Бессеребряная фотография

Текст лекции

1.1. Бессеребряные фотографические процессы

На всех этапах развития фотографии предпринимались попытки замены серебра и поиски других светочувствительных бессеребряных сред. Эта необходимость является не только следствием постоянного стремления к познанию нового, но и обусловлена экономией драгоценных и редкоземельных металлов при получении изображений.

Необходимость в создании новых способов регистрации визуальной информации диктуется повышенными требованиями к качеству изображения, скорости его записи, воспроизведения (в масштабе реального времени), а также необходимостью длительного хранения зафиксированной информации, быстрым поиском и доступом к ней.

Реализация данных требований методами и средствами традиционной фотографии вызывает известные сложности, связанные с особенностями обработки галогеносербряных материалов. По этой причине широкое распространение получили способы регистрации объектов на светочувствительных материалах, не содержащих соединений серебра, либо являющиеся комбинацией традиционных фотографических и информационных технологий. Они позволяют получать изображение высокого качества, минуя при этом длительный, многоступенчатый и дорогостоящий процесс химико-фотографической обработки. К ним относится совокупность физических либо химических фотопроцессов, которые сформировали целое направление, именуемое бессеребряной фотографией.

Бессеребряная фотография представляет собой совокупность методов получения и воспроизведения фотографических изображений на основе применения светоприемников, не содержащих соединений серебра.

Бессеребряные процессы целесообразно разделить на три категории:

- фотофизические процессы на поверхности тонкого слоя электризованного полупроводника (электростатическая фотография, термопластические процессы, эвапорография);

- фотохимические процессы, протекающие непосредственно в полимерных пленках, тонких поликристаллических слоях, силикатных или полимерных веществах, растворенных в связующей среде (диазография, фотохромный процесс, термография, везикулярный процесс);

- процессы, основанные на явлении анизотропии тепловых, магнитных и оптических свойств жидких кристаллов, ферромагнитных материалов (магнитная, магнитооптическая видеозапись визуальной информации).

Достоинствами бессеребряных материалов являются:

- простая одно- или двухступенчатая обработка;

- короткое время получения изображения (0,1 – 10 с);

- средняя (100 - 500 лин/мм) и высокая (более 500 лин/мм) разрешающая способность (исключение составляют термографические материалы, имеющие низкую разрешающую способность, но высокое быстродействие);

- сравнительно низкая стоимость полученных фотографических изображений (диазотипные и везикулярные пленки в 4 раза дешевле черно-белых галогеносебряных фотоматериалов);

- реверсивность фототермопластических и фотохромных материалов (допускают многократное повторение циклов "запись- воспроизведение- стирание" изображения).

Недостатки бессеребряных материалов:

- низкая светочувствительность по сравнению с традиционными фотоматериалами, смещение максимума спектральной чувствительности в УФ- диапазон;

- электрофотографические и фототермопластические материалы при такой же спектральной чувствительности, как у традиционных фотоматериалов плохо передают полутона и имеют "зашумленноть" изображения;

- не применяются для прямой фотосъемки, на них не возможно или затруднительно получить цветное изображение.

Бессеребряные материалы применяют, как правило, при микрофильмировании, копировании и тиражировании документов.

При сопоставлении основных бессеребряных способов регистрации информации, базирующихся на фотохимических, фотофизических реакциях и анизотропии свойств, необходимо оценить принципиальные возможности каждого из них.

1.2. Фотофизические способы бессеребряной фотографии

Среди многочисленных известных способов регистрации информации широкое практическое применение получили электрофотографические способы. Термином «электрофотография» обозначают ряд фотографических процессов, основанных на способности полупроводников уменьшать свое удельное сопротивление под действием света. Фотоэлектрический эффект можно проиллюстрировать на простом примере. Если слой полупроводника нанести на металлическую пластину и в темноте наэлектризовать его, такая пластина становится светочувствительной. Если на пластину направить лучи, составляющие оптическое изображение предмета, то на ней образуется скрытое изображение данного предмета.

Электрографические способы, применяемые в полиграфическом производстве, отличаются относительной простотой изготовления печатных форм (рис. 21). По скорости, производительности печатного процесса и качеству воспроизведённого оригинала они несколько уступают классическим полиграфическим способам. По этой причине их применение ограничено, главным образом, для получения небольшого количества копий, для изготовления малоформатных офсетных печатных форм при оперативном размножении документации небольшим тиражом.

