Московский государственный университет печати

А.В. Ванников, Р.М. Уарова, Г.А. Бабушкин


         

Основы электрографии и бесконтактного краскопереноса

Задачи для практических занятий для студентов обучающихся по специальности 281400 - "Технология полиграфического производства"


А.В. Ванников, Р.М. Уарова, Г.А. Бабушкин
Основы электрографии и бесконтактного краскопереноса
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ

1.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИИ

1.1.

Зарядка фоторецептора

1.1.1.

Задачи

1.2.

Образование скрытого электростатического изображения

1.2.1.

Фотоиндуцированная разрядная кривая

1.2.1.1.

Задачи

1.2.2.

Формирование скрытого электростатического изображения

1.2.2.1.

Задачи

1.2.3.

Разрешающая способность скрытого электростатического изображения

1.2.3.1.

Задачи

1.3.

Проявление скрытого электростатического изображения

1.3.1.

Электрическое поле над скрытым электростатическим изображением

1.3.1.1.

Задачи

1.3.2.

Осаждение тонера на скрытое изображение

1.3.2.1.

Задачи

2.

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

2.1.

Задачи на расчет электрофотографического процесса

2.1.1.

Задачи

2.2.

Комплексные задания на расчет электрофотографического процесса

2.2.1.

Методические указания по выполнению заданий

2.2.2.

Комплексные задания

3.

ОСНОВЫ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ

3.1.

Образование капельной струи при непрерывной струйной печати

3.1.1.

Задачи

3.2.

Образование капельной струи при импульсной струйной печати

3.2.1.

Задачи

4.

ЗАДАЧИ ПОВЫШЕННОЙ СЛОЖНОСТИ ПО ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИИ И СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ

4.1.

Электростатические расчеты в электрофотографии

4.1.1.

Задачи

4.2.

Процессы проявления в электрографии

4.2.1.

Задачи

4.3.

Струйная печать

4.3.1.

Задачи

4.4.

Примеры решения задач

5.

ПРИЛОЖЕНИЕ

В этом разделе помещены задачи на расчет режимов электрофотографического процесса. Вторая часть раздела содержит комплексную задачу на эту тему.

Электрофотографический процесс состоит из записи изображения (получения скрытого электростатического изображения), проявления (получения тонерного изображения), переноса тонерного изображения на печатный материал и закрепления тонерного изображения на печатном материале. Задачи посвящены процессам, в наибольшей степени влияющим на качество электрофотографического отпечатка, - получению скрытого электростатического изображения и проявлению.

Получение скрытого электростатического изображения.

Процесс состоит из двух градационных стадий:

  • получение оптического изображения на поверхности фоторецептора и
  • получение зарядового изображения (скрытого электростатического изображения) путем разрядки освещенных участков.

Запись оптического изображения в цифровых аппаратах производится лазером или светодиодной линейкой, а в аналоговых аппаратах - светом, отраженным от оригинала и прошедшим через систему зеркал и объектив.

Результаты второй стадии зависят от времени экспонирования и фотоиндуцированной разрядной кривой фоторецептора (ФИРК), которая является графиком зависимости потенциала от экспозиции, полученной заряженным фоторецептором.

Поскольку закономерности формирования оптического изображения в данной дисциплине не изучаются, здесь будет рассматриваться только преобразование оптического изображения в скрытое электростатическое изображение.

Фотоиндуцированная разрядная кривая зависит от эффективности экспозиции для фоторецептора, которая определяется актиничностью излучения «a» <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
,

где <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
·- спектральная освещенность, а <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
·- спектральная чувствительность, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
-кривая спектральной освещенности фоторецептора, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- кривая спектральной чувствительности фоторецептора, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
и <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- границы спектрального диапазона излучения, используемого при экспонировании.

По ФИРК можно определить светочувствительность фоторецептора по формуле:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- критериальная экспозиция, достаточная для достижения определенной степени фоторазрядки. Ее обычно нормируют, используя в качестве критерия полуспад потенциала <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, где <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- начальный потенциал. Это потенциал, который фоторецептор имеет на начало записи изображения. Если светочувствительность большая, то для экспонирования требуются небольшие экспозиции и, следовательно, небольшие времена экспонирования.

Получение тонерного изображения (проявление).

При проявлении на заряженные или разряженные участки скрытого изображения осаждается тонер. Тонер перемещается на скрытое изображение электрическим полем. Поле создается проявляющим электродом (проявляющим валиком) и скрытым изображением. Оно зависит от разности потенциалов валика (потенциала смещения <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
и скрытого изображения на данном участке <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
). График зависимости оптической плотности тонерного изображения D от потенциала скрытого изображения <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
называется кривой проявления. В начальной стадии проявления (до оптической плотности тонерного изображения около 1,0) кривая проявления является прямой линией.

