograph для получения многоцветных корректурных отпечатков на ЭФГ-бумаге с цветоделенных микроформ. Только в 1970 г. фирма «Хеrох» впервые про демонстрировала [17] аппарат Хеrох 6500 для получения семи красочных копий со сброшюрованных оригиналов, используя метод классической электрофотографии с сухим проявлением i многократным переносом на бумагу. Это наиболее характерны! прототип цветной копировальной аппаратуры. В 1985 г. фирм; выпустила модификацию аппарата Хеrох 6500-1 для получения многоцветных копий с цветных диапозитивов. В дальнейшем развитие цветной копировальной аппаратуры, работающей по схеме «цвет-цвет», проходило в этом направлении. Серьезный им пульс в развитии аппаратуры дали работы японской фирмы «Саnоn», создавшей несколько типов аппаратов Саnоn Color и Color Lazer Copier (CLC), отличающихся особенно высоким качеством цветного изображения. Цветная копировальная аппаратура, основанная на аналоговой технологии*, получила широкое распространение. С 1987 г. эта технология была постепенно заменена на цифровую. В 1992 г. направление аналоговой цветной аппаратуры прекратило свое существование (тема № 31).

(*Характерные модели аналоговой цветной копировальной аппаратуры ведущих фирм:

    - фирма «Хеrох» - модели Xerox 6500; Хегох 1005; Хегох 1007 (выпуска 1970- 1988 гг.);

    - фирма «Саnоn» - модели Саnon-NP-Color/Color Т (выпуска 1982-1984 гг.);

    - фирма «Eastman Kodak» - модели Color EDGE; Ektaprint (выпуска 1988 г.);

    - фирма «Ricoh» - модели Color 5000; ARTAGE 5330; NC 100; NC 305 (выпуска 1985-1992 гг.);

    - фирма «Sharp» - модель СХ 7500 (выпуска 1989 г.);

    - фирма «Nashua» - модели С 240; С 302 (выпуска 1990- 1992 гг.);

    - НИИ электрографии - модели АЦЭ-01/02 (выпуска 1981 г.))

Современная цифровая цветная аппаратура различного на значения рассматривается в III части (темы № 24 - 27).

Возникновение электрофотографической технологии цифровой печати в ее сегодняшнем понимании связано с развитием рынка компьютеров и необходимости создания быстро действующих средств вывода с целью получения твердых копий изображения. Цифровая технология печати представляет co6oi (тема № 12) совокупность методов цифровой допечатной обработки изображения и технологии его воспроизведения на обычной бумаге, основанной на использовании монохромного или цветного ЭФГ-процесса в сочетании с лазерной разверткой изображения. Развитие данного направления ЭФГ-техники и технологии происходило [2, 16] практически параллельно развитии тогда основной области применения электрофотографии - копировальной техники, используя эти достижения при создании аппаратуры нового качества.

Еще в начале 60-х годов фирма IBM по лицензии от фирмы «Хеrох» стала развивать направление компьютерных принтеров Фирмой были созданы органические фоторецепторы многократно го применения на гибкой основе и системы многокомпонентной проявления. И если в 1973 г. фирма «Хеrох» создала первый ЭФГ принтер Хеrох 1200 на базе копировальных аппаратов серии 2400 3000 с модулированием излучения ксеноновой лампы, то в 1975-1976 годах фирмами IBM и «Саnоn» уже были разработаны пер вые специализированные модели, применяющие He-Ne лазеры. Это модели IBM 3800 с производительностью 215 ррm и «Саnоn» LBP 2000 С1 - 31 ррm. Быстродействующие модели принтеров на базе мощных газовых лазеров создавались фирмами «Хеrох» (Хеrох 9700), «Hitachi» (Hitachi 8196-20) и «Siemens» (ND-2).

Хотя еще в конце 70-х годов стали ясны преимущества малогабаритных полупроводниковых источников излучения, однако их применение в аппаратуре сдерживалось низкой чувствительностью ФР в ИК-области (более 800 нм). Только в середине 80-х годов усилиями фирм «Oki Electric Со» и NEC были созданы принтеры на базе применения линейки LED (Light Emitting Diode) имеющие разрешение 10-12 <?xml version="1.0"?>
и производительность 8 - 20 ррm. Новые модели таких принтеров были выпущены фирмами IBM и «Eastman Kodak» на базе ФР повышенной чувствительности. Их производительность уже достигла 92 ррm.

Эра интенсивного развития лазерной технологии печати началась с 1987 г. Под этим названием сформировались два направления (тема № 16):

    - технология с применением многоэммитерных полупроводниковых лазеров с оптико-механической разверткой изображения;

    - технология применения линеек типа LED.

Современная ЭФГ-аппаратура цифровой печати (часть Ш) основана именно на применении лазерной технологии (темы № 11 - 20).

Обобщенный взгляд на суть электрофотографии [20] был представлен выше при анализе дерева развития классической (аналоговой) и современной (цифровой) электрофотографии - см. тему № 1, рис. 1.1. Такой подход к технологическому процессу и аппаратуре, с учетом карты развития цветной электрофотографии (тема № 31), позволяет продолжить таблицу раннего развития (табл. 2.1) на последующий период - вплоть до современного уровня и сформулировать новые этапы уже позднего развития, выделяя при этом именно цветную электрофографию как наиболее общий и современный вариант. Эти этапы представлены в табл. 2.2.

Первый этап продолжает заключительный (четвертый) этап раннего развития, но уже на новом уровне, когда электрофотография получила широкое признание и практическое применение (ориентировочно - 1957 г.). Последующие этапы отражают развитие сначала аналоговой, а потом и цифровой технологии, ее превращение в единую технологию и выпуском соответствующей аппаратуры, которая в начале нового века уже становится равноправным конкурентом для офсетной печати с рядом дополнительных функциональных возможностей.

Цифровые технологии послужили общей основой для создания аппаратуры различного назначения и оказали существенное влияние на развитие оперативной малотиражной печати и полиграфического процесса в целом (тема № 29). Только на базе этих технологий сейчас создаются современные цветные ЭФГ-аппараты. Характеристика и анализ развития цифровых цветных аппаратов представлена в III части книги (темы № 24 - 27).

Таблица 2.2

Этапы позднего развития электрофотографии (цветной вариант)

Untitled Document

№ этапа
Наименование этапа
Период
Основные достигнутые результаты
I
«Предыстория» цветной электрофотографии
1957-1970 гг.
Первая аппаратурная реализация цветной электрофотографии в области топографии для создания цветных карт на ZnO-бумаге, разработка специальных аппаратов корректурной печати и многоцветного копирования
II

Практическое признание аналоговой цветовой копировальной аппаратуры

1970-1987 гг.

Выпуск первых аналоговых аппаратов цветного копирования широкого назначения, разработка технологии лазерной записи в ИК-области, создание соответствующих материалов (фоторецепторов и проявителей)

III
Утверждение в аппаратуре цифровых методов воспроизведения цветного изображения
1987-1993 гг.
Выпуск первых цифровых копировальных аппаратов и выпуск первых многофункциональных копировально-выводных аппаратов на базе единой технологии
IV

Создание современной многофункциональной аппаратуры цветной цифровой печати, основанной на единой технологии лазерной записи

1993 г. - настоящее время

Выпуск первых цветных лазерных принтеров и цифровых печатных машин, выпуск цветной аппаратуры только на базе единой технологии цифровой печати.
Стирание границ между многофункциональными аппаратами.
Широкое применение машин для оперативной цифровой печати малых тиражей персонализируемых документов и книг. Достижение уровня качества

Обобщая исторические аспекты развития электрофотографии, видим, что здесь необходимо различать:

    - классическую электрофотографию, основанную на приме нении аналоговой технологии (тема № 3);

    - современную электрофотографию, основанную на применении цифровых технологий воспроизведения изображения (тема № 4).

Цветная электрофотография, возникшая еще в рамках классической электрофотографии, в настоящее время продолжает свое развитие только на базе применения цифровых технологий (тема № 31).

Общий взгляд на весь исторический ход развития электрофотографии [20] отражен в хронологической цепочке основных событий (см. Приложение 1, рис. П1).

    1. Немировский Е. Л. История электрографии //Флексо Плюс, 1999, № 1 -6//Флексо Плюс, 2000, № 1-3.

    2. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. - М.: Изд-во МГУП, 1999. - 438 с.

    3. Lichtenberg G. Ch. //Novi Comment. Goffingen, - 1777. - № 8. - P. 168.

    4. //ЖНиПФиК - 1978. - Т. 23. Вып. 2. - С. 138.

    5. Carlson Ch. F. Пат. США, 2221776, 1940.

    6. Carlson Ch. F. Пат. США 2297691, 1942.

    7. Carlson Ch. F. /Symposium III on Unconventional Photographic System, Waschington, DC, 1971. - P. 212.

    8. Xerography and Related Processes. - London and New York: Focal Press, 1965. - 520 p.

    9. Вопросы электрографии. - M.: Изд-во иностр. литер., 1965. - 258 с.

    10. Жилевич И. И., Немировский Е. А Электрофотография. - М.: Искусство, 1961. - 128 с.

    11. Электрофотография и магнитография. - Вильнюс: Институт научно-тех. инф., 1959. - 383 с.

    12. Электрофотография и магнитография. - Вильнюс: Институт научно-тех. инф., 1965. - 374 с.

    13. Электрофотография и магнитография. - Вильнюс: Минтис, 1972. - 692 с.

    14. Сидаравичюс Й., Сувейздис Э. // Журнал научн.-прикл. фотографии, - 1993. - Т. 38. № 2. - С. 51-67.

    15. Schein L. Electrophotography and Development Physics. - Morgan Hill, California: Loplacian Press, 1996. - 355 p.

    16. Харин О., Сувейздис Э. Цветная электрофотография. - М.: Воен. изд., 1996. - 227 с.

    17. //Plan and Print - 1973. - V. 46, № 7. - P. 28-32.

    18. Харин О., Сувейздис Э. //Laser Press. - 1998. - № 1. - С. 12-13.

    19. Чепенко В. Электрография: становление и развитие // Digital Printing Magazine: - 2003. № 1, 2, 3/4, 5/6. - 2004. № 3, 5/6.

    20. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография: дерево развития и хронология основных событий (в печати).

