Устройства печати
Принтер - периферийное устройствокомпьютера, предназначенное для перевода информации на физический носитель из электронного вида.
Классификация
По принципу переноса изображения на носитель:
литерные;
матричные;
лазерные;
струйные;
сублимационные;
По количеству цветов печати:
чёрно-белые (монохромные);
цветные.
По соединению с источником данных или интерфейсу:
SCSIкабель
последовательный порт(COM-порт)
параллельный порт(IEEE 1284)
USB
локальная сеть
ИК-порт(IRDA);
Bluetooth;
Wi-Fi.
Матричный принтер
Матричные принтеры — старейшие из ныне применяемых типов принтеров, их механизм был изобретён в 1964 годуяпонской корпорациейSeiko Epson.
Изображение формируется печатающей головкой, которая состоит из набора иголок (игольчатая матрица), приводимых в действиеэлектромагнитами. Головка передвигается построчно вдоль листа, при этом иголки ударяют по бумаге черезкрасящую ленту, формируя точечное изображение.
Существуют также высокоскоростные линейно-матричные принтеры, в которых большое количество иголок равномерно расположены на челночном механизме (фрете) по всей ширине листа.
Матричные принтеры, несмотря на полное вытеснение их из бытовой и офисной сферы, до сих пор достаточно широко используются в некоторых областях (банковское дело — печать документов под копирку, и др.).
Принцип работы матричного принтера
Принцип работы матричного принтера, где используется последовательная ударная точечно-матричная технология, следующий: во время работы печатающая головка движется вдоль каретки, и изображение формируется за счет точек, получающихся на бумаге благодаря иголкам, касающимся красящей ленты. Иголки расположены группами по 9, 12, 14, 18, 24, 36, или 48 в вертикальных рядах. Материалом для игл служит износостойкий вольфрамовый сплав. Красящая лента как правило изготавливается из плотного нейлона.
Существует и другой принцип работы, используемый в линейно-матричных принтерах, пользующихся популярностью в больших организациях.
Основная часть линейно-матричного принтера — это конструкция, состоящая из станины, имеющей ширину печати, на которой по горизонтали по всей длине установлены печатающие молоточки, объединенные в модули - фреты. Во время работы станина, приводимая в движение кривошипно-шатунным механизмом, совершает возвратно-поступательные движения с большой частотой и амплитудой, равной расстоянию между соседними молоточками. В зависимости от количества молоточков во фрете меняется скорость - те принтеры, где число молоточков во фрете больше, имеют большую скорость.
При движении шаттла из одной мертвой точки в другую, молоточки в тех местах, где требуется, наносят изображения на бумаге благодаря удару по красящей ленте, формируя за каждый проход полную горизонтальную линию заданного изображения. После этого бумага передвигается на шаг вперед, и шаттл возвращается в обратном направлении, формируя изображение линией за линией.
Скорость печати принтера измеряют в строках в минуту при печати текста, или в дюймах в минуту — при печати графики.
Технологии, приводящие в движение иголку либо молоточек матричного принтера, делятся на:
баллистическую
технологию печати с запасённой энергией.
Баллистическая
Баллистическая технология основана на электромагнитах, находящихся на каждой из иголок. Когда на электромагнит подаётся питание, он притягивает "пяточку" иголки (реализации могут варьироваться в зависимости от производителя) и она приводится в движение. Возвращается в исходное положение иголка под действием пружины.
Технология с запасенной энергией
Пружина в состоянии покоя напряжена за счет действия постоянного магнита. При печати магнитное поле катушки, через которую пропустили ток, компенсирует поле постоянного магнита. Этой компенсации достаточно для того, чтобы пружина оторвалась от магнита, и иголка пришла в движение. При снятии питания с обмотки, пружина вновь притягивается к постоянному магниту, возвращая иголку в исходное состояние.
Технология с запасённой энергией - более новая, чем баллистическая, и её основное преимущество - при работе головка меньше нагревается, так как для компенсации силы магнита необходимо подать заметно меньшую мощность на катушку, чем в случае, когда электромагнит приводит иголку в действие. Ещё одним преимуществом является то, что сила удара иголки практически не меняется со временем или от нагрева, потому что в головке с запасённой энергией она зависит только от жёсткости постоянно согнутой пружины. Зато печатающие головки, которые сделаны по баллистической технологии, заметно меньше по размеру - это позволяет экономить энергию на их перемещении вдоль каретки, а также делать на них более мощные теплообменники.
Недостатки:
монохромность (хотя существовали и цветные матричные принтеры, по очень высокой цене)
очень низкая скорость работы
высокий уровень шума, который может достигать 25 дБ.
Преимущества:
Низкая стоимость принтера и стоимость расходных материалов;
Печать нескольких копий через копирку
Матричная печать, где используется старейшая технология, сейчас практически не пользуется спросом в персональном домашнем использовании. Однако в ряде областей её до сих пор не представляется возможным заменить, что оставляет ее по-прежнему востребованной — это банковское дело, печать документов под копирку, печать многоэкземплярных форм; пин-конвертов для SIM-карт и банковских карт; авиабилетов; печать на ответственных бланках и формах, где важен факт нанесения информации ударным способом.
