3.2 Устройства вывода

3.2.1 Принтеры

3.2.1.1 Лазерные принтеры

3.2.1.1.1 Принципы работы лазерных принтеров. Первые лазерные принтеры появились в начале 80-х годов. Еще через несколько лет они переста­ли быть диковинкой и стали доступны массовому пользователю. К середине 90-х годов лазерные принтеры научились работать в сетях самых раз­ных типов, «понимать» различные языки описа­ния страниц, автоматически распознавать формат бумаги и использовать обе стороны листа. Разре­шающая способность для печатающих устройств этого класса достигла 1200 точек на дюйм.

Рисунок 1— Блок-схема лазерного принтера:

1 – фотобарабан; 2 – девелопер; 3 – лист бумаги; 4— валик подачи; 5, 6 – термозакрепляющие ва­лики; 7 – ракель; 8 – лампа; 9 – очищающий ракель; 10 – валик восстановления заряда.

Воспроизведение текста и графики в лазерном принтере осуществляется в три стадии: экспози­ция, проявка и печать.

На первой стадии данные из компьютера посту­пают в буфер строки и с помощью сканирующей системы, в которую входит лазер, переносятся на отрицательно заряженную поверхность специаль­ного фотобарабана (1 на рис. 1).

Лазерная засветка осуществляется следующим способом: тонкий луч лазера светит на зеркало, которое вращается с высокой скоростью. Отражен­ный луч через систему зеркал и призму попадает на барабан и за счет поворота зеркала нейтрализу­ет заряды по всей длине фотобарабана. Затем про­исходят поворот барабана на один шаг (этот шаг измеряется в долях дюйма, именно он определя­ет разрешение принтера по вертикали) и вычерчи­вается новая линия.

Точки, которые на бумаге должны получиться темными, разряжаются светом лазерного луча. Заряды на освещенных течках поверхности бараба­на нейтрализуются благодаря фотопроводящим свойствам барабана. Таким образом, на поверхнос­ти барабана формируется скрытое электростати­ческое изображение.

Скорость вращения зеркала очень высока. Она составляет 7…15 тыс. об/мин. Для того чтобы уве­личить скорость печати, не увеличивая скорость вращения зеркала, его выполняют в виде много­гранной призмы.

На второй стадии с помощью второго барабана (2), называемого девелопером, на фотобарабан на­носится тонер – мельчайший красящий порошок. В процессе работы барабан-девелопер, частицы то­нера и фотобарабан всегда заряжены отрицатель­но, однако в точках, засвеченных лазерным лучом, потенциал поверхности фотобарабана уменьшает­ся с 900 В до 200 В. Напряжение на барабане-девелопере составляет при этом 500 В. Таким образом, разность потенциалов, притягивающая тонер на разряженные области фотобарабана, оказывается равной 300 В; соседние заряженные участ­ки поверхности, напротив, отталкивают частицы.

Рядом с барабаном-девелопером расположен ракель (7). Это резиновое лезвие, которое предназ­начено для снятия излишков тонера, оставляя для печати только один слой приставших к бумаге ча­стиц. Это лезвие сделано плавающим.

Затем «проявленный» участок барабана прока­тывается по листу бумаги (3), который подается снизу еще одним валиком (4), тоже заряженным. Электростатическое поле переносит тонер на лист бумаги, и тот прямиком отправляется в узел за­крепления изображения. Этот узел состоит из двух барабанов (5, 6), нагретых до 180-200С (в зависимости от модели). При такой температуре частицы тонера вплавляются в бумагу.

Внизу, рядом с подающим бумагу валиком (4), расположена мощная лампа (8) вытянутой формы. Она нужна для того, чтобы поддерживать на по­дающем валике постоянный заряд. Этот заряд при­тягивает частицы тонера и способствует переносу изображения с фотобарабана на бумагу.

Еще один ракель (9) и валик (10) готовят фото­барабан к следующему рабочему циклу. Этот ра­кель очищает фотобарабан от остатков тонера, а заряженный валик при контакте с фотобарабаном восстанавливает заряд на его поверхности.

Такова схема, по которой работают все модели лазерных принтеров. Но конкретная реализация этой схемы в принтерах различных фирм может быть различной.

В большинстве принтеров фотобарабан вместе с барабаном-девелопером входят в состав единого узла – картриджа. Внутри картриджа в специ­альной емкости находится тонер.

