7 положений печатающего устройства сообщение. Принципы построения различных типов принтеров. Принцип работы лазерного принтера

Широкое проникновение компьютерных технологий во все сферы человеческой деятельности привело к появлению разнообразных печатающих устройств, удовлетворяющих современным требованиям к скорости, качеству, надежности и простоте в эксплуатации.

В первую очередь в этой главе рассмотрены «стандартные» типы принтеров, широко используемых в настоящее время. Такие специфические периферийные устройства, как плоттер и фотонаборный аппарат, описаны кратко.

Интерфейс. В противоположность другим периферийным устройствам принтер практически всегда подсоединяется к PC через параллельный интерфейс. Правда, для старых моделей принтеров имеется возможность подключения через последовательный интерфейс. В отличие от параллельной передачи данных использование последовательного интерфейса приводит к существенному замедлению работы, особенно при печати в графическом режиме.

Последние модели лазерных принтеров для повышения быстродействия снабжены высокоскоростным портом с расширенными возможностями ЕСР (Extended Capabilities Port) для быстрой печати. При этом драйвер принтера также должен обеспечивать режим ЕСР.

Драйверы. Драйверы для принтеров находятся в непрерывном развитии и постоянно обновляются. Только для небольшого числа принтеров имеются специальные драйверы, относящиеся к конкретной модели. Если такие драйверы прилагаются к принтеру, например, HP DeskJet и HP LaserJet, то следует применять именно их.

Эмуляция. Ситуация с нормированием и стандартизацией в области принтеров похожа на ситуацию в видеообласти. Правда, для принтеров имеется не так много норм, и обычно они устанавливаются ведущими производителями. Принтер должен быть не только коммутирован с PC, но и правильно обрабатывать принимаемые данные. Для управления принтером служат специальные языки.

Для лазерного принтера основными языками управления стали PCL (Printer Control Language) и PostScript. Как правило, принтеры всех типов также понимают стандартные команды ESC/P. ESC является сокращением от Epson Standard Code. Эти команды управления принтером начинаются со служебного символа ESC (так называемая ESC-последовательность). Такая имитация работы «чужого» принтера называется эмуляцией (Emulation).

Принтеры различаются по способу нанесения изображения на бумагу. Impact-принтер (принтер ударного действия) - это принтер, который создает изображение шрифта механически - «выколачиванием» красителя ленты прямо на бумагу. В качестве ударного механизма могут быть использованы шаблоны символов (типы) или иголки. Non-Impact-принтеры работают по другому принципу. Выводимое изображение создается с помощью применения тепла, чернил или других электрофотографических методов.

Сетевой принтер. В последнее время широкое распространение получило использование принтеров в сети. Это удобнее, чем переносить файл на другой компьютер с подключенным принтером. Если принтер используется как сетевой, то его прямое подключение к сети крайне выгодно по следующим причинам:

Нет необходимости выделять отдельную рабочую станцию для управления принтером.

Принтер может быть установлен в любом удобном месте. Напомним, что при подключении принтера к файловому серверу или рабочей станции через параллельный интерфейс длина кабеля, соединяющего принтер с PC, обычно не превышает 2-3 м.

Для использования принтера как сетевого в него должна быть установлена сетевая интерфейсная карта для принтеров или подключен внешний блок аппаратного сервера печати (принт-сервера), один разъем которого подсоединяется к параллельному порту принтера.

В последних моделях сетевых принтеров карта, как правило, уже установлена. Принтеры, содержащие карту, позволяют обойтись без выделенного PC и могут уменьшить затраты времени на печать по сравнению с другими вариантами организации вывода на печать в сетевой среде.

Естественно, к сетевым принтерам предъявляются повышенные требования. Прежде всего это касается скорости работы механизма печати.

Язык принтера. Язык для принтера - то же самое, что операционная система для PC. Здесь мы остановимся на языках, используемых в лазерных принтерах.

Набор команд языка принтера обычно содержится в ROM принтера и соответственно интерпретируется его CPU.

PCL6. Стандартный язык для лазерного принтера, разработанный фирмой Hewlett-Packard, называется PCL.

Но PCL содержит не только команды для управления принтером (аналогичные ESC-последовательностям для игольчатого принтера), в него также интегрированы графические функции, описывающие, например, геометрические фигуры или поворот шрифтов. Кроме того, PCL имеет небольшое количество встроенных шрифтов.

HP-GL. HP является языком принтера, разговор о котором более уместен при рассмотрении плоттеров. HP-GL (Hewlett-Packard Graphics Language) разработан фирмой Hewlett-Packard и представляет собой практически индустриальную норму для чертежных плоттеров. HP-GL является расширением команд PCL, дополненным командами управления последовательным интерфейсом, к которому обычно подключается плоттер. Команды HP-GL предоставляют в распоряжение принтера инструкции, с помощью которых изображение может быть повернуто на любой угол и отображено зеркально.

Геометрические фигуры (крут, прямоугольник или линии) генерируются с помощью HP-GL существенно быстрее, чем с помощью PCL.

PostScript. Третий распространенный язык для принтера называется PostScript. Это стандартизированный язык описания страницы, который предоставляет также возможность работы с цветом.

Создание языка PostScript было начато фирмой, разрабатывающей языки программирования для графической компьютерной анимации. Затем PostScript был доработан компанией Xerox и, наконец, усовершенствован фирмой Adobe.

PostScript предполагает наличие мощного аппаратного обеспечения. Шрифты посылаются на принтер не в виде растрового изображения типа bitmap, а имеются в распоряжении принтера в векторном виде. Но так как принтер строит страницу целиком из точек, эти векторы должны быть снова преобразованы с помощью RIP (Raster Image Processor) в растровое изображение. Для формирования знаков RIP хранит в ROM принтера контур каждого символа. Когда возникает необходимость создать битовый массив знака, интерпретатор PostScript должен получить информацию о выбранном знаке, его начертании, размере и расположении на странице. Используя эту информацию, интерпретатор выбирает контур знака, масштабирует его до заданного размера и размещает в указанном месте битового массива страницы. Так же обрабатываются и геометрические изображения. Укажем преимущества применения PostScript.

Большая часть информации, которую должен печатать принтер, передается в математической форме. Например, символы шрифта передаются не в формате bitmap, а в виде множества векторов, которые представляют только их контуры (линии Безье). Символы можно масштабировать, поворачивать, отображать зеркально и абсолютно точно позиционировать.

Содержит список, по меньшей мере, 25 различных шрифтов, которые обычно жестко прошиты в ROM принтера. Сверх этого многие производители предлагают шрифты в стандарте PostScript.

Экономится память принтера: соответствующие шрифты не переносятся с винчестера в принтер в виде битовых массивов.

Файлы PostScript независимы от аппаратного обеспечения: они могут восприниматься любым периферийным устройством (лазерным, струйным принтером или фотонаборным аппаратом), которые поддерживают PostScript. Лишь разрешение аппаратного обеспечения определяет качество печати.

Файлы PostScript можно редактировать как обычный текстовый файл. Обладая соответствующими знаниями команд PostScript, теоретически можно манипулировать результатом вывода на печать прямо из файла.

У «настоящего» устройства PostScript набор команд и векторизированные шрифты расположены в ROM принтера. Такое средство вывода должно быть оборудовано CPU и памятью соответствующего объема. В противоположность этому для большинства принтеров имеется возможность дополнительно установить специальные картриджи PostScript (например, принтер HP LaserJet4). Если вы хотите сделать устройство вывода «PostScript-образным», то этого можно достичь и чисто программно. Например, программа Freedom of Press генерирует печатаемые страницы в памяти PC, т. е. представляет собой программную реализацию интерпретатора PostScript. To, что для подобного PostScript необходим мощный производительный PC с большим объемом памяти, в объяснении не нуждается.

Первой фирмой, изготовившей струйный принтер, является Hewlett-Packard. Основной принцип работы струйных принтеров напоминает работу игольчатых принтеров, только вместо иголок здесь применяются тонкие сопла, которые находятся в головке принтера. На этой головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла, как микрочастицы, переносятся на материал носителя. Число сопел (от 16 до 64) зависит от модели принтера и изготовителя. Некоторые последние модели имеют гораздо большее число сопел.

Для хранения чернил используются два метода:

Головка принтера объединена с резервуаром для чернил; замена резервуара с чернилами одновременно связана с заменой головки;

Используется отдельный резервуар, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головку принтера.

Принцип действия. Современные модели струйных принтеров в своей работе могут использовать следующие методы:

Пьезоэлектрический метод;

Метод газовых пузырей;

Метод drop-on-demand.

Пьезоэлектрический метод. Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Как известно, под воздействием электрического поля происходит деформация пьезоэлемента. При печати находящийся в трубке пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые «выдавились» наружу, оставляют на бумаге точку (рис. 8.1 ). Подобные устройства выпускают компании Epson, Brother и др.

Метод газовых пузырей является термическим и больше известен под названием «инжектируемые пузырьки» (Bubblejef). При использовании этого метода каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который при пропускании через него тока за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500°С, возникающие при резком нагревании газовые пузыри (bubbles) стараются вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую каплю жидких чернил, которая переносится на бумагу (рис. 8.2 ). При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается и через входное отверстие поступает новая порция чернил. Подобную технологию использует фирма Canon.

Метод drop-on-demand. Метод разработан фирмой Hewlett-Packard. Так же, как в методе газовых пузырей, здесь для подачи чернил из резервуара на бумагу используется нагревательный элемент. Однако в методе drop-on-demand для подачи чернил дополнительно используется специальный механизм, в то время как в методе газовых пузырей данная функция возложена исключительно на нагревательный элемент. На рис. 8.3 показан принцип работы механизма печати с использованием метода drop-on-demand.

Благодаря тому, что в механизмах печати, реализованных с использованием метода газовых пузырей, меньше конструктивных элементов, такие принтеры надежней в работе и срок их эксплуатации более продолжителен. Кроме того, использование этой технологии позволяет добиться наиболее высокой разрешающей способности принтеров. Обладая высоким качеством при прорисовке линий, данный метод имеет недостаток при печати плашек: они получаются несколько расплывчатыми. Применение метода газовых пузырей целесообразно при печати графиков, гистограмм и т.п., тогда как печать полутоновых графических изображений получается более качественной при использовании метода drop-on-demand.

Технология drop-on-demand обеспечивает наиболее быстрое впрыскивание чернил, что позволяет существенно повысить качество и скорость печати. Световое представление изображения в этом случае более контрастно.

Цветной струйный принтер. В струйных принтерах применяются четыре цветных красителя (синий, пурпурный, желтый и черный), а в некоторых моделях - шесть.

Особенности работы струйного принтера. Струйные принтеры работают тихо. Лишь двигатель, управляющий головкой принтера, издает легкое гудение. Уровень шума составляет около 40 дБ, что на 15 дБ меньше, чем у игольчатых принтеров.

Скорость печати струйного принтера, как и игольчатого, зависит от качества печати. При черновой печати струйный принтер по скорости значительно превосходит игольчатый. При печати в режиме высокого разрешения скорость печати значительно уменьшается и в среднем составляет 3-4 страницы в минуту.

Качество печати. Решающее преимущество струйного принтера в сравнении с матричным заключается в изображении шрифта. Для моделей с большим числом сопел характерно достижение качества печати лазерного принтера. Большое значение имеют качество и толщина бумаги. В принципе можно отказаться от специальной бумаги, предлагаемой различными изготовителями. Струйный принтер печатает на бумаге от 60 до 135 г/выделение">Головка принтера. Основным недостатком струйного принтера является относительно большая вероятность засыхания чернил внутри сопла.