Электрофотографический (ЭФГ) процесс разнообразен, но его основные этапы уже стали типовыми и составляют так называемый классический вариант, который находит широкое применение при создании аналоговой аппаратуры различного назначения. Классический вариант довольно хорошо известен [1-3], поэтому мы ограничиваемся лишь кратким рассмотрением прохождения его этапов в их взаимосвязи, отвечая на следующие основные вопросы:

    1. Суть классического варианта и характеристика его типовых этапов

    2. Разновидности классического варианта

    3. Реализованные возможности классической электрофотографии

ЭФГ-процесс можно представить в виде преобразователя информации [4], имеющего вход (объект) и соответствующий ему выход (изображение). Световое поле информационного входа воспринимается преобразователем (одновременно или по элементам) и, после соответствующих изменений, по цепочке: модулированный световой поток <?xml version="1.0"?>
распределение зарядов <?xml version="1.0"?>
электрическое поле <?xml version="1.0"?>
тонер, получаем распределение частиц тонера, составляющее изображение объекта, т. е. информационный выход.

Информационным входом для ЭФГ-аналоговой аппаратуры может быть: типографский, картографический, машинописный, рукописный (одноцветный, многоцветный или полноцветный) оригинал. В отдельных случаях это может быть микроформа оригинала или комплект цветоделенных диапозитивов.

Информационным выходом может быть: факсимильная и отредактированная копия оригинала, увеличенная копия микроформы, микроформа оригинала или ее копия.

Информационный выход это одноцветное, многоцветное или полноцветное изображение чаще всего полученное на бумаге или на фоторецепторе однократного применения, в тот числе прозрачном.

ЭФГ-процесс состоит из нескольких, последовательно выполняемых основных и дополнительных этапов. Перед началом: рассмотрения функций и физических основ этих этапов целесообразно взглянуть на процесс как на одно целое. Для этой цели наиболее подходит вариант ЭФГ-процесса, реализуемый в копировальной аппаратуре (рис. 3.1).

Типичный вариант классического электрофотографического процесса

Рис. 3.1. Типичный вариант классического электрофотографического процесса: I - зарядка (электризация); II - экспонирование; III - проявление; IV - перенос; V - закрепление; VI - очистка. 1 - основа; 2 - электрофотографический слой; 3 - электризатор; 4 - оригинал; 5 - объектив; 6 - тонер; 7 - бумага; 8 - электризатор переноса; 9 - закрепляющие валики; 10 - копия; 11 - устройство очистки

Первый этап получения изображения - это зарядка (электризация) фоторецептора (ФР). Для этой цели обычно используется электризатор коронного разряда, с помощью которого ФР равномерно покрывается электростатическими зарядами той или иной полярности. Заряженный электрофотографический слой (ЭФС) фоторецептора становится светочувствительным. На втором этапе на этот слой проецируется оптическое изображение оригинала. Из-за снижения электросопротивления освещенных участков, которое пропорционально количеству освещения (экспозиции), происходит нейтрализация поверхностных зарядов ЭФС. Оставшиеся после экспонирования электрические заряды образуют так называемое скрытое электростатическое изображение (СЭИ). Это изображение делается видимым на этапе проявления (этап III) путем избирательного осаждения заряженных частиц тонера. Следующим IV этапом является перенос. На ФР с тонерным изображением накладывается воспринимающая основа (чаще всего бумага), и под действием внешнего электростатического поля частицы тонера отрываются от ФР и переходят на эту основу. Воспринимающая основа отделяется, и тонерное изображение на ней закрепляется (этап V). ФР очищается от остатков тонера (этап VI) и подготавливается к новому циклу ЭФГ-процесса.

Рассмотрим перечисленные этапы более подробно.

I. Зарядка

Зарядка (синоним: электризация) ФР (тема № 5) является первым, подготовительным этапом в процессе получения электрографического изображения. Она выполняется непосредственно перед экспонированием. Функция зарядки - это очувствление ФР путем нанесения на него электростатических зарядов, создающих некоторый потенциал ЭФС относительно его электропроводящей основы.

Сущность процесса зарядки - осаждение в электрическом поле на поверхность ЭФС положительных или отрицательных (в зависимости от выбранной полярности) ионов воздуха. Осажденные ионы образуют поверхностный электростатический заряд + q.

Индуцированные компенсирующие заряды противоположной полярности (- q) располагаются на границе фотополупроводникового и электропроводящего слоя или в объеме фотополупроводника, образуя так называемый заряд экранирования. Таким образом, заряженный ЭФС (по аналогии с заряженным конденсатором) представляет собой электрически нейтральную систему, внутри которой существует сильное электростатическое поле порядка ( <?xml version="1.0"?>
) В/м. В целом эта система неравновесная. Длительное сохранение потенциала в темноте возможно только в том случае, когда осажденные и экранирующие заряды фиксированы во времени. Любое их перемещение в направлении действия внутреннего электрического поля приводит к уменьшению потенциала ЭФС. Неподвижность зарядов в фотополупроводнике возможна при локализации на объемных или поверхностных уровнях, а также при наличии достаточно высокого потенциального барьера на границе с электропроводящей основой или у поверхности. Уменьшение потенциала в темноте вызывается появлением свободных носителей заряда в фотополупроводнике, которые могут возникнуть в результате термической генерации или туннельного перехода.

Зарядка ЭФГ-ФР может осуществляться различными методами, среди которых наиболее распространен коронный разряд. Суть коронного разряда - ионизация воздуха при больших градиентах электростатического поля. В зоне коронного разряда у коронирующего электрода (острия или тонкой проволочки) образуется комплекс ионов, часть которых осаждается на поверхность ФР. При положительной полярности зарядки осаждаются кластерные ионы типа <?xml version="1.0"?>
, но могут присутствовать и гидратированные ионы окислов азота. При отрицательной полярности зарядки носителями заряда в основном являются кластеры типа <?xml version="1.0"?>
. Обильно выделяющиеся ионы кислорода (<?xml version="1.0"?>
) стабильных поверхностных зарядов не создают, но способствуют образованию озона (<?xml version="1.0"?>
).

В процессе зарядки ионы из зоны коронного разряда, имеющие ту же полярность, что и коронирующий электрод, увлекаются электрическим полем, образуя ток короны, и создают потенциал ФР*, выражаемый формулой (3.1).

(*Потенциал ФР: <?xml version="1.0"?>
, где <?xml version="1.0"?>
- ток, текущий на заряжаемый ЭФС; d - толщина ЭФС; <?xml version="1.0"?>
- электрическая постоянная; <?xml version="1.0"?>
- относительная диэлектрическая проницаемость ЭФС; v - скорость перемещения заряжаемого ЭФС; q - поверхностная плотность заряда, наносимого на ЭФС)

При функционировании ЭФГ-аппаратуры обычно ограничиваются контролем потенциала зарядки, который должен соответствовать паспортному значению номинального потенциале для используемого типа ФР (<?xml version="1.0"?>
) или превышать его на величину, компенсирующую темновой спад потенциала с момента завершения процесса зарядки до момента визуализации сформированного СЭИ (если такой спад существенен). Изменение потенциала зарядки обычно достигается путем изменения потенциала коронирующего электрода электризатора.

После прекращения процесса зарядки, из-за темнового спада, потенциал ФР уменьшается (уменьшение наиболее значительно в первые секунды). Указанное явление описывается характеристикой темнового спада и численно выражается абсолютным или процентным уменьшением потенциала за определенный отрезок времени. Для некоторых типов ФР этот параметр существенно зависит от предыстории хранения, а также от режима зарядки и внешних климатических условий. В силу указанных причин скорость темнового спада потенциала может варьироваться от нескольких до десятков процентов в минуту. С этой величиной должно быть согласовано значение рабочего потенциала, а также продолжительность последующих этапов формирования изображения, так как значительный темновой спад снижает электростатический контраст СЭИ и отражается на качестве проявленного изображения.

Конструктивные решения (тема № 18) устройств коронной зарядки (электризаторов) в подавляющем большинстве моделей ЭФГ-аппаратов идентичны. Основными конструктивными элементами являются коронирующий электрод и экран, предназначенный для стабилизации коронного разряда. Электризатор, содержащий только эти элементы, называется коротроном.

Самостоятельную группу составляют электризаторы, отличающиеся от коротронов наличием сетки, расположенной между коронирующим электродом и заряжаемым ФР, на которую подается потенциал смещения определенной полярности. Такие электризаторы получили наименование скоротронов. Введение управляющего электрода-сетки дает возможность осуществлять зарядку ФР до заданной контролируемой величины, предотвращает пробои ЭФС и повышает срок службы ФР.

Процесс зарядки в цветной электрофотографии существенных отличий не имеет. Обязательным условием является сохранение одинакового уровня потенциала зарядки ФР в каждом цикле накопления цветного изображения. При необходимости используется контроль потенциала и вводится коррекция в режим зарядки.

II. ЭкспонированиеЭкспонирование подробно рассматривается в следующих темах: Тема № 7. Процесс лазерного экспонирования. Тема № 16. Реализация лазерного экспонирования

Функцией последующего этапа - экспонирования является образование на ФР зарядного рельефа - скрытого электростатического изображения. Сущность процесса экспонирования - избирательная нейтрализация осажденного в процессе зарядки электростатического заряда, т. е. фоторазрядка ФР под действием модулированного светового потока.

Интенсивность фоторазрядки зависит от экспозиции*, которая определяется количеством энергии, сообщаемой ФР, и выражается по формуле (3.2).

(*Экспозиция: <?xml version="1.0"?>
, где <?xml version="1.0"?>
- эффективная облученность ФР; t - время облучения)

При описании процесса экспонирования основными являются критерии, определяющие вход и получаемый результат, т. е. номинальная экспозиция и номинальный электростатический контраст. Их связь может быть установлена по характеристической кривой ЭФГ-процесса экспонирования <?xml version="1.0"?>
(тема № 9).

ЭФГ-процесс, в отличие от обычной фотографии, допускает промежуточный контроль получаемого изображения, начиная с первых этапов технологического цикла. Потенциал ФР обычно измеряется бесконтактным методом, для чего используются индукционные приборы типа динамических электрометров с вибрирующим электродом [1]. Электрические методы позволяют определить уровень зарядки ФР, темновой спад потенциала, кинетику и величину фоторазрядки и даже микрораспределение зарядного рельефа СЭИ. Таким образом, параметры изображения в какой-то мере могут быть установлены еще до проявления частицами тонера.