Из рис. 1 видно, что разрешение лазерного принтера по горизонтали и по вертикали, вообще говоря, определяется разными факторами. Изобра­жение переносится на бумагу «строчка за строч­кой», причем если бы во внимание принимались только геометрические соображения, то эти «строч­ки» выглядели бы бесконечно тонкими (контакт цилиндра и плоскости), а разрешение принтера по вертикали было бы бесконечно большим. Однако, на практике вертикальное разрешение соответству­ет шагу барабана и для большинства лазерных прин­теров составляет 1/600 дюйма. Для увеличения разрешения по вертикали до 1/1200 дюйма про­изводители снижают уровень вибрации фотобара­бана.

Высокое разрешение по горизонтали в лазерных принтерах достигается намного проще: это число точек в одной «строке», ограниченное только точ­ностью наведения лазерного луча. Поэтому многие модели принтеров сегодня имеют «несимметричное» разрешение» фактически равное 1200х600 то­чек на дюйм» когда точность перемещения лазер­ного луча составляет 1/1200 дюйма, но шаг ба­рабана – по-прежнему 1/600 дюйма. Воспроизво­димое изображение разбивается при этом не на квадратики, а на прямоугольники со сторонами 1/600 и 1/1200 дюйма. Луч лазера может переме­шаться не только по горизонтали, но и по вертика­ли. Благодаря этому он способен поставить точку либо в верхней, либо в нижней части пря­моугольника. В этих случаях говорят об алгорит­мическом разрешении 1200 точек на дюйм.

Очевидно, что алгоритмическое, высокое разре­шение заменяет реальное лишь отчасти. Оно позволяет сделать края изображений более гладки­ми. Но там, где требуется черный цвет хорошего качества, в одном элементарном прямоугольни­ке пришлось бы поставить две точки, что невоз­можно.

Если качество печати определяется в первую очередь механизмом принтера, то скорость – преж­де всего процессором и памятью. Принтер получа­ет информацию от компьютера на языке описания страницы PDL (Page Description Language). Затем он обязан представить всю страницу с рисунками и текстом в виде набора точек – тех, которые потом «нарисует» лазерный луч и на которые прилипнут частицы тонера. При раз­решении 1200х1200 этих точек на странице фор­мата А4 насчитывается почти 140 миллионов. Не­трудно себе представить объем необходимых вы­числений. Неудивительно, что стадия обработки информации так влияет на производительность принтера, т. е. на время, которое проходит между выбором опции Print из меню на экране компьютера и вы­падением отпечатанной страницы в приемный ло­ток принтера.

Каждый лазерный принтер содержит быстродей­ствующий процессор, оперативную память и возможно флэш-память. Объем оперативной памяти обыч­но составляет от 8 Мб и более с возможностью расши­рения. Кроме того, в не­которых принтерах может быть установлен жест­кий диск. Скорость печати лазерных принтеров составляет (в зависимости от разрешения) от 8 до 40 страниц в минуту.

Обладая значительной флэш-памятью, принтер выигрывает в скорости за счет того, что не тратит времени на загрузку из компьютера шрифтов и шаблонов. Все эти данные многора­зового использования хранятся в памяти принте­ра. Флэш-память позволяет записать и держать наготове до нескольких десятков шрифтов.

Вся страница перед печатью должна быть за­гружена во внутреннюю память принтера в виде растрового представления. Однако, встро­енные шрифты и PostScript позволяют ге­нерировать принтеру это растровое представление прямо по мере надобности, и тогда не важно, сколь­ко у принтера внутренней памяти.

Для цветных принтеров требуемый объем внут­ренней памяти возрастает не менее чем в три раза. Следует отметить, что для полутонового рисунка реальная разрешающая способность принтера уменьшается в 4…8 раз из-за того, что полутоновая «элементарная» точка состоит из многих реальных черно-белых точек, располагаемых с разной частотой рядом друг с другом. Выходом из этой безнадежной ситуации может стать только прин­тер, позволяющий печатать точки с градациями серого. В этом случае объем требуемой памяти возрастает в восемь раз для монохромного изобра­жения и в 24 раза – для полноцветного.