Электрографические процессы принято разделять на следующие виды:

- электрофотография, основанная на получении электростатического изображения в виде поверхностного распределения зарядов (например, ксерография);

- электрофотография на фотоэлектретах, т.е. в средах с устойчивой внутренней поляризацией, в которых скрытое изображение принимает форму электрической поляризации;

- магнитография (ферромагнитография) представляющая собой электронную запись информации посредством фотоприемников видеокамер и цифровых фотоаппаратов на магнитных носителях или статических ПЗУ.

В качестве светочувствительных материалов в электрографии используются фотопроводники, которые в темноте являются изоляторами, а под действием света становятся электрически проницаемыми, т.е. проводниками.

Основными характеристиками фотопроводников являются спектральная чувствительность, фотоэлектрическая чувствительность, скорость темновой утечки, усталость материала, начальный потенциал, остаточный потенциал, устойчивость к внешним воздействиям, кристаллизация.

Спектральная чувствительность - характеризует способность фотопроводника реагировать на излучение различного спектрального состава. У фотопроводников отмечается пониженная спектральная чувствительность к голубому и желтому цвету. При этом копия, выполненная с оригинала, напечатанного на желтой бумаге, приобретает темный фон.

Фотоэлектрическая чувствительность (скорость формирования изображения) - это величина, характеризующая скорость уменьшения заряда на фоторецепторе при освещении его светом заданной интенсивности. Чем меньше остаточная величина заряда на фоторецепторе после его экспонирования, тем выше качество копии. Эта величина может зависеть от материала фотопроводника и срока его эксплуатации.

Скорость темновой утечки - величина, характеризующая, как быстро фотопроводник теряет заряд в темноте. Полупроводник, из которого изготовлен фоторецептор, приобретает в темноте свойства диэлектрика, но не может хранить заряд настолько долго, как диэлектрики.

Усталость материала - это явление, возникающее при многократном и частом экспонировании фоторецептора. Усталость материала может возникать и при засветке солнечным светом (при неосторожной засветке световоспринимающего барабана картриджа, например, солнечным светом). Усталость материала приводит к увеличению скорости темновой утечки заряда, а в некоторых случаях, наоборот, к сохранению заряда на поверхности после экспонирования.

Начальный потенциал - это потенциал на поверхности фоторецептора, при котором накапливаемый заряд равен заряду, утекающему в подложку. Обычно фоторецептор заряжают до потенциала ниже начального, чтобы избежать его повреждения.

Остаточный потенциал - потенциал, который остается на освещенных участках фоторецептора после экспонирования. При экспонировании фоторецептор быстро теряет заряд до определенной величины, затем скорость разряда значительно снижается. Высокий остаточный потенциал способствует притягиванию частиц тонера на освещенные участки, что приводит к появлению темного фона на копии.

Устойчивость к внешним воздействиям - эта характеристика определяет способность фотопроводника сохранять свои свойства как можно дольше при механическом контакте с бумагой. Бумага, при правильном использовании аппарата, является наиболее важным фактором естественного износа фоторецептора. Неверно обрезанная и шероховатая бумага сокращает срок службы фоторецептора. Кроме того, срок его службы сокращают различные химические вещества, которые могут попасть на него с бумаги или с другого источника, а также механические повреждения.

Эти характеристики фотопроводника тщательно анализируются при выборе его в качестве фоторецептора для копировального аппарата.

Фоторецептор - основной узел любого копировального аппарата. На поверхности фоторецептора создается электростатическое, а затем видимое изображение копируемого оригинала с последующим переносом этого изображения на бумагу или специальный материал. В качестве фоторецептора применяют слои на основе селена с добавками Te, Cd, слои на основе CdS, либо органические полупроводниковые покрытия.

Электростатическая фотография послужила основой для создания перспективных способов получения изображения. Наиболее ярким примером может служить ксерография.

Существует несколько видов коротронов.

Простейший из них представляет собой тонкую проволоку из устойчивого к окислению материала, натянутую на металлическом экране. Более совершенным является скоротрон - зарядное устройство, позволяющее получить более равномерный заряд поверхности фоторецептора. В нем кроме проволоки используется сетка, на которую также подается напряжение. Дикоротрон – устройство, состоящее из двух активных элементов: коронода и экрана. Позволяет более точно регулировать величину заряда.

Коротрон является источником озона, выделяемого копировальным аппаратом во время работы. Использование фильтров и их своевременная замена позволяют устранить запах. В настоящее время фирмы-производители переходят на безозоновую технологию.

