Ксерография: Сухая технология копирования

Введение

Техника сухого фотокопирования

Ксерография — это техника сухого фотокопирования. Изначально называемая электрофотографией, она была переименована в ксерографию, от греческих корней *xeros* («сухой») и *graphē* («письмо»), чтобы подчеркнуть, что, в отличие от методов воспроизведения, использовавшихся в то время, таких как цианотип, в процессе ксерографии не применялись жидкие химические вещества.

История

Ксерография была изобретена американским физиком Честером Карлсоном, в значительной степени опираясь на вклад венгерского физика Паля Селени. Карлсон подал заявку и получил патент 6 октября 1942 года. Изобретение Карлсона объединяло электростатическую печать с фотографией, в отличие от сухого электростатического процесса печати, изобретенного Георгом Кристофом Лихтенбергом в 1778 году. Первоначальный процесс Карлсона был сложным и громоздким, требуя нескольких этапов ручной обработки с использованием плоских пластин. В 1946 году Карлсон заключил соглашение с Haloid Photographic Company о разработке его изобретения в качестве коммерческого продукта. До этого Карлсон предлагал свою идею более чем десяти компаниям, но ни одна из них не проявила интереса. Президент Haloid, Джозеф С. Уилсон, увидел потенциал изобретения Карлсона и обеспечил усердную работу Haloid над созданием работоспособного коммерческого продукта. Потребовалось почти 18 лет, чтобы разработать полностью автоматизированный процесс, ключевым прорывом в котором стало использование цилиндрического барабана, покрытого селеном, вместо плоской пластины. Это привело к выпуску Haloid/Xerox в 1960 году первого коммерческого автоматического копировального аппарата Xerox 914. В настоящее время ксерография используется в большинстве копировальных машин, а также в лазерных и светодиодных принтерах.

Процесс

Первое коммерческое использование – ручная обработка плоского фотосенсора (электростатического компонента, который обнаруживает присутствие видимого света) с помощью копировальной камеры и отдельного процессора для производства офсетных литографических пластин. Сегодня эта технология используется в фотокопировальных машинах, лазерных принтерах и цифровых прессах, которые медленно заменяют многие традиционные офсетные прессы в печатной промышленности для небольших тиражей. Использование цилиндра для размещения фотосенсора позволило автоматизировать процесс обработки. В 1960 году был создан автоматический фотокопировальный аппарат, и с тех пор было выпущено много миллионов экземпляров. Тот же процесс применяется в микроформных принтерах и компьютерных лазерных или светодиодных принтерах. Металлический цилиндр, называемый барабан, монтируется для вращения вокруг горизонтальной оси. Барабан вращается со скоростью подачи бумаги. Один оборот обеспечивает прохождение поверхности барабана через следующие этапы. Размеры от торца до торца соответствуют ширине печати плюс значительный запас. Барабаны в копировальных аппаратах, первоначально разработанных корпорацией Xerox, изготавливались с поверхностным покрытием из аморфного селена (в последнее время – керамического или органического фотопроводника, или OPC), наносимым методом вакуумного осаждения. Аморфный селен удерживает электростатический заряд в темноте и рассеивает его под воздействием света. В 1970-х годах корпорация IBM стремилась избежать патентов Xerox на селеновые барабаны, разработав органические фотопроводники в качестве альтернативы селеновому барабану. В исходной системе фотокопировальные аппараты, использующие кремний или селен (и их сплавы), заряжаются положительно в процессе работы (следовательно, работают с отрицательно заряженным тонером). Фотопроводники, использующие органические соединения, электрохимически заряжаются противоположно предыдущей системе, чтобы использовать их собственные свойства при печати. Органические фотопроводники сейчас предпочтительнее, поскольку их можно наносить на гибкий овальный или треугольный ремень вместо круглого барабана, что значительно уменьшает габариты устройства. Фотобарабаны для лазерных принтеров изготавливаются из многослойной структуры с диодом на основе кремния с водородом, допированным слоем кремния, восстанавливающим (диодным) слоем, который минимизирует утечку тока, и поверхностным слоем кремния, допированным кислородом или азотом; нитрид кремния – износостойкий материал. Этапы процесса описаны ниже, как они применяются на цилиндре, например, в фотокопировальном аппарате. Некоторые варианты описаны в тексте. На каждом этапе процесса существуют конструктивные варианты. Физика ксерографического процесса подробно рассматривается в книге. Шаг 1. Зарядка Электростатический заряд в -600 вольт равномерно распределяется по поверхности барабана с помощью коронарного разряда от коронового блока (Corotron), выходная мощность которого ограничена управляющей сеткой или экраном. Этот эффект также можно достичь с помощью контактного ролика с приложенным к нему зарядом. По сути, коронарный разряд генерируется очень тонкой проволокой на расстоянии от 1/4 до 1/2 дюйма (6,35–12,7 мм) от фотопроводника. На проволоку подается отрицательный заряд, который ионизирует пространство между проволокой и проводником, поэтому электроны отталкиваются и перемещаются на проводник. Проводник устанавливается на проводящую поверхность, поддерживаемую на потенциале земли. Полярность выбирается в соответствии с положительным или отрицательным процессом. Положительный процесс используется для получения черных копий на белом фоне. Отрицательный процесс используется для получения черных копий на белом фоне из негативных оригиналов (в основном микрофильмов) и для всех цифровых печатей и копий. Это делается для экономии использования лазерного света методом «черного письма» или «записи на черное». Шаг 2. Экспонирование Документ или микроформа, подлежащие копированию, освещаются вспышками на планшете и либо пропускаются через линзу, либо сканируются движущимся светом и линзой, так что их изображение проецируется на движущуюся поверхность барабана и синхронизируется с ней. В качестве альтернативы изображение может быть экспонировано с помощью ксеноновой вспышки, освещающей поверхность движущегося барабана или ленты, достаточно быстро, чтобы создать четкое скрытое изображение. Там, где на документе есть текст или изображение, соответствующая область барабана остается неосвещенной. Там, где изображения нет, барабан освещается, и заряд рассеивается. Заряд, остающийся на барабане после экспонирования, является «скрытым» изображением и является негативом исходного документа.