Практически все современные лазерные принтеры обладают встро­енным интерпретатором языка описания страниц PostScript. Это означает, что они могут ис­пользовать высококачественные шрифты в формате PostScript и работать с текстом и графикой так, как это делают графические редакторы. Уменьшить, увеличить или повернуть распечатываемую стра­ницу, выполнить инверсию (поменять черное на белое и наоборот) – все это доступно прин­теру. PostScript делает возможным удобный ре­жим черновой печати, когда страницы оригинала уменьшаются ровно вдвое (а можно и вчетверо), размещаются по две (или по четыре) на одном листе.

Для повышения скорости печати пользователь может пожертвовать высоким разрешением и пе­реключить принтер в режим печати с разрешени­ем 600 или даже 300 dpi.

В лазерных принтерах для передачи полутонов изображение принято разбивать на ячейки из не­скольких точек. Например, для принтеров с разрешением 300х300 точек на дюйм часто при­меняется квадратная ячейка из 25 точек разме­ром 0,42х0,42 мм (длина стороны 1/60 дюйма), со сторонами, повернутыми на 45 градусов относитель­но вертикали. При этом возможна передача 26 оттенков серого (от 0 до 25 черных-точек в ячей­ке). Именно таковы рекомендации языка PostScript. Размер ячейки достаточно велик, а число оттенков мало. Поэтому изображе­ние получается несколько зернистым.

При разрешении 1200х1200 точек на дюйм ячей­ка состоит из 128 точек и тоже имеет вид квадра­та, но его размеры уже 0,25х0,25 мм. Качество изоб­ражения улучшается не только потому, что размер ячейки меньше, а и из-за увеличения числа оттен­ков серого до 129.

С одной стороны, лазерные принтеры довольно чувствительны к качеству бумаги, она должна быть хорошего качества. С другой стороны, лазерные принтеры допускают использование качественной бумаги плотностью от 60 до 300 граммов на кв. метр (материал с удельным весом 300 г/кв. м пред­ставляет собой картон в полтора миллиметра тол­щиной). Конверты и картон отправляются на пе­чать с отдельного лотка и проходят через весь ме­ханизм по особому маршруту, так что им почти не приходится сгибаться.

Принтеры младших моделей, обеспе­чивают печать только на одной стороне листа, старших – обеспечивают возможность двусторонней печати.

Помимо перечисленных выше элементов в архитектуре лазерного принтера присутствует бумагопротяжный механизм, предназначенный для снятия бумажного листа из приемного лотка и протаскивания его сквозь печатающее устройство принтера, а также чрезвычайно сложный блок электроники, управляющий всеми элементами данного устройства, и включающий собственный процессор, а иногда даже собственный жесткий диск. Кроме того, все лазерные принтеры имеют встроенную оперативную память. После отправки какого-либо документа на печать он загружается в память принтера и обрабатывается его процессором, что позволяет освободить ОЗУ и процессор компьютера для выполнения других задач. Таким образом, лазерный принтер – это небольшой компьютер, который предназначен исключительно для высокоточной и высокотехнологичной печати данных, пересылаемых ему другим компьютером. Как видите, лазерные принтеры имеют очень сложную конструкцию, которая обуславливает их относительно высокую стоимость, а также большую себестоимость их эксплуатации. Лазерные принтеры весьма требовательны к качеству бумаги, однако вместе с тем они обеспечивают прекрасную производительность (до нескольких сотен печатных листов в минуту) и очень высокое качество печати, сопоставимое (а то и превосходящее) с типографским. Оттиску, полученному на лазерном принтере, не страшна никакая влага. Кроме того, принтеры данного типа позволяют выводить изображения с высоким разрешением, а также печатать на бумаге повышенной плотности, на картоне или прозрачной целлулоидной пленке. Практически все лазерные принтеры, предназначенные для домашнего или офисного использования, поддерживают исключительно черно-белый режим печати. Существуют и цветные устройства данного класса, однако их конструкция несоизмеримо сложнее, а цена на несколько порядков выше.

Практически все современные принтеры, как струйные, так и лазерные, подключаются к порту USB персонального компьютера. Наиболее старые модели рассчитаны на подключение к порту LPT, многие подобные устройства предусматривают возможность работы как с одним, так и с обоими вышеуказанными портами.

3.2.1.1.2 Цветные лазерные принтеры. При печати на цветном лазерном принтере ис­пользуются две различные технологии. В соответ­ствии с первой, широко используемой до недавнего времени, на фотобарабане последовательно для каж­дого отдельного цвета (Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый), Black (черный)) формировалось соответствующее изображение, и лист печатался за четыре прохода, что, естественно, сказывалось на скорости и качестве печати.

