Technologie laserových tiskáren

Laserové tiskárny byly v minulosti doménou středních a větších korporací, a to zejména kvůli své pořizovací ceně, respektive nákladům na jejich provoz. V neposlední řadě šlo také o to, že jejich umístění v menších prostorách nebylo dost dobře možné. Ano narážím na jejich značné rozměry. V domácích podmínkách se proto uplatňovaly tiskárny úderové, jež byly později nahrazené tryskovými. Nicméně, jak léta ubíhají, tak se cena laserových zařízení smrskla na přijatelných pár tisíc korun, a tak si je může pořídit prakticky kdokoliv. A právě u stránkových laserových tiskáren se dnes pozastavíme a vysvětlíme si, jak fungují.

Krátké ohlédnutí do minulosti

Počátky laserové tiskové technologie sahají do roku 1938. V té době se lidé začínají setkávat s procesem nazvaným elektrografie, jenž se později přejmenoval na xerografii nebo-li suchý zápis. Můžeme napsat, že laserová tiskárna z něj vychází. Využívá elektrostatickou energii k přenosu suchého práškového toneru na list papíru. Původní laserová technologie tisku jako výstup aplikací se zpočátku zdála jako hodně vzdálená a nedostupná.

Vše se odehrálo v laboratořích firmy Xerox v USA. Gary Starkweather upravil kopírovací technologii xerox přidáním laserového paprsku, a tím následně položil základy laserového tisku. Prvním modelem se v roce 1975 pochlubila společnost IBM. Jednalo se o sálové řešení s modelovým značením 3800. Komerční produkty nabízely oproti ostatním technologiím tisku vysoce kvalitní výstup. Nevýhodou byly jejich značné rozměry a náklady spojené s pořízením. První tiskárnu určenou primárně pro domácnost a kancelář (HP LaserJet) představila v průběhu roku 1984 společnost Hewlett-Packard. Nutno podotknout, že se stala velmi oblíbenou a používanou.

Stránkové laserové tiskárny - princip technologie

Označení stránkových tiskáren, jež se dnes běžně používá, dostala tato zařízení podle způsobu jejich práce. Velmi zjednodušeně bychom mohli napsat, že před samotným vytištěním výstupu dojde k vytvoření obsahu celé stránky v paměti tiskárny. Ty laserové využívají ke zpracování svoji vlastní, zatímco ty inkoustové používají paměť počítače, k němuž jsou zrovna připojeny. Je složena z čipů podobných těm, které jsou využívány k výrobě paměťových modulů pro dnešní počítače. Využívá se především jako zásobník pro data určená k vlastnímu tisku, pracovní prostor pro zpracování obrazových informací a jako paměť pro zdobená písma (například obrysová, stínovaná, plastická, negativní, šablonová, šrafovaná).

V případě tohoto typu tiskáren je velikost vlastní paměti jedním ze základních parametrů, které mají vliv na jejich výkon. Ke komunikaci počítače s tiskárnou slouží jazyk pro popis stránky PDL (Page Description Language). Ten převádí popis dokumentu na proud dat, jenž lze následně přenést do tiskárny. Popisuje uspořádání grafiky a textu na tištěné stránce. Základními jazyky PDL jsou PCL - Printer Control Language (sada příkazů umožňující využít konkrétní vlastnosti a možnosti zařízení) společnosti Hewlett-Packard a PostScript (standard pro počítačovou sazbu, jenž nevyužívá žádné řídící kódy jako PCL) od Adobe. Krajní možností je použití escape sekvencí.

Vlastní tisk dokumentu se na uvažovaném typu zařízení skládá z několika fází. Laserových tiskáren je na trhu nepřeberné množství a způsob tiskového procesu se může model od modelu mírně lišit. Ale v zásadě začíná komunikací s počítačem a zpracováním dat (formátování, rasterizace), vytvoření obrazu, nanesení toneru a jeho následné zažehlení.

Komunikace zařízení a zpracování dat

Ta probíhá vzájemně mezi oběma "účastníky". Nejprve jdou data týkající se tiskové úlohy z počítače do tiskárny. Ta může přenos pozastavit a opětovně obnovit. Jedná se o pojem označovaný jako handshaking. Forma řízení toku používaná na úrovni přenosu jednotlivých znaků, která současně zajišťuje synchronizaci. Odesilatel dává prostřednictvím handshakingu signál příjemci, že data určená k přenosu jsou připravena k převzetí. Ten na to reaguje přijetím těchto dat a signalizací, že tak učinil. Řazení jednotlivých požadavků se provádí do tiskových front.

O zpracování se většinou stará procesor tiskárny. Čte kód, vyhodnocuje (určuje velikost stránky, okraje, řádkování) a provádí příkazy (vkládá vlastní obsah, zarovnává text). Stará se také o formátování dat nebo-li způsob jejich rozmístění na tisknuté stránce. V poslední fázi dochází k rasterizaci. Tiskárna z určité sady příkazů vytvoří obraz rozmístění jednotlivých bodů na celé stránce a umístí ho do obrazového zásobníku. Rychlost celého procesu zpracování dat závisí na parametru velikosti vlastní paměti zařízení.