Большинство принтеров имеют режим парковки, при котором печатающая головка возвращается в исходное положение внутри принтера, что предотвращает засыхание чернил. Некоторые струйные принтеры оборудованы устройством очистки сопел.

К классу струйных принтеров можно отнести широкоформатные принтеры.

Широкоформатные принтеры используются для выводов плакатов в единичных экземплярах. Разрешение печати на таких устройствах невысокое. Использование высококачественных материалов обеспечивает получение большого цветового диапазона и хорошей резкости. Такие устройства используют специальные растровые процессоры - внешние или встроенные.

К высококачественным устройствам вывода на основе струйной технологии печати можно отнести Iris SmartJet (фирма Iris Graphics).

Для уменьшения смешивания красок применяется последовательное их наложение. Сочетание специально подобранных чернил и бумаги с прецизионной механикой позволяет получать оттиски высокого качества, близкие к цветопробным.

Так называемые твердые чернила представляют собой материал на основе твердых синтетических восков с дополнением красителей. Брикеты такого красителя в принтере расплавляются, и расплав по потребности подается к печатающей головке, состоящей из инжекторов, которые с помощью электрического поля переносят микрокапли красителя на бумагу или пленку. При соприкосновении с бумагой капли почти мгновенно застывают. Это снимает проблемы возможного смешения красок, растекания и впитывания в бумагу. Благодаря тому, что сами твердые чернила обладают высокой насыщенностью, технология печати обеспечивает хороший цветовой охват. В этих принтерах (рис. 8.4 ) достигается высокая точность позиционирования капель, что дает возможность хорошо запечатывать плашечные области.

Характерные значения разрешения невысоки - 300х300 или 600х300 точек/дюйм. Это один из самых больших недостатков такой технологии печати. Другим недостатком является невозможность имитирования растровой структуры полиграфического оттиска.

Одна из наиболее привлекательных черт данной технологии - полная независимость от материала. Непрозрачность красок дает одинаковые результаты печати на любом носителе. Такие преимущества, как несмешиваемость красок и, вследствие этого, их широкий цветовой охват, высокая скорость печати, сделали эти принтеры популярными. Характерной особенностью твердых чернил (в отличие от чернил струйных принтеров) является их водостойкость. Кроме того, эти принтеры имеют одно из наилучших соотношений цена/качество + удобство.

Скорость печати также является одной из самых высоких: от 2 до 6 стр/мин, что сравнимо со скоростью лазерных принтеров.

Представители семейства: Tektronix Phaser 350, 300X.

Применять такие принтеры следует в основном для получения корректурного оттиска полос. Полезен он может быть и для пробной черновой распечатки работ художника-дизайнера.

При разрешении печати 600х300 точек на увеличенном фрагменте видна непрозрачность красок (цвета не смешиваются), хорошо различимы эффекты печати с неодинаковым разрешением по вертикали-горизонтали: пятна краски имеют вытянутую форму.

На рис. 8.5 приведена схема работы сублимационного принтера. Принтер дает отпечатки с плавными переходами цветов, напоминающие фотографические, благодаря такому способу печати, когда вместо прямого наложения чернил или красок на бумагу используются лавсановые пленки с красителем (как в принтерах с термопереносом), испаряющимся при нагреве элементов печатной головки. Используемые краски должны быть прозрачными, так как после испарения и попадания на специальное покрытие бумаги они проникают в него и там смешиваются. Степень нагрева микроскопических нагревательных элементов головки можно контролировать, и разные цвета получаются смещением разных количеств основных красителей. Испаряющаяся краска ложится на поверхность бумаги в виде довольно широкого пятна, и, следовательно, каждый элемент изображения запечатан полностью. Поэтому не нужно специально формировать растровую структуру изображения, что является одновременно достоинством и недостатком такого процесса печати. Достоинство - в получении исключительно плавных переходов цветов, создающих иллюзию фотографического отпечатка, а недостаток - следствие такого достоинства: неспособность формировать растр лишает сублимационные принтеры возможности имитировать растровую структуру полиграфического отпечатка. Имитация различного растаскивания растровых точек возможна лишь с помощью соответствующего изменения плотности накладываемых красок.

Отпечатки характеризуются хорошей цветопередачей. Цветовой охват таких принтеров - один из самых больших.

Характерным разрешением сублимационных принтеров является 300 точек/дюйм. Хотя растровые изображения могут хорошо выглядеть и при более низких разрешениях, воспроизведение текста, и так не очень-то хорошее при таком разрешении, будет совсем неудовлетворительным. Но даже при воспроизводимом разрешении 600x300 точек/дюйм текст все равно выглядит нерезким. Некоторые модели принтеров используют технологии увеличения резкости тонких линий и текста (PhotoFine, ShurePrint от фирм Tektronix и Seiko соответственно).

Возможности использования принтеров этого семейства как цветопробных ограничены. Отсутствие растровой структуры изображения может помешать заметить на допечатном этапе такие недостатки как муар, неправильное использование треппинга (или его неиспользование), и другие. Тем не менее некоторые принтеры выполняют печать цветоделенных изображений удовлетворительно. С помощью принтеров ЗМ Rainbow Color Proofing System, Tektronix Phaser 480X и NewGen Chromax Pro можно увидеть большую часть возможных проблем еще до печати.

Описанные возможности по эмуляции различые принтеры реализуют по-разному. Операции, требующие усиленной проработки на этапе растрирования изображения, реализуются с помощью растрового процессора, в моделях Fargo и 3М перенесенного на компьютер, к которому подключен принтер, т. е. используется программный RIP. Программная поддержка может эмулировать печать более чем в четыре краски (Rainbow).

Высокие цены сублимационных принтеров обусловливают высокие цены отпечатков. Дополнительные затраты на наращивание возможностей принтера могут заметно увеличивать расходы.

Таким образом, сублимационные принтеры желательно использовать только для выборочной пробной печати отдельных полос.

Работа принтеров этого класса основана на переносе красителя с лавсановой основы на бумагу при нагреве участка слоя красителя. Участок пленки с красителем нужного цвета нагревается именно в тех точках, которые должны остаться на бумаге, а затем пленка перематывается для нанесения следующего цвета. Таким образом, печать осуществляется последовательно. Недостатком такого способа печати является невысокое разрешение, что определяется технологией.

Краски по своему цвету довольно близки к используемым в полиграфии триадным, а отсутствие их смешений позволяет получать хорошую цветопередачу для плашечных элементов. Получить же хорошие значения резкости изображения (или плавность перехода полутонов) не удается ввиду низкой разрешающей способности таких устройств - обычно 300 точек/дюйм. Преимуществом такого способа печати является возможность создания высококачественных презентационных материалов. Прозрачная пленка с нанесенным на нее слоем красителя хорошо выглядит на проекторах. Недостатком этого способа является то, что для качественной печати пригодна не всякая бумага. Если поверхность бумаги не слишком гладкая (или мелованная), может произойти неполная передача красителя на бумагу. Другой недостаток - неэкономичный расход пленки с красителем. Даже если на лист надо нанести совсем немного краски, будет израсходовано ровно по одной странице каждого красителя. Скорость печати выше, чем у принтеров со струйной технологией, обычно она составляет 1/2 стр/мин. Все принтеры этого класса поддерживают обработку файлов в формате PostScript.

Возможно повышение качества печати с помощью увеличения разрешения до 600x300 точек/дюйм. Повышенное разрешение получают с помощью уменьшения сдвига бумаги относительно печатающей головки в 2 раза и при помощи специального растрирования, учитывающего уменьшенный шаг печати (рис. 8.6 ).

Некоторые принтеры могут наносить на бумагу специальное покрытие, выравнивающее поверхность бумаги и обеспечивающее полное и качественное прилипание слоя красителя.

Основное препятствие на пути их распространения - низкое разрешение печати. Будучи ранее практически единственными цветными принтерами, доступными для допечатного процесса, сейчас они уступают свои позиции другим технологиям печати, обеспечивающим более высокое качество.

В основу работы принтеров этого класса положен принцип электрофотографии (рис. 8.7 ). Поверхность светочувствительного барабана или, как в некоторых принтерах, свернутой в кольцо светочувствительной фольги сначала заряжается в электрическом поле коронного разряда. Затем с помощью лазерного луча некоторые участки поверхности разряжаются, создавая скрытое изображение, проявляемое далее тонером одного из цветов CMYK. При последовательном наложении всех четырех цветов создается полноцветное изображение, переносимое затем на бумагу. Последняя операция - припекание тонера к бумаге.

Некоторые технологические усовершенствования, например применение однокомпонентных тонеров в сочетании со специальным управлением лазерным излучением, позволили улучшить качество изображения.

Скорость печати лазерных принтеров - одна из самых высоких, что позволяет использовать их в качестве сетевых принтеров для групп пользователей. Обеспечивая промежуточное значение качества по сравнению со струйными и сублимационными технологиями печати, лазерные принтеры могут неплохо имитировать даже растровую структуру полиграфического оттиска, несмотря на дисперсионность краски. Невозможно получить растровую точку с резкими краями, так как часть тонера обязательно рассеется и снизит резкость конечного изображения. Другим недостатком принтера является сложность его конструкции с четырьмя картриджами для тонеров.

При сравнительно доступной цене и постоянно улучшающемся качестве печати лазерные принтеры становятся все более привлекательными для пользователей. Особенно популярны принтеры с разрешением 1200x1200 точек/дюйм.

Сейчас множество фирм выпускает целый ряд моделей цветных лазерных принтеров: Brother HL-720, HL-730, Canon LBP 465, Lexmark Optra E, QMS Magicolor CX/32, Textronix Phaser 550, Xerox Xprint 4925 Plus, HP LaserJet.

Некоторые принтеры оснащены ОЗУ с памятью 512 Кбайт (с возможностью расширения до 1,5 Мбайт) и реализуют технологию сжатия памяти фирмы Brother. Первоначально установленный картридж с тонером рассчитан на печать 1000 страниц, а наличие двухкомпонентного узла барабан-тонер позволяет снизить затраты на расходные материалы.

Лазерные принтеры с успехом можно применять для получения корректурного оттиска полос или (при отсутствии других возможностей) даже для печати малых тиражей.

В последние годы исключительно широкое распространение получила электрофотография. Это оперативная технология печати, обеспечивающая возможность быстрого размножения в относительно небольших количествах технической и административной документации (в том числе цветной). Преимуществом этого способа печати является высокая оперативность изготовления печатных форм, основой которых является фотопроводник (преимущественно селен и его соединения).

Использование лазеров открыло перед электрофотографией новую общирную область применения - оперативный вывод информации из компьютера.

В 1975-м и в последующие годы появилось несколько устройств такого типа, которые начали применять для вывода из автоматизированных систем текстовой и иллюстрационной информации в печатном виде. Наиболее совершенными из них являются лазерные принтеры фирмы ИБМ (IBM) (США) и «Фуджитсу» (FUJITSU) (Япония), имеющие высокую разрешающую способность. Почти одновременно близкие по характеристикам лазерные принтеры были созданы другими известными фирмами: RCA, «Ксерокс» (Xerox, США), «Сименс» (ФРГ), «Кенон» и «Оки» (Canon, Oki), «Никон» (Nicon), «Хитачи» (Hitachi) - Япония и др.