Струйный принтер
Принцип работы струйных принтеров напоминает игольчатые принтеры. Однако, вместо иголок здесь применяются тонкие сопла, которые находятся в головке принтера. В этой головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла как микрочастицы переносятся на материал носителя. Число сопел находится в диапазоне от 16 до 64, а иногда и до нескольких сотен.
На рисунке ниже представлен увеличенный вид сопла.
Сами чернила через сопла вылиться не могут так отверстие очень маленькое и краска в них удерживается за счет поверхностного натяжения. То есть чернила нужно выдавить принудительно.
Существует два основных способа выдавливания чернил:
пьезоэлектрический метод;
метод газовых пузырей.
Для реализации пьезоэлектрического метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Под воздействием электрического тока 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, образуют на бумаге точки. Струйные принтеры с использованием данной технологии выпускают фирмы Epson, Brother и др.
Метод газовых пузырей базируется на термической технологии. Каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который, при пропускании через него тока, за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500 градусов. Возникающие при резком нагревании газовые пузыри стараются вытолкнуть через выходное отверстие сопла порцию (каплю) жидких чернил, которые переносятся на бумагу. При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается, и через входное отверстие поступает новая порция чернил. Данная технология используется в изделиях фирм Hewlett-Pаckard и Canon.
Если распечатанное на струйном принтере изображение рассмотреть под микроскопом, то мы увидим что изображение состоит из миниатюрных точек-капелек.
В некоторых моделях для быстрого высыхания чернил применяется подогрев бумаги.
Для хранения чернил используются два метода:
печатная 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 печатные головки принтера.
Система непрерывной подачи чернил (СНПЧ)
Система непрерывной подачи чернил, СНПЧ — устройство для струйного принтера, подающее чернила к печатающей головке из пополняемых резервуаров. Благодаря СНПЧ затраты на печать значительно снижаются и пользователь получает экономию, измеряющуюся в тысячах процентов.
Устройство состоит из резервуаров для чернил, соединенных силиконовым шлейфом с картриджами, которые идентичны оригинальным, но не имеют внутри обычного наполнителя. Так как СНПЧ полностью герметична (кроме отсека стабилизации давления), разрежение компенсируется поступлением чернил из емкостей-доноров по многоканальному шлейфу в картриджи СНПЧ. Таким образом, достигается необходимое постоянное наличие чернил в печатающей головке. Использование СНПЧ позволяет достичь значительной экономии при печати в сравнении с обычными картриджами.
Классификация по типу используемых чернил:
Cольвентные чернила — самый распространённый тип чернил. Сольвентные чернила применяются в широкоформатной и интерьерной печати. Характеризуются очень высокой стойкостью к воздействию воды и атмосферных осадков. Характеризуются вязкостью, зернистостью и используемой фракцией сольвента.
Спиртовые — широкого применения не получили, так как головы, печатающие спиртовыми чернилами очень быстро высыхают.
Масляные — используются в системах промышленной маркировки и для тестирования печатающих головок.
Пигментные — используются для получения изображений высокого качества, в интерьерной и в фото печати.
УФ-отверждаемые чернила — применяются как экологичная замена сольвентным чернилам и для печати на жёстких материалах.
Термотрансферные чернила — отличительная особенность термотрансферных чернил — возможность, при помощи термопресса, перенести отпечатанное изображение с подложки на ткань. Используются для нанесения логотипов на одежду.
Достоинства струйных принтеров:
Качество печати (по сравнению с матричными)
Стоимость (по сравнению с лазерными)
Низкий уровень шума (по сравнению с матричными)
Скорость (по сравнению с матричными)
Недостатки струйных принтеров:
Возможность засыхания чернил
Более требовательны к бумаге
Стоимость чернил
Лазерные принтеры
В основе лазерной технологии печати лежит процесс сухого электрографического переноса, базирующегося на методе придуманном ещё в 1938 году Честером Карлсоном. Суть его такова: источник света светит на предварительно заряженную поверхность светочувствительного вала. В тех местах, на которые попал свет, меняется полярность заряда, и к этим местам затем притягивается тонер. За счёт электростатики тонер переносится на бумагу, которая после этого помещается в печку. Там под действием высокой температуры и давления тонер закрепляется на бумаге. Отпечатки, сделанные таким способом, не боятся влаги, устойчивы к истиранию и выцветанию, а также имеют высокое качество изображения.
