Принтер HP LJ 5000 является достаточно уникальным изделием. Дело в том, что это один из немногих принтеров, позволяющих создавать реальное (физическое) разрешение 1200 DPI. Практически все остальные модели этого производителя на самом деле печатают изображение с разрешением 600 DPI, «математическим» и «оптическим» путем добиваясь эффекта более высокого разрешения. И для того, чтобы обеспечить высокое разрешение печати, необходимо определенным образом управлять и лазерным излучателем.
Блок лазера выходит из строя, а также требует технического обслуживания не так редко, как это может показаться. И причин этого можно назвать несколько:
- эксплуатация принтера в запыленных помещениях и печать на слишком ворсистой бумаге, результатом чего является запыленность оптических компонентов блока лазера;
- потеря эмиссионной способности лазерного излучателя с течением времени;
- выход из строя лазерного излучателя из-за эксплуатации принтера при повышенной температуре окружающей среды;
- появление в блоке лазера домашних насекомых;
- отказ двигателя сканирующего зеркала (Polygon Mirror);
- загрязнение подшипника–втулки ротора сканирующего зеркала.
И если часть этих проблем можно решить очень просто, т.е. профилактической чисткой, то другая часть проблем может представлять достаточно большую сложность, особенно в вопросе диагностики причины отказа.
Полупроводниковый лазер, использующийся в лазерных принтерах для создания изображения, является одним из самых слабых мест всей электронной части принтера. Дело в том, что эмиссионная способность лазера не бесконечна, и лазер обладает вполне определенным ресурсом работы. Кроме того, полупроводниковые лазеры очень чувствительны к температуре, точнее к ее повышению. Даже незначительное повышение температуры приводит к значительному ухудшению его эмиссионной способности, а поэтому вполне возможно такое явление, как тепловой отказ лазера. Кроме того, нельзя сбрасывать со счетов и возможные случайные отказы, как самого излучателя, так и схемы, управляющей излучателем.
Разговор о полупроводниковых лазерах у нас еще впереди, а сейчас хотелось бы рассказать о схеме управления лазером одного из самых популярных принтеров отечественного парка лазерной печатающей техники – принтера HP LaserJet 5000.
Как мы уже отмечали в аннотации к данной статье, принтер LJ5000 относится к тому редкому типу принтеров, которые могут по-настоящему печатать с разрешением 1200 DPI. Такое высокое физическое разрешение может быть получено только при снижении скорости сканирующего зеркала, что, естественно, влечет за собой и снижение скорости печати в два раза. При этом и мощность лазера, и сечение его луча также должны изменяться, при изменении разрешающей способности печати, и делается это схемой управления лазером. Эту схему принято называть драйвер лазера. Общее устройство блока лазера представлено на рис.1.
Рис.1
Лазер, в реальности представляет собой лазерный светодиод, которым обеспечивается формирование светового луча и формируется сигнал обратной связи, пропорциональный мощности светового потока лазерного луча.
Драйвер лазера включает и выключает лазер в соответствии с сигналами, получаемыми либо от микроконтроллера, либо от форматера принтера. Драйвер лазера также управляет током лазерного светодиода, т.е. управляет мощностью светового потока луча. Драйвер представляет собой печатную плату, на которой находятся микросхема, также называемая драйвером лазера и незначительное количество внешних элементов этой микросхемы. Включение и выключение лазера осуществляется драйвером лазера в соответствии с сигналами от процессоров принтера. При этом управление лазером должно происходить синхронно с вращением сканирующего многогранного зеркала. Такая синхронизация осуществляется за счет датчика луча (Beam Detector - BD), с помощью которого определяется начало строки.
Драйвер лазера управляется сигналами либо от контроллера механизмов (Engine Controller), либо сигналами от форматера (микропроцессор обработки данных).
В принтерах Hewlett Packard используется полупроводниковый лазерный светодиод N-типа, работающий в диапазоне красного видимого излучения, т.е. его длина волны имеет значение от 760 до 790 нм. Мощность лазера равна примерно 5 мВт.
Так как лазерное излучение является видимым излучением, то его проверка может быть проведена, в том числе, и визуальным способом, но об этом чуть позже. А, прежде всего, необходимо сказать о технике безопасности. Лазерное излучение не является безопасным для человека и может стать причиной травмы глаз, повредив сетчатку глаза. Поэтому при работе с лазерным блоком необходимо быть крайне осторожным, особенно при работе со снятыми крышками. Ни в коем случае не направляйте лазер в сторону своего лица и в сторону других людей. Постарайтесь таким образом оборудовать свое рабочее место, чтобы возможное лазерное излучение приходилось в сторону от людей, а лучше всего – в стену. Уберите со своего рабочего стола зеркала и другие отражающие поверхности, например хромированные инструменты и т.п.