При проявлении сплошных участков скрытого изображения кривая проявления выражается формулой:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

а при проявлении штрихового или растрового изображения формулой:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

В приведенных выше формулах <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
и <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, где <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- параметры электрического поля, а коэффициент a - показывает связь между электрическим полем, осаждающим тонер на скрытое изображение, и оптической плотностью изображения.

Кривая проявления D(V) для сплошного участка представляет собой прямую, пересекающую ось абсцисс в точке, где <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
и имеющую тангенс угла наклона <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.

Кривая проявления D(V) для штрихового изображения представляет собой прямую, пересекающую кривую проявления сплошного участка изображения в точке, где <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
и имеющую тангенс угла наклона <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.

  1. В таблице приведены величины спектральной чувствительности, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
двух фоторецепторов (органического «А» и на основе аморфного кремния «Б»).

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

    Какой из фоторецепторов наиболее пригоден для записи изображения светодиодной линейкой с длиной волны излучения 682 нм? Во сколько раз различаются фоторецепторы по спектральной чувствительности к данному излучению?

  2. Какой из фоторецепторов задачи 1 будет иметь более высокую интегральную светочувствительность в сочетании с лампой, спектральная кривая излучения которой приведена в помещенной ниже таблице? Таблица нормирована, относительная спектральная мощность излучения с длиной волны 560 нм принята за 100. Данные приведены в логарифмическом виде.

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

  3. По фотоиндуцированной разрядной кривой, приведенной в таблице, рассчитать светочувствительность фоторецептора <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Экспозиции Н измерены в <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.

  4. По фотоиндуцированной разрядной кривой, приведенной в таблице, рассчитать светочувствительность фоторецептора <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Экспозиции Н измерены в <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.

  5. Сравнить по интегральной светочувствительности органический фоторецептор с фоторецептором на основе аморфного кремния на основе данных, приведенных в таблице,

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

    где OPC - органический фоторецептор, а a-Si - фоторецептор на основе аморфного кремния.

  6. По фотоиндуцированной разрядной кривой, приведенной в таблице, определить минимальный интервал оптических плотностей штрихового оригинала, при котором фоторецептор будет получать на участках изображения экспозицию меньше пороговой.

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

  7. На фоторецептор с фотоиндуцированной разрядной кривой, приведенной в таблице, копируется текстовой оригинал с оптической плотностью бумаги 0,2 и оптическими плотностями текста от 1,5 до 2,0. При какой величине фоновой экспозиции текст на копии будет выглядеть равноплотным?

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

  8. Какой из трех участков цветного оригинала будет иметь на черно-белой копии, полученной в аналоговом аппарате, самую высокую оптическую плотность? Интенсивность света, излучаемого лампой экспонирования, равномерно распределена по спектру. Зональные оптические плотности цветных участков оригинала <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
и зональная чувствительность фоторецептора приведены в таблице.

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

  9. Скрытое электростатическое изображение состоит из штрихового рисунка с потенциалом 400В, участка загрязнения с потенциалом 200В и фона с потенциалом 100В. Какое напряжение смещения следует подать на проявляющий валик?
  10. Скрытое электростатическое штриховое изображение с потенциалом фона -600В и потенциалом участков изображения подвергается обращенному проявлению отрицательно заряженным тонером. Какой из указанных ниже потенциалов смещения следует подать на проявляющий валик для получения наилучшего качества копии? Возможные потенциалы смещения -400В, 100В, -100В, -400В.
  11. При каком потенциале кривые проявления штрихового изображения и сплошных участков имеют точку пересечения?
  12. Проанализировав формулу <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, покажите, что оптические плотности штрихового тонерного изображения определяются не потенциалами скрытого изображения штрихов, а электростатическим контрастом штрихового изображения.
  13. Рассчитать оптическую плотность сплошного участка тонерного изображения, если коэффициент <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
равен 2 Б/кВ. Потенциалы сплошного участка и смещения составляют соответственно V = -500 В, а <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.
  14. Рассчитать оптическую плотность штрихового изображения, если <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
Б/кВ. Потенциалы изображения, фона и смещения составляют соответственно V = -500 В, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, а <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.
  15. Рассчитать оптическую плотность штрихов (в центре) при обращенном проявлении, если <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Потенциалы изображения, фона и смещения составляют соответственно V = -100 В, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, а <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.
  16. Определить предельную разрешающую способность электрофотографического процесса при условии, что расстояние между проявляющим валиком равно1500мкм, а высота зоны проявления z=25 мкм. Принять, что границей раздельного воспроизведения штрихов служит величина p(z)=0,1. При решении задачи можно воспользоваться материалом, помещенным в разделе 1.3.