Принцип электрографической печати основан на зависимости электрического сопротивления полупроводников от освещенности. Пластина (ныне это — круглый барабан) с нанесенным полупроводниковым светочувствительным слоем (традиционно на основе селена, но используют и другие материалы, например органические полупроводники) равномерно заряжается отрицательным (положительным) статическим напряжением. В темноте полупроводник представляет собой отличный изолятор, потому заряд сохраняется достаточно долгое время. Затем луч ИК-лазера (или другого источника с высокой интенсивностью свечения, например светодиодного), модулированный изображением оригинала, сформированным сканирующей системой, обегает поверхность полупроводника. Под действием лазера участки фоточувствительной поверхности фотовала, которые были засвечены лазером, становятся электропроводящими, и большая часть заряда на этих участках «стекает» на металлическую основу фотовала.
Таким образом, на поверхности полупроводника оказывается невидимый пока рисунок оригинала, образованный распределением электрического потенциала. Чтобы сделать его видимым и перенести на бумагу, на небольшом расстоянии от светочувствительной поверхности проворачивается магнитный валик с тонером (красящим порошком), также заряженным отрицательно (положительно). Электростатические силы притяжения преодолевают магнитные силы, удерживающие тонер на барабане, и он прилипает к фоточувствительному барабану там, где заряды «стекли».
В месте контакта фотовала с бумагой, под бумагой находится ещё один ролик, называемый роликом переноса (коронатор). На него подаётся заряд, противоположный заряду поверхности фотовала, который он сообщает и бумаге, с которой контактирует. Частички тонера, войдя в соприкосновение с противоположно заряженной бумагой, переносятся на неё и удерживаются на поверхности за счёт электростатики.
Если в этот момент посмотреть на бумагу, на ней будет сформировано полностью готовое изображение, которое можно легко разрушить, проведя по нему пальцем, потому что изображение состоит из притянутого к бумаге порошка тонера, ничем другим, кроме электростатики, на бумаге не удерживаемое. Для получения финального отпечатка изображение необходимо закрепить.
Бумага с «насыпанным» тонернымизображением двигается далее к узлу закрепления (печке или фьюзеру). Закрепляется изображение за счёт нагрева и давления. Печка состоит из двух валов:
верхнего, внутри которого находится нагревательный элемент (обычно — галогенная лампа), называемый термовалом;
нижнего (прижимной ролик), который прижимает бумагу к верхнему за счёт подпорной пружины.
За температурой термовала следит термодатчик (термистор). Печка представляет собой два соприкасающихся вала, между которыми проходит бумага. При нагреве бумаги (180—220 °C) тонер, притянутый к ней, расплавляется и в жидком виде вжимается в текстуру бумаги. Выйдя из печки, тонер быстро застывает, что создаёт постоянное изображение, устойчивое к внешним воздействиям.
После этого при помощи вала первичного заряда фотовал заряжается равномерно отрицательным зарядом, уничтожая остатки следов положительного заряда лазера - и барабан становится готов к следующему циклу.
Альтернативным вариантом засветки фотовала является использование постоянного источника света и системы жидкокристаллических "окошек" (диафрагм). По мере вращения барабана они переключаются из прозрачного состояния в непрозрачное и наоборот, создавая заряженные области, соответствующие изображению. Дальнейшим развитием этой технологии стало использование "полоски" светодиодов.
Несколько сложнее обстоят дела с фотографическими изображениями, содержащими градации серого цвета. Область, покрываемая несколькими точками, превращается (комбинируется ) в одну большую виртуальную точку. Она может выглядеть светлее или темнее в зависимости от количества формирующих ее реальных точек. Это и создает эффект градаций серого цвета. Естественно, чем выше разрешение принтера, тем больше реальных точек может быть в одной виртуальной, что означает более высокое качество конечного изображения.
Цветной лазерный принтер
Первыми принтерами были многопроходные принтеры, они, кстати, и вернулись в настоящее время в виде доступных компактных моделей. Револьверный барабан поворачивает поочередно каждый цветной картридж к фотовалу, формируется одноцветное изображение, затем каждый цвет собирается четыре раза транспортной лентой, а с нее уже полноцветное изображение переносится на бумагу.
Достоинства:
Скорость печати
Стойкость изображения
Экономичность тонера → стоимость расходников
Высокая точность лазера→ высокое разрешение
Недостатки:
Довольно высокое энергопотребление
Качество цветной печати ниже, чем у струйных
Довольно высокая стоимость (особенно цветных)
Сублимационный принтер
Сублимационный принтер (термосублимационный принтер) — принтер, печатающий изображение на плотных твердых поверхностях путем внесения твердотельного (обычно кристаллического) красителя под поверхность бумаги.
Термосублимационная печать основывается на явлении сублимации, переходе вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние.
Внутри термосублимационного принтера находится нагревательный элемент. Между ним и специальной термической фотобумагой протянута специальная пленка, похожая на обыкновенный прозрачный целлофан. В этой пленке заключены красители трех цветов — голубого, пурпурного и желтого. При поступлении задания на печать пленка начинает нагреваться; достигнув определенного температурного предела, краска испаряется с пленки. Поры бумаги при нагреве открываются и легко «схватывают» облачко краски, после завершения печати — закрываются, надежно фиксируя частички пигмента. Печать осуществляется в три прохода, поскольку краски наносятся на бумагу поочередно. Многие современные модели принтеров завершают печать фотографии дополнительным прогоном, во время которого отпечаток покрывается специальной пленкой для защиты краски от выцветания или отпечатков пальцев.
