Вступление

1. Вступление.

 

В настоящее время покупателей принтеров, как пра­вило, волнует уже не только вопрос, какую именно мо­дель приобрести, но и не менее важные проблемы, свя­занные, например, с постоянным наличием расходных материалов у фирмы-продавца, возможностью исполь­зования кириллических шрифтов, дальнейшим сервис­ным обслуживанием печатающих устройств и т.д. И это вполне правомерно. Думаю, что небезынтересными для читателей будут также краткие технические характерис­тики некоторых моделей. Надеюсь, что эта часть реферата по­может вам все-таки остановить свой выбор на каком- либо конкретном принтере.

Принтеры

последовательные строчные страничные

ударного безударного ударного безударного безударного

действия действия действия действия действия

символьные матричные матричные символьные матричные матричные матричные

технологии технологии технологии технологии технологии печати печати печати печати печати

Рис. 1

И все-таки, если у вас дома стоит компьютер, принтер к нему просто необходим. Если вы будете печатать на принтере, установленном у вас на работе, личные письма, поздравительные открытии, объявления (типа «отдам щенков в хорошие руки»), наклейки на банки с вареньем, на бутылки с домашним вином, аудио- или видеокассеты, приглашения на семейные торжества, афиши на школьный спектакль вашего старшего сына и прочие подобные вещи, то вас, мягко говоря, не поймут. Дипломные и курсовые работы, рефераты, диссертации, договоры и прочие документы тоже далеко не всегда удобно печатать в офисе хотя бы из соображений оперативности. Наличие домашнего принтера решает все эти проблемы.

Персональный компьютер представляет собой вполне самостоятельное устройство, в котором есть все необходимое для автономной жизни. Однако жизнь компьютера была бы неполноценной и довольно бесполезной без такого простого с виду устройства, как принтер.

2. Технологии печатающих устройств.

 

2.1. Общие сведения.

 

Особое внимание уделим технологии цветных печатающих устройств. Заметим, что вывод моно­хромного изображения на этих ус­тройствах также возможен. Но пре­жде чем непосредственно перейти к описанию технологий цветных принтеров, коротко напомним прин­цип работы других более распрос­траненных и доступных устройств - мониторов.

Как известно, большинство со­временных настольных компьюте­ров используют мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). По принципу действия подобные мониторы мало чем отличаются от обычного телевизора: испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на эк­ран, покрытый люминофором, вы­зывает его свечение. Заметим, что любое текстовое или графическое изображение на экране монитора компьютера (как, впрочем, и теле­визора) состоит из множества дис­кретных точек люминофора, име­нуемых также пикселами (pixel - picture element). Поэтому такие дисплеи называют еще растровыми. В случае цветного монитора имеются уже три электронных пуш­ки с отдельными схемами управ­ления, а ни поверхность экрана нанесен люминофор трех основ­ных цветов: К. (Red, красный), G (Green, зеленый), В (Blue, си­ний). Эти цвета называются обыч­но первичными, поскольку путем сложения соответствующего их ко­личества можно получить любой другой цвет. Такая модель цветообразования называется поэтому аддитивной (adtlition - сложение), или RGB.

Принтеры, способные выводить графическую информацию, являют­ся, вообще говоря (так же как и упоминаемые выше мониторы), растровыми устройствами. Однако работают они уже с другими пер­вичными цветами и используют соответственно иную модель пветообразования - субтрактивную (subtraction - вычитание). Это, во­обще говоря, может создавать боль­шие проблемы при выводе инфор­мации с экрана на принтер, пос­кольку не всегда достигается пол­ное соответствие цветов. Для это­го обычно служит специальное про­граммное обеспечение. Однако дан­ной проблемы мы пока касаться не будем.