Следующей вехой в истории развития лазерного принтера явилось использование механизмов печати с большей разрешающей способностью под управлением контроллеров, обеспечивающих высокую степень совместимости устройств.

Другим важным событием стало появление цветных лазерных принтеров. Фирмы Xerox и Hewlett-Packard (далее сокращенно называемая HP) представили новое поколение принтеров, которые использовали язык описания страниц PostScript Level 2, поддерживающий цветное представление изображения и позволяющий повысить как производительность печати, так и точность цветопередачи. Язык принтера PCL 6 также поддерживает расширенные цветовые возможности представления изображений для принтеров серии HP Color LaserJet.

Характеристики лазерных принтеров

Лазерные технологии печати. Доминирующими для лазерных принтеров являются электрофотографическая и светодиодная (LED, Light Emitting Diode) технологии. Электрофотографическая технология подобна используемой в копировальных аппаратах. В светодиодной технологии в качестве оптического устройства, формирующего изображение, используются светодиоды (исторически светодиодные принтеры относятся к классу лазерных). Светодиодная технология, как правило, находит применение в широкоформатных принтерах (до 36 дюймов). Электрофотографическая технология обычно используется в настольных и офисных лазерных принтерах.

Формирование изображения. Лазерные принтеры формируют изображение путем позиционирования точек на бумаге (растровый метод). Первоначально страница формируется в памяти принтера и лишь затем передается в механизм печати. Растровое представление символов и графических образов производится под управлением контроллера принтера. Каждый образ формируется путем соответствующего расположения точек в ячейках сетки или матрицы, как на шахматной доске (рис. 8.8 ).

Растровая технология в значительной степени отличается от векторной, используемой в перьевых графопостроителях. При использовании векторной технологии изображение формируется путем построения линий из одной.

Принцип действия. Лазерные принтеры, получившие наибольшее распространение, используют технологию фотокопирования, называемую еще электрофотографической, которая заключается в точном позиционировании точки на странице посредством изменения электрического заряда на специальной пленке фотопроводящего полупроводника. Подобная технология печати применяется в ксероксах. Принтеры фирм HP и QMS, например, используют механизм печати ксероксов фирмы Canon.

Важнейшим конструктивным элементом лазерного принтера является вращающийся фотобарабан, с помощью которого изображение переносится на бумагу (рис. 8.9 ). Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем элементарные площадки (точки), и в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электрический заряд. Для некоторых типов принтеров потенциал поверхности барабана уменьшается от 900 до 200 В. Таким образом, на фотобарабане возникает копия изображения в виде потенциального рельефа.

На следующем рабочем шаге с помощью другого барабана, называемого девелопером (developer), на фотобарабан наносится тонер - мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда мелкие частицы тонера легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют на нем изображение (рис. 8.10 ).

Лист бумаги из подающего лотка с помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем листу сообщается статический заряд, противоположный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частицы тонера с барабана переносятся (притягиваются) на бумагу.

Для фиксации тонера на бумаге листу вновь сообщается заряд, и он пропускается между двумя роликами, нагревающими его до температуры 180-200°С (если вы хоть раз ставили пирог со сладкой начинкой в духовку, то знаете, как тяжело разделить пропеченные компоненты). После собственно процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших частиц тонера и готов для нового цикла печати. Описанная последовательность действий происходит очень быстро и обеспечивает высокое качество печати. На рис. 8.11 представлена обобщенная схема работы лазерного принтера.

В светодиодном принтере для засвечивания барабана вместо лазерного луча, управляемого с помощью системы зеркал, используется неподвижная светодиодная строка (линейка), состоящая из 2500 светодиодов, которая формирует целую строку изображения. На этом принципе, например, работают лазерные принтеры фирмы OKI.

Цветная печать. При печати на цветном лазерном принтере используются две технологии.

В соответствии с первой, широко используемой до недавнего времени, на фотобарабане последовательно для каждого отдельного цвета (Cyan, Magenta, Yellow, Black) формировалось соответствующее изображение и лист печатался за четыре прохода, что, естественно, сказывалось на скорости и качестве печати.

Достичь высокого разрешения по горизонтали проще, чем по вертикали. Поэтому многие модели принтеров сегодня имеют «несимметричное разрешение», равное, например, 1200x600 dpi, когда точность перемещения лазерного луча составляет 1/1200 дюйма, а шаг вращения барабана - 1/600 дюйма. Воспроизводимое изображение разбивается при этом не на квадраты, а на прямоугольники со сторонами 1/600 и 1/1200 дюйма. Так как луч лазера может перемещаться не только по горизонтали, но и по вертикали, то он способен поставить точку либо в верхней, либо в нижней части прямоугольника. В этом случае говорят об алгоритмическом разрешении (рис. 8.12 ).

Очевидно, что высокое алгоритмическое разрешение заменяет аппаратное лишь отчасти. Оно позволяет сделать края изображений более гладкими.

Для передачи полутонов изображение принято разбивать на несколько ячеек. Например, для принтеров с разрешением 300x300 dpi часто применяется квадратная ячейка, состоящая из 25 точек размером 0,42x0,42 мм (длина стороны 1/60 дюйма), со сторонами, повернутыми на 45° относительно вертикали. При этом возможна передача 26 оттенков серого (от 0 до 25 точек в ячейке). Именно таковы рекомендации языка PostScript Level 1.

Так как размер ячейки достаточно велик, а число оттенков мало, то изображение получается зернистым.

В более высококачественных принтерах такая ячейка состоит из 128 точек (например, в принтерах фирмы Lexmark) и также имеет вид квадрата, повернутого на 45°. При разрешении 1200x1200 dpi его размер составляет 0,25x0,25 мм. Качество изображения улучшается не только потому, что размер ячейки меньше, но и из-за увеличения числа оттенков серого до 129.

Интерполяционные возможности. Как уже отмечалось, при печати на лазерном принтере каждый элемент изображения формируется путем соответствующего расположения точек в ячейках сетки или матрицы (см. рис. 8.12 ). В результате этого возникает так называемый «лестничный эффект», который проявляется не только при печати графических изображений, но и при печати текста крупным шрифтом.

Эта проблема впервые была решена фирмой HP с помощью технологии повышения разрешения, так называемой RET-технологии (Resolution Enhancement Technology). Основным составным элементом при этом является собственный чип, предназначенный для управления интенсивностью луча лазера, что позволяет изменять энергию заряда каждой точки растра на барабане в пределах пяти градаций для получения точек разного размера, позиционирование которых приводит к сглаживанию краев изображения. При этом сокращается расход тонера при печати пересекающихся линий. RET-технология увеличивает видимое разрешение до уровня выше аппаратного и повышает качество вывода текста, штриховых и полутоновых изображений (рис. 8.13 ).

Другие изготовители используют эту технологию под собственными названиями. Фирма OKI назвала ее Smoothing Technology, фирма NEC - SET (Sharp Edge Technology), а фирма Epson - RIT (Resolution Improvement Technology).

Чтобы избавиться от зазубренности линий, в принтерах фирмы Brother используются средства HRC (High Resolution Control - управление высоким разрешением), а для повышения качества печати полутоновых рисунков - ATP (Advanced PhotoScale Technology - усовершенствованная технология печати фотографического качества), что позволяет получить 61 уровень серого при линиатуре 150 lpi для разрешения 1200 dpi.

Некоторые принтеры фирмы Apple (например, Apple Lasern"nier 16/000 FS) позволяют получить разрешение 600 dpi при использовании технологии сглаживания краев изображений символов и штриховой графики Apple FinePrint, а также использовать технологию улучшения полутоновых изображений Apple PhotoGrade, но для этого потребуется к 8 Мбайт памяти базовой модели дополнительно установить еще 4 Мбайт.

В современных моделях принтеров Optra фирмы Lexmark качество передачи полутоновых изображений повышается за счет технологии Lexmark PuctureGrade, основанной на специальном алгоритме нанесения тонера при заполнении ячеек полутоновых изображений. На рис. 8.14 представлена элементарная ячейка полутонового изображения при зачернении 17% с использованием стандартного алгоритма (а) и алгоритма Lexmark PictureGrade (б).

Что касается интерполированной или повышенной разрешающей способности, которая часто указывается в характеристиках лазерных принтеров, то эти цифры следует воспринимать критически. С помощью регулирования размера точки на бумаге и ее расположения принтеры могут добиваться отличного сглаживания ступенчатых краев штриховых изображений и символов текста, однако нет единого мнения относительно того, как этот эффект выразить в виде разрешающей способности числом точек на дюйм.

Реальную проверку разрешающая способность проходит на бумаге, поэтому, чтобы убедиться в соответствии параметров принтера потребностям пользователя, следует внимательно изучит примеры распечаток. При этом можно воспользоваться лупой.

Качество тонера. На качество печати влияют не только разрешающая способность печатающего механизма и интерполяция, важную роль играют также размеры и форма частиц тонера, которые определяют форму и размеры точек, из которых состоит растровое изображение.

Фирмы-изготовители лазерных принтеров ведут серьезные работы по созданию тонера, максимально обеспечивающего плотность черных элементов, равномерность линий и четкость краев изображения. Так, например, в лазерных принтерах фирмы OKI применяется уникальный мелкодисперсный тонер сферического типа со средним размером частиц 8 мкм.

При заправке принтера таким тонером удалось добиться повышения разрешающей способности вдвое и достичь значения 600 dpi (например, у принтера HP LaserJet 6P). В настоящее время выпускаются лазерные принтеры с разрешением 1200 dpi.

Плоттер. Плоттер является устройством вывода, которое применяется только в специальных областях. Плоттеры обычно используются совместно с программами САПР. Результат работы практически любой такой программы - это комплект конструкторской и/или технологической документации, в которой значительную часть составляют графические материалы. В последние годы получили распространение плоттеры для распечатки полнокрасочных плакатов (в основном для рекламы).

Плоттер оборудован специальными вспомогательными средствами.

Поле для черчения у плоттеров соответствует стандартам ISO (форматы А4-АО) или ANSI (форматы А-Е).

Все современные плоттеры можно отнести к двум большим классам:

Планшетные для форматов A3-А2 (реже А1-АО) с фиксацией листа электрическим, реже магнитным или механическим, способом и пишущим узлом. Таким образом, если, например, необходимо провести линию, то печатающий узел перемещается в ее начальную точку, опускается штифт с пером, соответствующим толщине и цвету проводимой линии, и затем перо перемещается до конечной точки линии.

Барабанные (рулонные) плоттеры с шириной бумаги формата А1 или АО, роликовой подачей листа, механическим и/или вакуумным прижимом и с пишущим узлом.

Барабанные плоттеры используют рулоны бумаги длиной до нескольких десятков метров и позволяют создавать длинные рисунки и чертежи.

Большинство плоттеров имеют пишущий узел перьевого типа. Используются специальные фломастеры с возможностью их автоматической замены (по сигналу программы) из доступного набора. Кроме фломастеров, применяются чернильные, шариковые пишущие узлы, рапидографы и многие другие устройства, обеспечивающие различную ширину линий, насыщенность, цветовую палитру и т. д.

HP-GL/2. В качестве устройства для вывода текста плоттер пригоден весьма условно - его преимущество, прежде всего, заключается в точной и быстрой прорисовке чертежей с помощью геометрических элементов. Эти возможности плоттер реализует с помощью стандартного языка HP-GL. С 90-х годов новая версия HP-GL/2 (совместимая снизу вверх с HP-GL) обеспечила повышение скорости передачи данных, управление шрифтами, толщиной, цветом, заливками и штриховками.