Техническая реализация процесса экспонирования в аппаратуре весьма разнообразна. Оптико-осветительная система копировальной аппаратуры обычно содержит осветительные и проекционные устройства. Осветительные устройства обеспечивают освещение оригинала и состоят из ламп, отражателей, конденсора и элементов конструкции. Проекционные устройства воспроизводят оптическое изображение оригинала в плоскости ФР и состоит из линзовых, зеркально-линзовых, световодных (градановых) систем с щелевыми диафрагмами и другими элементами. В копировальной аппаратуре распространены два типа проекционных систем экспонирования - покадровое проецирование и построчная (щелевая) развертка изображения оригинала. При покадровом экспонировании оптико-осветительная система остается неподвижной. Освещается и проецируется на поверхность ФР одновременно весь оригинал. Однако такие системы в основном используются в микрографической аппаратуре и непригодны для ФР цилиндрической формы. Поэтому наибольшее распространение получили системы построчного (щелевого) проецирования узкой полоски оригинала. Они более компактны и менее энергоемки, что позволяет увеличить производительность аппаратуры. Построчное проецирование может быть решено двумя методами. Первый метод - так называемое стационарное исполнение, когда элементы оптико-осветительного устройства остаются неподвижными, а развертка изображения оригинала осуществляется за счет синхронного перемещения ва оригинала и ФР. Метод нашел применение в основном в низкоскоростных аппаратах. Второй метод - подвижный вариант, когда проецирование изображения оригинала осуществляется при перемещении элементов самой оптико-осветительной системы. Этот вариант чаще всего используется в малоформатных конторских копировальных аппаратах. В современных электрофотографических аппаратах для копирования конструкторской документации обычно применяется линейная градановая оптика. В цифровых копировально-множительных аппаратах, где изображение оригинала считывается электронными методами и, после аналого-цифровой обработки, воспроизводится системой развертки, процесс экспонирования как бы разрывается на две части - считывания и развертки (тема № 7).

Скрытое электростатическое изображение, сформированное в процессе экспонирования, визуализируется благодаря взаимодействию электростатического поля этого изображения с заряженными частицами тонера. Взаимодействие происходит в зоне проявления, обычно ограничиваемой, с одной стороны, электрофотографическим слоем, а с другой - контрэлектродом узла проявления (например, проявляющим валиком магнитной кисти). Поэтому прежде чем перейти непосредственно к процессу проявления целесообразно рассмотреть основные характеристики поля СЭИ* в упомянутой зоне.

(*Характеристики поля СЭИ

Напряженность электростатического поля <?xml version="1.0"?>
в зоне проявления в общем случае может быть найдена из уравнения: <?xml version="1.0"?>
, (3.3), где U - потенциал в данной точке зоны проявления.

Для двухмерного распределения зарядов СЭИ обычно определяются нормальная (перпендикулярная к поверхности ФР) <?xml version="1.0"?>
и тангенциальная (горизонтальная) <?xml version="1.0"?>
составляющие <?xml version="1.0"?>
: <?xml version="1.0"?>
, (3.4), где x, z - координаты расчетной точки в зоне проявления.

Распределение электростатического поля СЭИ удобно изобразить семейством эквипотенциональных и силовых линий. Эквипотенциальные линии рассчитываются как геометрическое место точек, в которых потенциал одинаков: U = f(x,z) = const (3.5)

Направление вектора <?xml version="1.0"?>
в любой точке зоны проявления определяется по силовым линиям. Силовые линии проводятся таким образом, что в каждой точке пространства направление касательной к линии совпадает с направлением вектора <?xml version="1.0"?>
в данной точке. Касательная к силовой линии <?xml version="1.0"?>
(3.6).

Интегрируя, получаем уравнение силовой линии: <?xml version="1.0"?>
(3.7), где <?xml version="1.0"?>
- координата начала или конца линии.

Плотность силовых линий, перпендикулярно пересекающих элементарную площадку поверхности, пропорциональна напряженности электростатического поля на этой площадке.

Анализ картины распределения эквипотенциальных и силовых линий, а также формы составляющих <?xml version="1.0"?>
= f (х) и <?xml version="1.0"?>
= f (х) позволяет выявить основные закономерности поля СЭИ в зоне проявления (тема № 7))

Если ФР заряжен равномерно, а контрэлектрод отсутствует, то поверхность ЭФС эквипотенциальна и электростатическое поле над этой поверхностью равно нулю. Аналогичная картина в этом случае наблюдается и для больших равномерно заряженных участков ФР. Фиксируемое электростатическое поле обнаруживается только по краям заряженных участков [1, 2]

При наличии контрэлектрода картина существенно меняется. Поле, созданное поверхностным зарядом ФР, распределяется между ЭФС и зоной проявления. Распределение поля в зоне проявления обусловливается геометрическими параметрами зоны, пространственной частотой, формой и электростатическим контрастом СЭИ, а также местом расположения экранирующих зарядов в фотополупроводнике. Существенное влияние оказывает потенциал контрэлектрода, создающий так называемый потенциал смещения.

При получении цветного изображения [5] процесс экспонирования повторяется три раза, причем каждый раз цветной оригинал считывается через сменные цветоделительные фильтры синего, красного или зеленого цвета (тема № 11). При выводе компьютерной информации каждый раз экспонируется все новый цветоделенный информационный массив (тема № 16).

III. ПроявлениеПроявление подробно рассматривается в следующих темах: Тема № 8. Процесс проявления растровой структуры. Тема № 17. Реализация цветного проявления

Функцией этапа проявления является физическая визуализация скрытого электростатического изображения, сформированного на ФР. Проявление тонером является наиболее распространенным, характерным методом визуализации. Проявление происходит в результате электростатического взаимодействия заряженных окрашенных частиц с полем СЭИ. Частицы тонера осаждаются на поверхность ФР избирательно, что превращает СЭИ в видимое изображение.

Проявление в общем случае может осуществляться сухими или жидкими проявителями (тема № 6), свободными или связанными с определенным типом носителя частицами тонера, проявляться неподвижный или движущийся ФР, получаемое изображение быть одноцветным или многоцветным и т. д. Однако основной отличительный признак метода проявления - это физическое состояние частиц тонера в момент проявления, т. е. степень связи тонера с носителем. По этому признаку методы проявления подразделяются на две группы:

    I группа: проявление частицами тонера, которые связаны с определенным типом дисперсного носителя;

    II группа: проявление относительно свободными частицами тонера, диспергированными в гомогенной инертной среде жидкости или воздуха.

I группа методов проявления обычно использует двухкомпонентный сухой проявитель, состоящий из относительно крупных частиц носителя, покрытых мелкими частицами тонера. Ранее в аппаратуре широко использованный каскадный метод проявления в настоящее время полностью вытеснен и заменен методом магнитной кисти. Характерным представителем II группы является жидкостный метод проявления.

В современной аппаратуре в основном используются (тема № 8) методы магнитной кисти или донорного валика. Эти методы реализованы великим множеством конструктивных решений [1, 3].

В цветной аппаратуре каждое цветоделенное СЭИ проявляется последовательно тонерами дополнительных цветов (пурпурным, голубым и желтым). При их субтрактивном наложении методом триады (тема № 10) воспроизводится цветное изображение. Реализация процесса в аппаратуре рассматривается в рамках темы № 17.

IV. Перенос

Функцией этапа переноса является перемещение частиц тонера с поверхности ФР на другую постоянную воспринимающую основу - чаще всего на бумагу. Сущность процесса переноса - отрыв частиц тонера от одной поверхности и перенос на другую, происходящий под действием электростатических сил внешнего поля. Этап переноса необходим только для варианта ЭФГ-процесса с ФР многократного применения.

Для переноса тонерного изображения, ФР и воспринимающую основу приводят в контакт, а к обратной стороне основы прикладывают потенциал относительно проводящей основы ФР или заряжают этот материал в коронном разряде.

Эффективность процесса переноса* оценивается коэффициентом переноса.

(*Эффективность процесса переноса: <?xml version="1.0"?>
(3.8), где <?xml version="1.0"?>
- масса тонера на ФР до переноса; <?xml version="1.0"?>
- масса оставшегося на ФР тонера после переноса)

Эта эффективность зависит от величины частиц тонера, от адгезионных сил между частицами, от остаточного рельефа СЭИ, а также от внешних условий (например, влажности воздуха). Коэффициент переноса можно увеличить, если тонерное изображение предварительно зарядить в коронном разряде противоположной полярности по сравнению с полярностью частиц. Механический прижим, шероховатость материала также влияют на эффективность переноса, особенно на разрешающую способность перенесенного изображения.

Конструктивные решения устройств переноса могут быть разнообразными. Это зависит от типа применяемого ФР (цилиндрический или плоский) и воспринимающей основы (рулонная или листовая бумага), а также от общей компоновки аппаратуры. Рядом с электризатором переноса обычно устанавливается и другой электризатор (электризатор отрыва) на который подается напряжение противоположной или переменной полярности облегчающее отделение электростатически заряженной бумаги от ФР. Иногда перенос происходит при прижиме бумаги эластичным валиком, на поверхность которого подается постоянное напряжение. При использовании специальной воспринимающей основы с адгезионным покрытием перенос происходит без применения сил внешнего электростатического поля.

В случае цветной электрофотографии происходит многократный перенос на одну и ту же основу. Основные проблемы при этом - точное совмещение составляющих изображений, а также исключение обратного переноса.

В аппаратуре также распространен метод двухстадийного переноса с использованием промежуточной цилиндрической или ленточной воспринимающей основы (тема № 19).

V. Закрепление

Функцией этапа закрепления является придание механической прочности тонерному изображению, перенесенному на воспринимающую основу. Сущность процесса закрепления - химическое, тепловое или механическое воздействие на основу с тонерным изображением, приводящее к существенному увеличению адгезии частиц тонера к поверхности или к внедрению частиц непосредственно в основу.

В ЭФГ-аппаратуре нашли применение следующие методы закрепления:

    - закрепление в парах растворителей (жидкостное закрепление);

    - термическое закрепление под действием теплового потока или инфракрасного излучения;

    - термоконтактное закрепление;

    - термосиловое закрепление.