Итак, первичными цветами для цветных принтеров являются зеле­но-голубой (Cyan), светло-красный (Magenta) и желтый (Yellow). На­ложение двух из этих первичных цветов в данном случае дает красный, зеленый или голубой цвет. Смешение всех трех первичных цветов субтрактивной модели дает черный цвет. В некоторых принте­рах для получения истинно черного цвета используется отдельный чер­ный краситель (blacK), поэтому данная модель цветообразования называется также CMY или CMYK.

Поясним, почему, собственно, различаются модели цветообразования для мониторов и принтеров. Напомним, что наши глаза являются сложной оптической системой, ко­торая воспринимает излучаемый или уже отраженный от освещае­мых предметов свет, разумеется, если они сами его не излучают. Цвет, как известно, определяется длиной волны электромагнитного излучения, определенный частот­ный спектр которого и представляет для нас видимый свет. Теперь не­трудно понять, что нанесенные на экран точки люминофора воспри­нимаются именно того цвета, ка­кой они и излучают. Краситель же, нанесенный на бумагу, напротив, действует как фильтр, поглощая (вычитая!) одни и отражая другие длины электромагнитных волн. Напомним также, что насыщенность цвета (розовый, красный, пурпур­ный) зависит от количества бело­го цвета. Таким образом, промежу­точные цвета при выводе изобра­жения, например, розового, полу­чаются, как правило, путем пропус­ка (непечати) нескольких точек.

Собственно, это обычный подход, связанный с растрированием изо­бражения (dithering). То есть в этом случае оттенки соответствующего цвета получаются путем группиров­ки нескольких точек изображения в псевдопикселы размером 2х2, ЗхЗ и более точек. Отношение количес­тва цветных точек к белым и оп­ределяет уровень насыщенности цвета.

Теперь скажем пару слов о бу­маге, которая используется для цветных печатающих устройств. Многие фирмы - производители цветных принтеров декларируют возможность печати на обыкновен­ной гладкой (или ровной) бумаге - plain paper. Видимо, не существу­ет однозначного ответа на вопрос, что это за бумага. Разумеется, мно­гое зависит от ее качества, степе­ни обработки, веса и даже цвета. У многих пользователей данный вид бумаги ассоциируется с обыкновен­ной офисной бумагой общего на­значения, которая часто использу­ется для ксерокопирования. Однако за исключением только одного-двух типов принтеров, использующих специальную технологию (об этом чуть ниже), все остальные для ка­чественного вывода изображения требуют специальную офисную (конторскую) бумагу или специаль­ную бумагу для принтеров. Послед­ний вид бумаги обычно использу­ется при монохромной лазерной печати. Увеличенный рельеф поверх­ности этих трех видов бумаги при­веден на рисунке(2).

Рис. 2

На сегодняшний день широко применяется шесть технологий для цветной печати. Они реализуются в ударных («игольчатых») матричных принтерах (dot matrix), в струйных принтерах с жидкими чернилами (liquid ink-jet), в принтерах с термопереносом восковой мастики (thermal wax transfer), в принтерах

с термосублимацией красителя

 (dye sublimation), в струйных принтерах с изменением фазы красителя (phase-change ink-jet) и в цветных лазерных принтерах (colour laser). Теперь обо всем по порядку.

 

Dot Matrix.

 

Как известно, идея матричных пе­чатающих устройств заключается в том, что требуемое изображение воспроизводится из набора отдель­ных точек, наносимых на бумагу тем или иным способом. Напомним также, что практически все печата­ющие устройства (за исключением, пожалуй, страничных) могут быть ударными (impact) и безударными (non-impact). Принцип работы цвет­ных ударных матичных принтеров заключается в том, что вертикаль­ный ряд (или два ряда) игл «вко­лачивает» краситель с ленты пря­мо в бумагу. В отличие от обычных монохромных устройств, в послед­нем случае используется многоцвет­ная лента. Система управления этих принтеров заботится не только о конкретной иголке, но и цвете лен­ты. Сразу отметим, что помимо шума, присущего всем ударным устройствам, скорость, палитра и качество цветов в данном случае, как правило, неудовлетворительные. Это, впрочем, касается не только бумаги, но и пленок. Заметим так­же, что со временем воспроизводи­мые цвета становятся более тусклы­ми, поскольку в прямой зависимос­ти от срока службы лента загряз­няется. Это связано в основном с прямым контактом многоцветной ленты с выводимым цветным изображением. К достоинствам подо­бных устройств можно отнести на­дежность, низкую стоимость стра­ницы изображения, возможность печати на обычной бумаге. Удар­ные цветные матричные принте­ры в основном находят применение при выводе несложных изображе­ний. Цена таких устройств относи­тельно невысока - около 800 дол­ларов.