Важнейшей особенностью сублимационного метода печати является то, что каждая исходная точка преобразуется в единственную конечную, составленную из нескольких красителей. В результате цвет точки изображения, выведенного сублимационным принтером, может свободно варьироваться в рамках используемой цветовой модели. Таким образом, в отличие от струйной печати, данный метод с полным правом можно отнести к полноцветным технологиям – здесь все оттенки получаются путем «честного» смешения цветов.
Все фотопринтеры можно разделить на два типа: компактные модели для печати фотографий формата 10х15 см и полноразмерные модели формата A4, способные выступать в качестве универсальных принтеров. Отметим, что к числу обязательных для всех современных фотопринтеров опций относятся возможность печати без полей, поддержка флеш-карт распространенных форматов, а также технологий прямой печати USB DirectPrint и/или PictBridge.
Достоинства:
Очень высокое качество фотопечати
Стойкость
Недостатки:
Малый размер отпечатков (А4 отсутствует)
Дороговизна расходников
Устройства сканирования. Конструкция, принцип действия, интерфейсы подключения.
Сканер (scanner) - устройство, которое создаёт цифровую копию объекта, то есть переводит текст или изображение в цифровую форму. Сканеры подобны устройствам копирования, только сканер не печатает копии, а передает оцифрованные данные в компьютер, где сканированное изображение можно сохранить в виде файла.
Принцип работы
На рис. 49 изображена общая схема устройства планшетного сканера. Свет, идущий от источника освещения, попадает на оригинал в определенной точке. Отразившись от него, свет попадает на оптическую систему сканера. Она состоит из зеркал и объектива (иногда роль оптической системы может играть просто призма). Оптическая система фокусирует свет на фотопринимающем элементе, роль которого — преобразование интенсивности падающего света в электронный вид.
Рис. 49 – Принцип работы сканера
Сканируемое изображение освещается белым светом. Отраженный свет через уменьшающую линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент, называемый Прибором с Зарядовой Связью - ПЗС (Charge-Coupled Device, CCD), в основу которого положена чувствительность проводимости р-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода к степени его освещенности. На р-n-переходе создается заряд, который рассасывается со скоростью, зависящей от освещенности. Чем выше скорость рассасывания, тем больший ток проходит через диод. Сканер снимает изображение не целиком, а по строчкам. По вертикали планшетного сканера движется полоска светочувствительных элементов и снимает по точкам изображение строку за строкой. Каждая строка сканирования изображения соответствует определенным значениям напряжения на ПЗС. Эти значения напряжения преобразуются в цифровую форму через аналого-цифровой преобразователь АЦП. Чем больше светочувствительных элементов у сканера, тем больше точек он может снять с каждой горизонтальной полосы изображения. Это и называется оптическим разрешением. Оно определяется количеством светочувствительных элементов, приходящихся на дюйм горизонтали сканируемого изображения.
В цветных сканерах сейчас используются, как правило, трехрядная матрица ПЗС и подсветка оригинала калиброванным белым светом. Каждый ряд матрицы предназначен для восприятия одной из базовых цветовых составляющих света (красной, зеленой и синей). Чтобы разделить цвета, используют либо призму, разлагающую луч белого света на цветные составляющие, либо специальное фильтрующее покрытие ПЗС. Однако существуют цветные сканеры и с однорядной матрицей ПЗС, в которых оригинал по очереди подсвечивается тремя лампами базовых цветов. Однорядная технология с тройной подсветкой считается устаревшей.
Типы сканеров
Барабанные сканеры. Принцип действия барабанных сканеров (рис. 50) заключается в поэлементном считывании светового сигнала от изображения-оригинала с помощью оптической фотоголовки, где в качестве фотоприемников, как правило, используются фотоэлектронные умножители.
Рис. 50 – Устройство барабанного сканера
Вращением барабана обеспечивается развертка изображения «по строке», а перемещением фотоголовки вдоль барабана - развертка «по кадру». Минимальный размер считываемого элемента может доходить до 5-7 мкм, т.е. практически до размера зерна фотопленки, что обеспечивает высокую разрешающую способность барабанных сканеров. Понятно, что световой сигнал от столь малого элемента будет невелик, а к этому еще добавляется требование различать более 256 градаций по уровню этого сигнала. В цветных сканерах также необходимо иметь высокую чувствительность фотоприемника к излучениям во всем видимом диапазоне спектра. И, естественно, фотоприемник должен быть практически безынерционным, поскольку сканирование оригиналов даже большого формата не может занимать много времени.