Vytvoření obrazu

Uvnitř zařízení se skrývá elektricky vodivý válec pokrytý polovodivou selenovou vrstvou. Tato vrstva se ve tmě chová jako izolant, ale po osvětlení se stane vodivou. Selenová vrstva se nabije kladným nábojem. Obrazová jednotka, která zpracovává obraz tištěné předlohy, řídí směrování laserového paprsku (pomocí otáčejícího se zrcadélka), který na povrchu válce vytváří řádek po řádku tištěný obraz. Osvětlené oblasti se stanou vodivými a je z nich odveden náboj.

Princip využívající rozmítacího zrcátka s sebou nese několik nevýhod. Za prvé, pro optický systém je nutné mít uvnitř zařízení více prostoru. Dále vzhledem k tomu, že paprsek na válec nedopadá všude pod stejným úhlem, je třeba tento nedostatek kompenzovat. A na konec, kvůli tomu, že povrch obrazového válce se neustále otáčí, přičemž obraz se vykresluje po řádcích, je opět nutno složitým časováním vyřešit, aby byl řádek vykreslen skutečně horizontálně.

Nanesení a zažehlení toneru

K vytvoření obrazu dokumentu nám tedy poslouží zdroj laserového světla (osvětluje fotocitlivý válec), otočné zrcátko a čočka. O rozprostření toneru se stará válec s magnetickým povrchem nazývaný vývojka. Na jeho povrch jsou při otáčení rovnoměrně zachytávány jednotlivé částečky suchého prášku. V okamžiku dotyku vývojky a fotocitlivého válce jsou částice toneru přetahovány na vybitá místa elektricky vodivého válce. Tím se na jeho povrchu vytváří tištěný obraz, jenž je tvořen jemným práškem.

Na řadu přichází potiskový materiál (papír) ze zásobníku a přenosová koróna nabíjející papír a přitahující toner. Obraz dokumentu je tak kontaktně přenesen na papír. Následuje vybití fotocitlivého válce a celý proces nabíjení a vytváření obrazu může začít znovu. Papír je tiskárnou posouván dále směrem k vybíjecí koróně (zbavuje povrch potiskového materiálu náboje). Aby došlo k trvalému přichycení toneru k papíru, musí se list ještě zažehlit. To obstarává dvojice válců (přítlačný a zažehlovací s povrchovou teplotou okolo 200 °C). Dojde k roztavení jednotlivých částí suchého prášku a přilnutí k vláknům papíru.

Právě zahřívání tohoto válce má největší podíl na delší době přípravy k tisku při zapnutí laserové tiskárny. Všechny tyto pochody probíhají při tisku zároveň při otáčení obrazového válce a průchodu papíru kolem něj. Tímto krokem vše končí a stránka dokumentu je ve své výsledné podobě.

Tiskneme barevně

Vše je založeno na principu subtraktivního míchání barev. Jedná se o způsob, kdy se s každou další přidanou barvou ubírá část původního světla. U barevných tiskáren se jedná o barevný rozklad - dochází k rozložení na jednotlivé složky. Miniaturní tečky různých barev jsou na papír naneseny velmi blízko sebe. Výsledná barva je odvozena od způsobu prokládání a počtu odstínů. K barevnému tisku musí mít zařízení čtyři tiskové jednotky (CMYK).

Jde o základní složky Cyan (modrozelená), Magenta (purpurová), Yellow (žlutá) a doplňující složku Black (černá). Toner je tvořen jemnými zrnky barvy a obsahuje zmíněné čtyři barevné náplně CMYK. Jednoduše řečeno, na válec se "vypálí" obraz vždy jedné barevné složky, kde se k nabitým místům přichytí částečky barevného prášku a obraz se přenese na papír. Vzájemné uspořádání tiskových jednotek se liší dle typů barevných laserových tiskáren.

Úskalí stránkových laserových tiskáren

To je spojeno především s tonerem, použitým potiskovým materiálem a v neposlední řadě také s okolními podmínkami. Výslednou kvalitu dokumentu proto neovlivňuje jen samotný typ tiskárny. Velice dobře jsou popsány nejrůznější problémy (neoriginální příslušenství, nepodporovaná gramáž papíru, nerovný papír) v našem článku od Marka Šalandy. Také záleží na vlhkosti prostředí, ve kterém přístroj pracuje. Neměla by být ani příliš nízká a ani vysoká. Důsledkem může být rozmazaný tisk nebo nedostatečné přenesení toneru z fotocitlivého válce.

A co LED tiskárny?

Stále jsme se věnovali stránkovým tiskárnám, které pracující na laserové technologii, ale existují i varianty v podobě LED tiskáren. Pokud vás zajímá jejich princip, doporučuji prostudovat OKI B4250n: LED technologie tisku. Pro představu uvádím náhled na dvojici obrázků zachycující podstatný rozdíl u obou řešení. U řešení, kterým jsme se celý článek zaobírali, se nachází zdroj laserového světla, otočné zrcátko a čočka. Druhý typ je namísto těchto částí tvořen maticí LED diod. To umožňuje přímý průchod papíru tiskárnou a rychlejší tvorbu výstupu.