Liquid ink-jet.

 

 Струйная технология печати явля­ется на сегодняшний день самой распространенной для реализации цветных устройств. Струйные чер­нильные принтеры подразделяют­ся на устройства непрерывного (continuous drop, continuous jet) и дискретного (drop-on-demand) дей­ствия. Последние опять же делят­ся на две категории: с нагревани­ем чернил («пузырьковая» техноло­гия bubble-jet или thermal ink-jet) и основанные на действии пьеза- эффекта (piezo).

В простейшем случае принцип действия устройства по технологии continuous jet основан на том, что струя чернил, постоянно испуска­емая из сопла печатающей голов­ки, направляется либо на бумагу (для нанесения изображения), либо в специальный приемник, откудачернила снова попадают в общий резервуар. В рабочую камеру чер­нила подаются микронасосом, а элементом, задающим их движение, является, как правило, пьезодатчик. Описанный выше принцип дейст­вия печатающего устройства ис­пользует сегодня очень небольшое количество принтеров. Производ­ством цветных принтеров, исполь­зующих данную технологию, зани­мается, например, фирма Iris Gra­phics.

При реализации bubble-jet-метода в каждом сопле печатающей головки находится маленький нагреватель­ный элемент (например, тонкопленочный резистор). При пропуска­нии тока через тонкопленочный резистор

последний за несколько микросекунд нагревается до темпе­ратуры около 500 градусов и отда­ет выделяемое тепло непосредствен­но окружающим его чернилам. При резком нагревании образуется чер­нильный паровой пузырь, который старается вытолкнуть через выход­ное отверстие сопла каплю жидких чернил. Поскольку при отключении тока тонкопленочный резистор так­же быстро остывает, паровой пу­зырь, уменьшаясь в размерах, «под­сасывает» через входное отверстие сопла новую порцию чернил, ко­торые занимают место «выстреленной» капли. Цветные принтеры от фирм Canon и Hewlett-Packard ис­пользуют именно эту технологию.

Как уже было сказано, второй метод для управления соплом ос­нован на действии диафрагмы, со­единенной с пьезоэлектрическим элементом. Как известно, обратный пьезоэффект заключается в дефор­мации пьезокристалла под воздей­ствием электрического поля. Изме­нение размеров пьезоэлемента, рас­положенного сбоку выходного от­верстия сопла и связанного с диа­фрагмой, приводит к выбрасыванию капли и приливу через входное от­верстие новой порции чернил. По­добные устройства выпускаются компаниями Epson, Brother, Data-products и Tektronix. Кстати заме­тим, что фирмой Epson предложен новый тип многослойной пьезоэлек­трической головки, которая устра­няет «сателлиты» - маленькие ка­пельки, сопровождающие основную каплю. Четкость в этом случае по­вышается в основном для монохром­ных изображений.

Заметим, что сопла (канальные отверстия) на печатающей головке струйных принтеров, через которые разбрызгиваются чернила, соответ­ствуют «ударным» иглам матричных принтеров. Поскольку размер каж­дого сопла существенно меньше диаметра иглы (тоньше человечес­кого волоса), а количество сопел может быть больше, то получаемое изображение теоретически должно быть в этом случае четче. К сожа­лению, это не всегда так, и очень многое зависит от качества исполь­зуемой бумаги. Дело в том, что чер­нила имеют свойства просачиваться (куда не надо), растекаться и сме­шиваться до высыхания. Это при­водит к снижению яркости, а так­же к изменению цветности изобра­жения.