Всем этим жестким требованиям лучше других приемников излучения отвечают фотоумножители. Но высококачественный барабанный сканер из-за тонкой оптики, точной механики и сложной электроники стоит довольно дорого, поэтому круг потребителей этих устройств ограничен. Как правило, это репроцентры и издательства, выпускающие богато иллюстрированные журналы, альбомы и книги, имеющие постоянно большой объем сканирований цветных оригиналов в отраженном и проходящем свете (с позитивов и негативов), репродуцируемых на большой формат.
Преимущества барабанных сканеров:
Большая глубина цвета и широкий динамический диапазон оптических плотностей.
Высокое разрешение и возможность большого увеличения изображений.
Возможность обработки различных по виду оригиналов.
Высокая производительность.
Недостатки барабанных сканеров:
Трудоемкость размещения в нем материала.
Невозможность сканировать негнущиеся объекты.
Оригинал должен быть очень плотно закреплен, так как при вращении барабана возникают большие центробежные силы. В лучшем случае, возникнут воздушные пузыри между слайдом и барабаном. В худшем случае, слайды просто оторвутся.
Планшетные сканеры. Отличаются от барабанных более простой конструкцией и удобством эксплуатации. В качестве фотоприемника в них, как правило, используются ПЗС-линейки. Строчная развертка обеспечивается естественным для ПЗС электронным способом (см. гл. 2), а кадровая - линейным перемещением каретки с оптоэлектронными компонентами вдоль оригинала. Такая схема сканера позволяет применить не очень сложную механику.
Одним из несомненных достоинств планшетных сканеров является простота запуска в работу. При автоматизированной (пакетной) обработке планшетный сканер может обрабатывать десятки оригиналов подряд, не требуя вмешательства оператора. Кое в чем планшетные сканеры просто незаменимы. Например, сканирование оригиналов на толстой, жесткой или плохо гнущейся основе совсем невозможно осуществить на устройстве барабанного типа.
Рис. 51 – Устройство планшетного сканера
Современные высококлассные планшетные сканеры имеют очень близкие к барабанным технические данные: разрешающая способность, динамический диапазон оптических плотностей до 3,9 D, максимальный формат оригинала около 300×400 мм, диапазон масштабирования 20-2400%, глубина цвета 36 бит (12 бит на цветной канал в RGB), возможность сканирования прозрачных (позитив или негатив) и непрозрачных оригиналов.
Преимущества планшетных сканеров:
Возможность сканировать практически любой оригинал. (Могут сканировать оригиналы различного размера - от миниатюр до документов широко используемых форматов, а также книг. При установке дополнительного модуля появляется возможность сканирования прозрачных пленок, негативов и слайдов).
Высокое разрешение. (Интерполированное разрешение увеличивает максимальное разрешение сканера до 4х раз).
Недостатки планшетных сканеров:
Большие размеры.
Ограничения на прозрачные оригиналы.
Листопротяжные (роликовые) сканеры. Листопротяжные сканеры используют устройство подачи оригинала относительно неподвижного блока сканирования. Лист бумаги вставляется в щель и протягивается по направляющим роликам внутри сканера мимо лампы. Чаще всего эти типы сканеров могут работать с документами формата А-4. Разновидность такого сканера — факс-аппарат.
Рис. 52 – Устройство листопротяжного сканера
Преимущества листопротяжных сканеров:
Низкая стоимость. (Устройство подачи оригинала имеет несложную конструкцию, поэтому добавление этого узла не намного увеличивает стоимость сканера).
Портативность. (Листопротяжные сканеры отличаются небольшими размерами).
Многие модели имеют устройство автоматической подачи, что позволяет быстро сканировать большое количество документов.
Недостатки листопротяжных сканеров:
Ограничение на разрешение, накладываемое механизмом сканирования.
Ограничения на оригинал. (Нельзя отсканировать неразорванную книгу, а также прозрачные пленки или слайды; может сканировать только отдельные листы).
Сканирование происходит при неодновременном зажиме края оригинала роликами, что может привести к перекосу копии, а порой и к повреждению оригинала.
Ручные сканеры. Достаточно специфичным видом плоскостных сканеров можно считать ручные сканеры, строчная развертка в которых также осуществляется ПЗС-линейкой, а развертка по кадру выполняется продвижением сканера вручную по поверхности оригинала (рис.53).
Рис. 53 – Устройство ручного сканера
Валик сканера вращает кодовый диск (с чередующимися щелями и перегородками), пересекающий оптическую ось оптопары «светодиод-фотодиод». Число щелей по окружности диска определяет разрешающую способность сканера в направлении его перемещения. Контролируемая полоса оригинала освещается от линейки светодиодов (аналогичный источник используется и в листовых сканерах), расположенной вдоль просмотрового отверстия.
Ручной сканер может решить задачу оцифровки там, где бессильны более профессиональные устройства: просканирует рисунок из древней книги, снимет узор с гобелена или обивочной ткани, оцифрует текстуру мебельного покрытия и может оказаться полезным в других нестандартных ситуациях, которые возникают в творческой деятельности художников, дизайнеров, искусствоведов, ориентированных на печать.