В современной аппаратуре применяются (тема № 18) в основном термические методы. В своем совершенствовании они развивались от термического бесконтактного до термосилового закрепления, ставшего наиболее распространенным методом. Промежуточным вариантом является термоконтактное закрепление, при котором помимо воздействия теплового потока от трубчатых нагревателей производится подогрев основы бумаги с тыльной стороны, например, нагретым вращающимся валиком.

В цветной электрофотографии закрепление имеет дополнительную функцию - гомогенизацию зернистой структуры элементов изображения. Эти элементы должны быть прозрачными, так как только в этом случае возможен качественный синтез цветов. Особенно это важно при изготовлении цветных диапозитивов. Степень гомогенизации определяется путем измерения коэффициента Каллье (тема № 9).

VI. Очистка

Функцией этапа очистки является подготовка носителя информации многократного применения к следующему циклу работы. Сущность процесса очистки - это удаление с поверхности ФР частиц тонера, которые остались неперенесенными в процессе переноса. Очистке могут предшествовать некоторые подготовительные операции: перезарядка ЭФС с остатками изображения, засветка ФР и т. д. Это способствует уменьшению сил связи тонера с ФР и нейтрализации зарядного рельефа предыдущего изображения.

Устройство очистки в общем случае состоит из очищающего элемента, узла транспортировки тонера из зоны очистки и узла его сбора для повторного использования или последующего выброса. На выбор схемы очистки влияет тип проявителя и ФР, скорость работы аппаратуры и другие факторы. В первую очередь это касается очищающего элемента, который выбирается по характеру воздействия на частицы тонера и по физическому процессу отрыва этих частиц. По указанным признакам устройства очистки можно подразделить на механические, аэродинамические, электростатические, комбинированные и др. (тема № 18).

Длительное время наиболее распространенными [5] были устройства очистки вращающимся меховым валиком. Однако таким устройствам свойственны недостатки: большие габариты, высокое энергопотребление, сильный шум и т. п., поэтому в современных малоформатных копировальных аппаратах применяют очистку с помощью очищающего ножа (ракеля). Этот метод сейчас используется довольно широко, однако в последнее время, при создании скоростных цифровых печатных машин, где ФР испытывает большие нагрузки, разработчики вновь вернулись к вращающемуся меховому валику, мех которого изготовлен из мягкого, прочного искусственного материала. В ряде моделей аппаратуры прошлых лет использовался метод очистки лентой из ворсистого материала. Встречаются копировальные аппараты, где очистка ФР осуществляется с помощью магнитного валика (аналогично устройству проявления). В случае применения однокомпонентного магнитного проявителя, магнитный валик снимает частицы тонера с поверхности ЭФС под действием сил магнитного поля. В случае применения двухкомпонентного проявителя очистка происходит за счет механического воздействия вращающейся магнитной кисти, состоящей только из чистого носителя, и электростатических сил.

Процесс очистки для цветной электрофотографии существенных отличий не имеет.

В практике известны различные варианты классического ЭФГ-процесса, которые можно классифицировать по типу информационного входа, типу применяемых материалов, назначению аппаратуры, методам экспонирования и проявления, в] цветности и т. д., однако главным признаком, определяющим с: конструктивное решение аппаратуры, является тип используемого ФР. По типу используемого ФР различаются следующие варианты классического ЭФГ-процесса (рис. 3.2):

    1. ЭФГ-процесс на ФР однократного применения. Изображение формируется на фоточувствительной поверхности и там остается;

    2. ЭФГ-процесс на ФР многократного применения с получением конечного изображения на воспринимающей основе (чаще всего обычной бумаге):

      а) переносится скрытое электростатическое изображение;

      б) переносится проявленное изображение.

Разновидности электрофотографического процесса

Рис. 3.2. Разновидности электрофотографического процесса: а - с использованием ФР однократного применения; б - с использованием ФР многократного применения и с переносом СЭИ; в - с использованием ФР многократного применения и с переносом проявленного изображения: ФР - фоторецептор; ВО - воспринимающая основа; А - информационный вход: Ва, Вб, Вв - информационный выход для соответствующих вариантов; П - проявитель

Первый вариант (рис. 3.2, а) нашел применение в аппаратуре различного назначения, работающей с электрофотографической бумагой. Это широко известный процесс «Electrofax» [1], на базе которого выпускалась ранняя копировальная аппаратура, а также изготавливались многоцветные карты [5]. В настоящее время ЭФГ-бумага специального назначения используется ограниченно. По этому варианту работает микрографическая (в том числе и цветная) техника [5], а также аппаратура изготовления бумажных печатных форм для малоформатных офсетных машин.

Второй вариант с переносом СЭИ (рис. 3.2, б) в настоящее время практически не используется. В свое время он применялся только для изготовления цветных диапозитивов. Наиболее широкое распространение получил вариант с переносом проявленного изображения на бумагу (рис. 3.1 и 3.2, в), по которому работает почти вся копировальная техника, а также аппаратура цветной электрофотографии [5]. Этот вариант известен [1] под названием «ксерография» и традиционно использует сухие материалы, однако в последнее время с разработкой специальных проявителей возможности варианта расширились - стал возможен перенос проявленного изображения и после жидкостного проявления.

Возможности классической электрофотографии были реализованы в аппаратуре различного назначения. Прежде всего аналоговый метод нашел применение в картографической аппаратуре, где использовались фоторецепторы типа ZnO-бумаг с жидкостным их проявлением. Схема ЭФГ-процесса соответствует варианту, показанному на рис. 3.2, а, с самопроизвольным закреплением при высыхании ФР. В случае накопления многоцветного изображения методом последовательного цветового кодирования (тема № 11) процессы повторялись многократно. По такому методу Elektrofax в 60-х годах работали [51 пятикрасочные машины фирм RCA и «Harris-Intertype Соrр.», достигающие производительности до 200 многоцветных карт в час Аналогичная технологическая схема использовалась и для вспомогательных систем цветопробы (контроля совмещения цветов)

Машины картографического назначения, работающие только по классической схеме с переносом на бумагу, в 1984- 1991 годах создавались в НИИ электрографии (г. Вильнюс). Это машины типа ЭМЦ 01/02 с производительностью до 90 цветных копий карт в час [5]. В НИИ электрографии также была разработана [8] серия аппаратов, предназначенных для впечатывания многоцветной информации в морские топографические карты (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Параметры ЭФГ-аппаратуры для впечатывания информации в топографические карты

Untitled Document

Параметры
Единицы измерения
Значения параметров для опытных образцов аппаратуры
«Карта»
«Тигода»
«Триада»
Размеры карт
мм х мм
860x1075
от 380x560 до 800x1075
макс. 860x860
Источники информации
-
ЭВМ, перфолента, микрофильм
оригиналы, микрофильмы
микрофильм
Рабочее поле впечатывания
мм х мм
800x900
800x930
800x800 (400x400)
Производительность
карт/мин
3
3
1,5
Число цветов
-
красный, синий, пурпурный
черный, фиолетовый
красный, синий, черный
Особенности технологии впечатывания
-
магнито-электрофотографическая, с возможностью субтрактивного наложения
классическая электрофотографическая
классическая электрофотографическая

Оригинальностью отличались разработки института в области микрографии на базе органических прозрачных фоторецепторов однократного применения изготавливаемых на пленочной основе с возможным накоплением на них и многоцветного изображения (цветных микрофиш или диапозитивов информации). Такой процесс, а также опытные образцы аналоговой аппаратуры специального назначения были созданы [5, 6] в 1982- 1988 годах. Это комплекс репрографической техники для систем сбора, обработки и накопления информации, где единым носителем были ЭФГ-микрофишы (МФ). Комплекс М-030 включал в себя ряд аппаратов, параметры которых представлены в табл. 3.2. Опытные образцы аппаратуры прошли государственные испытания и опытную эксплуатацию на ряде оборонных организаций Советского Союза. Однако по мере развития компьютерных методов обработки и представления цифровой информации они потеряли свою актуальность, и работы были прекращены. Только созданием опытных образцов завершилось и направление впечатывания дополнительной информации в цветные карты [5, 8].

Таблица 3.2

Параметры репрографического комплекса аналоговой аппаратуры для систем сбора и представления алфавитно-цифровой и графической информации

Untitled Document

Параметры
Единицы измерения
Значения параметров
Примечания

1. Носитель информации
Тип
Формат
Количество микрокадров
Кратность уменьшения
Размеры микрокадра
Вид микроизображения
Оптическая плотность:
изображения,
не менее
фонд,
не более
Разрешающая способность


-
-
-
крат
мм
-



Б
Б
ЭФГ-микроафиша
МФ-60
А6
60
21
17,75 х11,0
17,75 х 22,75

позитивный,
черный
0,81-1,1
0,15-0,25
120-132

При изготовлении диапозитивов информации (п. 7) на МФ-1 получают один многоцветный кадр 100x100 мм (со служебной информацией за его пределами), предназначенный для проекционных устройств большого экрана.
При микрофильмировании используется технология жидкостного проявления ФР типа ОЭФП-М [5].
Возможно получение негативного изображения. Имеется возможность допечатывания микрокадров или изменения их содержания (до трех раз)

2. Устройство изготовления МФ от оригинала
Количество микрофильмируемых документов
Время изготовления МФ, не более


А4/сутки
мин
25 х
15
Микрофильмируются документы форматов А4 или A3

3. Устройство изготовления МФ от ЭВМ
Количество адресуемых точек
Скорость вывода
Время изготовления МФ, не более

-
симв./с
точки/с
мин
до 2835 х 4096
700
62500
15
Используется технология проекционного экспонирования с экрана ЭЛТ

4. Устройство изготовления копий МФ
Масштаб печати
Время изготовления одной копии МФ


-
с

1:1
70

Возможно изготовление копий с позитивных или негативных МФ и возможно изменение их полярности

5. Устройство изготовления увеличенных копий микрокадров МФ
Кратность увеличения
Производительность


крат
копий/ч


21
1000

Изготавливаются копиии микрокадров по п. 1, имеющие размеры от 210x297 до 420x297 мм

6. Комплекс аппаратуры для накопления автоматизированного фонда МФ
Объем автоматизированного хранилища
Объем информационного массива Максимальное время поиска МФ


МФ
докум.
А4
с
16 х
11,8 х
15

Автоматическое представление информации на просмотровом устройстве с последующим изготовлением увеличенных копий на бумаге. Наряду с фондом текущего использования, формируется страховой фонд МФ

7. Устройство изготовления диапозитивов информации ДИ
Рабочий формат кадра ДИ
Максимальный формат кадра ДИ
Количество элементов изображения в кадре
Количество знаков в кадре
Количество цветов в кадре ДИ
Среднее время изготовления кадра ДИ



мм
мм
-
-
-
мин


100 х 100
100 х 112
8000 х 8000
50000
до А4
4

ДИ предназначены для систем отображения информации при работе в комплексе с проекционными системами большого экрана [5]

Примечания:

    1. Опытные образцы устройств по пп. 2 - 6 прошли государственные испытания и опытную эксплуатацию в составе комплекса.