Для того чтобы преодолеть все эти неприятности, используются самые различные подходы. Напри­мер, химики фирмы DuPont разра­ботали для принтеров компании Hewlett-Packard специальные пиг­ментные чернила (правда, тоже не без недостатков). А вот чтобы из­бежать смешивания чернил, в мо­дели принтера IBM Color JetPrinter PS4079 фирмы Lexmark предус­мотрены паузы между проходами для нанесения первичных цветов. Упоминавшаяся чуть выше компа­ния Hewlett-Packard для той же цели (высыхание чернил) использует подогрев носителя, то есть бумаги. Такой метод борьбы со смешива­нием чернил реализован в моделях HP PaintJet XL300 и DeskJet 1200С.

Итак, к основным достоинствам технологии continuous jet относится возможность воспроизведения ши­рокой палитры цветов с высоким качеством, однако при невысокой скорости печати стоимость подобных цветных принтеров достигает не­скольких десятков тысяч долларов.

Устройства дискретного действия (drop-on-demand) достаточно дешевы (от 500 долларов и выше) и также позволяют получать широкую гам­му цветов, однако требуют, как пра­вило, специальной бумаги.

Thermal wax transfer.

 

Принцип работы принтера с термопереносом состоит в том, что термопластичное красящее вещес­тво, нанесенное на тонкой подложке, попадает на бумагу именно в том месте, где нагревательными элемен­тами (аналогами сопел и игл) пе­чатающей головки обеспечивается должная температура (около 70-80 градусов). Конструктивно такой способ печати достаточно прост, к тому же он обеспечивает практичес­ки бесшумную работу. Для нанесе­ния цветного изображения требу­ется, разумеется, три или четыре прохода: по одному для первичных цветов и один в случае использо­вания отдельного черного цвета, что соответственно увеличивает время печати. Принтеры, использующие данную технологию, обычно требу­ют специальной бумаги. Стоимость выведенной страницы с изображе­нием, как правило, дороже, чем для струйных принтеров. Для данных устройств также характерна неболь­шая скорость печати (1-2 страни­цы в минуту). Тем не менее, прин­теры с термопереносом - достаточ­но надежные устройства, которые не требуют сложного обслуживания и могут воспроизводить цветное изображение (до 16,7 миллионов цветов) как на пленке, так и на бу­маге, с разрешающей способностью 200-300 dpi (точек на дюйм). Сто­имость подобных устройств может составлять от 1 до 10 тысяч долла­ров.

 

Dye sublimation.

 

Еще один класс цветных печатаю­щих устройств - так называемые принтеры с термосублимацией. Эта технология наиболее близка к тех­нологии термопереноса, только эле­менты печатающей головки нагре­ваются в данном случае уже до тем­пературы около 400 градусов. Хотя, возможно, термин «термосублимация» не очень удачен, но он достаточно четко поясняет, каким образом красящему веществу пере­дается необходимая порция энер­гии сублимации. Напомним, что под сублимацией понимают пере­ход вещества из твердого состояния в газообразное минуя стадию жид­кости (например, кристаллы йода сублимируют при нагревании). Та­ким образом, порция красителя сублимирует с подложки и осажда­ется на бумаге или ином носителе. В принтерах с термосублимацией красителя имеется возможность точ­ного определения необходимого количества красителя, переносимого на бумагу (например. 19% суаn, 65% magenta, 34% yellow). Комбинацией цветов красителей можно подобрать практически любую цветовую па­литру.