2) Формирование и экспонирование изображения. После зарядки на фоторецептор подается изображение, которое в копировальных аппаратах формируется мощным источником света и проецируется через систему зеркал. Обычно для освещения оригинала используется каретка с лампой как в сканерах. Однако в некоторых копировальных аппаратах, например Xerox 1075 (с ленточным фоторецептором), используется лампа-вспышка, которая освещает весь оригинал сразу. Для изменения параметров изображения (увеличения и уменьшения) служит объектив с переменным фокусным расстоянием. Те участки на фоторецепторе, на которые падает свет, теряют свой потенциал, что приводит к формированию "скрытого" изображения оригинала в виде заряженных участков.

3) Проявление - это процесс формирования изображения на фоторецепторе тонером, которое происходит при контакте светочувствительного барабана с тонером, несущим заряд противоположного знака. При этом частицы тонера прилипают к участкам поверхности фоторецептора несущим заряд, образуя видимое изображение. Электрофотографический тонер представляет собой порошок черной или цветной легкоплавкой смолы или смесь порошка с носителем - стеклянная, полимерная или металлическая дробь. Хотя собственно частицы тонера довольно компактны, в состоянии аэрозоля они склонны образовывать конгломераты частиц, размер которых не всегда можно контролировать.

4) В процессе переноса изображения бумага контактирует с фоторецептором в результате чего ей сообщается такой электростатический заряд, что частички тонера отрываются от поверхности фоторецептора и притягиваются к бумаге. В результате большая часть тонера переносится на бумагу, а остатки тонера удаляются с фоторецептора на этапе очистки.

Для улучшения качества изображения и уменьшения расхода тонера в некоторых аппаратах осуществляется предварительный перенос, в процессе которого ослабляется заряд фоторецептора. Для этого либо фоторецептор предварительно освещается, либо на коротрон переноса подается переменное напряжение.

5) Отделение бумаги от фоторецептора осуществляется как механическим, так и электрическим способом. В первом случае используются либо пальцы отделения, находящиеся в непосредственной близости к фоторецептору, либо отделяющие ремешки, устанавливаемые с одного края фоторецептора. Кромка бумаги скользит по ремешку и затем легко отделяется от фоторецептора.

Во втором случае используется коротрон отделения совместно с механическими средствами.

6) Закрепление. После переноса копия уже практически готова. Но изображение, полученное на бумаге, может быть удалено при механическом воздействии (например, трением). Естественно такая копия не пригодна для работы с ней. Для увеличения сцепления тонера с бумагой используется механизм закрепления.

Существует несколько способов закрепления. Наиболее распространенный - это термомеханический способ, при котором копия подвергается нагреву и механическому прижиму.

Механизм закрепления носит название фьюзер (печка). Механизм состоит из нагреваемого тефлонового вала с кварцевой лампой внутри, и резинового прижимного вала. Иногда вместо тефлонового вала устанавливается специальный керамический термоэлемент, который отделяется от бумаги термопленкой. Такие копиры имеют меньший срок прогрева и меньшее энергопотребление, однако, срок службы термопленки значительно меньшее, при этом снижается количество копий и повышается вероятность ее повреждения при неаккуратном извлечении бумаги.

При термическом закреплении копия проходит под ИК-лампой. В этом случае тонер расплавляется и застывает без какого-либо механического воздействия.

8. Очистка - это процесс удаления остатков тонера с фоторецептора после переноса на бумагу. Непосредственно перед очисткой может производиться предварительная очистка с помощью засветки фоторецептора или коротрона предочистки.

Оставшиеся частицы тонера удаляются с помощью ракельного ножа, находящегося в непосредственном контакте с фоторецептором. Отработанный тонер попадает в бункер отработки. Последний этап очистки - это удаление остаточного заряда, которое осуществляется с помощью либо источника света, либо коротрона, знак напряжения которого противоположен знаку заряда фоторецептора.

Всё множество электрофотографических аппаратов можно разделить по способу обработки сигнала на две большие группы - аналоговые и цифровые. В первом случае сканируемое изображение проецируется при помощи оптической системы линз и зеркал, во втором - обрабатывается микропроцессорной системой и переводится в цифровой вид, а затем лазерный луч, отклоняемый быстровращающимся полигонным зеркалом проецирует изображение на светочувствительный цилиндр.

Данные системы нашли реализацию в цифровых цветных копировальных аппаратах.

Цветная электрография

Цветной электрографический процесс значительно проще трехцветной субтрактивной фотографии. Проявление в цветной электрографии можно производить каскадным способом или магнитной кистью; проявитель содержит пигменты, диспергированные в смолах. Выбор цветов в этом процессе довольно широк, так как пигменты составляют незначительную часть проявляющего порошка и поэтому не оказывают заметного влияния на электрические свойства частиц проявителя.