Некоторые фирмы дополнительно применяют для векторной и растровой графики свои вариации форматов данных, систем команд и драйверов (DMPI, CalComp, MHGL, BLG и др.). Однако поддержка или эмуляция HP-GL является обязательной.

Режущий плоттер. В последнее время на базе перьевых плоттеров были созданы режущие плоттеры. В них пишущий узел заменяется на резак. Изображение переносится не на бумагу, а, например, на самоклеящуюся пленку или аналогичный носитель. Буквы или знаки, полученные с помощью режущего плоттера, можно увидеть на витринах, вывесках, указателях и т.п.

Струйный плоттер. Дальнейшим развитием семейства плоттеров по пути их продвижения на рынок художественной, графической и рекламной продукции стало создание группы устройств с пишущими узлами струйного типа. По сути эта группа устройств создана на базе механизмов стандартных плоттеров и оснащена современной струйной головкой, обеспечивающей до четырех цветов с разрешением 75-720 dpi.

Большинство струйных аппаратов обеспечивают как печать чертежей, карт и схем в форматах, применяемых в САПР, так и печать популярных графических файлов форматов TIF, BMP, PCX. Кроме того, они имеют драйверы для работы под Windows.

Скорость печати на струйном плоттере зависит от сложности рисунка и разрешения и в среднем составляет 30-60 мин на 1 опред-е">Электрический плоттер. Электрические плоттеры напоминают ксероксы или лазерные принтеры. Принцип работы этих устройств заключается в электризации отдельных точек (областей) специальной бумаги (пленки) с дальнейшей подачей ее в кювету с красителем. Закрепление красителя происходит аналогично процедуре ксерокопирования. Монохромная печать обеспечивается за один проход, цветная (в четыре основных цвета) - за четыре.

Разрешение современных устройств составляет около 400 dpi. Обеспечивается печать рисунков в форматах АО - А1 со скоростью 10-30 мм/с.

Контрольные вопросы

1. Какой принцип используется в струйных принтерах?

2. Какой принцип используется в лазерных принтерах?

3. Какой принцип используется в твердочернильных принтерах?

4. В каких цветных принтерах соотношение цены отпечатка и его качества наименьшее?

5. Какой эффект улучшения качества печати на лазерном принтере дает RET-технология?

6. Влияет ли объем оперативной памяти лазерного принтера на его производительность?

7. Какой язык описания страниц для принтеров является наиболее распространенным в полиграфии?

8. В чем состоит основное отличие фотонаборного выводного устройства от принтера?

9. В чем состоит отличие плоттера от принтера по назначению?

Рис. 7.3. Классификация печатающих устройств

Тип печатающего устройства (его наименование) определяется рядом классификационныx признаков. Наибольшее распространение в профессиональных ПЭВМ получили малогабаритные знакосинтезирующие ударные печатающие устройства, а также безударные печатающие устройства, использующие чернильно-струйный, термоконтактный, лазерный и другие способы печати.

Печатающие устройства ударного действия. Такие печатающие устройства используют механизмы печати с ударным способом записи символов на носителе с помощью красящего элемента (ленты). В процессе оттиска ударные элементы (иглы, молоточки) или литероноситель механически перемещаются. К достоинствам этих печатающих устройств можно отнести: возможность получения одновременно с оригиналом нескольких копий, использование обычных сортов бумаги, умеренную стоимость. В качестве недостатков отметим: сложность изготовления механических и электромеханических деталей и узлов, повышенный уровень шума, относительноневысокую надежность вследствие значительного количества движущихся деталей и узлов. В знакосинтезирующих ударных печатающих устройствах изображение символов формируется путем сочетания отдельных элементов (точек, отрезков, линий и т. п.). Все поле печатаемого символа разбивается на отдельные элементы в виде матрицы, называемой матрицей разложения. Контуры символа составляются из соответствующих элементов этой матрицы и по внешнему виду напоминают мозаику. Поэтому знакосинтезирующие печатающие устройства часто называют также матричными или мозаичными. Печатающая головка в матричном печатающем устройстве содержит набор вертикально расположенных игольчатых печатающих элементов, срабатывающих независимо друг от друга при включении соответствующих управляющих электромагнитов (рис. 7.4).

Различают матричные ударные печатающие устройства последовательного (посимвольные) и параллельного (построчные) типа. В устройствах последовательного типа печатающая головка скользит по направляющим параллельно красящей ленте и последовательно, колонка за колонкой, формирует соответствующий символ. Иглы прижимают красящую ленту к бумаге и формируют необходимую конфигурацию символа. В некоторых случаях вместо красящей ленты используется специальная бумага с термочувствительным покрытием, которая темнеет в тех местах, где его касаются иглы. В матричных печатающих устройствах последовательного типа наибольшее распространение получили 9-игольчатые печатающие головки, перемещаемые по длине печатаемой строки. Однако для получения высококачественной печати и высоких скоростей печати часто применяются наборы с большим количеством печатающих игл, например 12, 18 или 24.

В матричных печатающих устройствах параллельного типа элементы (иглы) печатающей головки расположены по всей длине строки. Они позволяют параллельно печатать символы всей строки, поэтому их называют растровыми. Несмотря на высокую скорость печати (до 1000 строк в минуту), растровые печатающие устройства имеют большие по сравнению с последовательными устройствами габаритные размеры, массу, уровень шума, стоимость и находят в ПЭВМ ограниченное применение.

Качество печати зависит от размера матрицы разложения и повышается с увеличением количества точек в матрице (возможно частичное перекрытие печатаемых точек). Наиболее часто применяют матрицы следующих размеров: 9х7, 9х9, 11х9 точек - для печати обычного качества; 18х18 точек - для печати повышенного качества; 35х16, 60х18 и более точек - для печати высокого качества. Сложные модели матричных печатающих устройств дают очень высокое качество печати, практически неотличимое от качества печати пишущей машинки. Для повышения качества используется также многопроходная печать в прямом и (или) обратном направлениях. Поскольку в матричных знакосинтезирующвх ударных печатающих устройствах отсутствует постоянный литероноситель, то его функции выполняет электронный знакогенератор. Количество и номенклатура печатаемых символов определяются емкостью знакогенератора. Постоянный комплект печатаемых знаков (различных национальных наборов, шрифтов, графических и других символов) - постоянный знакогенератор - записывается в ПЗУ блока управления печатью. Современные матричные, печатающие устройства оснащаются загружаемыми из ПЭВМ знакогенераторами, куда пользователь может записать необходимые ему знаки. При этом в матричном печатающем устройстве обеспечивается прямая адресация к ударным элементам печатающей головки.

Матричные знакосинтезирующие устройства, помимо вывода алфавитно-цифровой информации, как правило, могут осуществлять и вывод графической информации. Поэлементные описания графических изображений хранятся в ОЗУ блока управления печатью.

Широкое распространение в последние годы цветных дисплеев привело к ускоренной разработке и внедрению многоцветных матричных ударных печатающих устройств. Обычно используется красящая лента с четырьмя красящими дорожками: черной и трех основных цветов - голубого, желтого и красного. Применяются два основных принципа печати. В первом случае за один горизонтальный проход печатающей головки осуществляется печать только одним цветом, а затем повторные проходы другими цветами. Во втором за счет перемещения красящей ленты в процессе одного прохода печатающей головки печатаются все требуемые цвета. Все это требует усложнения печатающего устройства, а, следовательно, повышает его стоимость.

Таким образом, знакосинтезирующие ударные печатающие устройства последовательного типа характеризуются: небольшой потребляемой мощностью, небольшими габаритными размерами, возможностями изменения в широких пределах комплекта используемых символов и вывода графической информации, умеренной стоимостью. При этом, однако, скорость печати" сравнительно невысокая.

Знакопечатающие ударные печатающие устройства с лепестковым литероносителем типа «ромашка» обеспечивают по сравнению с знакосинтезирующими более высокое качество печати и более высокую надежность, применяются обычно для вывода текстовой информация. Изображение символов в них формируется зиакообразующим элементом (литерой), имеющим изображение символа. В состав печатающего механизма такого устройства входят (рис. 7.5): тонкий стальной диск со многими лепестками («ромашка»), на каждом из которых расположены рельефные литеры (буквы, цифры и др.); ударный рычаг (молоточек) с электромагнитом, который может прижать к бумаге через красящую ленту необходимую литеру, т. е. отпечатать тот или иной символ; электродвигатель, вращающий «ромашку» и подводящий перед оттиском необходимый лепесток к нужному ударному рычагу.

Типичное количество используемых лепестков - 50... 100. Из-за ограниченного набора печатаемых символов, определяемых литероносителем, при необходимости другого набора символов требуется смена печатающей головки. Скорость печати также невысока (20...80 знак/с). Эти обстоятельства и обусловили вытеснение лепестковых ударных печатающих устройств в ПЭВМ знакосинтезирующими.

Как знакосинтезирующие, так и знакопечатающие устройства имеют принципиальные недостатки: близкое к предельным значениям быстродействие, высокий уровень шума, сложность, недостаточную надежность. Поэтому ведется интенсивная разработка безударных печатающих устройств, свободных от этих недостатков.

В печатающих устройствах безударного действия используются бесконтактные способы печати или способы, при которых контакт регистрирующего элемента и бумажного носителя незначителен. Как правило, для безударных печатающих устройств требуется специальная бумага или красконоситель, они не позволяют получать копий документа. В данных устройствах знаки формируются за счет изменения свойств вещества на носителе под воздействием термического, химического, электрического, электромагнитного, светового или другого воздействия либо за счет нанесения регистрирующего вещества струйным или другим способом.

Безударные чернильно-струйные печатающие устройства характеризуются пониженным уровнем шума, высокой скоростью печати (до 200 знак/с или до 1 стр/мин), высокой разрешающей способностью (до 200 точек/см) и качеством печати за счет преобразования точечного изображения на бумаге в более однородное (вследствие текучести чернил), возможностью вывода произвольных графических изображений, а также многоцветной печати.

Регистрирующий орган - печатающая головка (рис. 7.6) - содержит несколько (обычно 12) капсул-эмиттеров (инъекторов), имеющих тонкие сопла с диаметром отверстия 0,01...0,1 мм. Внутри капсулы создается избыточное давление, и под действием вибрации (волнового импульса) регистрирующий орган производит дозирование и выброс струи чернил через сопло по направлению к бумажному носителю. Капельки чернил заряжаются от источника высокого напряжения и под действием ускоряющего электрического тюря направляются к валику, подающему бумагу и являющемуся одним из электродов. Входной сигнал модулирует поток капель аналогично модуляции электронного луча в ЭЛТ. Малый диаметр капель (0,03...0,2 мм) я высокая частота их генерации обеспечивают высокие разрешающую способность и скорость печати. Управление перемещением струи чернил по бумаге осуществляется с помощью отклоняющих пластин. В качестве регистрирующей красящей жидкости (чернил) используются растворы органических красителей, обладающие высоким поверхностным натяжением, высокой электризуемостью и хорошей впитываемостью в бумагу.