    2. Устройство по п. 7 до уровня опытных образцов разрабатывалось отдельно.

    3. Все разработки устройств по данным направлениям дальнейшего развития не получили.

Основное применение классическая электрофотография п лучила при создании одноцветной и цветной копировальной а паратуры. Для этого обычно используется вариант ЭФГ-процесса на ФР многократного применения (рис. 3.2, в) с переносе проявленного изображения. В цветной копировальной аппаратуре такой перенос происходит многократно с целью накопления цветного изображения [5]. В табл. 3.3. представлены обобщенные параметры аппаратуры [5, 7].

Таблица 3.3

Обобщенные параметры аналоговой копировальной аппаратуры

Untitled Document

Параметры
Единицы измерения
Значения параметров
Примечания
одноцветные аппараты
цветные аппараты
1. Максимальный формат оригинала/ копии
-
А4 или А3
А3+
 
2. Производительность
cpm
4-120
до 23
 
3. Диапазон изменения масштаба
%
50-200
50-200
 
4. Количество полутонов
-
до 256
256
 
5. Количество цветов
-
1
1670*
*Контролируется
6. Используемая мощность
кВт
1,5
1,5-5
 
7. Масса
кг
22-700
130-614
 
8. Годы выпуска
год
1963 г. - настоящее время
1970-1992 годы**
**функции цветного копирования с 1993 г.

В настоящее время продолжается выпуск [7] широкой гаммы одноцветных копировальных аппаратов - от маленьких настольных аппаратов с производительностью 4-12 cpm, габаритами 400х400х100 мм и емкостью лотков бумаги 250 - 500 листов до крупногабаритных консольных аппаратов с производительностью до 120 cpm, габаритами до 2600х1000х2500 мм и емкостью до 6000 листов. Последние имеют широко развитую послепечатную обработку и эксплуатируются совместно с цифровыми выводными аппаратами, выполняя функцию скоростного тиражирования документов. Однако аналоговые цветные аппараты (которые в 1987 - 1992 годах выпускались параллельно с цифровыми) с 1993 г. уже не выпускаются. Их функции полностью выполняют цифровые копировально-выводные аппараты (темы № 4, 25).

    1. Schaffert R. М. Electrophotography. London: Focal Press, 1975. - 989 p.

    2. Гренишин С. Г. Электрофотографический процесс. - М.: Наука, 1970. - 376 с.

    3. Schein L. Electrophotography and Development Physics. - Morgan Hill, California: Laplacian Press. - 1996. - 355 p.

    4. Мозалевский В. В. Математическое моделирование электрофотографического канала. - Минск: Наука и техника, 1984. - 232 с.

    5. Харин О., Сувейздис Э. Цветная электрофотография. - М.: Воен. изд., 1996. - 227 с.

    6. Сидаравичюс Й., Сувейздис Э. // Журнал научн. и прикл. фотографии. - 1993. Т. 38. № 2. - С. 51-67.

    7. //ОЕР, - 2000. № 2. - Р. 17-59.

    8. Чепенко В. // Digital Р rinting Magazine, - 2003. № 3/4. - С. 26-29.

Цифровая электрофотография является синонимом современной электрофотографии. В последние годы прошлого века и первые нового она получила очень широкое развитие и распространение (темы № 21, 32). Здесь мы попытаемся раскрыть специфику современного уровня цифрового ЭФГ-процесса, отвечая на следующие основные вопросы:

    1. Суть цифровой электрофотографии и ее отличие от классической

    2. Процесс лазерной записи - основа современной цифровой электрофотографии

    3. Реализованные возможности цифровой электрофотографии

Цифровая электрофотография - это процесс получения составного разнотипного ЭФГ-изображения, основанный на цифровых методах его предварительной обработки и последующего воспроизведения на ФР с применением лазерной записи.

Цифровая электрофотография использует этапы воспроизведения изображения (табл. 4.1, 4.2), характерные и для классической электрофотографии (тема № 3). При этом вспомогательные этапы зарядки, переноса, закрепления и очистки могут быть позаимствованы полностью. Отличия появляются только для основных этапов экспонирования и проявленияЭкспонирование и проявление.Описанию этих основных этапов посвящены отдельные темы: Тема № 7. Процесс лазерного экспонирования; Тема № 16. Реализация лазерного экспонирования; Тема № 8. Процесс проявления растровой структуры; Тема № 17. Реализация цветного проявления [1]. Специфика наблюдается и для режима накопления цветного изображения.

Таблица 4.1

Характеристика типовых этапов электрофотографического процесса

<?xml version="1.0"?>

Суть цифровой электрофотографии раскрывается ниже на примерах получения цветного изображения. Варианты одноцветного и многоцветного изображения являются частными случаями.

Рассматриваются два варианта цветной электрофотографии, широко используемые в аппаратуре:

    а) накопление цветного изображения на ФР с переносом на все бумагу в один прием (рис. 4.1).

    б) накопление цветного изображения на бумаге в результате многократного переноса (рис. 4.2).

Последовательность этапов цветной электрофотографии (вариант «а»)

Рис. 4.1. Последовательность этапов цветной электрофотографии (вариант «а»): ФР - фоторецептор; ВО - воспринимающая основа; А1, А2, A3 - цветоделенные составляющие информационного входа; Ж, П, Г - получение изображения желтого, пурпурного и голубого цвета; В1 - твердая копия для варианта «а»

Последовательность этапов цветной электрофотографии (вариант «б»)

Рис. 4.2. Последовательность этапов цветной электрофотографии (вариант «б»): (обозначения - см. на рис. 4.1) В2 - твердая копия для варианта «б»

Вариант «б» имеет две разновидности:

    - используется только один фоторецептор;

    - используются отдельные фоторецепторы для каждого цвета.

В первом случае бумажный лист многократно транспортируется мимо одного цилиндрического фоторецептора (Multi-Pass-Xerography). Во втором случае бумажный лист (или лента) протягивается мимо нескольких фоторецепторов (Tandem Xerography или Single-Pass-Xerography) и по пути как бы собирает на себе все компоненты цветного изображения.

Таблица 4.2

Различия между типовыми этапами при реализации классического и цифрового электрофотографического процесса

Untitled Document

Наименование этапа
Характеристика этапов
Основные отличия при реализации цифрового варианта
Классический вариант
Цифровой вариант
1. Зарядка
Зарядка ФР в коронном разряде
Тоже
Повышенные требования к стабильности потенциала ФР
II. Экспонирование
Фоторазрядка ФР под действием модулированного светового потока, созданного аналоговой системой развертки оригинала с использованием оптического растрирования (или цветоделения через цветофильтры)
Фоторазрядка ФР под действием модулированного потока излучения, созданного цифровой системой лазерной развертки составного разнотипного изображения с использованием электронных методов растрирования (цветоделения)

1. Использование лазерной системы развертки излучающей в ИК-области (в основном);
2. Фоторазрядка в режиме серии коротких (наносекундных) импульсов;
3. Образование растровой структуры при развертке изображения;
4. Стабилизация электростатического контраста;
5. Цветоделение:
а) по заданному уровню сигнала АЦП;
б) по массивам данных компьютерной информации

III. Проявление
Прямое проявление изображения с использованием (в основном) магнитной кисти или донорного валика. Проявление оптического растра переменного контраста. Накопление цветного изображения на ФР или на восприни­мающей основе

Обращенное (в основном) проявление изображения с использованием магнит­ной кисти или донорного валика. Проявление электронного растра со стабильным контрастом. Единая технология воспроизведения разнотипного составного изображения. Накопление цветного изображения на ФР, на промежуточном носителе или на воспринимающей основе

1. Замена прямого на обращенный вариант проявления;
2. Стабилизация режима проявления при одинаковом электростатическом контрасте растровой структуры;
3. Возможность увеличения электронного разрешения;
4. Стабилизация режима накопления цветного изображения;
5. Широкие возможности управления цветовыми параметрами изображения

IV. Перенос
Перенос на воспринимающую основу в поле коронного разряда
То же
Существенных отличий нет
V. Закрепление
Термосиловое (в основном) закрепление изображения на воспринимающей основе
То же
Более высокие возможности автоматического управления режимом закрепления при печати дуплекса, накоплении цветного изображения или при замене типа бумаги или пленки
VI. Очистка
Использование механических (в основном) методов очистки ФР ракелем или магнитной щеткой
Использование (в основном) очистки ракелем, в магнитном поле или меховым валиком
Существенных отличий нет

Перенос может проходить либо непосредственно на бумажную основу, либо в две стадии - с использованием промежуточного носителя (тема № 18).

Информационным входом для цифровой аппаратуры могут быть:

    а) физические оригиналы (одноцветные или цветные);

    б) электронные среды (информация поступающая непосредственно от компьютера или по каналам связи).

Информационным выходом могут быть:

    а) факсимальные или отредактированные копии оригиналов;

    б) документы компьютерной информации;

    в) составные документы объединяющие информацию от различных источников.

На входе информация любого типа проходит через компьютер, с помощью которого она объединяется и редактируется. В случае применения цветных физических оригиналов предварительно происходит процесс цветоделения [1]. Полученный аналоговый сигнал, с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается в дискретный, цифровой [2]. Вся информация в закодированном виде поступает в систему лазерной развертки и на выходе получается твердая копия одноцветного, многоцветного или цветного изображения*.