The first commercial use was hand processing of a flat photosensor (an electrostatic component that detects the presence of visible light) with a copy camera and a separate processing unit to produce offset lithographic plates. Today this technology is used in photocopy machines, laser printers, and digital presses which are slowly replacing many traditional offset presses in the printing industry for shorter runs. By using a cylinder to carry the photosensor, automatic processing was enabled. In 1960, the automatic photocopier was created and many millions have been built since. The same process is used in microform printers and computer output laser or LED printers. A metal cylinder called the drum is mounted to rotate about a horizontal axis. The drum rotates at the speed of paper output. One revolution passes the drum surface through the steps described below. The end to end dimension is the width of print to be produced plus a generous tolerance. The drums in the copiers originally developed by Xerox Corporation were manufactured with a surface coating of amorphous selenium (more recently ceramic or organic photoconductor or OPC), applied by vacuum deposition. Amorphous selenium will hold an electrostatic charge in darkness and will conduct away such a charge under light. In the 1970s, IBM Corporation sought to avoid Xerox's patents for selenium drums by developing organic photoconductors as an alternative to the selenium drum. In the original system, photocopiers that rely on silicon or selenium (and its alloys) are charged positively in use (hence work with negatively charged "toner" powder). Photoconductors using organic compounds are electrochemically charged vice versa to the preceding system in order to exploit their native properties in printing. Organic photoconductors are now preferred because they can be deposited on a flexible, oval or triangular, belt instead of a round drum, facilitating significantly smaller device build size. Laser printer photo drums are made with a doped silicon diode sandwich structure with a hydrogen doped silicon light chargeable layer, a boron nitride rectifying (diode causing) layer that minimizes current leakage, and a surface layer of silicon doped with oxygen or nitrogen; silicon nitride is a scuff resistant material. The steps of the process are described below as applied on a cylinder, as in a photocopier. Some variants are described within the text. Every step of the process has design variants. The physics of the xerographic process are discussed at length in a book. Step 1. Charging
An electrostatic charge of −600 volts is uniformly distributed over the surface of the drum by a corona discharge from a corona unit (Corotron), with output limited by a control grid or screen. This effect can also be achieved by using a contact roller with a charge applied to it. Essentially, a corona discharge is generated by a very thin
wire 1/4 to 1/2 inch (6.35 to 12.7 mm) away from the photoconductor. A negative charge is placed on the wire, which will ionize the space between the wire and conductor, so electrons will be repelled and pushed away onto the conductor. The conductor is set on top of a conducting surface, kept at ground potential. The polarity is chosen to suit the positive or negative process. Positive process is used for producing black on white copies. Negative process is used for producing black on white from negative originals (mainly microfilm) and all digital printing and copying. This is to economize on the use of laser light by the "blackwriting" or "write to black" exposure method. Step 2. Exposure
The document or microform to be copied is illuminated by flash lamps on the platen and either passed over a lens or scanned by a moving light and lens, such that its image is projected onto and synchronized with the moving drum surface. Alternatively, the image may be exposed using a xenon strobe illuminating the surface of the moving drum or belt, fast enough to render a perfect latent image. Where there is text or image on the document, the corresponding area of the drum will remain unlit. Where there is no image the drum will be illuminated and the charge will be dissipated. The charge that remains on the drum after this exposure is a 'latent' image and is a negative of the original document.

Использование в искусстве

Ксерография используется фотографами по всему миру как способ прямой фотографической печати, художниками по книгам для издания уникальных экземпляров или небольших тиражей, а также художниками, работающими в сотрудничестве, для создания портфолио, например, тех, что выпускаются Международным обществом художников-копировальщиков, основанным американским графиком и художником по книгам Луизой Одес Нейдерланд. Художественный критик Рой Проктор сказал о художнице и кураторе Луизе Нейдерленд во время её резиденции для выставки Art ex Machina в галерее 1708 в Ричмонде, штат Вирджиния: "Она – живое доказательство того, что как только новая технология начинает массовое производство, художники неизменно проявляют достаточно любопытства и воображения, чтобы исследовать возможности её творческого применения."