Имеются два способа подачи капель на бумагу. Первый - непрерывный способ, кота из сопла вытекает непрерывная струя капель, проходящая через управляющую электростатическую систему и попадающая либо на бумагу, либо в специальный сборник

При втором способе (ждущем) капсулы с красящим веществом выдают струю чернил лишь во время формирования необходимого символа

Рис. 7.6. Принцип действия чернильно-струйного печатающего устройства:

1 - валик перемещения бумаги; 2 - бумага; 3 - отклоняющие пластины; 4 - фокусирующий электрод; 5 - блок управления; 6 - сопло; 7 - пьезоэлектрический кристалл; в - ультразвуковой генератор; 9 - насос; 10 - резервуар для чернил; сборник отработанных чернил; 12 - сформированный символ

Рис. 7.7. Цветное чернильно-струйное печатающее устройство:

1 - кассета с тремя видами чернил; 2 - резервуар для остатков чернил;
3 - приемник чернил; 4 - игольчатые регуляторы; 5 - отделитель пузырьков;
б - шланговый насос для чернил; 7 - возврат отходов чернил; 8 - блок выключателя очистки; 9 - центральный процессор; 10 - привод управления чернильно-струйным механизмом; 11 - вторичный резервуар; 12 - переходной резервуар;
13 - блок управления приводом; 14 - двигатель грязесьемника;
15 - защитная крышка;16 - пульсирующая струйная головка

Ждущие чернильно-струйные печатающие устройства более просты по конструкции (рис. 7.7), чем непрерывно-поточные, расходуют меньше чернил и, следовательно, дешевле. Однако производительность их ниже, чем непрерывно-поточных. Путем увеличения количества сопел в печатающей головке и применения чернил разных цветов чернильно-струйные печатающие устройства обеспечивают возможность получения за счет комбинации основных цветов цветных изображений.

Главными факторами, сдерживающими широкое распространение чернильно-струйных печатающих устройств в ПЭВМ, являются:

конструктивная и технологическая сложность; необходимость применения специальных чернил; необходимость использования специальных сортов бумаги, обеспечивающих поглощение, приемлемое для заданного типа чернил; низкая надежность печатающей головки (возможность засорения сопел и капилляров, засыхание чернил); высокая стоимость и т. д.

Термопечатающие устройства относятся к низкоскоростным печатающим устройствам (при последовательном формировании символа до 30 знак/с) и поэтому не рассчитаны на использование в системах с большим объемом печати. Они компактны, отличаются низким уровнем шума, обеспечивают удовлетворительное качество печати, имеют относительно простую конструкцию и низкую стоимость.

Для термопечати необходима специальная термочувствительная бумага, изменяющая цвет под воздействием тепла, выделяемого при нагреве. Регистрирующим органом в термопечатающих устройствах является термопечатающая головка (рис. 7.8). Основная часть - штабик (обычно стеклянный), на котором методами тонкопленочной, полупроводниковой или толстопленочной технологии сформированы матрица точечных резистивных нагревательных элементов, контактные площадки и проводники. Термопечатающая головка может в процессе работы скользить по бумаге. Символы высотой Н и длиной L формируются в виде мозаики, путем воздействия в конкретной точке теплового импульса, получаемого от точечного резисторного нагревательного элемента. Современные термопечатающие устройства при разрешающей способности до 12 точек/мм, осуществляют последовательное или построчное знакосинтезирование печатной строки, позволяют получать сухие документы, не издающие запахов, характерных для струйной печати, так как. в них не применяются жидкие токсичные красители и сухие тонеры.

В термических переводных печатающих устройствах (термовосковых) используются резиновые валики, покрытые слоем восковых чернил. Тепло, поступающее от печатающей головки, плавит воск, и отпечаток проявляется на бумаге, где он, охлаждаясь, фиксирует изображение. Эта технология дает самые сочные, многоцветные и четкие изображения.

Широкому распространению в ПЭВМ таких термопечатающих устройств препятствуют использование специальной термочувствительной бумаге (как правило, восковой), более дорогой, чем обычная, и выцветание записи под воздействием прямого солнечного света и тепла. Эти ограничения устраняются при использовании термодиффузионного способа печати, т. е. при переносе в местах нагрева состава красящей ленты на обычную бумагу (рис.7.9).

Применяется специальная четырехслойная резистивно-термальная красящая лента, состоящая из полимерной основы, алюминиевого токопроводящего слоя и легкоплавкого слоя, герметизирующего пленку чернил. Термопечатающая головка имеет микроминиатюрные электроды, через которые энергия передается на красящую ленту. Печатающий механизм прижимает красящую ленту к бумаге, с электродов через полимерную основу передаются электрические заряды на алюминиевую фольгу, где происходит местный разогрев, разрушающий легкоплавкий слой. В результате осуществляется точечный перенос чернил на бумагу. Могут быть использованы и многоцветные красящие ленты. Уровень шума значительно ниже, чем у матричных печатающих устройств, и выше качество отпечатков. Недостатком подобных устройств является быстрый износ красящей ленты.

Лазерные печатающие устройства- более серьезная альтернатива традиционным ударным устройствам печати. Современным лазерным печатающим устройствам ПЭВМ свойственны отличное качество печати, высокая разрешающая способность. при выводе графической информации (24 точек/мм и более), высокая производительность (до 14 стр/мин и более), небольшие размеры, надежность. Принцип действия лазерных печатающих устройств схож с принципом действия электростатических копировальных устройств (рис. 7.10).

Рис. 7.10. Принцип работы лазерного печатающего устройства:

1 - твердотельный лазер; 2 - многогранный отражатель (зеркало);

3 - светочувствительный барабан; 4 - аппарат дня термического закрепления

тонера; 5 - приемно-комплектующее устройство; 6 - кассета с тонером;

7 - накопитель бумаги

Центральным элементом системы лазерного печатающего устройства является вращающийся барабан, покрытый светочувствительным полупроводниковым слоем толщиной несколько десятков микрометров. Полупроводниковый (селен и его сплавы в аморфном виде) слой в темноте является хорошим изолятором, поэтому поверхность барабана можно зарядить, подобно конденсатору, лучом высоковольтных ионизаторов, расположенных вблизи барабана. При освещении конкретной точки на поверхности барабана, заряженного электрическим зарядом, полупроводниковый слой становится проводящим только в этой точке и в ней происходит разряд. Данные, поступающие от ПЭВМ и содержащие информацию (графическую или текстовую), преобразуются в печатающем устройстве с помощью лазерно-оптической сканирующей системы в сигналы, модулирующие лазерный луч. При облучении точки поверхности барабана лазерным лучом переменной интенсивности остаточный заряд Оказывается пропорциональным изменению интенсивности лазерного луча. Таким образом, на поверхности барабана создается невидимое электростатическое изображение строки или страницы информации определенного формата. На следующем этапе изображение проявляется с помощью электростатически заряженной пылеобразной тонирующей краски из пластмассовых частиц диаметром порядка нескольких микрометров. Краска прилипает к поверхности барабана только там, где имеется статический заряд. Там, где поверхность была облучена лучом лазера, краска не прилипает. Проявленный сухой пылеобразной краской рисунок при вращении барабана прикасается к бумаге в точке приема, и под воздействием электростатического поля на поверхности бумаги формируется требуемый рисунок, который фиксируется путем расплавления краски специальными лампами и скрепления ее с бумагой.

Различают построчные и постраничные лазерные печатающие устройства. Постраничные лазерные печатающие устройства требуют для хранения изображения память достаточно большой емкости (до нескольких мегабайт). Ряд зарубежных фирм разработали модели лазерных печатающих устройств, имеющие расширенные функциональные возможности: растровую дигитализацию копируемою документа с записью в дисковый архив, прямое копирование документов,. печать выводимой из ПЭВМ информации с одновременным частичным копированием, т. е. можно подготавливать смешанные печатно-графические материалы для издательской деятельности.

К недостаткам лазерных печатающих устройств относятся: высокая сложность оптической сканирующей системы, содержащей множество оптических элементов (зеркальные многогранники для отклонения пучка; коллимирующие и фокусирующие линзы; цилиндрические линзы, используемые для коррекции ошибок позиционирования пучка, и др.); необходимость частой замены тонирующего порошка; повышенное влияние высокой температуры окружающей среды и влажности; большой объем требуемой буферной памяти; необходимость наличия специального программного обеспечения; высокая стоимость. Однако наметилась определенная тенденция к снижению стоимости лазерных печатающих устройств.

Требования, предъявляемые к печатающим устройствам и их основным характеристикам. Персональный характер ПЭВМ, специфика областей их применения обусловливают ряд определенных требований к печатающим устройствам. Печатающие устройства ПЭВМ должны быть дешевы, иметь малые габариты, массу, низкую потребляемую мощность, обеспечивать низкий уровень шума при работе. Они должны также обладать развитыми функциональными возможностями, в том числе возможностями вывода текстовой и графической информации, печати разнообразных наборов знаков, многоцветной печати и быть удобными при. эксплуатации их пользователем ПЭВМ. Например, если устройство способно печатать в обоих направлениях, т. е. не только слева направо, но и наоборот, то это в значительной мере повышает скорость печати. Если, например, устройство обладает логическими возможностями, то те строки, куда ничего не нужно писать, устройство способно просто «перескочить». Важны способ прогона бумаги, возможность подключения устройства автоматической подачи листа и укладки листов, легкосьемиость кассет с красящей лентой и т. д. Потребительское качество печатающих устройств определяется совокупностью и взаимосвязью их технических характеристик и зависит от назначения ПЭВМ. Поэтому не все типы печатающих устройств, применяемых в системах обработки данных, в больших или "портативных ЭВМ, оказываются пригодными для использования в составе профессиональных ПЭВМ.

Для пользователя профессиональной ПЭВМ важны следующие характеристики печатающих устройств: скорость, качество и цветность алфавитно-цифровой и графической печати; формат и качество бумаги и красящих лент, а также их доступность; простота (удобство) обслуживания и ремонта; программное обеспечение; методы кодирования и набор символов; вид интерфейсов и емкость памяти; уровень шума; потребляемая мощность; массогабаритные характеристики; внешнее оформление и др. Важнейшими характеристиками являются скорость и качество печати, обеспечиваемые обычно конкретным конструктивным исполнением печатающего устройства.

Скорость печати символьных (последовательных) устройств определяется количеством знаков, отпечатанных в секунду, а для параллельных (построчных и постраничных) - количеством строк или страниц, отпечатанных в минуту.

Качество печати определяется рядом параметров: числом символов, печатаемых в строке; шагом печати символов и строки, минимальной толщиной линий и допуском на нее, размерами знаков, плотностью печати, точностью и т. п., а также возможностью выделения («жирная» печать, получаемая двойной печатью знака или небольшим смещением контура знака), надстрочной и подстрочной печати, подчеркивания, печати графических изображений, многоцветной печати и т. п.

Набор печатаемых символов определяет возможности печати разнообразных текстовых и графических документов. В современных печатающих устройствах, кроме основного шрифта, как правило, имеется возможность программной генерации дополнительных символов. Некоторые печатающие устройства используют также другой вариант расширения библиотеки шрифтов. Точечные множества, необходимые для формирования альтернативных шрифтов, хранятся в микросхемах ПЗУ, содержащихся внутри специальных шрифтовых кассет. В процессе работы пользователь может изменять не только вид шрифта, но и размеры печатных символов, что особенно важно при распечатке таблиц.

Управление печатающими устройствами в основном осуществляется с помощью команд и кодов, стандартизованных фирмами Epson и IBM. Значительная часть наиболее распространенных команд для принтеров, например «возврат каретки», «табуляция» и др., а также символов, воспринимаемых принтером как коды, заимствована из набора символов кода ASCII. Управляющие последовательности начинаются специальным символом, име­ющим аббревиатуру ESC и значение в коде ASCII - 27.

