Вы когда-нибудь пробовали писать с помощью луча света?
Звучит невероятно, не так ли, но это именно то, что делает лазерный принтер, когда он создает постоянную копию данных (информации) с вашего компьютера на листе бумаги. Благодаря научно-фантастическим и шпионским фильмам мы склонны думать о лазерах как о невероятно мощных световых лучах, которые могут разрезать куски металла или разнести вражеские космические корабли вдребезги. Но крошечные лазеры полезны и в гораздо более обыденном смысле: они считывают звуки и видеоклипы с дисков в проигрывателях CD и DVD, и они являются жизненно важными компонентами большинства принтеров офисных компьютеров. Все готово? Хорошо, давайте поближе рассмотрим, как лазерные принтеры работают!
Лазерные принтеры во многом похожи на копировальные аппараты и используют ту же базовую технологию. Действительно, как мы опишем позже в этой статье, первые лазерные принтеры на самом деле были созданы на основе модифицированных копировальных аппаратов. В ксероксе яркий свет используется для создания точной копии печатной страницы. Свет отражается от страницы на светочувствительный барабан; статическое электричество (эффект, при котором воздушный шарик прилипает к вашей одежде, если вы несколько раз его потерли) заставляет частицы чернил прилипать к барабану; затем чернила переносятся на бумагу и «сплавляются» с ее поверхностью горячими роликами. Лазерный принтер работает почти точно так же, с одним важным отличием: поскольку нет оригинальной страницы для копирования, лазер должен написать ее с нуля.
Представьте, что вы компьютер, набитый данными. Информация, которую вы храните, находится в электронном формате: каждый фрагмент данных хранится в электронном виде с помощью микроскопически маленького коммутационного устройства, называемого транзистором. Задача принтера состоит в том, чтобы преобразовать эти электронные данные обратно в слова и изображения: по сути, превратить электричество в чернила. С помощью струйного принтера легко увидеть, как это происходит: чернильные пистолеты, управляемые электричеством, выпускают точные потоки чернил на страницу. С лазерным принтером все немного сложнее. Электронные данные с вашего компьютера используются для управления лазерным лучом—и именно лазер выводит чернила на страницу, используя статическое электричество аналогично ксероксу.
Как работает лазерный принтер
Когда вы что-то печатаете, ваш компьютер отправляет огромный поток электронных данных (обычно несколько мегабайт или миллион символов) на ваш лазерный принтер. Электронная схема в принтере определяет, что означают все эти данные и как они должны выглядеть на странице. Он заставляет лазерный луч сканировать взад и вперед по барабану внутри принтера, создавая картину статического электричества. Статическое электричество притягивает на страницу своего рода порошкообразные чернила, называемые тонером. Наконец, как и в ксероксе, термоблок прикрепляет тонер к бумаге.
Миллионы байт (символов) данных поступают в принтер с вашего компьютера. Электронная схема в принтере (фактически, небольшой компьютер сам по себе) определяет, как распечатать эти данные, чтобы они выглядели правильно на странице. Электронная схема активирует коронный провод. Это высоковольтный провод, который дает статический электрический заряд всему, что находится поблизости. Коронный провод заряжает фоторецепторный барабан, так что барабан получает положительный заряд, равномерно распределенный по его поверхности. В то же время схема активирует лазер, чтобы заставить его нарисовать изображение страницы на барабане. Лазерный луч на самом деле не движется: он отражается от движущегося зеркала, которое сканирует его по барабану. Там, где лазерный луч попадает на барабан, он стирает положительный заряд, который был там, и вместо этого создает область отрицательного заряда. Постепенно на барабане формируется изображение всей страницы: там, где страница должна быть белой, есть области с положительным зарядом; там, где страница должна быть черной, есть области с отрицательным зарядом.
Чернильный валик, соприкасающийся с фоторецепторным барабаном, покрывает его крошечными частицами порошкообразных чернил (тонера). Тонер получил положительный электрический заряд, поэтому он прилипает к частям фоторецепторного барабана, которые имеют отрицательный заряд (помните, что противоположные электрические заряды притягиваются так же, как притягиваются противоположные полюса магнита). Чернила не притягиваются к частям барабана, имеющим положительный заряд. На барабане появляется нарисованное чернилами изображение страницы. Лист бумаги из бункера на другой стороне принтера подается вверх к барабану. По мере продвижения бумага получает сильный отрицательный электрический заряд от другого коронного провода.
Когда бумага движется вблизи барабана, ее отрицательный заряд притягивает положительно заряженные частицы тонера от барабана. Изображение переносится с барабана на бумагу, но в данный момент частицы тонера просто слегка ложатся на поверхность бумаги. Окрашенная бумага проходит через два горячих ролика (термоблок). Тепло и давление, исходящие от роликов, навсегда соединяют частицы тонера с волокнами бумаги. Распечатка появляется сбоку копировального аппарата. Благодаря термоблоку бумага все еще теплая. Это буквально горячо обсуждается в прессе!
Кто изобрел лазерные принтеры?