(*Уровни цветности изображения цифровой печати:

    - одноцветное (Monocolor or Black and White) изображение полученное на аппаратуре ЦП, где используется один стационарно установленный узел проявления наполненный черным или цветным проявителем, по необходимости сменяемый на другой цвет;

    - многоцветное (Multicolor or Color) изображение полученное на аппаратуре ЦП, где используется несколько стационарно установленных узлов проявления или они оперативно меняются, а цветовому кодированию индивидуально подвергаются только определенные категории информации или зоны изображения;

    - цветное (Full Color) изображение, полученное на аппаратуре ЦП, где используется полный комплект узлов проявления с тонерами триады, позволяющими методом субтрактивного цветосинтеза получить всю гамму цветного изображения (см. темы № 10, 11))

Видно, что как по информационному входу, так и по выходу цифровая электрофотография существенно отличается от классического варианта (тема № 3). Основа цифровой электрофотографии - это технология лазерной записи.

Лазерная запись в общем смысле это технолог печати (Laser Printing) основанная на применении строчной кадровой развертки импульсного облучения ФР, формирующего растровую структуру скрытого изображения, которая визуализируется на этапе проявления.

Процесс лазерной записи* [3] стал общей технологической базой для разнотипной многофункциональной аппаратуры, которая в различных сочетаниях типовых блоков позволяет: копировать цветные оригиналы; выводить компьютерную информацию в цвете, получать твердые копии составного изображения, отредактированного на экране дисплея; выводить информацию, поступающую по мировым компьютерным сетям и т.д.

(*Процесс лазерной записи - современный ЭФГ-процесс воспроизведения изображения, в котором для экспонирования используются лазерные источники излучения двух типов:

    а) многоэммитерный полупроводниковый лазер с оптико-механической разверткой изображения;

    б) многоэлементная линейка светоизлучающих диодов типа LED)

Для этапа экспонирования характерно, что экспозицию ФР составляет очередь коротких (порядка 20 нс) мощных импульсов лазерного излучения, последовательно рисующих пространственную решетку изображения из точек, линий и заливных участков (темы № 7, 16). На этапе проявления эта пространственная решетка дополнительно играет роль «несущей частоты» растра, который не только формирует элементы изображения, но и позволяет устранить краевой эффектКраевой эффект - характерное для ЭФГ-процесса нарушение правильности воспроизведения широких линий и больших заливных участков, выражающееся в том, что при проявлении частицы тонера преимущественно осаждаются на краю изображения больших заливных участков (темы № 8, 17).

В ЭФГ-аппаратуре цифровой печати отсутствует свойственная традиционным способам печати вещественная печатная форма. Ее эквивалент - цифровая или «виртуальная форма» т. е. цифровой ряд, описывающий весь массив информации, предназначенной для печати, а также созданное на ФР скрытое электростатическое изображение. Такая «печатная форм» обновляется при каждом цикле воспроизведения изображения и допускает оперативное вмешательство оператора в ход печати. В случае воспроизведения цветного изображения, каждой цветоделенной информации соответствует свой массив, имеющий определенный код, при печати превращаемый в свой цвет [4 -6].

По сравнению с аналоговым классическим процессом, цифровая электрофотография имеет следующие преимущества:

    - существенно расширяется область применения процесса;

    - возникает общая база (лазерная запись) для создания аппаратуры различного значения;

    - по качеству воспроизводимого цветного изображения и параметрам быстродействия процесс становится конкурент способным с офсетной печатью.

Это наиболее ясно показано при рассмотрении специфики эксплуатационных характеристик новой технологии (тема № табл. 12.2) и при сравнении параметров ЭФГ-технологии с технологией DI сухого офсета (табл. 12.3 и рис. 12.5).

Возможности цифровой электрофотографии были реализованы в аппаратуре различного назначения (тема № 21). Наиболее успешно они использованы (темы № 12, 28) непосредственно в аппаратуре цифровой печати при подготовке издательских оригиналов и при оперативной печати по заказу (Printing-on-Demand) небольших тиражей обновляемых персонализируемых документов, а в последнее время и при оперативной печати книг (Book-on-Demand).

Технология цифровой электрофотографии представляет пользователям некоторые общие (иногда весьма неожиданные) возможности. Оцифровка физических оригиналов или представление документов в цифровой форме позволяет программно обработать эти цифровые данные, повышая контрастность деталей, устраняя деффектность и улучшая другие качественные параметры выводимого изображения. Вместо помятого, поблекшего оригинала, например, может быть получена копия отличного качества. Это особенно актуально при реставрации архивных документов, что уже находит широкое практическое применение [7].

Возможности цифровой аппаратуры общего назначения зависят от уровня цветности выводимых документов.

Основными параметрами, реализованными в одноцветной цифровой аппаратуре, являются: для настольных принтеров - производительность до 96 ppm и разрешениеРазрешение оценивается количеством выводимых точек на дюйм (dpi) до 1200х1200 dpi; для копировально-выводных аппаратов - до 180 ppm и до 1200х1200 dpi.

Обобщенные параметры, реализованные в цветной цифровой аппаратуре, представлены в табл. 4.3.

Одноцветная и цветная аппаратура выпускается в нарастающем темпе. Особенно это относится к одноцветным и цветным лазерным принтерам и цифровым печатным машинам (темы № 29, 30).

Современная электрофотография также находит практическое применение в смежных областях цифровой печати специального назначения (тема № 20). Наряду с уже привычным получением твердых копий на прозрачной основе (изготовлением диапозитивов) цифровая печать распространяется в область упаковочного производства, где приходится печатать не только на прозрачную, но также на жесткую или тканевую основу. Сформировалась новая перспективная область изготовления цифровых фотокарточек для бытовой цифровой фотографии, где нашли практическое применение заделы электрофотографии по изготовлению картографических документов на специальной пленочной основе. Цифровая электрофотография все шире распространяется в весьма специфичную область изготовления финансовых документов на бумаге специального назначения с возможностью печати засекреченных (скрытых) меток или подписей. Цифровая печать здесь представляет очень широкие дополнительные (оперативные) возможности, которые недоступны для классической электрофотографии или для альтернативных технологий печати.

Таблица 4.3

Обобщенные параметры цветной цифровой аппаратуры

Untitled Document

Параметры
Единицы измерения
Значения параметров
Копировальные аппараты
Копировально-выводные аппараты
Лазерные принтеры
Цифровые печатные машины
1. Максимальный формат документа (копии)
-
А3
А3+
А3
А2
2. Производительность
cpm,
ppm
4-15
3-35
4-36
17-136
3. Разрешение
dpi
400-600
600-1200 (9600)
600-2400
400-2400 (9600)
4. Количество полутонов
-
до 256
256
256
256

5.Количество цветов:
а) регламентируемое;
б) максимальное


-
-

7
16,7 млн

7-1670
16,7 млн

64-1670

1670
16,7 млн
6. Годы выпуска
год
1987-1993*
1989 - наст.вр.
16,7 млн
1993 - наст.вр.

О широком развитии цифровой электрофотографии в целом свидетельствуют и ежегодно проводимые различные конференции, где обобщаются результаты новых исследований процессов, создания необходимых материалов (фоторецепторов и проявителей и развития) технологии цифровой печати. В частности, регулярно вот уже 20 лет проходят международные конференции International Conference on Digital Printing Technologie организуемые сообществом Society for Imaging Science an Technology. В 2004 г. проходила очередная конференция NIP 20. Здесь были обобщены [8] самые последние результаты по раз витию технологии цифровой электрофотографии в начале нового века (тема № 32).

    1. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. - М: Изд-во МГУП, 1999. - 438 с.

    2. Шлихт Г. Ю. Цифровая обработка цветных изображений. - М.: ЭКОМ, 1997. - 300 с.

    3. Колесниченко О., Шарыгин М., Шишигин И. Лазерные принтеры. - Дюссельдорф, Киев, Москва, С.-Петербург: ВНИ - С.-Петербург, 1997. - 272 с.

    4. Diamond A. S. Handbook of imaging materials - New York, Basel, Hong Kong: Marcel Dekker. Inc., 1991. - 621 p.

    5. Цифровая печать. Оборудование и технология / Библиотека хозяина, Вып. 4. - Москва, 2003. - 132 с.

    6. Baumler В. Laser druck. - Polygraph Verlag, 2003. - 232 p.

    7. Shaw R. / International conference IS and T's NIP 20; Proc. 2004. - P. 638 - 641.

    8. International conference IS and T's NIP 20; Proc. 2004. - 1048 p.

Фоторецептор - это основа, на которой реализуется процесс цифровой электрофотографии и прежде всего осуществляются основные этапы экспонирования и проявления (темы № 7, 8). Обобщенная характеристика данного материала делается в следующей последовательности:

    1. Назначение фоторецепторов и физическая основа их функционирования

    2. Основные типы фоторецепторов и их распространенность в современной аппаратуре

    3. Технология изготовления фоторецепторов

    4. Параметры фоторецепторов, применяемых в современной аппаратуре

Электрофотографический фоторецептор (ФР) - синоним: носитель информации - это фотополупроводниковое изделие, на котором осуществляется формирование электрофотографического изображения. Основные его функции: восприятие наносимых электростатических зарядов и, в соответствии с интенсивностью и распределением падающего излучения, формирование так называемого скрытого электростатического изображения (СЭИ), проявляемого с помощью электрографического проявителя.

ЭФГ-ФР состоит из следующих элементов (рис. 5.1): электропроводящей основы (подложки), в качестве которой используется металлическая пластина, цилиндр или лента, а также покрытая электропроводящим слоем диэлектрическая пленка; электрофотографического слоя (ЭФС), который в общем случае может иметь несколько элементарных слоев различного назначения - барьерный, фотополупроводниковый и защитный или генерирующий и транспортныйВ органических ФР обычно имеются: генерирующий слой (CGL) и транспортный слой (CTL).

Компоненты ФР и элементы скрытого электростатического изображения

Рис. 5.1. Компоненты ФР и элементы скрытого электростатического изображения: CGL - генерирующий слой; CTL - транспортный слой; <?xml version="1.0"?>
- потенциал ФР; <?xml version="1.0"?>
- номинальный потенциал зарядки; <?xml version="1.0"?>
- фоновый потенциал

Сопротивление основы не должно превышать <?xml version="1.0"?>
. зависит Требования к ЭФС весьма противоречивые: необходимо согласовать достаточно высокую фоточувствительность со способноcтью стабильного сохранения электростатических зарядов, что свойственно диэлектрикам. Для прозрачных ФР важным является высокий коэффициент светопропускания составных элементов.