Лекция 7. Печатающие устройства

Принципы построения различных типов принтеров.

Форматы данных и интерфейсы принтеров

Системная поддержка принтеров.

Литература: 1. Гук. М. Аппаратные средства IBM PC. Питер, 2005, с. 562-583.

1. Принципы построения различных типов принтеров.

Определения:

Принтер – это устройство, обеспечивающее вывод изображения на бумагу или пленку.

Плоттер – это устройство для вычерчивания изображения на бумаге.

Принципы формирования изображений:

у принтеров – соответствие растровым дисплеям;

у плоттеров - соответствие векторным дисплеям.

Принтеры и плоттеры создают так называемые твердые копии (hardcopy) документов; твердость означает невозможность их последующей произвольной модификации. По этому признаку принтеры и плоттеры относятся к пассивным устройствам графического вывода противоположность - активные устройства вывода - дисплеи.

По способу печати принтеры разделяются на буквопечатающие и знакосинтезирующие (что аналогично текстовому и графическому режимам дисплея), а также последовательные и параллельные.

В последовательных принтерах печать осуществляется поэлементно с продвижением по строке, и после завершения печати одной строки переходят к печати следующей строки.

В параллельных принтерах строка печатается целиком строкой.

Буквопечатающие принтеры способны печатать только строчки символов из фиксированного набора, что ограничивает область их применения для текстовых документов без возможности использования разнообразия шрифтов. Вместе с тем, у них есть преимущество в качестве печатаемых символов, а в ряде случаев - и в скорости печати.

Знакосинтезирующие , они же матричные принтеры, позволяют печатать произвольные изображения. По способу нанесения красителя они делятся на ударные (игольчатые), термические, струйные и лазерные, хотя под матричными, как правило, подразумевают именно игольчатые.

1. Матричные игольчатые принтеры

Игольчатые принтеры (Dot Matrix Printer) имеют печатающую головку, на которой расположена матрица игольчатых молоточков, управляемых электромагнитамитами. Иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, бумага лежит на валике, перемещаясь только продольно (перевод строк выполняется поворотом вала, но в обоих направлениях. Перемещение по строке выполняет сама печатающая головка - она довольно легкая, поэтому ее можно двигать быстро. Все управление механикой выполняет встроенный микроконтроллер принтера. В его ведении находятся шаговые двигатели подачи бумаги и перемещения головки по строке, а также приводы иголок, которых может быть от 8 до 24. На принтере имеются механические или оптоэлектронные датчики крайних положений каретки, а также датчик конца бумаги. Управляя этими механизмами и пользуясь датчиками, можно вывести любое изображение. Во время печати головка движется по строке слева направо, и ударами иголок отпечатываются требуемые точки. После того как строка отпечатана, передвигается бумага и выполняется печать следующей строки. Если бумагу не перемещать, то можно повторно пропечатывать отдельные элементы (символы), и они будут выглядеть ярче. У некоторых принтеров печать может выполняться и на обратном ходе головки, что экономит время печати, хотя из-за люфтов механики возможно не очень точное совмещение точек, отпечатанных на прямом и обратном ходе.

Валик подачи бумаги Бумага печати Указатели поворота валика

Головка с матрицей

иголок

Датчики.

Микроконтроллер

ПЗУзнакогенератора

Буферное ОЗУ.

Интерфейс связи с ПК

Рис. 7.1. Функциональная схема матричного принтера.

Матричные принтеры могут работать как в графическом, так и в символьном режимах. Развертку символов в точечное изображение выполняет встроенный процессор (микроконтроллер) принтера, у которого есть ПЗУ с таблицами знакогенераторов. Обычно принтеры имеют несколько таблиц (для разных языков и шрифтов), переключаемых программно (по командам от компьютера), аппаратно (переключателями на принтере) или с помощью кнопок панели управления принтером.

Контроллер принтера по интерфейсу принимает от компьютера поток байтов, содержащий данные для печати и управляющие команды. Данные принимаются в буферное ОЗУ, откуда извлекаются и интерпретируются в соответствии с возможностями механики. Принтер обеспечивает обратную связь с компьютером:

управляет потоком (останавливает по заполнению буфера) и сообщает свое состояние - готовность (On-Line), конец бумаги (Paper End), ошибка (Error). Это позволяет программе работать с принтером не вслепую и сообщать пользователю о необходимости вмешательства.

Принтер способен печатать поступающие к нему данные, когда он включен, у него есть бумага и он находится в состоянии On-Line. В состоянии On-Line принтер готов к приему данных от компьютера (если у него есть место в буферной памяти). Заметим, что принтер печатает строку только после того, как «поймет», что у него в буферной памяти собрался окончательный образ для этой строки. В символьном режиме строка будет отпечатана в следующих случаях:

принято столько символов, сколько умещается в строке, и еще хотя бы один (принтеру полагается воспринимать код «забой», по которому он должен аннулировать предыдущий символ);

принят символ возврата каретки (CR), перевода строки (LF) или формата (FF);

оператор нажал кнопку перевода строки или формата (для их срабатывания принтер должен быть переведен в состояние Off-Line, печать строки может быть вызвана и переводом в это состояние).

Таким образом, матричный принтер является устройством построчного выво да.

В графическом режиме идея печати та же - строка печатается целиком, когда для нее готовы данные (для всех используемых иголок). При переводе принтера в стояние Off-Line печать и прием данных приостанавливаются, но оставшиеся в буфере данные сохраняются. Буфер очищается по включению питания, аппаратному сбросу по сигналу интерфейса и по приему специальной команды.

По включению питания, аппаратному или программному сбросу контроллер выполняет самотестирование и приводит механику в исходное состояние. Для этого он перемещает головку до срабатывания датчика левого положения, чтобы откалибровать систему позиционирования. Некоторые принтеры после этого немного прогоняют головку вправо, чтобы она не мешала заправке бумаги.

Разрешающая способность матричного принтера определяется размером матрицы иголок и разрешающей способностью печати: точки можно пропечатывать, смещая головку (влево-вправо) и бумагу (вверх-вниз) даже на долю шага так, что точки сольются в почти гладкую линию, для чего требуется довольно точная механика. Разрешающая способность печати связана со скоростью: поскольку иголки все-таки инерционны, предельная частота их срабатывания ограничена. Поэтому для высокого разрешения скорость перемещения головки и бумаги невысока. Современные модели матричных принтеров позволяют достигать разрешения вплоть до 360dpi (точек на дюйм) по обоим координатам. Принтеры, как правило, могут работать в режимах с различным разрешением - от малого разрешения для быстрой печати черновиков (draft) до высокого разрешения (NLQ. - Near Line Quality, качество, близкое к гладким буквам пишущих машинок).

Цветные матричные принтеры работают с многоцветной (обычно трехцветной) красящей лентой. Каждая строка печатается за несколько проходов головки, и на каждый проход устанавливается полоса ленты определенного цвета. Такая цветная печать происходит не быстро, да и качество цветопередачи невысокое.

Матричные принтеры весьма неприхотливы - могут печатать практически на любой бумаге - листовой, рулонной, фальцованной. Листовая бумага подаётся фрикционным механизмом - валиком, к которому она прижимается обрезиненным роликом. Листы могут заправляться вручную, а в более дорогих моделях имеются специальные лотки для автоматической подачи бумаги из пачки. Для печати из рулона или стопки фальцованной бумаги с перфорацией по краям механизм подачи бумаги имеет траки - резиновые или пластмассовые «гусеницы» с зубчиками. Траки расположены на общей оси и обеспечивают подачу бумаги без перекосов, неизбежных (пусть и в небольшой степени) при фрикционной подаче. Узкие принтеры позволяют печатать на бумаге шириной до формата А4 (вертикально заправленный лист), широкие - до A3 (горизонтально заправленный лист). Принтеры имеют направляющие, регулируемые по ширине листа, а у моделей с траками направляющие двигаются вместе с траками. Существуют специальные приспособления для печати этикеток.

Параллельные матричные принтеры (например, Tally Mannusman) не имеют подвижной печатающей головки - у них иголки расположены вдоль всей печатаемой строки. За счет этого печать происходит очень быстро (с той же скоростью, что и у барабанных буквопечатающих принтеров). Горизонтальное разрешение у этих принтеров не обязательно определяется числом иголок: печатающий блок может немного перемещаться вдоль строки, и каждая строка может быть отпечатана за несколько ударов, при которых точки смещаются относительно друг друга на доли шага иголок. От этих принтеров в основном требуется высокая скорость печати символов, так что механизм повышения разрешения, снижающий скорость печати, может включаться лишь для графической печати «экзотических» шрифтов. Эти принтеры, как правило, широкие и работают с рулонной и фальцованной бумагой с перфорацией по краям (фрикционная дача на большой длине всегда будет уводить бумагу в сторону). Данные принтеры имеют высокую цену, но при большом объеме текстовой печати весьма эффективные, т.к. Расходный материал - красящая лента.

Южно-Сахалинский институт Московского

Государственного Университета Коммерции

Контрольная работа № 1

По предмету: Информатика

Тема: Устройство и классификация принтеров

Выполнил студент I курса

специальность «Бухучет и аудит»

(заочного отделения) 1.605(ускор.)

Преподаватель : Черных С.О

Проверил : .......................

г. Южно-Сахалинск

2000 год

План.

1. Введение.

2. Матричные принтера.

3. Струйные принтера.

4. Лазерные принтера.

5. Термопринтеры.

6. Дупликаторы.

7. Заключение

Введение.

Персональный компьютер представляет собой вполне самостоятельное устройство, в котором есть все необходимое для автономной жизни. Хотя разговоры о "безбумажной" технологии ведутся уже довольно давно, нормальную работу с компьютером пока еще трудно представить без использования печатающего устройства. Зачастую нужна копия на бумаге того или иного документа, рисунка и т. п., имеющихся в компьютере в файле. Различаются принтеры прежде всего по способу печати. Широко распространены несколько видов принтеров: матричные, струйные, лазерные, светодиодные.

Матричные принтера.

Матричные принтеры - наиболее распространенный тип принтеров. Идея матричных пе­чатающих устройств заключается в том, что требуемое изображение воспроизводится из набора отдель­ных точек, наносимых на бумагу. В этом типе принтеров используется для печати печатающая головка(ПГ) , которая содержит одни или два ряда тонких игл. Головка устанавливается на ракетке и движется вдоль печатаемой строки. При этом иголки в нужный момент ударяют через красящую ленту по бумаге. Это обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений. В дешевых моделях принтеров используются ПГ с 9 иглами. Качество печати в этих принтерах улучшается при печати информации не в один, а в два или четыре прохода ПГ вдоль печатаемой строки. Более качественная и быстрая печать обеспечивается 24-иголочными принтерами. Однако эти принтеры более дороги по сравнению с 9-иголочными,менее надежны.

Для перемещения красящей ленты используется передаточный механизм, использующий движение каретки. За перемещение каретки отвечает шаговой двигатель. Еще один шаговой двигатель отвечает за перемещение бумагоопорного валика. Скорость печати матричных принтеров невысока. В зависимости от выбранного качества печати и модели принтера скорость печати составляет от 10 до 60 секунд на страницу.

Струйные принтера .

Методу струйной печати уже почти сто лет. Лорд Рейли, лауреат нобелевской премии по физике, сделал свои фундаментальные открытия в области распада струй жидкости и формирования капель еще в прошлом веке, датой рождения технологии струйной печати можно считать только 1948 год. Именно тогда шведская фирма Siemens Elema подала патентную заявку на устройство, работающее как гальванометр, но оборудованное не измерительной стрелкой, а распылителем, с помощью которого регистрировались результаты измерений.