В современных моделях в результате четырех последовательных прогонов на фотобарабан нано­сится тонер каждого из четырех цветов. Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее нано­сятся все четыре краски одновременно, образуя нужные цветовые сочетания на отпечатке. В ре­зультате достигается более ровная передача цвето­вых оттенков.

Рисунок 2 – Схема реализации метода получения изображений «прямо на барабан».

Высокая стоимость цветных аппаратов обуслов­лена тем, что некоторые детали представлены не в одном, а в четырех экземплярах. Кроме того, для улучшенной передачи оттенков используются бо­лее совершенные барабаны, а также более точный, чем в обычных аппаратах, механизм подачи бу­маги, поскольку бумага проходит по барабану четыре раза.

Лазерные прин­теры обеспечивают самую высококачественную печать, которая всегда будет неотъемлемой частью культуры делопроизводства, а хороший лазерный принтер – неизменным атрибутом каждого ува­жающего себя офиса.

3.2.1.1.3 Светодиодные принтеры. В отличие от лазерного, в светодиодном принте­ре отсутствует сложная и дорогостоящая оптико-механическая часть. Вместо нее применена линей­ка светодиодов.

По сравнению с обычной лазерной технологией светодиодная (по-английски LED – Iight Emitting Diode) технология обладает следующими преиму­ществами:

• формирователь изображения (линейка свето­диодов) значительно компактнее лазерной оптико-механической системы;

• в силу отсутствия в механизме формирова­ния изображения подвижных частей система на­много проще;

• из-за использования неподвижной линейки, где каждый светодиод находится над определенным участком фотобарабана, снимаются проблемы с качеством изображения по краям листа, присущие системам с лазерной разверткой.

Лидером и законодателем мод в области свето­диодной (LED) технологии является компания OKI. В принтерах OKIPAGE применены раздельные фо­тобарабан и тонер-картридж. Это позволяет заме­нять тонер по мере его расходования, оставляя барабан настолько долго, насколько качество отпе­чатков будет устраивать пользователя.

Картриджи принтеров OKIPAGE сконструирова­ны таким образом, что позволяют повторно исполь­зовать тонер, который не участвовал в формирова­нии изображения. В других принтерах такой то­нер собирается с барабана и ссыпается в бункеры для отработанного тонера. В принтерах OKIPAGE тонер возвращается вновь в резервуар картриджа и используется повторно. Система рециркуляции позволяет значительно повысить срок службы то­нера и сокращает количество операций по обслу­живанию принтера из-за отсутствия необходимос­ти утилизации отработанного тонера. Однако эта система накладывает дополнительные требования на качество бумаги. Если бумага «пыльная», то бу­мажная пыль, попадая вместе с тонером в бункер, будет приводить к ухудшению качества печати.

Цветные светодиодные принтеры OKIPAGE ра­ботают по оригинальной технологии, благодаря ко­торой полноцветная страница формируется в прин­тере за один проход, и таким образом достигается небывалая для цветных офисных принтеров ско­рость печати – 8 страниц в минуту. Из-за ком­пактности светодиодной линейки стало возможным расположить в ряд один за другой 4 LED-линейки, каждой из которых соответствует собственный фо­тобарабан и цветной тонер-картридж. Бумага, про­ходя за один раз последовательно под каждым из них, получает необходимые для формирования изображения порции цветных (CMYK) тонеров и без всяких, перегибов или устройств переноса изоб­ражения, как в аппаратах конкурентов, попадает в «печку», где изображение фиксируется при помо­щи температуры и прижима. Кроме того, благода­ря абсолютно прямолинейному, без перегибов лис­та, маршруту прохождения бумаги от лотка руч­ной подачи до лотка заднего приемника, появляет­ся возможность применять значительно более плот­ные носители.

Теоретически светодиодная технология более надежна, поскольку является более простой. Кро­ме того, принтеры со светодиодной панелью более компактны. Благодаря компактности светодиодную технологию часто используют в ксерографических цифровых плоттерах.

Однако на практике большинство производите­лей предпочитает лазерную технологию. Кроме того, лазерные принтеры работают быстрее, в то время как светодиодные более дешевы.