Для изготовления ФР используются высокоомные фоточувствительные полупроводники [ 1 ]. Осажденные на ЭФС электростатические заряды могут сохранять свою неподвижность в темноте только в случае малой объемной концентрации свободных носителей тока. Это обеспечивается при большой ширине запретной зоны полупроводника, высоком потенциальном барьере у подложки и низкой концентрации заполненных локальных уровней в объеме слоя. При зарядке такого ФР на нем создается определенный потенциал, оптимальный уровень которого называется номинальным потенциалом* <?xml version="1.0"?>
.

(*Номинальный потенциал фоторецептора <?xml version="1.0"?>
- величина потенциала, при котором обеспечивается получение качественных параметров ФР, указанных в его технической документации)

В процессе экспонирования в тонком генерирующем слое CGL происходит создание носителей заряда. Основная часть носителей дрейфуют через транспортный слой CTL в направлении связанных зарядов и снижают номинальный потенциал до фонового значения* <?xml version="1.0"?>
(тема № 7).

(*Фоновый потенциал <?xml version="1.0"?>
- допустимый максимальный потенциал, оставшийся на экспонированных участках фоторецептора)

Основным параметром ФР, используемым при сравнении их различных типов, является фоточувствительность.

Фоточувствительность ФР разделяется на спектральную и интегральную.

Спектральная фоточувствительность* <?xml version="1.0"?>
определяется (5.1) в энергетических единицах (<?xml version="1.0"?>
) при определенной длине волны спектра облучения и при условии уменьшения номинального потенциала в два раза. Она обычно представляется в виде кривой <?xml version="1.0"?>
. Характер этой функции особенно важен при копировании цветных оригиналов (для аналогового варианта).

(*Спектральная фоточувствительность выражается: <?xml version="1.0"?>
(5.1), где <?xml version="1.0"?>
- энергетическая экспозиция при определенной длине волны спектра облучения <?xml version="1.0"?>
; <?xml version="1.0"?>
- облученность при длине волны <?xml version="1.0"?>
; t - время облучения; <?xml version="1.0"?>
D - изменение потенциала при облучении; <?xml version="1.0"?>
- номинальный потенциал)

При копировании одноцветных оригиналов часто используется параметр интегральной фоточувствительности* <?xml version="1.0"?>
во всей видимой области спектра. Интегральная фоточувствительность определяется в световых единицах (<?xml version="1.0"?>
) для всей видимой области спектра (5.2).

(*Интегральная фоточувстсвительность выражается: <?xml version="1.0"?>
(5.2), где <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- пределы длин волн в видимой области спектра; <?xml version="1.0"?>
- коэффициент пропорциональности; <?xml version="1.0"?>
- эффективная облученность в видимой области спектра)

Для цифровой аппаратуры (как одноцветной, так и цветной) существенное значение имеет спектральная фоточувствительность ФР в области излучения лазера (тема № 7).

Упомянутые параметры для ФР определенного типа во многом зависят от достигнутого потенциала фоточувствительного слоя, который, в свою очередь, зависит от плотности осажденного заряда [3]. Эта функциональная зависимость для органических ФР и его компонентов показана на рис. 5.2. Из вольто-кулоновой характеристики [11] видно, что линейная зависимость параметров прекращается при достижении определенного уровня зарядки, когда уже возникает зона пробоев. Эта зона зависит от толщины фоточувствительного слоя.

Вольто-кулоновые характеристики для положительной (+) и отрицательной (-) зарядки [11]

Рис. 5.2. Вольто-кулоновые характеристики для положительной (+) и отрицательной (-) зарядки [11]: 1,2 - транспортного слоя CTL отдельно; 3, 4 - всей структуры ФР; 5 - теоретическая кривая для идеального конденсатора

Оптимальным и практически применяемым [1, 3] уровнем номинального потенциала зарядки органического фоторецептора структуры CGL/CTL является потенциал (600 - 800) В. Видно (рис. 5.2.), что для варианта отрицательной зарядки это достигается при нанесении поверхностного заряда (0,2 - 0,3) <?xml version="1.0"?>
.

При отсутствии фотогенерированных или термически инжектированных зарядов, фоторецептор представляет собой идеальный конденсатор. Потенциал зарядки* такого идеального Ф выражается формулой (5.3). Однако практически в объеме фоторецептора (в условиях сильного внутреннего электростатического поля) под действием тепловой энергии или туннельного перехода [1]) всегда могут возникнуть электронно-дырочные пары, которые вызывают темновой спад потенциала** (5.4)

(*Потенциал зарядки «идеального» ФР: <?xml version="1.0"?>
(5.3), где q - плотность поверхностного заряда; С - геометрическая емкость ФР; d - толщина ФР; <?xml version="1.0"?>
- диэлектрическая проницаемость ФР; <?xml version="1.0"?>
- электрическая постоянная).

(**Темновой спад потенциала ФР [13]: <?xml version="1.0"?>
(5.4), где <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- поверхностная и объемная скорость генерации носителей заряда соответственно)

Если при темновом спаде носители одного знака подвижны, а другого - захватываются глубокими ловушками, то происходит однополярная разрядка ФР с образованием объемного заряда противоположной полярности. В этом случае потенциал зарядики* реального ФР в начальной и завершающей стадиях темновой разрядки и в зависимости от места расположения передвигающихся свободных зарядов выражается по-разному (5.5, 5.6). Haчальная стадия ( <?xml version="1.0"?>
) заканчивается при времени темновой разрядки <?xml version="1.0"?>
, когда выполнятся условие: <?xml version="1.0"?>
(<?xml version="1.0"?>
- номинальный потенциал) и наступает завершающая стадия (<?xml version="1.0"?>
).

(*3 Потенциал зарядки реального ФР [13]: <?xml version="1.0"?>
(5.5) <?xml version="1.0"?>
(5.6), r - концентрация захваченных носителей заряда; Q = rd)

Заряженный ФР, находящийся в определенной стадии темновой разрядки, готов к восприятию световой информации с образованием скрытого электростатического изображения. Фонтоэлектрические характеристики ФР подробно рассматриваются в теме № 7.

В зависимости от выбранного варианта ЭФГ-процесса (тема № 3) и от типа аппаратуры, ФР подразделяются на две группы: однократного и многократного применения [2, 3].

Группу ФР однократного применения составляют ЭФГ-бумаги и органические прозрачные пленки. Для изготовления » ЭФГ-бумаг используются дисперсные системы ZnO, наносимые на бумагу. Образуется гетерогенная система, состоящая из мелкодисперсных частиц полупроводника, диспергированных в диэлектрическом связующем веществе. Аналогичным методом наносятся и органические полупроводники [4]. Этот тип ФР получил название органических электрофотографических пленок. Они используются в микрографии.

ФР многократного применения - это наиболее распространенный тип. Они изготавливаются на базе аморфных халькогенидов, аморфного кремния или непрозрачных органических hp фотополупроводников. Исторически этот тип ФР был основой классического ЭФГ-процесса, известного под названием ксерографии (тема № 3). В самых первых копировальных аппаратах (1950) использовались селеновые пластины. По мере автоматизации копировального процесса и появления ротационных аппаратов, форма и состав ФР значительно изменились. В настоящее время это покрытые высокочувствительным слоем металлические цилиндры, а также гибкие пленки, которые в аппаратуре закрепляются на цилиндрической поверхности или представляют собой бесконечную ленту [3, 4].

Технология изготовления слоев на базе аморфного халькогенида - вакуумное напыление. При получении многослойных структур сначала наносится тонкий генерирующий подслой, а потом - полупрозрачный транспортный слой.

Слои аморфного кремния* не столь распространены, так как технология их изготовления осаждением в тлеющем разряде сложна и мало производительна. Существенным преимуществом таких слоев является их высокая механическая прочность, что дает возможность увеличить тиражестойкость ФР до нескольких миллионов копий.

(*Слои аморфного кремния перспективны при создании скоростных тиражных принтеров. Чувствительность слоев в ИК-области спектра достигает 1000 <?xml version="1.0"?>
)

Органические фотополупроводники могут быть использованы не только для создания ФР однократного применения. Ими успешно могут быть заменены халькогенидные слои многократного применения. В этом случае неактуальными становятся требования прозрачности, что позволяет значительно увеличить концентрацию сенсибилизаторов и поднять фоточувствительность (по сравнению с прозрачными пленками). Используются слои гомогенной структуры, а также создаются многослойные системы. Широко распространены двойные слои типа CTL/CGL, где функции генерирующего слоя CGL выполняет тонкий слой селена (0,1 -0,5 мкм). Полимерный слой CTL имеет толщину от 10 до 40 мкм.

ФР всех типов - это многослойные системы фотополупроводников, нанесенных на электропроводящую основу. Структура ФР различных типов и их полярность зарядки приведена на рис. 5.3, а, а распространенность этих типов в ЭФГ-копировально-выводной аппаратуре [5] - на рис. 5.3, б. Данные относятся к ЭФГ-аппаратуре вообще (монохромной и цветной), однако это типично и отдельно для цветной аппаратуры. Из рисунка видно, что преобладавший в 70 -80-х годах тип ФР на базе Se/Te, с 1989 г. бы; вытеснен слоями органического фотополупроводника. В 1999 г. на рынке фоторецепторов органические материалы уже занимали [8] более 96% с прогнозом увеличения до 99,4% в 2004 г.

Структура основных типов ФР (а) и их распространенность в ЭФГ-аппаратуре (б) [5, 8]

Рис. 5.3. Структура основных типов ФР (а) и их распространенность в ЭФГ-аппаратуре (б) [5, 8]: +/- полярность зарядки ФР. 1 - ФР на базе CdS; 2 - <?xml version="1.0"?>
-Si; 3 - Se/Te; 4 - органические фотополупроводники; 5 - неорганические материалы. AI - алюминиевая основа; CGL - генерирующий слой; CTL - транспортный слой; D - диэлектрик; ОРС - органический ф/п

Современный уровень органических ФР и типы применяемых материалов рассмотрены в обзорной работе [14] представленной на международной конференции ISand T's NIP 19, проходившей в сентябре 2003 г. Подчеркивается, что для слоев CGIai обычно используется дисперсия органических фоточувствительных частиц в полимерной связке. Иногда это может быть напыленный в вакууме слой органических красителей. Типичными органическими фоточувствительными материалами являются фталоцианины или азокрасители.