И даже теперь, спустя почти полвека, эта гениально простая система печати применяется, например, в медицинских приборах. Правда, жидкостный осциллограф способен печатать лишь кривые, а не тексты и графики. Эта эффективная схема была усовершенствована, и появился новый струйный принтер, функционирующий по принципу непрерывного распыления красителя или печати под высоким давлением.

Разработчики воспользовались закономерностью, выявленной лордом Рейли: струя жидкости стремится распасться на отдельные капли. Нужно только чуть подправить случайный процесс распадения струи, накладывая с помощью пьезоэлектрического преобразования на струю красителя, выбрасываемую под высоким давлением (до 90 бар), высокочастотные колебания давления.

Таким способом может выбрасываться до миллиона капель в секунду. Их размеры зависят от геометрической формы сопел-распылителей и составляют всего лишь несколько микрон, а скорость, с которой они долетают до бумаги, достигает 40 м/с.

Благодаря высокой скорости полета капель допускается использовать поверхности с сильными неровностями и в зависимости от требований к качеству печати размещать их на расстоянии 1-2 см от сопла-распылителя. В результате можно наносить маркировку, например данные о сроке годности товара на картонные коробки, бутылки, консервные банки, яйца или кабели. Эту технологию печати нетрудно узнать по точкам, кажущимся неравномерными и как бы обтрепанными.

С начала 70-х годов необычайно активизировалась исследовательская деятельность, направленная на создание систем без недостатков, свойственных системам печати под высоким давлением. Первое решение, найденное специалистами - печатающие головки с пьезоэлектрическими преобразователями, испускающие по запросу отдельные капли красителя.

Печатающие устройства с пьезоэлектрическими

исполнительными механизмами.

Первые заявки на регистрацию изобретения систем струйной печати с пьезоэлектрическими исполнительными механизмами были поданы в 1970 и 1971 гг. На протяжении нескольких лет различные фирмы и институты проводили фундаментальные исследования, пока, наконец, компании Siemens не удалось облечь этот принцип в приемлемую для рынка форму. В 1977 г. Был продемонстрирован первый струйный принтер с дозированным выбросом красителя. Этот принтер, оснащенный двенадцатью соплами-распылителями и печатающий почти бесшумно со скоростью 270 символов в секунду, произвел революцию даже в кругах специалистов.

Siemens в качестве электромеханического преобразователя использовала пьезоэлектрическую трубочку, вмонтированную в канал из литьевой смолы.. Все каналы заканчиваются пластиной с калиброванными отверстиями для распыления, расположенной на передней стороне устройства. Передача электроэнергии и красителя производится исключительно посредством колебаний давления, распространяющихся в канале в соответствии с законами акустики. Колебания, достигающие конца канала, отражаются там с инверсией фазы, т.е. в этом месте колебание с пониженным давлением и наоборот.

Пьезопластины.

В начале 1985 г. компания Epson представила первый из своих пьезопланарных струйных принтеров.

Вместо пьезоэлектрических трубочек, как у Siemens, на печатающих головках Epson, выполненных из структурированных стеклянных пластинок, укреплены небольшие пьезопластинки. Если к ним приложить электрическое напряжение, их диаметр чуть-чуть изменится, но и этого будет достаточно, чтобы они согнулись вместе с пассивной стеклянной многослойной подложкой подобно биметаллической пластине, что приведет к возникновению в канале красителя выталкиваются тем же способом, что и в печатающих головках с пьезотрубочками.

В 1987 г. компания Dataproducts предложила другой принцип использования пьезоэлектриков для струйной печати, основанный на применении пластинчатого пьезопреобразователя. В последующие годы этот метод оставался сравнительно малоизвестным причем не столько из-за конструкции на базе преобразователя, сколько из-за жидких восковых чернил, которые применялись во всех струйных принтерах с пластинчатым пьезопреобразователем производства Epson

Согласно этому методу пьезопреобразователь, представляющий собой длинную плоскую пластинку (ламель), размещается позади небольшого резервуара с красителем. При воздействии на ламель импульсов напряжения ее длина немного меняется, что приводит к всплескам давления внутри резервуара, которые, в свою очередь, выталкивают капли из сопла-распылителя.

Пластинчатые пьезопреобазователи сочетают в себе преимущества как плоских, так и трубчатых систем высокую частоту распыления и компактную конструкцию. Сегодня на печатающие головки с пьезоламелями делают ставку такие фирмы, как Dataproduts, Tektronix и Epson.

В начале 1994 года Epson продемонстрировал пьезотехнологию MACH (Multilayer Actuator Head - головка с многоуровневым исполнительных механизмом). Тем не менее и в пьезоэлектрических печатающих головках MACH-головках применяются пьезоламели. Правда, компании Epson удалось изготовить пьезоламели одного ряда сопел-распылителей в едином блоке (Multilayer). Таким образом оказалось возможным еще уменьшить размеры печатающей головки, разместить преобразователи, каналы и сопла-распылители с меньшей дистанцией и одновременно снизить производственные расходы.

Печатающие устройства с термографическими исполнительными

механизмами.

В 1985 году сенсацию вызвал Thinkjet компании Hewlett-Packard - первый струйно-пузырьковый термопринтер. Метод пузырьково-струйной термопечати за несколько лет покорил рынок (количество проданных струйных термопринтеров составило 10 млн.)

В чем же революционность этой технологии? Как часто бывает в подобных случаях, достижением стало сокращение производственных расходов. Если пьезоэлектрические печатающие механизмы приходилось с большим или меньшим трудом собирать из множества отдельных деталей, то пузырьково-струйные печатающие головки, представляющие собой кристаллы на кремниевых подложках, изготавливались по тонкослойной технологии сотнями.

При тонкослойной технологии применяются в принципе те же производственные процессы, что и при изготовлении интегральных схем. Каналы подачи красителя, сопла-распылители, исполнительные механизмы и токоподводящие шины возникают при поочередном нанесении слоев на подложки, например способом ионно-лучевого напыления, и последующем структурировании этих слоев.

Таким образом, по завершении процесса производства, насчитывающего более сотни шагов, на одной подложке появляется очень много термопечатающих элементов. Все структуры должны быть выполнены с точностью до тысячной доли миллиметра. Кроме того, малейшее загрязнение при производстве приводит к отказу. По этой причине пузырьково-струйные печатающие элементы изготавливаются в чистых помещениях и с применением машин, типичных для полупроводниковой промышленности.

Поскольку головки струйно-пузырьковой термопечати изготавливаются по тому же принципу, что и интегральные микросхемы, напрашивается мысль об интеграции последних в печатающие кристаллы. И первый шаг в этом направлении сделала фирма Canon, встроив в печатающие головки своих принтеров транзисторную матрицу. Примеру Canon последовала компания Xerox, выпустившая в 1993 году модель пузырьково-струйного принтера с головкой, оборудованной 128 распылителями, и полностью интегрированным последовательно-параллельным преобразователем.

Функционирование пузырьково-струйного сопла-распылителя:

Сначала сильный импульс напряжения длительностью 3-7 мкс подается на крохотный нагревательный элемент, который мгновенно накаляется до 500 гр. Цельсия. На его поверхности температура превышает 300 гр. Цельсия. Мощность нагрева поверхности настолько велика, что при увеличении длительности импульса напряжения всего лишь на несколько микросекунд нагревательный элемент моментально бы разрушился.

Сразу же в тонкой пленке над нагревательным элементом начинают кипеть чернила, и через 15 мкс образуется закрытый пузырек пара высокого давления (до 10 бар). Он выталкивает каплю чернил из сопла-распылителя, при чем скорость полета капли достигает 10 м/с и более. Через 40 мкс пузырек, соединившись с атмосферой, опять опадает, однако пройдет еще 200 мкс, пока новые чернила под действием капиллярных сил не будут засосаны из резервуара.

С самого начала пузырьково-струйные печатающие головки делились на две группы. Компания Canon, изобретатель системы, предпочла вариант Edlgeshooter. Почти одновременно фирма Hewlett-Packard разработала головку типа Sidechooter, которую теперь изготавливает и компания Olivetti.

Головка Edgeshooter, как становится ясно уже из названия, разбрызгивает чернильные капли "за угол", т.е. перпендикулярно к направлению образования пузырьков. В головке Sideshooter, где пластина с соплами-распылителями находится поверх нагревательных элементов и каналов подачи чернил, пузырьки и капли движутся в одном направлении. Поскольку края сопел-распылителей в головках типа Sideshooter сделаны из однородного, а не из различных материалов, как в Edgeshooter, процесс изготовления распылителей с отверстиями определенного размера для Sideshooter значительно проще, чем для головок Edgeshooter. Кроме того, приходится учитывать неодинаковое смачивание разнородной поверхности головки Edgeshooter.

Требования к качеству чернил для любой системы струйной термопечати очень высоки, значительно выше, чем пьезосистемах. Принцип функционирования и высокие температуры обусловливают применение только смешанных растворимых красителей на водяной основе.

Красители должны соответствовать целому ряду требований:

Быть совместными с материалами, из которых сделан печатающий механизм;

Не образовывать отложений в каналах и распылителях, а также не расслаиваться;

Храниться в течении длительного времени;

Обладать определенными показателями плотности, вязкости и поверхностного натяжения при температурах от 10 до 40 гр. Цельсия;

Ну служить питательной средой для образования бактерий и водорослей;

К тому же красители для струйной термопечати должны образовывать пузырьки пара без отложения осадков и выдерживать кратковременное нагревание до 350 гр. Цельсия.

И так мы видим что способ струйной печати, зародившийся около 50 лет назад, - относительно молодая технология. Вполне вероятно, что струйные принтеры завоюют массовый рынок, вытесняя таким образом матричные принтеры. Если же разработчикам удастся повысить разрешение и скорость печати струйных принтеров, то изготовителям лазерных принтеров придется всерьез побороться за место на рынке.

До сих пор никакой другой метод печати не порождал такого разнообразия вариантов, как струйная печать, при чем не подлежит сомнению что возможность этой технологии еще долго не будет исчерпана.

Лазерные принтеры

Лазерные принтеры, как и копировальные аппараты используют принцип сухой ксерографии, в основе которого лежит напыление порошка на материал с последующим запеканием.

Как же устроен обычный лазерный принтер? Впрочем до того, как перейти непосредственно к принтерам рассмотрим вначале копировальные аппараты, поскольку на их основе строения были сделаны лазерные принтеры.

Функционально аппарат состоит из следующих частей (если не рассматривать сканирующую часть):

Фоторецептор (барабан)

Магнитный вал

Ракельный нож

Коротрон заряда

Вал переноса (коротрон переноса)

Коротрон отсечения

Бункер с тонером

Бункер отработки

Печка (фьюзер)

Фоторецептор представляет собой специальный материал (обычно это селен), нанесенный на металлическую основу. Обычно он выполняется в виде вала, поэтому иногда его называют барабан (drum unit).

Фоторецептор заряжается коротроном заряда, который представляет собой металлическую (обычно золотую или платиновую проволоку) или же резиновый вал с металлической основой. Причем резина токопроводящая. На старых аппаратах применялся проволочный коротрон. В настоящее время происходит переход к другой технологии. Дело в том, что проволочный коротрон сильно озонирует воздух из за высокого напряжения, подаваемого на него. Как известно озон полезен, но в малых количествах. Поэтому характерный запах озона в копировальных центрах постепенно уходит в прошлое.