Ксерография является позитивным процессом. Для проявления скрытого электростатического изображения, полученного при экспонировании через цветоделительные светофильтры основных цветов применяться проявители дополнительных цветов. Весь процесс цветной электрографии включает несколько этапов. Сенсибилизация пластины коронным разрядом и экспонирование цветного оригинала через цветоделящие светофильтры. При экспонировании через красный светофильтр происходит проявление голубым проявителем и последующий перенос его на бумагу. При экспонировании через зеленый светофильтр происходит проявление пурпурным проявителем и перенос его на тот же лист бумаги. При экспонировании через синий светофильтр происходит проявление желтым проявителем и его перенос на бумажный носитель.

Эта последовательность электрографических операций аналогична процессам трехцветной фотографии. Важным в данном случае является точное совмещение частичных изображений при экспонировании и переносе на бумагу.

Достоинства ксерографической печати:

- высокая скорость печати (от 4 до 40 и выше страниц в минуту);

- скорость печати не зависит от разрешения;

- высокое качество печати;

- низкая себестоимость копии (на втором месте после матричных принтеров);

- бесшумность.

К недостаткам следует отнести:

- высокую стоимость аппарата, в особенности для цветной печати;

- высокое потребление электроэнергии.

Наиболее характерной особенностью изображений, полученных при использовании цветной ксерографии, являются блестящая поверхность и не достаточно точная цветопередача. Если рассмотреть изображение, полученное на лазерном принтере, при помощи увеличительного стекла, то можно увидеть, что оно состоит из крупных цветных точек, образующих характерный растр, очень часто отчетливо просматривается линейчатая структура изображения. Краситель лежит на бумаге достаточно толстым слоем и на перегибах часто осыпается.

Запись изображения в электрографических принтерах производится световым лучом на барабан, покрытый светочувствительным материалом. Поверхностное распределение зарядов соответствует рисунку. К заряженным участкам барабана притягивается порошок красителя, затем он переносится на бумагу и фиксируется нагревом, либо давлением. К печатающим устройствам данного типа относятся лазерные, светодиодные (LED), жидкокристаллические (LCD) и ионно-депозиционые принтеры.

Принцип действия лазерного принтера несколько отличается от принципов работы копировального аппарата. Источником света здесь служит лазер, который уменьшает потенциал в определенных участках фоторецептора. При этом фоновые участки фоторецептора остаются заряженными. Тонер заряжается противоположным зарядом. При контакте тонер притягивается подложкой в участки с низким потенциалом, пробитые лазером.

Лазерная засветка осуществляется следующим способом. Лазерная пушка светит на зеркало, которое вращается с высокой скоростью. Отраженный луч через систему зеркал и призму попадает на барабан и за счет поворота зеркала выбивает заряды по всей длине барабана. Затем происходит поворот барабана на один шаг (этот шаг измеряется в долях дюйма и именно он определяет разрешение принтера по вертикали) и вычерчивается новая линия. В некоторых принтерах кроме поворота барабана используется поворот зеркала по вертикали, которое позволяет на одном шаге поворота барабана вычертить два ряда точек. В частности первые принтеры Lexmark с разрешением 1200 dpi использовали именно этот принцип.

Скорость вращения зеркала очень высока. Она составляет порядка 7-15 тыс. об/мин. Для того, чтобы увеличить скорость печати не увеличивая скорость зеркала, его выполняют в виде многогранной призмы.

Оттенки черного и серого цвета соответствуют различным положениям зеркала (рис. 2). В момент А зеркало повернуто под одним углом (красное положение зеркала). В следующий момент времени, соответствующий частоте работы лазера, зеркало поворачивается и занимает черное положение. Отраженный луч попадает в другую точку фоторецептора. Естественно, в реальности существуют еще дополнительные зеркала, призмы и световоды отвечающие за фокусировку и изменение направления луча.

В светодиодных принтерах (OKI, Panasonic, см. рис. 3) вместо лазера работает светодиодная панель. Теоретически светодиодная технология более надежна, отличается простотой и компактностью конструкции. По этой же причине светодиоды часто используют в ксерографических цифровых плоттерах. Однако на практике большинство производителей предпочитает лазерную технологию, поскольку она обеспечивает высокое качество и высокую скорость печати.

Основная тенденция в области копировальных аппаратов - постепенный отказ от аналоговых и переход на цифровые печатающие и копирующие устройства, трансформация в принтер-копиры иногда совмещенные со сканирующим устройством и факс-модемом. Преимуществами цифровой печати являются высокое качество, низкий расход тонера, более точная передача оттенков и полутонов.