В то же самое время не стоит нагнетать обстановку вокруг лазера и преувеличивать его опасность – соблюдение элементарных правил организации работ и техники безопасности обеспечит спокойную и безопасную работу.
Принципиальная схема драйвера лазера принтера HP LJ 5000 представлена на рис.2.
Рис.2
Лазерный луч формируется лазерным светодиодом, который питается напряжением +5В. Это напряжение прикладывается к аноду светодиода, а его катод подключен непосредственно к одному из выводов микросхемы драйвера лазера (конт.22). Поэтому для включения лазера этот вывод микросхемы переводится в "низкий" уровень, за счет чего создается падение напряжения на светодиоде, а значит, обеспечивает протекание тока через него. На светодиоде должно создаваться падение напряжения около 2В, поэтому при включенном лазере, на выводе микросхемы, который обычно обозначается LD (LaserDiode), можно контролировать напряжение порядка 3В. Это поясняется на рис.3.
Рис.3
Величина тока, протекающего через светодиод, определяет мощность светового потока лазера. Для контроля этой мощности и для стабилизации излучения лазера используется датчик светового потока - фотодетектор. В качестве этого датчика используется фотодиод, находящийся с тыльной стороны лазерного светодиода. Так как лазерный светодиод излучает свет еще и в обратную сторону, то и мощность "прямого" и "обратного" световых потоков прямо пропорциональны. Фотодетектор и лазер расположены в едином корпусе, т.е. представляют собой монолитную структуру. Сигнал от фотодетектора подается на вход микросхемы драйвера лазера (конт.16), и этот контакт называется PD (PhotoDetector) (см. рис.4).
Рис.4
Как уже отмечалось выше, управление лазером осуществляется микросхемой драйвера лазера. Основные функции этой микросхемы:
- включение и выключение лазера;
- контроль мощности светового потока лазера;
- регулировка и стабилизация тока лазера, т.е. мощности излучения.
Микросхема управляется пятью сигналами, приходящими от микроконтроллера механизмов и от форматера. Эти сигналы называются #LON, #ENBL, #600, VDO, #VDO (знак # обозначает, что сигнал активен "низким" уровнем). Сигналы #LON, #ENBL, #600 формируются микроконтроллером механизмов и являются сигналами для "служебного" управления лазером. А сигналы VDO и #VDO генерируются микросхемой форматера и являются данными для управления лазером. Эти сигналы формируются в соответствии с данными из ОЗУ принтера – так называемого буфера печати (рис.5). В принтере LJ5000 используется логика с питанием 3.3 В, поэтому все эти сигналы имеют уровни до 3.3 В. Назначение сигналов управления драйвером лазера приводится в табл.1.
Рис.5
Таблица 1. Сигналы управления драйвером лазера принтера HP LaserJet5000
|
Сигнал |
Назначение |
|
#LON |
Сигнал безусловного включения лазера. Установка этого сигнала в низкий уровень приводит к включению лазера и свечению его с фиксированной мощностью. Сигнал активизируется в момент синхронизации луча лазера с положением вращающегося зеркала. |
|
#ENBL |
Сигнал разрешения работы лазера. При установке этого сигнала в низкий уровень, включение и выключение лазера осуществляется сигналами VDO и #VDO. При активности сигнала #ENBL и неактивности сигналов VDO и #VDO лазер светить не будет. Сигнал #ENBL активизируется в момент формирования строки изображения. |
|
#600 |
Сигнал изменения мощности лазера при изменении разрешающей способности. Сигнала установлен в низкий уровень при печати с разрешением 600 dpi, и установлен в высокий уровень при выборе режима печати 1200dpi. Установка сигнала в низкий уровень приводит к увеличению мощности светового потока лазера, что сопровождается увеличением размера точки. |
|
VDO, #VDO |
Дифференциальные сигналы управления лазером. Эти сигналы могут включать и выключать лазер только при условии, что сигнал #ENBL установлен в низкий уровень. Сигналы VDO и #VDO генерируются форматером принтера в те моменты времени, когда выводится строка изображения, т.е. этими сигналами обеспечивается формирование всего печатаемого изображения, образ которого хранится в ОЗУ на плате форматера. |
При управлении лазером можно выделить несколько периодов:
1) Определение начала строки.
2) Формирование полей на краях листа (рис.6).
3) Формирование строки.