Данная технология использует­ся только для цветной печати, а реализующие ее устройства обыч­но относятся к классу «high end». К их основным преимуществам от­носится практически фотографичес­кое качество получаемого изобра­жения и широкая гамма оттенков цветов без использования растрирования. Основным ограничением применения данных принтеров яв­ляется высокая стоимость каждой копии изображения (более долла­ра за страницу).

 Phase change ink-jet.

 

 Принтеры, использующие данную технологию, называются также принтерами с твердым красителем. Принцип работы таких устройств примерно следующий. Восковые стерженьки для каждого первичного цвета красителя постепенно рас­плавляются специальным нагрева­тельным элементом при температу­ре около 90 градусов и попадают в отдельные резервуары.

Расплавлен­ные красители подаются оттуда спе­циальным насосом в печатающую головку, работающую обычно на основе пьезоэффекта. Капли воскообразного красителя на бумаге застывают практически мгновенно, но обеспечивают необходимое с ней сцепление. В отличие от обычной технологии liquid ink-jet, в данном случае не происходит ни просачива­ния, ни растекания, ни смешения красителей. Именно поэтому прин­теры, использующие технологию

 phase change ink-jet, работают с любой бумагой. Качество цветов получается просто превосходное, к тому же допустима и двусторонняя печать. Стоимость одной копии весьма невысока, как впрочем и скорость печати (около 2 страниц в минуту).

Colour laser.

 

В лазерных принтерах используется электрографический принцип со­здания изображения - примерно такой же, как и в копировальных машинах. Наиболее важными час­тями лазерного принтера можно считать фотопроводящий барабан (или ленту), полупроводниковый лазер и прецизионную оптико-ме­ханическую систему, перемещаю­щую луч. Лазер формирует электронное изображение на светочувствительной фотопримной ленте последовательно для каждого цвета тонера (CMYK). То есть принтер, работающий в монохромном режиме со скоростью 8стр/мин, в цветном режиме обеспечит только 2 стр/мин. Когда изображение на фоточувствательной ленте полностью построено, подаваемый лист заряжается таким образом, чтобы тонер с барабана притягивался к бумаге. После этого изображение закрепляется на ней за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления. Окончательную фиксацию изображения осуществляют специальные валики, прижимающие расплавленный тонер к бумаге.

Технологически данный процесс осуществляется весьма не просто, поэтому цены на цветные лазерные принтеры до недавнего времени составляли несколько десятков тысяч долларов.

Некоторые характеристики ряда моделей цветных принтеров, выпускаемых фирмой Tektronix, приведены в таблице (1).

Модель принтера	Phaser 200E	Phaser 200i	Phaser 111PX	Phaser 11sd
Метод печати	Thermal wax	Thermal wax	Solid inc-jet	dye sublimation
Формат бумаги	A4	A4	A3	A4
Максимальная скорость печати, стр/мин монохромный цветной	4 2	4 2	1 0.5	1 0.1
Максимальное разрешение, dpi	300x300	300x300	300x300	300x300
Объём памяти, Mb	4	6	10	16
Интерфейсы	Centronics RS-232C	Centronics RS-232C EtherTalk	Centronics RS-232C EtherTalk	Centronics RS-232C EtherTalk
Количество резидентных шрифтов	17	39	39	39
Размеры, мм	279x394x444	279x394x444	н/д	363x432x686
Вес, кг	18.2	18.2	н/д	33.1

Таблица (1)

Рассмотрим как работают чернильные струйные принтеры (Ink let). Семейство подобных принтеров постоянно пополняется новыми моделя­ми таких известных фирм, как Hewlett- Packard, Brother International, Eastman Kodak, Canon, StarMicronics и т.д. Помимо настольных струйных принтеров большим успехом пользуются и аналогичные портативные модели. О некоторых из таких устройств, предлагаемых на российском рынке, мы планируем рассказать более подробно. В этой небольшой супатье изложены некотдрые принципы работы струйных чернильных принтеров.