Преимущества ручных сканеров:
Низкая стоимость. (Поскольку в ручных сканерах в качестве "позиционирующего механизма" выступает пользователь, который самостоятельно перемещает сканер по поверхности сканируемого документа, отпадает необходимость в дорогом механическом элементе).
Портативность. (Ручные сканеры можно использовать как с настольными, так и с портативными компьютерами).
Сканирование книг без их повреждения. (С помощью ручного сканера можно отсканировать книгу, не сгибая и не разрывая ее).
Недостатки ручных сканеров:
Отсутствие механизма позиционирования. (То есть, возможны перекосы изображения, поскольку невозможно перемещать сканер с постоянной скоростью)
Оригинал по размерам больше сканера. (Требуются большие усилия, чтобы "сшить" отсканированные полосы изображения.)
Низкое разрешение.
Малая скорость работы.
Узкая полоса сканирования.
Общие характеристики
Тип применяемого в сканере светочувствительного датчика. Чаще всего применяется один из нижеследующих типов датчиков: ПЗС (CCD) или контактный (CIS).
CIS (Contact Image Sensor) – это контактный датчик изображения (КДИ), линейка фотоэлементов, равная ширине сканируемой поверхности в устройстве. Эта линейка перемещается при сканировании под стеклом и постоянно (строчка за строчкой) отправляет в форме электросигнала данные о картинке на оригинале. Светодиоды применяются для освещения, они размещаются на той же подвижной платформе рядом с фотолинейкой. Сканеры на базе этого типа датчиков характеризуются простой конструкцией, они мало весят, тонкие, стоят гораздо дешевле, чем сканеры на базе CCD. Главный минус CIS - малая глубина резкости. Если сканировать страницы из толстой книги или мятый лист бумаги, то часть полученного изображения может быть нерезкой.
CCD (Couple-Charged Device) - прибор с зарядовой связью (ПЗС) – это интегральная микросхема, оснащенная светочувствительной линейкой. Служит с целью передачи картинки со сканируемой поверхности. Применяется оптическая система, состоящая из объектива и зеркала. Люминесцентная лампа служит для освещения оригинала. Плюсы CCD-сканеров - значительная глубина резкости, отличная цветопередача. Даже при осуществлении сканирования мятых листов, толстых книг, оригиналов с выпуклыми буквами, изображение все равно будет четким и резким. Сканеры для профессионального применения зачастую создаются на основе CCD. Минусы – большой вес, большая толщина, высокая стоимость.
Тип источника света. Самые популярные типы источников света: лампы флуоресцентные с холодным катодом, ксеноновые лампы и светодиоды (LED).
Лампы ксеноновые характеризуются минимальным временем прогрева, большим сроком работы и минимальными размерами. Минус – значительное потребление электроэнергии.
Лампы флуоресцентные с холодным катодом хороши своей низкой стоимостью и высоким сроком службы. Минус - продолжительное время прогрева.
Светодиоды (LED) характеризуются небольшими размерами, малым потреблением энергии, не требуют совершенно времени для прогрева. Минус - LED-сканеры по качеству цветопередачи хуже сканеров с ксеноновыми и флуоресцентными лампами.
Размеры. Определяют максимальный формат документа, который может быть отсканирован. Следует отметить, что в сканерах протяжных максимальная ширина оригинала для сканирования определяется шириной устройства, а вот длина может быть сколь угодно больше длины устройства
Разрешение.
Разрешение по X. Разрешение сканера (оптическое разрешение) по горизонтали. Данный параметр отображает число у фоточувствительной линейки пикселей, из этих пикселей создается изображение. Разрешение – это одна из самых важных характеристик сканера. Большая часть выпускаемых сегодня моделей характеризуется оптическим разрешением сканера (по горизонтали) в 1200 dpi или 600 dpi (точек на дюйм). Этого вполне хватает для того, чтобы получить хорошие копии оригинала, а также для сканирования фото. Профессиональная работа с изображениями потребует куда большего оптического разрешения.
Разрешение по Y. Механическое разрешение сканера по вертикали. Данный параметр определяет точность работы механики и величина хода шагового двигателя. Зачастую механическое разрешение сканирующего устройства ощутимо больше оптического разрешения фотолинейки. В данном случае общее качество отсканированной картинки будет определяться именно оптическим разрешением линейки фотоэлементов.
Разрешение по X (улучшенное). Улучшенное разрешение сканирующего устройства по горизонтали. Это разрешение создается путем применения метода интерполяции. Для того чтобы получить большее, чем оптическое, разрешение, на картинку наносятся промежуточные точки. Цвет этих точек, а также их яркость высчитывается как среднее значения между яркостью и цветом точек, полученных оптическим путем. В итоге повышается общее число точек картинки и разрешение этой картинки. Применение улучшенного разрешения иногда дает возможность улучшить качество картинки, например, это позволяет сделать более ровными резкие контрастные переходы. Применение улучшенного разрешения дает возможность исправить разницу между механическим разрешением по вертикали и разрешением оптическим по горизонтали.