Рис.6
Определение начала строки
Для синхронизации работы лазера с положением вращающегося зеркала вводится период поиска и определения начала строки. Для этого лазер включается на достаточно продолжительный период времени до тех пор, пока датчик BEAM не выдаст импульс низкого уровня (#BDI), что соответствует такому положению зеркала, при котором луч лазера приходится на начало строки. Если сказать точнее, то через определенный момент времени после этого импульса лазер займет позицию в начале строки (эта временная задержка рассчитывается при проектировании принтера и учитывает скорость вращения зеркала и временные задержки электронных схем). На этапе поиска начала строки лазер включен и через него протекает фиксированный ток. Включение лазера на этом этапе осуществляется сигналом #LON.
Формирование полей
После того, как датчик BEAM сформировал импульс начальной позиции зеркала (импульс #BDI), лазер выключается на фиксированный период времени, и происходит формирование белого поля с левого края. Далее лазер начинает включаться и выключаться, формируя строку изображения в соответствии с сигналами VDO и #VDO. После того, как все точки строки будут сформированы, лазер выключается для формирования белого поля с правого края. Через определенный период времени после этого лазер снова включается для поиска начала следующей строки. Временная последовательность управления лазером при формировании изображения представлена на рис.7.
Рис.7
Формирование строки
Во время формирования строки (период 3 на рис.7) лазер разрешен для работы сигналом #ENBL, и он управляется сигналами VDO и #VDO. Сигналы VDO и #VDO – это дифференциальные сигналы, что повышает помехоустойчивость схемы и предотвращает случайные ошибки при управлении лазером, обусловленные высокочастотными помехами. Начальное смещение сигналов VDO и #VDO составляет примерно 1.2 и 1.8 В соответственно (задается резистивным делителем R905/R908/R909). Для включения лазера, сигнал VDO должен переводиться в "высокий" уровень, а сигнал #VDO – в низкий, причем это должно происходить одновременно. В результате, для включения лазера форматером принтера, необходимо такое соотношение сигналов #ENBL, VDO и #VDO, которое демонстрируется на рис.8.
Рис.8
Режим APC
Режим APC (Automatic Power Control – автоматическое управление мощностью) предназначен для стабилизации выходной мощности лазера, т.е. для обеспечения стабильности светового потока лазера. Так как мощность светового потока лазера сильно зависит от температуры кристалла лазера (рис.9), необходимо постоянно контролировать его выходную мощность и подстраивать ток лазера так, чтобы формируемый световой поток был всегда стабильным. Только за счет функции APC выходная мощность лазера всегда одинакова, но при этом ток лазерного светодиода постоянно изменяется. В соответствии со значением мощности, полученным в результате измерения, драйвер лазера осуществляет коррекцию величины тока лазерного светодиода. Мощность светового потока измеряется фотодетектором PD, сигнал с которого подается на вход микросхемы драйвера лазера (конт.16). Далее этот сигнал сравнивается внутренним компаратором драйвера с внутренним опорным напряжением. Результат сравнение показывает, на сколько величина реального светового потока отклонилась от предустановленного значения, и на какую величину необходимо подкорректировать ток LD. Величина внутреннего опорного напряжения может быть изменена переменными резисторами VR901/VR902/VR903, что, в итоге, приводит и к изменению величины тока лазерного светодиода. Таким образом, переменные резисторы VR901/VR902/VR903 позволяют регулировать мощность светового потока лазера.
Рис.9
В отличие от большинства других моделей, в принтере HP LaserJet 5000, мониторинг лазера осуществляется в "режиме реального времени". Другими словами, измерение и подстройка мощности лазера (режим APC) осуществляется постоянно – для каждой точки формируемого изображения, что обеспечивает высокую стабильность работы лазера и высокое качество печати.
Напомним, что в большинстве других моделей принтеров, режим APC совмещается с периодом поиска начала строки (период 1 на рис.7), т.е. проводится перед началом формирования каждой строки. Скорректированное значение тока для LD, полученное в периоде APC, в этом случае, должно "запоминаться" на время формирования строки, т.е. до следующего этапа APC. Для этого в схему драйвера лазера вводится "запоминающий" конденсатор CH, напряжение на котором и будет определять выходную мощность лазера во время формирования одной строки.
Методики проверки лазерного светодиода
Методика №1
Простейшая проверка работы лазера заключается в визуальном контроле светового потока от лазера во время печати. Для этого необходимо будет включать принтер при всех снятых крышках корпуса и при снятой крышке блока лазера. Сам блок лазера снимать не нужно, а также не нужно снимать его отдельные элементы и ослаблять какие либо винты. Не забывайте о технике безопасности! Итак, при снятых крышках распечатайте что угодно (лист конфигурации, Engine тест, любое задание от ПК), но лучше всего пошлите на принтер задание в виде сплошной черной страницы. Когда произойдет захват листа, и его середина дойдет до картриджа, установите прямо перед лазером кусочек белого листа. В течение небольшого периода времени вы сможете наблюдать на бумаге маленькую красную точку, после чего лазер выключается и принтер переходит в состояние фатальной ошибки. Для сброса ошибки необходимо будет выключить и снова включить принтер.