Электронная запись информации используется в видеокамерах и цифровых фотоаппаратах. Она существенно отличается от других светорегистрирующих процессов тем, что изображение, сформированное на фоторегистрирующей поверхности, сканируется строчно-кадровым способом и регистрируется последовательно во времени. Полученная визуальная информация после специальной обработки может быть использована:

- для непосредственного отображения визуальной информации на экране монитора;

- для записи на магнитные носители или статические ОЗУ;

- для передачи информации по телекоммуникационным проводным и беспроводным каналам связи.

Фотохимические способы бессеребряной фотографии

Светокопирование – процесс, в котором используется свойство солей трехвалентного железа превращаться в соли двухвалентного железа под действием света. Бумага пропитывается железоаммониевой солью лимонной кислоты и калиевой солью железосинеродистой кислоты. Затем ее экспонируют контактным способом через оригинал (например, чертеж на кальке) очень ярким светом до тех пор, пока не образуется слабовидимое изображение. Там, где свет попадает на бумагу, соединения трехвалентного железа переходят в соединения двухвалентного железа. При погружении бумаги в воду для проявления соли трехвалентного железа преобразуются в цианидное соединение синего цвета, образуя негативное изображение.

Фиксирование не требуется, хотя изображение является не стабильным при длительном хранении. С помощью светокопирования при использовании других химических соединений может быть получено позитивное изображение.

Диазография. Из множества методов получения изображений широкое практическое применение, на уровне с ксерографией, получили процессы с использованием светочувствительных слоев на основе диазосоединений (двуокись азота), представляющих собой малоустойчивые продукты действия азотной кислоты на соли первичных ароматических аминов (П. Грис, 1860 г.). Эти процессы применяются главным образом для копирования чертежей и текстов, а также в полиграфии. Данный способ получения изображений является удачной альтернативой традиционной фотографии с точки зрения простоты технологии и аппаратуры, а также стоимости применяемых материалов.

Мы рассмотрим только два из всей совокупности: диазотипию и везикулярный процесс.

Диазотипия – это фотохимический позитивный процесс, основанный на использовании свойств диазосоединений (органические соединения - соли диазония) и способных разлагаться под действием света; применяется для копирования технической документации на бумаге или кальке (целлофановой или триацетатной) со светочувствительным слоем. Диазосоединение экспонируется ультрафиолетовым или фиолетовым светом через прозрачный или полупрозрачный оригинал. При обработке в щелочной среде (например, в парах аммиака) происходит окрашивание на неэкспонированных участках. В результате получается позитивное изображение, состоящее из азокрасителей.

Экспонирование и проявление при диазотипии могут осуществляться как одновременно, так и раздельно. Фиксирование не требуется, хотя диапозитив не подлежит длительному хранению, особенно на свету.

Достоинствами диазоматериалов являются их низкая стоимость и возможность сухой обработки. Это определило их широкое применение в копировально-множительных процессах, при вторичной регистрации информации (например, изготовление копий кинофильмов). Низкий уровень светочувствительности (в миллион раз меньше по сравнению с фотобумагами общего назначения) не позволяет применять диазоматериалы в процессах первичной регистрации визуальной информации.

Спектральная чувствительность диазоматериалов ограничивается диапазоном 300 – 500 нм. Разрешающая способность составляет порядка 400 – 1500 мм-1.

Везикулярный процесс представляет собой фотохимическое разложение светочувствительного вещества, равномерно распределенного в полимерном слое. При экспонировании светочувствительного вещества происходит выделение пузырьков газа (молекулярный азот). В достаточном количестве эти пузырьки благодаря рассеянию света создают оптическую плотность. Полученные таким образом везикулярные изображения в зависимости от угла наблюдения изображения могут быть позитивными и негативными. Фиксирование везикулярного изображения осуществляется под воздействием длинноволнового ультрафиолетового излучения (λ=300 - 450 нм) и тепла (Сº=100 - 120º), что вызывает разложение оставшегося в слое светочувствительного вещества.

Практическое применение везикулярного процесса относят к 1958 г., в связи с появлением светочувствительного материала «Кальфакс», в котором был реализован данный процесс.

Низкая стоимость, простота и скорость обработки, возможность получения полутоновых изображений удовлетворительного качества позволили использовать его в кинематографии, микрофильмировании, репрографии, полиграфии.

Светочувствительность везикулярных пленок приблизительно на порядок больше, чем у диазоматериалов. Спектральная чувствительность аналогична диазотипным материалам, а разрешающая способность составляет порядка 1000 мм-1.