Разрешение по Y (улучшенное). Достигается также путем применения метода интерполяции. На изображение добавляются промежуточные точки, это помогает получить разрешение, больше оптического. Яркость точек, а также их цвет высчитывается как средние значения между яркостью точек, а также между цветом, что получены оптическим способом. В итоге повышается общее количество точек, составляющих изображение (увеличивается разрешение).
Глубина цвета. Число разрядов, которое применяет сканером с целью передачи данных о цвете. Производители этой техники зачастую указывают для глубины цвета два значения - внешнюю глубину и внутреннюю глубину. Глубиной внутренней называют разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП) сканера, она сообщает, какое количество цветов сканер в состоянии различить в принципе. Число цветов, которое сканер способен передать ПК – это глубина внешняя. Почти все выпускаемые сегодня модели сканеров для цветопередачи используют 24 бита (по 8 на каждый цвет). Для выполнения в офисе и дома стандартных задач этого будет достаточно. А вот если вы планируете применять сканер для выполнения серьезной работы с графикой, то вам стоит подыскать модель, характеризующуюся большим количеством разрядов.
Наличие устройства автоподачи. Данное устройство применяется для подачи в автоматическом режиме оригиналов для выполнения их сканирования. Пользователь лишь помещает в устройство пачку оригиналов, и они автоматически, один за другим, будут сканироваться. Удобно в том случае, когда требуется сканировать большое количество документов.
Тип устройства автоподачи. Тип устройства, предназначенного для автоматической подачи оригиналов. Данные устройства могут быть как двусторонними, так и односторонними. Устройства односторонние дают возможность произвести сканирование лишь одной стороны документа. Двусторонний автоподатчик помогает произвести сканирование оригинала с двух сторон. Имеется возможность сделать это двумя способами:
1) когда выполнено сканирование с одной стороны, то автоподатчик осуществляет переворот оригинала так, чтобы получилось отсканировать обратную сторону;
2) сканирование осуществляется с двух сторон одновременно (сканирующие элементы располагаются сразу с двух сторон листа).
Интерфейсы подключения
USB. Имеется возможность подсоединения сканера к ПК с помощью интерфейса USB. Это популярный сегодня последовательный интерфейс передачи информации. Используется для подсоединения к ПК периферийных устройств. От версии USB напрямую зависит скорость передачи информации. Для интерфейса USB 1.1 наибольшая скорость достигает 12 Мбит/с, а для более современной версии USB 2.0 скорость гораздо выше - 480 Мбит/с.
LPT. Данный интерфейс ранее был широко распространен, применялся как стандартный с целью подсоединения к компьютеру принтера, сканера и т.д., однако из-за маленькой скорости передачи информации, в сравнении с иными интерфейсами он практически полностью вытеснен.
FireWire (IEEE 1394). Интерфейс (высокоскоростной и последовательный), предназначенный для передачи информации со скоростью до 400 Мбит/с. Этот интерфейс также может применяться для подсоединения к ПК сканера.
SCSI. Это наиболее быстрый вариант транспортировки информации от сканера к ПК. Необходим свободный PCI слот на ПК (для SCSI-адаптера) или для контроллера SCSI.
Ethernet. Означает возможность использования сканера как сетевого устройства. Как правило таким интерфейсом оснащаются только достаточно дорогие модели сканеров.
Организация работы контроллера клавиатуры. Принцип работы буфера клавиатуры.
Клавиатура выполнена, как правило, в виде отдельного устройства, подключаемого к компьютеру тонким кабелем. Малогабаритные компьютеры Lap-Top используют встроенную клавиатуру.
Внутри клавиатуры находится специализированная микросхема (контроллер клавиатуры), которая отслеживает нажатия на клавиши и посылает номер нажатой клавиши в персональный компьютер.
Если рассмотреть сильно упрощенную принципиальную схему клавиатуры, представленную на рисунке, можно заметить, что все клавиши находятся в узлах матрицы:
Рис.1. Упрощенная схема клавиатуры
Все горизонтальные линии матрицы подключены через резисторы к источнику питания +5 В. Клавиатурный компьютер имеет два порта - выходной и входной. Входной порт подключен к горизонтальным линиям матрицы (X0-X4), а выходной - к вертикальным (Y0-Y5).
Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому 0, клавиатурный контроллер опрашивает состояние горизонтальных линий. Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической 1 (т.к. все эти линии подключены к источнику питания +5 В через резисторы).
Если оператор нажмет на какую-либо клавишу, то соответствующая вертикальная и горизонтальная линии окажутся замкнутыми. Когда на этой вертикальной линии контроллер установит значение логического 0, то уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому 0.