Методика №2
Проверка проводится при выключенном принтере. В этом случае также можно работать при снятой крышке блока лазера (но может быть вам будет удобнее работать, сняв плату драйвера лазера). Для проверки работы лазера понадобиться лабораторный регулируемый источник питания. Установите выходное напряжение источника на величину 2В, предельное значение тока стабилизации задайте на уровне 50 мА. Вывод «+» источника питания подключите к аноду лазера (на плате обозначен COM). Вывод «-» источника подключите к катоду лазера (на плате обозначен LD). Если лазер исправен, то при включении источника питания можно проконтролировать световое излучение лазера, для чего необходимо поместить перед лазерной пушкой кусочек белой бумаги, на котором будет наблюдаться красная точка. Увеличение приложенного к лазеру напряжения должно приводить к возрастанию мощности светового потока, а уменьшение напряжения – к уменьшению светоотдачи лазера. При уменьшении напряжения до 1.8 В лазер выключается – его ток в этом случае становится меньше тока накачки.
Внимание! Не увеличивайте напряжение, приложенное к лазерному светодиоду, свыше 2.3 В. Это может привести к его повреждению.
Визуальному контролю свечения лазера может мешать яркий свет в помещении, поэтому обе предложенные методики лучше всего использовать в затемненном помещении – только тогда красную точку будет хорошо видно. Необходимо также учесть, что точка имеет достаточно малые размеры.
Методика проверки фотодетектора
Проверять фотодетектор, расположенный в одном корпусе с лазером можно только при включенном лазере. Поэтому сделайте все так, как это было рассмотрено в методике №2 проверки лазера. Только при этом еще необходимо измерять напряжение на контакте PD (или на конт.16 драйвера лазера). Уровень напряжение на выходе фотодетектора можно измерять относительно "общего" вывода. Увеличение напряжения, приложенного к лазеру должно приводить к увеличению напряжения, снимаемого с фотодетектора.
Кроме того, контролировать фотодетектор можно и без лабораторного источника питания. Только в этом случае понадобиться осциллограф. В момент инициализации принтера или во время печати (т.е. когда начинает вращаться многогранное зеркало), необходимо с помощью осциллографа проконтролировать появление импульсов на контакте PD (или на конт.16 драйвера лазера). Отсутствие импульсов говорит о неисправности фотодетектора (или лазера).
Методика проверки микросхемы драйвера лазера
Проверка исправности микросхемы драйвера лазера проводится при включенном принтере и снятых крышках с блока лазера. При включенном принтере, когда он находится в режиме ожидания, сигналы #LON, #ENBL и #600 должны быть установлены в "высокий" уровень. Для включения драйвера лазера необходимо установить сигнал #LON в "низкий" уровень. Сделать это можно очень просто – достаточно с помощью простого провода замкнуть конт.6 разъема J901 на землю (например, соединить конт.6 и конт.1). При этом лазер должен включиться и проверить это можно будет визуальным способом (см. выше).
Если при этом замкнуть на "землю" еще и сигнал #600 (конт.7 разъема J901) то можно будет увидеть, как красная точка сразу же станет ярче и больше.
Такая проверка позволит сделать вывод об исправности микросхемы драйвера двигателя. Естественно, что до проведения этих проверок необходимо убедиться в исправности лазерного светодиода.
Диагностику драйвера лазера можно и усложнить, осуществляя проверку работоспособности микросхемы в режиме управления сигналами VDO и #VDO. Однако для осуществления такой проверки необходимо будет управлять уровнями сигналов VDO и #VDO, формируя их лабораторными источниками питания. А еще при этом необходимо будет "подсаживать на землю" сигнал #ENBL, создавая комбинацию сигналов, представленную на рис.8.
А еще хочется обратить внимание читателей, что гораздо более интересную и уникальную информацию вы сможете получить при личном общении с разработчиками и авторами всех этих методик, работающих в учебном центре "Эксперт". Только специалисты учебного центра "Эксперт" активно изучают современные принтеры, создавая при этом авторские методики диагностирования их различных узлов и механизмов и разрисовывая их принципиальные схемы. Поэтому если вам интересно общение с теми, кто реально знаком с техникой до мельчайших деталей и имеет практический опыт ее ремонта и обслуживания, то ждем вас на курсах в У чебном центре "Эксперт".