Раздел включает два задания. Одно посвящено расчету аналогового процесса, другое - цифрового. Первое задание начинается с оригинала и заканчивается тонерным изображением. Второе задание начинается профиля освещенности светового лазерного пятна и заканчивается профилем плотности растрового элемента изображения. В обоих случаях для выполнения заданий используются 4-квадрантные системы градационных графиков, фотоиндуцированная разрядная кривая и кривая проявления. Следует отметить, что рассчитываются упрощенные модели процессов, в особенности проявления.

Задание 1.

Расчет процесса копирования штрихового изображения в аналоговом копировальном аппарате.

Для заданной фотоиндуцированной разрядной кривой и штрихового оригинала с известными оптическими плотностями определить оптимальные режимы копировального процесса (фоновую экспозицию и напряжение смещения на проявляющем валике). Используя 4-квадрантную систему градационных графиков и исходные данные для построения кривой проявления, рассчитать оптические плотности полученного при копировании тонерного изображения.

Методические указания.

Расчет оптимальных режимов процесса.

При копировании штриховых изображений качество копии связано с контрастом штрихового изображения. Фон должен быть чистым и белым, а штриховые элементы должны иметь высокую оптическую плотность. Чтобы выполнить эти требования при воспроизведении оригиналов с невысокой оптической плотностью рисунка (машинописный текст, распечатки на струйных принтерах, рисунки, чертежи и графики, выполненные карандашом), необходима установка оптимальных режимов копирования. К числу основных режимов копирования, влияющих на контраст изображения, относятся фоновая экспозиция (экспозиция, полученная фоторецептором на участках, не содержащих изображения.) и напряжение смещения на проявляющем валике. От выбора фоновой экспозиции, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
зависит электростатический контраст изображения и контраст изображения на копии.

Электростатический контраст равен разности потенциалов штрихового изображения и фона: <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Потенциал фона <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
определяется фоновой экспозицией, полученной фоторецептором от бумаги, не содержащей изображения. Потенциал штрихового изображения <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
определяется экспозицией <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, полученной фоторецептором от элементов штрихового изображения оригинала. Ее величина может быть рассчитана по формуле

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

Оптическая плотность штрихов оригинала <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
должна быть измерена относительно бумажной подложки. Потенциалы штрихов и фона находят по фотоиндуцированной разрядной кривой, построенной в координатах V(lgH).

Оптимальная фоновая экспозиция соответствует максимальному электростатическому контрасту. Для ее определения произвольно задают ряд величин фоновой экспозиции <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, строят кривую электростатического контраста <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
и находят экспозицию <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, соответствующую максимуму кривой.

Зная оптимальную фоновую экспозицию, можно рассчитать потенциалы на всех участках скрытого изображения и тем самым получить представление о потенциальном рельефе, представляющем СЭИ. Для этого проводят расчеты по формуле

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
,

где <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
все плотности оригинала. После этого по ФИРК находят потенциалы этих элементов изображения.

Потенциал смещения на проявляющем валике должен быть немного больше максимального потенциала элементов скрытого изображения, воспроизведение которых на копии нежелательно (например, фона или пятен). Тогда в участках пятен и фона проявляющее поле будет направлено в сторону проявляющего валика, и тонер не будет осаждаться на скрытое изображение

Построение системы градационных графиков копировального процесса и расчет оптических плотностей копии.

Двумя взаимно перпендикулярными линиями лист бумаги делится на 4 квадранта. Ось абсцисс I квадранта (правый верхний угол) направлена вправо, на ней откладываются оптические плотности оригинала, на оси ординат, направленной вверх, откладывают оптические плотности копии. Во II квадранте (левый верхний угол) помещается кривая проявления. Ось абсцисс направлена влево, на ней откладываются потенциалы скрытого изображения. Оси ординат II и I квадрантов совпадают. В III квадранте (левый нижний угол) помещается фотоиндуцированная разрядная кривая (ФИРК). Ее ось ординат (потенциалы скрытого изображения) совпадает с осью абсцисс второго квадранта. Ось абсцисс направлена вниз, по ней откладывают логарифмы экспозиций. В IV квадранте (правый нижний угол системы графиков) строится кривая экспонирования <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Ее ось абсцисс совпадает с осью абсцисс I квадранта, а ось ординат - с осью ординат III квадранта. Масштабы по трем осям координат <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
одинаковы.

Рассмотрим методику построения кривых.

В III квадранте поместим фотоиндуцированную разрядную кривую, полученную при определении режимов процесса.