Термография. Способность инфракрасных лучей эффективно преобразовывать энергию оптического излучения в тепловую эффективно используется для целей термографии – особого способа регистрации изображений, производимого локальной тепловой реакцией в местах нагревания термографического материала. Разработка данного способа относится к 1950 – 1952 гг., в ее результате был предложен прямой и косвенный способ.

Термографическая бумага для получения копий пропитана веществом, химический состав и цвет которого необратимо изменяются при нагревании. Поскольку темные участки оригинала поглощают больше энергии излучения, чем светлые области, термографическая бумага при контакте с темными участками оригинала сильнее нагревается и изменяет цвет, образуя позитивное изображение. В рассмотренном процессе фотоны взаимодействуют не с атомами фоточувствительной среды, а с агрегатными скоплениями атомов. Фиксирование изображения не требуется, хотя при длительном хранении, особенно в местах с повышенной температурой воздуха, потемнение термографической бумаги происходит по всей поверхности.

Термопринтеры. К ним относятся принтеры с термопереносом и термосублимационные принтеры. Все они при работе используют нагрев.

Работа термопринтеров основана на взаимодействии специальной бумаги, которая темнеет при нагревании, и печатающей головки с нагревательными элементами. В процессе печати цветных изображений для переноса красителя на бумагу используется не удар, а точечный нагрев красящей ленты.

Принцип действия термопринтера очень прост. Печатающий элемент представляет собой панель с нагреваемыми элементами. В зависимости от подаваемого напряжения нагреваются те или иные элементы, которые заставляют темнеть специальную термобумагу в месте нагрева. Достоинством данного типа принтеров несомненно служит то, что им не нужны расходные материалы кроме специальной бумаги. Недостатком является малая скорость печати.

Широкое практическое применение способ термографии получил в контрольно-кассовых машинах.

В термосублимационных принтерах (термосублимация – процесс перехода вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние) краситель с поверхности красящей ленты переносится на бумагу. При перемешивании паров красителей различного цвета достигается очень качественная цветовая гамма (фотореалистичный режим печати).

Общий принцип действия термосублимационных печатающих устройств заключается в следующем.

В печатающей головке используется керамическая подложка с резисторами, напряжение на которых регулируется микросхемой. Подложка имеет твердое покрытие из оксида кремния или напыление, идентичное алмазному.

Материал для переноса красителя на бумагу состоит из тонкого прозрачного пластика, покрытого тонким слоем воска, полимера или композиционным материалом, представляющим собой сочетание воска и полимера. Этот слой входит в непосредственный контакт с бумагой. При подаче напряжения на резистор происходит его нагрев, в результате чего воск или полимер переносится на бумагу. Воск требует меньшей степени нагрева, полимер большей.

После переноса воска пластиковая подложка отделяется от бумаги, оставляя воск на ней. Этот процесс вызывает сильную зарядку бумаги статическим электричеством, и иногда используется специальное оборудование для снятия статики. Другой проблемой является то, что головка сильно перегревается, поэтому для ее охлаждения используют специальные алюминиевые радиаторы.

От типа материала, применяемого для переноса красителя, зависит долговечность изображения. Воск стирается, быстро выцветает, в то время как полимерные покрытия даже в сочетании с воском достаточно надежны. Одним из достоинств термопереноса является влагостойкость материала.

При цветной печати производится несколько проходов с различными лентами воска (CMYK- модель) в результате чего формируется полутоновое растровое изображение. Некоторые принтеры позволяют делать точки разных размеров. На таких принтерах установлена печатающая головка с хорошим охлаждением и очень четкой регулировкой времени и степени нагрева каждой точки, что позволяет воску растекаться по бумаге. Эта технология дает более плотную заливку на больших площадях.

В настоящее время используют несколько видов сублимационного переноса красителя.

Сублимация красителя (Dye Sublimation). При таком методе краситель переносится с ленты при ее нагревании термоголовкой, которая обеспечивает различные температурные режимы. В зависимости от температуры происходит перенос большего или меньшего количества красителя, в результате чего образуются различные оттенки цвета. Такой способ сублимации является наиболее медленным. Изображения, напечатанные таким способом, могут быть подвергнуты вторичному переносу с помощью нагрева. Для печати используется специальная бумага с покрытием, в котором собственно и оседают сублимирующиеся красители.

Термовосковой перенос (Wax Thermal Transfer). При термовосковом переносе диапазон рабочих температур несколько ниже, чем в предыдущем случае. Расплавленный воск, нанесенный на ленту стекает и застывает на бумаге. Такой способ позволяет увеличить скорость печати, однако технология дает наилучшие результаты при значительном размере деталей изображения, заполняемых одним цветом. При печати полноцветных рисунков становится явно виден растр, как на струйных принтерах с низким разрешением.