Как только на одной из горизонтальных линий появится уровень логического 0, клавиатурный контроллер фиксирует нажатие на клавишу. Он посылает в персональный компьютер запрос на прерывание и номер клавиши в матрице. Аналогичные действия выполняются и тогда, когда оператор отпускает нажатую ранее клавишу.
Номер клавиши, посылаемый клавиатурным процессором, однозначно связан с распайкой клавиатурной матрицы и не зависит напрямую от обозначений, нанесенных на поверхность клавиш. Этот номер называется скан-кодом (Scan Code). Скан-код помещается в выходной регистр (порт) с номером $60. При этом каждой клавише соответствуют два скан-кода, отличающиеся на 128. Меньший код (код нажатия) засылается в порт $60 при нажатии клавиши, больший код (код отпускания) – при отпускании клавиши. Такая система позволяет, например, в случае, когда буквенная клавиша удерживается в нажатом состоянии (т.е. поступил код нажатия, но в течение некоторого интервала времени не поступило кода отпускания) перейти в режим генерации многократного кода нажатия.
Каждое
нажатие и каждое отпускание клавиши
вызывает сигнал аппаратного прерывания,
заставляющий процессор прервать
выполняемую программу и перейти на
программу обработки прерывания (ПОП)
от клавиатуры, которая вызывается через
вектор $09 (её часто называют программой
INT $09).
Программа INT $09
работает, кроме порта $60, ещё с двумя
областями оперативной памяти: с кольцевым
буфером ввода (адреса от $40:$1E
до $40:$3D),
куда в конце концов помещаются коды
ASCII
нажатых клавиш, и словом состояния (или
словом флагов) клавиатуры (адрес $40:$17),
где фиксируется состояние управляющих
клавиш (<Shift>,
<Ctrl>,
<Caps
Lock>
и др. – см. рисунок).
Программа INT $09, получив управление в результате прерывания от клавиатуры, считывает из порта $60 скан-код и анализирует его значение. Если он принадлежит управляющей клавише и представляет собой код нажатия, то в слове флагов клавиатуры устанавливается флаг, соответствующий нажатой клавише (например, при нажатии <Right Shift> устанавливается бит 0, при нажатии <Left Shift> – бит 1, <Ctrl> – бит 2, <Alt> – бит 3). Если управляющая клавиша отпускается, соответствующий ей бит сбрасывается в 0.
При нажатии любой другой клавиши программа INT $09 считывает из порта $60 её скан-код нажатия и по таблице трансляции скан-кодов в коды ASCII формирует двухбайтовый код, старший байт которого содержит скан-код, а младший – код ASCII. При этом скан-код характеризует клавишу, а ASCII-код определяет закреплённый за ней символ. Поскольку за каждой клавишей закреплено по нескольку символов (не менее двух), то каждому скан-коду соответствует несколько ASCII-кодов. При формировании двухбайтового кода программа INT $09 анализирует состояние флагов. Например, клавише <Q> соответствует скан-код $10 (десятичное 16), ASCII-код буквы Q – $51 (81), буквы q – $71 (113). Если <Q> нажата при нажатой клавише <Shift>, то будет сформирован двухбайтовый код $1051, иначе – код $1071. Если предварительно была нажата клавиша <Caps Lock>, то результат будет обратным (включенный режим <Caps Lock> аннулирует последующее нажатие <Shift>).
При формировании двухбайтовых кодов некоторым специальным клавишам (например, F1 – F10, <Home>, <End>, <>, <> и т.п.) в таблице трансляции, с которой работает программа INT $09, соответствует нулевой код ASCII. Двухбайтовые коды, имеющие нулевой младший байт, называются расширенными кодами ASCII и используются для управления программами.
Полученный в результате трансляции двухбайтовый код засылается программой INT $09 в кольцевой буфер клавиатуры, объем которого составляет 15 машинных слов. Коды символов извлекаются из буфера по принципу FIFO. За состоянием буфера следят два указателя: в хвостовом указателе (слово по адресу $40:$1C) хранится адрес первой свободной ячейки, в головном указателе ($40:$1A) – адрес самого старого кода, принятого с клавиатуры и ещё не востребованного программой. Когда буфер пуст, оба указателя указывают на его первую ячейку. В ходе заполнения буфера хвостовой указатель смещается (по 2 байта) до последнего адреса и вновь возвращается на начало – и так далее по кольцу. Аналогично перемещается головной указатель при считывании кодов. Если при заполнении буфера не происходит считывания поступивших в него кодов (readkey), то при вводе более 16 символов приём новых кодов блокируется, и последующие нажатия на клавиши сопровождаются предупреждающими звуковыми сигналами (переполнение буфера).
Для считывания кода нажатой клавиши выполняемая программа вызывает прерывание INT $16, которое активизирует драйвер клавиатуры BIOS. Драйвер считывает из буфера коды, смещая при этом головной указатель; таким образом, программный запрос на ввод с клавиатуры выполняет приём кода не прямо с клавиатуры, а из кольцевого буфера.