Отложив на оси lgH оптимальную экспозицию <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, построим в III квадранте кривую экспонирования <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Эта кривая пройдет через точку <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
с наклоном к обеим осям координат, равным 45?.

Во II квадранте поместим кривую проявления для сплошного участка изображения с учетом выбранного потенциала смещения. Для этого через точку <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
проводим прямую линию с наклоном <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
.

Продолжим кривую появления сплошного участка до пересечения с перпендикуляром к оси V, проведенным из точки <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Из этой точки проводим прямую линию вверх под углом к оси V, тангенс которого равен <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Величины <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
и <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
заданы в условиях задачи. Получаем кривую проявления штрихового изображения.

По кривой экспонирования, ФИРК и кривой проявления штрихового изображения получаем градационную кривую копировального процесса в целом.

По этой кривой находим оптические плотности штриховых участков изображения на копии.

Задание 2.

Расчет профиля плотности элементов изображения, полученных в цифровом аппарате.

Для заданного профиля освещенности оптического микроштрихового изображения рассчитать профиль плотности тонерного изображения. Известны фотоиндуцированная разрядная кривая и кривая проявления. Скрытое изображение негативное, проявление обращенное. При получении скрытого изображения в участках максимальной освещенности происходит полная разрядка фоторецептора. Известны начальный потенциал и напряжение смещения на проявляющем валике.

Методические указания

В этой задаче также рекомендуется использовать 4-квадрантную систему графиков. Наиболее простым вариантом является их раздельное построение для процесса получения скрытого изображения и для процесса получения тонерного изображения.

В первой системе графиков в I квадранте (правый верхний угол) помещают заданное вертикальное сечение профиля экспозиции элемента изображения - H(x). В задании выбран элемент, симметричный относительно оси, проходящий через его центр с x=0 (растровая точка или группа точек 2х2 или 3х3). Из начала координат II квадранта (левый верхний угол) выходит прямая под 45?, она позволяет перенести ось ординат I квадранта на ось абсцисс III квадранта.

В III квадранте (левый нижний угол) помещают фотоиндуцированную разрядную кривую V(H). Ее ось ординат направлена вниз.

В IV квадранте (правый нижний угол) строят потенциальный профиль скрытого изображения элемента V(x). Он размещен «вверх ногами».

Во второй системе рассчитывается профиль плотности тонерного изображения. Для этого в 4-квадрантной системе графиков в IV квадранте (правый нижний угол) помещают потенциальный профиль скрытого изображения элемента V(x). На оси V откладывают потенциал смещения <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Он несколько меньше потенциала фона и больше потенциалов изображения. Горизонтальная прямая, проведенная через эту точку, отсечет на профиле потенциалов элемента ту его часть, которая воспроизведется на изображении. В точке <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. в III квадранте лежит начало кривой проявления D(V), где D=0. Так как проявление обращенное, кривая имеет отрицательный наклон. Во II квадранте помещена прямая под 45?, она позволяет перенести ось ординат III квадранта D на ось ординат I квадранта. В I квадранте строится профиль плотности элемента изображения.

Задание 1.

Расчет процесса копирования штрихового изображения в аналоговом копировальном аппарате.

Для штрихового оригинала с известными оптическими плотностями и заданной фотоиндуцированной разрядной кривой определить оптимальные режимы копировального процесса (фоновую экспозицию и напряжение смещения на проявляющем валике). Используя 4-квадрантную систему градационных графиков и исходные данные для построения кривой проявления, рассчитать оптические плотности полученного при копировании тонерного изображения.

Различные варианты заданий могут быть составлены путем комбинации пяти ФИРК (фотоиндуцированные разрядные кривые), шести оригиналов и трех комбинаций кривых проявления.

Фотоиндуцированные разрядные кривые приведены в таблице 2.2.1, характеристики оригиналов - в таблице 2.2.2, а параметры кривых проявления - в таблице 2.2.3.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

Примечание: Потенциалы выражены в вольтах, экспозиция - в <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

Задание 2.

Расчет профиля плотности элементов изображения, полученных в цифровом аппарате.

Для заданного профиля освещенности оптического микроштрихового изображения (таблица 2.2.4) рассчитать профиль плотности тонерного изображения. Известны фотоиндуцированная разрядная кривая (таблица 2.2.5) и кривая проявления (таблица 2.2.6). Скрытое изображение негативное, проявление обращенное. При получении скрытого изображения в участках максимальной освещенности происходит полная разрядка фоторецептора (до остаточного потенциала, точность - десятые доли вольта). На участках нулевой освещенности сохраняется начальный потенциал. Известны начальный потенциал (см. ФИРК) и напряжение смещения на проявляющем валике (на 100 В ниже начального напряжения).

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

© Центр дистанционного образования МГУП