Термовосковая гибридная сублимация (ТГС) (Wax Thermal Hybrid Sublimation) - это сочетание воскового переноса и сублимации красителя. Этот способ также называется настоящей или отложенной сублимацией.

Термоголовка используется для переноса красителя, находящегося в восковом носителе. Низкая температура термовоскового процесса переносит частицы красителя на бумагу, но не позволяет ему сублимироваться. Такая технология ориентирована в первую очередь на повторный перенос, т.е. отпечаток переносится на другую поверхность. Для переноса используется термопресс, который расплавляет воск и одновременно позволяет красителю сублимироваться на поверхность. Технология, разработанная фирмой Sawgrass Systems позволяет получить наилучший результат при повторном переносе. Поскольку сублимация красителя на материал с бумаги происходит только при повторном переносе.

Термический перенос сухой смолы (ТПСС) (Thermal Dry Resin Sublimation) аналогичен сублимации красителя. Но вместо того, чтобы переносить одну точку с ленты на бумагу, ТПСС принтеры превращают специальную обезвоженную смолу в пар. Специально изготовленная бумага абсорбирует газообразный краситель. В результате получаются отличные оттенки практически без растра. Такие принтеры идеально подходят для печати фотографий. Этот способ печати в основном относится к принтерам ALPS, которые, однако, используют и сублимацию красителя. Принтеры позволяют производить печатать на различных материалах, используя различные красители, включая металлические.

Твердочернильные технологии (Solid Ink Printers) реализованы фирмой Tektronix (серия Tektronix 840-850). Красители здесь представляют собой твердые частицы красителя CMYK. Частички красителя каждого цвета находится в собственном отделении картриджа. Чернила расплавляются и подаются в печатающую головку. Она создает изображение на алюминиевом барабане, с которого и переносится на бумагу. Для того чтобы чернила не застывали на барабане, их подогревают. Ширина печатающей головки равна ширине листа. Лист движется относительно головки, которая переносит на него краситель. Наиболее интересной в данном принтере является сама печатающая головка. Печатающая головка представляет собой блок сопел (по 112 на каждый цвет), снабженных пьезоэлементами. При срабатывании пьезоэлемента, капля расплавленных чернил попадает на барабан. Скорость печати в цвете доходит до 14 страниц в минуту. Принтер не рекомендуется выключать из сети, поскольку при этом забиваются сопла печатающей головки.

К сожалению все сублимационные технологии требуют присутствия прецизионной головки. Поэтому такие принтеры стоят достаточно дорого и не получили при современном уровне развития печатных технологий должного развития. Они рассчитаны на полноцветную печать высокого качества.

Кроме описанных способов термографии известен также электротермографический. В его основе лежит явление спада поверхностных зарядов при нагревании термографического слоя. Для этого применяются вещества, чувствительные к нагреву, а именно: смолы в виде слоев на бумажной подложке. Сам процесс спада зарядов вызван сильным уменьшением удельного сопротивления смол при повышении температуры. После коронного заряда и нагревания термографического слоя ИК- излучением, вызывающим снижение удельного сопротивления до низкого уровня, будет происходить быстрый спад поверхностного заряда на экспонированных участках. После процесса экспонирования копию со скрытым электростатическим изображением подвергают электрографическому проявлению, которое образует видимое негативное изображение.

Электротермографические копии по контрасту сравнимы с электрофотографическими, однако этот способ значительно уступает последнему по разрешающей способности.

Фотополимеры. Формирование изображения в слоях фотополимеров (фоторезисторов) осуществляется благодаря реакциям фотолиза, фотодимеризации или фотоструктурирования. В результате воздействия света экспонированные участки перестают растворяться в некоторых растворителях (проявителях фоторезисторов), или наоборот, скорость растворения экспонированных участков становится гораздо большей, чем неэкспонированных. В первом случае фоторезисторы называют негативными, во втором – позитивными. Примером негативного фоторезистора может служить слой на основе поливинилциннамата – продукта этерификации поливинилового спирта коричной кислоты.

Фоторезисторы находят применение в качестве технологического материала в фотолитографических процессах изготовления различных изделий современной электроники и микроэлектроники (печатные платы, полупроводниковые приборы и схемы, фотошаблоны).

Спектральная чувствительность фотополимеров (фоторезисторов) ограничивается диапазоном 240 – 400 нм. Разрешающая способность составляет порядка 500 мм-1.