После зарядки на фоторецептор подается изображение, которое в копировальных аппаратах освещается мощным источником света и проецируется через систему зеркал. Обычно для освещения оригинала используется каретка с лампой как в сканерах, Для увеличения и уменьшения изображения служит объектив с изменяемым фокусным расстоянием. Скорость барабана и каретки должна быть согласована. Те места на фоторецепторе, на которые падает свет меняют свой потенциал или вообще теряют заряд (в зависимости от типа копировального аппарата). Таким образом на фоторецепторе остается рисунок оригинала в виде заряженных участков.

Затем фоторецептор входит в контакт с магнитным валом, который покрыт смесью тонера и носителя.

Тонер представляет собой пыль состоящую из мельчайших частиц определенного цвета. Для достижения более высокого качества печати фирмы-производители стремятся к созданию более мелких частиц тонера.

Носитель (developer) представляет собой железные частицы, на которых осаждается тонер. Таким образом на магнитном валу находятся железные частицы, покрытые тонером. В некоторых аппаратах носитель отделен от тонера и заправляется отдельно, в других тонер представляет собой порошок уже смешанный с носителем. Тонер находится в специальном бункере. Внутри бункера устанавливается мешалка, которая предотвращает спрессовывание тонера.

Тонер переходит на фоторецептор за счет противоположного заряда на фоторецепторе. Весь этот процесс носит название проявки.

Во время этого процесса бумага подается на регистрацию. Т.е. она выбирается из лотка и устанавливается таким образом, чтобы начинать печать. Когда датчик регистрации бумаги сообщает, что бумага дошла до фото барабана, происходит перенос изображения с фото барабана на бумагу.

После того, как тонер перенесен подается бумага. Под бумагой проходит коротрон переноса (вал переноса), который имеет потенциал сильнее потенциала фоторецептора. Этот вал выполняется из металла, покрытого специальной токопроводящей резиной. Вал за счет более сильного потенциала на нем оттягивает на себя тонер, который осаждается на бумаге. Затем с помощью специального механизма бумага отрывается от рецептора и подается на запекание. В некоторых машинах существует такой механизм, в некоторых нет. Он представляет собой еще один коротрон, который оттягивает бумагу от рецептора.

Запекание представляет собой процесс высокотемпературного нагрева бумаги с одновременным прижимом специальным валиком. Механизм состоит из нагреваемого тефлонового вала, с кварцевой лампой внутри, и резинового прижимного вала. Механизм для запекания носит название печка (fuser). Иногда вместо тефлонового вала устанавливается специальный термоэлемент, покрытый термопленкой. Такие копиры имеют меньший срок прогрева и меньшее энергопотребление, однако и ходит термопленка значительно меньшее количество копий и повредить ее значительно легче при неправильном извлечении бумаги. В некоторых аппаратах предусмотрена смазывание прижимного вала силиконовой смазкой. Эта смазка предотвращает прилипание бумаги к валу.

Механизм с кварцевой лампой более дорогой, но и более надежный обычно используется в высокопроизводительных машинах. Механизм с термопленкой используется в принтерах и копирах малого класса.

Фоторецептор очищается от остатков тонера с помощью ракельного ножа, который сделан из специального материала и находится в плотном контакте с рецептором. Ракельный нож обычно выполняется в виде полосы из мягкого пластика. В некоторых аппаратах предусмотрена смазка ракельного ножа. Остатки тонера удаляются в бункер отработки. Это наиболее распространенный принцип удаления остатков тонера.

В некоторых аппаратах вместо ракельного ножа используется электростатическое удаление остатков тонера. В этих машинах опять же практически весь тонер переносится на бумагу.

Все описанное выше приведено на следующей схеме:

В больших машинах тонер, фоторецептор, девелопер, ракельный нож, коротрон меняются раздельно, после прохождения определенного количества копий. В малых принтерах и копирах все эти части объединяются в один картридж. В части аппаратов такой картридж разделяют на два: копи картридж (фоторецептор с ракелем) и тонер-картридж (тонер с магнитным валом). По правилам эксплуатации все такие картриджи имеют определенный срок службы и должны заменяться после его окончания.

Лазерный принтер как уже говорилось действует по тому же принципу, но в качестве источника света используется лазер, который меняет потенциал в определенных участках фоторецептора, на которые затем переносится тонер. При этом используется следующий механизм.

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.

Лазерные принтеры и копировальные аппараты потребляют много электроэнергии, которая расходуется на нагрев печки и на поддержание высокого напряжения на коротронах.

Общая схема лазера приведена ниже:

Лучи синего и красного цвета соответствуют различным положениям зеркала. В момент А зеркало повернуто под одним углом (красное положение зеркала). В следующий момент времени, соответствующий частоте лазера зеркало поворачивается и занимает синее положение. Отраженный луч попадает уже в другую точку фоторецептора. Естественно в реальности существуют еще дополнительные зеркала, призмы и световоды отвечающие за фокусировку и изменение направления луча.

Лазерные принтеры кроме механической части включают в себя достаточно серьезную электронику. В частности на принтерах устанавливается память большого объема, для того, чтобы не загружать компьютер и хранить задания в памяти. На части принтеров устанавливаются винчестеры. Электронная начинка принтера также содержит различный языки описания данных (Adobe PostScript, PCL и т. д.). Эти языки опять же предназначены для того, чтобы забрать часть работы у компьютера и передать принтеру.

Термопринтеры.

Термопринтеры как таковые практически не используются. Обычно они устанавливаются в факсах, однако когда-то они существовали как отдельные принтеры.

Принцип действия термопринтера очень прост. Печатающий элемент представляет собой панель с нагреваемыми элементами. В зависимости от подаваемого изображения нагреваются те или иные элементы, которые заставляют темнеть специальную термобумагу в месте нагрева. Достоинством данного типа принтера несомненно служит то, что ему не нужны расходные материалы кроме специальной бумаги. Недостаток - все в той же специальной бумаге и медленной скорости печати.

Дубликаторы

Дубликатор (ризограф) предназначен для печати больших тиражей с одного экземпляра (от 50 экз.).

Принцип работы следующий: после сканирования копии на специальной мастер пленке термопечатающим устройством прожигается изображение. Затем мастер-пленка наматывается на барабан, выполненный из сетчатого материала. Через барабан подаются чернила, которые вытекают через прожженные отверстия в мастер пленке и переносятся на копию. С одной мастер пленки можно получить до 10000 экземпляров.

Низкая себестоимость печати при большом тираже обуславливается низкой стоимостью чернил, которые в принципе представляют собой типографскую краску.

Для цветной печати используются сменные барабаны. При этом каждая копия прогоняется столько раз, сколько цветов нужно напечатать. Однако полно цветной печати на данном аппарате получить нельзя. Реально получить 3-4 цветную печать да и то на хорошей бумаге, поскольку при использовании большего количества цветов качество копии значительно ухудшается.

Качество передачи оттенков примерно соответствует обычному копиру.

Причиной того, что данный аппарат может служить только для печати большими тиражами является высокая стоимость мастер пленки, которая может использоваться только один раз.

Заключение.

Мы рассмотрели основные виды принтеров и видим, что каждый из видов по своему удобен в эксплуатации, а также боле пригоден для определенных родов деятельности. Так скажем струйные принтера наиболее подходят для домашнего использования и не больших фирм если основная задача - распечатка текстов, так как здесь не требуется высокое качество печати. Лазерные принтеры это более качественное решение тех же задач, которые решают струйные принтера (за исключением работы с цветом, где качество струйных принтеров выше) . Матричные принтера используются там, где не требуется качество, а нужна надежность и наименьшие расходы по использованию.

Но всё же в общем все фирмы производители принтеров преследуют такие задачи как:

максимально улучшить качество выводимого на печать

увеличить скорость печати

уменьшения затрат требуемых для печати

И учитывая, что процесс модернизации и улучшения каждого из видов печати не завершен, то возможно, что все выше описанное на данный момент может являться историей.

Литература.

1.Выьор, сборка, абгрейд качественного компьютера

Ю.Кравацкий, М. Рамендик

2.М.Н. Голопупенко “Матричные принтеры”

Сайты крупнейших производителей принтеров.

Журнал “HARD’n’SOFT”

5. Журнал “КомпьютерПресс ”

Печатающее устройство обеспечивает вывод данных, которые в электронном виде хранит в своей памяти ЭВМ на бумажный или иной носитель. Характерным признаком, позволяющим классифицировать такие устройства, является способ нанесения печати или технология, посредством которой изображение наносится на носитель.

Технология струйной печати

С использованием данной технологии осуществляется перенос изображения посредством капельной или струной подачи красителя. Картинка переносится на бумажный носитель любого качества, стоит только купить 3д принтер в магазине Цветной мир .

Технология ударной печати

Это способ переноса изображения на носитель любого вида посредством удара по красящей ленте одной литеры или целым набором иголок. К преимуществам данной технологии относят возможность передачи изображения носителю с любым качеством и фактурой бумаги. Из недостатков наиболее важным является достаточно высокой показатель шумового эффекта во время его функционирования при довольно низкой скорости печати. Принтеры этой категории подразделяются на две группы - матричные и печатающие устройства с наличием в печатающей головке шрифтоносителей.

Термоэлектрическая технология печати

Такой вид печати можно осуществить лишь путём нанесения изображения на специальный носитель - особый вид бумаги, в структуре которой происходят изменения под воздействием тепла. В точке нагрева такая бумага темнеет, за счёт чего и происходит формирование на неё требуемого изображения. Печатающая головка термоэлектрического принтера в своей конструкции содержит от одного до нескольких нагревательных элементов.

Основной недостаток термопринтера - возможность использования только одного типа бумаги. Поэтому и сфера применения этих печатающих устройств достаточно узкая, они необходимы, например, в качестве дополнительного оборудования для факсимильного аппарата.

Принтер со шрифтоносителем

Печатающая головка принтера, оснащённая шрифтоносителями, осуществляет перенос графической картинки на носитель посредством удара определённого набора литер по красящей ленте. Главное преимуществом принтеров этого типа - это печать на высокой скорости с качеством получаемого изображения, очень похожим на типографскую печать. Весомым недостатком печатающего устройства этого типа является наличие фактора ограничения их динамического развития таких принтеров, возникающего при необходимости сменить шрифт и распечатать необходимые графические данные.

Принтер матричного порядка

Получение изображения на бумаге или на ином носителе посредством матричного печатающего устройства производится за счёт удара по красящей ленте специальным набором иголок. Они могут быть расположены в ряд или подобно прямоугольнику, выполняя свою функцию по аналогии печатающей головки. На носитель картинка переносится точками, при этом в печатающей головке выдвигается одна головка, соответствующая конкретной точке, ударяющая по красящей ленте. Движение самой головки в процессе печатания происходит вдоль строки.

Принтеры матричного типа нашли широкое применение, поскольку достаточно неприхотливы в эксплуатации и обслуживании, расходные материалы к ним доступны по стоимости. Также такие устройства способны переносить изображение на бумажный носитель любого качества, они характеризуются надёжностью и высокой степенью работоспособности.

Матричный принтер незаменим, когда требования к качеству печатаемого материала минимальны и в тех случаях, когда выполнение печати технически невозможно на принтерах других типов. Его главное достоинство - это одновременная печать картинки в нескольких экземплярах.