Для слоев CTL типичными являются полимерные матрицы из класса поликарбонатов, содержащие дырочно-транспортные молекулы, например третичные амины с нитрогеном и множеством бензоловых колец.

Технология полива органических материалов на цилиндр или на гибкую полимерную основу подробно рассмотрена в работе [4]. Равномерность наносимого слоя из раствора при свободном поливе во многом зависит от конструкции поливной кассеты и ее герметизации.

Используются [4] различные технологические узлы полива (рис. 5.4): с купающимся или набрасываемым валиком, поливные кюветы Клирмана или Шакирова, поливная кювета с «воздушным ножом» и др.

Схемы технологических узлов полива слоев ФР [4]

Рис. 5.4. Схемы технологических узлов полива слоев ФР [4]: а - метод купающегося валика: б - метод набрасывающего валика: а - регулирующий валик, 1 - основа; 2 - лаковый слой; 3 - поливная кювета; 4 - ролик с купающей основой; 5 - набрасывающий валик; А - транспортирующий ролик; В - набрасывающий ролик в - поливная кювета Клирмана: 1 - корпус кюветы; 2 - камера кюветы; 3 - фасонная перегородка; 4 - сливная щель; 5 - цилиндрическая перегородка; 6 - сливная щель капилляра; 7 - поливной валик; 8 - подложка; 9 - эмульсия r - поливная кювета с «воздушным ножом»: I - эмульсия; 2 - поливная кювета; 3 - подложка; 4 - поливной валик; 5 - сополо для создания «воздушного ножа»; 6 - сбрасывающий валик; 7 - лоток для стока эмульсии; 8 - перегородка д - поливная кювета Шакирова: 1 - купающийся валик; 2 - подложка; 3 - ребро; 4 - мениск; 5 - капиллярная щель; 6, 8 - водяные рубашки; 7 - канал; 9 - штуцер; 10 - приемная камера; II - термостат; 12 - грань

Для получения более толстых слоев (10 мкм и более) используются фильерные кюветы - льющие или мажущие [4]. Для увеличения быстродействия процесса применяется способ экструзии (полив под давлением).

В современных (2000-х годов) цветных цифровых аппаратах используются практически только непрозрачные органические ФР. Их энергетическая чувствительность охватывает ИК-область спектра и постоянно повышается. Состояние по созданию таких ФР [4, 6] показано на рис. 5.5. Из рисунка видно, что группа органических ФР различных типов (Y - Ti ОРС, Azlenium ОРС, М.Р.М. ОРС, Canon LBP) по своей энергетической чувствительности в широкой ИК-области находится на уровне чувствительности Se/Te в видимой области спектра и приближается к чувствительности инфракрасных аэрографических пленок. Чувствительность органических ФР достигает (100-1000) <?xml version="1.0"?>
, при этом экспозиция полуспада потенциала не превышает (<?xml version="1.0"?>
) <?xml version="1.0"?>
. По другим литературным источникам [7] чувствительность органических ФР фирмы «Canon» оценивается в 1000 <?xml version="1.0"?>
, при длине волны спектра облучения 700 нм, или в 400 <?xml version="1.0"?>
- для спектральной области излучения диодных лазеров с <?xml version="1.0"?>
= 770 - 800 нм. При пересчете на принятую у нас систему определения энергетической чувствительности это составляет около 100 <?xml version="1.0"?>
.

Характеристика чувствительности (левая шкала) и экспозиции полуспада потенциала (правая шкала) для ЭФГ-органических ФР производства различных фирм (сплошные линии) по сравнению с аналогичными характеристиками Se/Te слоев, а также фотографических и везикулярных пленок (пунктирные линии) [4, 6]

Рис. 5.5. Характеристика чувствительности (левая шкала) и экспозиции полуспада потенциала (правая шкала) для ЭФГ-органических ФР производства различных фирм (сплошные линии) по сравнению с аналогичными характеристиками Se/Te слоев, а также фотографических и везикулярных пленок (пунктирные линии) [4, 6]: 1 - Y - Ti ОРС; 2 - Azlenium ОРС; 3 - И.P.M. ОРС; 4 - Canon LBP; 5 - Fujichrome 1600 professional: 5a - синий; 56 - зеленый; 5в - красный; 6 - Kodak Infrared Aerographik Film 2424; 7 - Se/Te; 8 - Vesicular Film; <?xml version="1.0"?>

Чувствительность органических прозрачных пленок, предназначенных для получения цветных микроформ (кривые 9 - 11), более низкая [4]. Зона максимальной чувствительности может быть сдвинута в ту или другую сторону в зависимости от применяемого в аппаратуре источника излучения.

Развитие фоторецепторов происходит одновременно с развитием современной аппаратуры цифровой печати. В основном увеличивается их фоточувствительность и тиражестойкость. Это отражено на рис. 5.6, где показана [12] спектральная чувствительность ФР, созданных на базе азопигментов (titanyloxyphthalocyanine, tTi ОРс), различной кристаллической структуры.

Спектральная чувствительность ФР различных типов [12]

Рис. 5.6. Спектральная чувствительность ФР различных типов [12]: S - спектральная чувствительность; <?xml version="1.0"?>
- длина волны спектра облучения

Из рисунка видно, что максимальная спектральная чувствительность в области излучения лазерных диодов (780 - 800 нм) достигает 1000 <?xml version="1.0"?>
.

Спектральная чувствительность ФР, работающих в режиме принтера, приведена [10] на рис. 5.7. За своеобразный критерий чувствительности принята величина фоторазрядки (спад потенциала <?xml version="1.0"?>
U) от начального уровня рабочего потенциала минус 700 В при величине экспозиции равной 0,1 <?xml version="1.0"?>
. На рисунке приведена кривая чувствительности для двух типов ФР разработки фирмы «Осе»: типа ОРС(1), предназначенного для работы в зоне излучения лазерных диодов (665 и 780 нм) и типа ином ОРС(2) - в красной области применительно к излучению Не -Ne лазера (633 нм). Видно, что чувствительность обоих типов ФР в ИК-области спектра превышает аналогичную характеристику ФР типа <?xml version="1.0"?>
-Si, <?xml version="1.0"?>
и SeTe.

Спектральная чувствительность ФР различных типов [10]

Рис. 5.7. Спектральная чувствительность ФР различных типов [10]:AU - величина фоторазрядки при экспозиции 0,1 <?xml version="1.0"?>
; <?xml version="1.0"?>
- длина волны спектра облучения

Обобщенные параметры [15] органических ФР, используемых в аппаратуре цифровой печати, приведены в табл. 5.1. Параметры соответствуют режиму лазерной записи в ИК-области спектра. Они собраны из различных источников информации и являются ориентировочными.

Таблица 5.1

Обобщенные параметры органических фоторецепторов

Untitled Document

Наименование параметра
Единица измерения
Значение параметра
Примечания
1. Физические параметры
1.1, Структура фоторецептора
-
CGL/CTL

Возможны дополнительные слои

1.2. Толщина слоев:
-CGL
-CTL


мм
мм

0,5-2
10-40
 
1.3. Молекулярная масса
-
30000-100000
 
1.4. Относительная диэлектрическая проницаемость
-
около 3
 

1.5. Удельное сопротивление:
- в темноте
- при освещении




>
 
1.6 Величина ионизации молекул
эВ
7-8

 

1.7. Плотность поверхностных зарядов


>100

При потенциале минус 1000 В

1.8. Мощность облучения

При рабочей экспозиции в ИК-области спектра

1.9. Длительность импульса
нс
до 20

Минимальная величина

1.10. Диаметр пятна
мкм
20 - 40

 

1.11. Число фотонов

В ИК-области спектра

1.12. Квантовая эффективность
-
0,1-0,9

 

1.13. Дрейфовая подвижность носителей заряда

 

1.14. Время транзита носителей
мкс
140-400

В зависимости от наличия объемных зарядов в CTL

2. Электрофотографические параметры

2.1. Рабочий потенциал зарядки
 
минус 600-800

 

2.2.Напряженность поля в ЭФС
В/м

При рабочем потенциале зарядки

2.3. Энергетическая чувствительность
100-1000

В условиях полуспада потенциала в ИК-области спектра

2.4. Рабочая экспозиция
4-6

 

2.5. Остаточный потенциал
В
до 100

 

2.6. Электростатический контраст
В
400-600

 

2.7. Минимальная длительность цикла записи
 
0,5-1,0

Цикл: зарядка — экспонирование — проявление — перенос-очистка (закрепление отдельно) и с пересчетом на формат А4

2.8. Цикличность работы
количество циклов
100000 - 300000

 

    1. Borsenberger P. М., Weis D. S. Organic Photoreceptor for Imaging Systems. - New York: Marcel Dekker. - 1993. - 447 p.

    2. Williams E. M. The Physics and Technology of Xerographic Processe. - New York: Wiley, 1984. - 102 p.

    3. Scharfe M. Electrophotography Principles and Optimization. - Letch-worth: Press, 1984. - 200 p.

    4. Авилов Г. В. Органическая электрофотографическая пленка. - М.: Искусство, 1985. - 128 с.

    5. Hajime Miyazaki // Electrophotography. - 1993. V. 32. № 3. - P. 282 - 290.

    6. Satoru Honjo // Fuji Film Research and Development. - 1993. № 38. - P. 37-42.

    7. Ishikawa S. / Fine Chem. Electron. Ind.: Proc. Symp. - 1986, London. - P. 82-96.

    8. Shane J. E. / Toners and Photoreceptors 2000. Image materials seminar. Santa Barbara, Ca, June 4-7, 2000.

    9. Diamond A. S. Handbook of Imaging Materials - New York, Basel, Hong Kong: Marcel Dekkor Inc., 1991. - 621 p.

    10. Goldman G. The World of Printers /Осе Printing Systems GmbH, 2001.

    11. Lozovski T. et al. // Syntetic Metals, - 2000. № 109. - P. 195- 198.

    12. Tetsuo Murayama // J. Imaging Science and Technol. - 2002. № 4. - P. 285-291.

    13. Ванников A.B., Уарова P.M. Электрография. - M.: Изд. МГУП, 2000. 127 с.

    14. Popovic Z. Bender Т. / International conference IS and T's NIP 19: Proc. 2003. - P. 1-95.

    15. Харин О., Сувейздис Э. // Digital Printing Magazine, - 2002. № 1. - С. 40-43.

© Центр дистанционного образования МГУП