До начала 1980-х годов почти ни у кого не было персонального или офисного компьютера; те немногие, кто это делал, делали «печатные копии» (распечатки) с помощью матричных принтеров. Эти относительно медленные машины издавали характерный ужасный визжащий звук, потому что они использовали сетку крошечных металлических игл, прижатых к чернильной ленте, для формирования букв, цифр и символов на странице. Они печатали каждый символ по отдельности, строка за строкой, с типичной скоростью около 80 символов (одна строка текста) в секунду, поэтому печать страницы заняла бы около минуты. Хотя это звучит медленно по сравнению с современными лазерными принтерами, это было намного быстрее, чем большинство людей могли печатать письма и отчеты на пишущей машинке старого образца (печатные машины с механической или электрической клавиатурой, которые использовались в офисах для написания писем до того, как доступные компьютеры сделали их устаревшими). Вы все еще иногда видите счета и адресные этикетки, напечатанные матрицей; вы всегда можете это определить, потому что печать относительно грубая и состоит из очень заметных точек. В середине 1980-х годов, когда компьютеры стали более популярными в малом бизнесе, людям понадобились машины, которые могли бы печатать письма и отчеты так же быстро, как матричные принтеры, но с тем же качеством печати, которое они могли бы получить от старомодных пишущих машинок. Дверь была открыта для лазерных принтеров!
К счастью, технология лазерной печати уже была в пути. Первые лазерные принтеры были разработаны в конце 1960-х годов Гэри Старкуэзером из Xerox, который основал свою работу на копировальных аппаратах, которые сделали Xerox такой успешной корпорацией. К середине 1970—х годов Xerox выпускала коммерческий лазерный принтер—модифицированный ксерокс с изображениями, нарисованными лазером, — под названием Dover, который мог печатать около 60 страниц в минуту (по одной в секунду) и продавался за колоссальную сумму в 300 000 долларов. К концу 1970-х годов крупные компьютерные компании, включая IBM, Hewlett—Packard и Canon, конкурировали за разработку доступных лазерных принтеров, хотя машины, которые они изобрели, были примерно в 2-3 раза больше современных-примерно того же размера, что и очень большие копировальные аппараты.
Две машины отвечали за превращение лазерных принтеров в товары массового спроса. Одним из них был LaserJet, выпущенный компанией Hewlett-Packard (HP) в 1984 году по относительно доступной цене в 3495 долларов. Другая, лазерная пишущая машинка Apple, первоначально стоила почти вдвое дороже (6995 долларов США), когда она была запущена в следующем году для сопровождения компьютера Apple Macintosh. Тем не менее, это оказало огромное влияние: Macintosh был очень прост в использовании, а благодаря относительно недорогому программному обеспечению для настольных издательств и лазерному принтеру это означало, что почти любой мог печатать книги, журналы и все остальное, что вы могли распечатать на бумаге. Возможно, Xerox и разработала эту технологию, но именно HP и Apple продали ее миру!
Первый лазерный принтер
Покопавшись в архивах Управления по патентам и товарным знакам США, я нашел один из оригинальных дизайнов лазерного принтера Гэри Старкуэзера, запатентованный 7 июня 1977 года. Чтобы вам было легче следить за ним, я раскрасил его и аннотировал более просто, чем технический чертеж в оригинальном патенте (если вы хотите, вы можете найти полную информацию, поданную в соответствии с патентом США 4027961: Устройство для копирования/растрового сканирования).
То, что у нас есть, по сути, является лазерным сканирующим устройством (синего цвета), расположенным поверх довольно обычного большого офисного ксерокса (красного цвета). В дизайне Starkweather лазерный сканер скользит по стеклянному окну ксерокса (место, где вы обычно кладете свои документы лицевой стороной вниз), поэтому одну и ту же машину можно использовать либо в качестве лазерного принтера, либо в качестве копировального аппарата—примерно на 20-25 лет раньше, чем офисные машины «все в одном».
Опасны ли принтеры?
Раньше я делил офис с кем-то, кто отказывался делить наш офис с лазерным принтером; нам пришлось перенести нашу машину в шкаф и плотно закрыть дверь. Такого рода беспокойство далеко не редкость, но является ли это просто суеверием? Как мы видели выше, лазерные принтеры используют тип твердых чернил, называемый тонером, который может быть источником пыльных мелких частиц (помните, что частицы сажи, выделяемые такими вещами, как выхлопные трубы автомобилей, являются одним из наиболее тревожных компонентов загрязнения городского воздуха). Одно недавнее исследование показало, что некоторые принтеры выделяют почти 10 миллиардов частиц на печатную страницу (хотя важно отметить, что тип и количество выбросов частиц сильно варьируются от модели к модели). Они также производят летучие органические соединения (ЛОС) и газ, называемый озоном (очень реакционноспособный тип кислорода с химической формулой O3), который токсичен и при достаточно высоких концентрациях оказывает различное воздействие на здоровье. К счастью, озон относительно быстро превращается в обычный кислород (O2) внутри зданий.
Представляют ли принтеры и копировальные аппараты какой-либо риск для нашего здоровья? Было проведено несколько научных исследований; хотя результаты неоднозначны, они, по-видимому, свидетельствуют о том, что стоит принять меры предосторожности, такие как размещение принтера подальше от рабочей станции, если вы часто им пользуетесь, и обеспечение хорошей вентиляции. Вы также должны быть очень осторожны при замене картриджей с тонером или обращении с пустыми картриджами.