Технология термомагнитной записи (рис. 26) похожа на магнитооптическую технологию. При записи в обоих случаях используется зависимость магнитных свойств рабочего слоя от температуры. Разница между технологиями проявляется в способе чтения информации с диска. В магнитооптических приводах информация считывается лучом лазера, работающего на меньшей, чем при записи, мощности, а в термомагнитной записи информация считывается магнитной головкой так же, как в магнитном диске.

Запись информации осуществляется путем нагрева участка рабочего слоя, находящегося в магнитном поле записывающей головки. Нагревание производится кратковременным воздействием лазерного луча - длительность импульса лазера меньше длительности магнитного импульса. Мощность магнитного поля должна быть такой, чтобы при отсутствии нагрева его величина была недостаточной для перемагничивания рабочего слоя. При повышении температуры участка рабочего слоя происходит существенное изменение его магнитных свойств: например, может в 3-4 раза уменьшаться коэрцитивная сила. Это приводит к тому, что нагретые участки перемагничиваются. Подобные области и представляют собой записанную информацию.

Для термомагнитной записи используются материалы с высокой коэрцитивной силой, что обеспечивает высокую стабильность записанных участков. Минимальные размеры области, соответствующей одному биту информации, определяются диаметром сфокусированного светового луча.

Перспективным направлением воспроизведения изображения является использование анизотропных свойств жидких кристаллов. В конце XIX века германский физик О. Леман (Otto Lehmann) и австрийский ботаник Ф. Рейнитцер (Friedrich Reinitzer) обратил внимание на то, что некоторые аморфные вещества отличаются весьма упорядоченной параллельной укладкой удлиненных по форме молекул. Позже по степени структурной упорядоченности им присвоили наименования жидких кристаллов. Основным рабочим элементом ЖК-матрицы являются жидкие кристаллы. Жидкокристаллическим (или мезоморфным) называется такое состояние вещества, при котором оно обладает структурными свойствами, промежуточными между свойствами твердого кристалла и жидкости. Они состоят из подвижных молекул анизотропной формы, сохраняющих определенный порядок в своем расположении друг относительно друга.

Жидкие кристаллы характеризуются оптической и диэлектической анизотропией. Оптическая анизотропия проявляется под воздействием света на жидкий кристалл. Если ориентация молекулы жидкого кристалла перпендикулярна направлению распространения плоскополяризованного света, то плоскость поляризации поворачивается таким образом, чтобы быть параллельной направлению ориентации молекул.

Диэлектрическая анизотропия проявляется под воздействием электрического поля, в результате чего происходит изменение оптической плотности (прозрачности) жидкого кристалла. Такое явление происходит ввиду переориентации осей молекул в направлении, перпендикулярном исходному состоянию (до внешнего воздействия).

Исследования в данной области проводились как отечественными (И.Г. Чистяков), так и зарубежными учеными. В конце 60-х годов ХХ века американская корпорация RCA (Radio Corporation of America) начала проводить первые серьезные исследования по использованию особенностей жидких кристаллов в целях визуализации отображаемой информации.

В 1973 г японская компания SHARP предложила буквенно-цифровую мозаичную панель LCD (Liquid Crystal Display). В 1987 году та же компания продемонстрировала цветной дисплей с малым LCD- экраном размером в несколько дюймов. В 1988 году был выпущен полноразмерный телевизор с диагональю экрана 14” (36 см).

Начало октября 2004 г. в Японии на ежегодной выставке домашней электроники «SHARP» анонсировала TFT LCD – Thin Film Transistor – тонкопленочный транзистор.

В современных жидкокристаллических мониторах слой кристаллов малой толщины располагается между двумя стеклянными пластинами. С наружной стороны на пластины нанесена тонкая электрическая сетка в виде множества горизонтальных рядов-электродов с фронтальной стороны экрана, и вертикальных рядов - позади. Вместе они образуют матричный электросветовой преобразователь. При адресном воздействии управляющего напряжения у молекул жидкого кристалла в пределах ячейки изменяются положения оптических осей и соответственно ее прозрачность. Оцифрованные последовательности управляющих импульсных сигналов вырабатываются микропроцессором. При этом ЖК-матрица не является самосветящейся, поэтому используется тыловая рассеянная светодиодная подсветка. На пути к экрану сформированные микро пучки светового излучения проходят через множество светофильтров. Последствия многократного преломления устраняются последовательной фронтальной и тыловой поляризацией. Срок службы таких мониторов составляет порядка 50 – 60 тыс. часов.

Дата добавления: 2014-01-05