5.2.4. Принтеры
Печатающие устройства, или принтеры (от англ. Printer) предназначены для вывода алфавитно-цифровой (текстовой) и графической информации на бумагу или подобный ей носитель. Классификация выпускаемых для ПЭВМ принтеров по технологии печати приведена на рис. 5.37. Принтеры ударного типа характеризуются тем, что изображение на бумагу наносится механическим способом. Из них в ЭВМ применяются устройства с литерной печатью (литерные принтеры) и точечно-матричные принтеры. В безударных принтерах передвижение бумаги и печатающей головки по-прежнему осуществляется механическим способом, но для формирования изображения на бумаге используются немеханические принципы. Наибольшее распространение в ЭВМ получили следующие виды безударной технологии печати: струйная, термографическая, электрографическая (лазерная). По причине высоких технических характеристик считаются перспективными и используются электростатическая и магнитографическая технологии. Электрочувствительные принтеры используются редко.
Рис. 5.37. Классификация принтеров
По степени параллелизма в работе принтеры подразделяются на устройства последовательного действия (печатают посимвольно), построчно печатающие устройства (выводят строки целиком) и постранично печатающие устройства (сразу формируют страницу). Основными техническими характеристиками принтеров являются:
- принцип действия (в соответствии с только что рассмотренной классификацией);
- цветовые возможности (черно-белые или цветные принтеры);
- графические возможности или их отсутствие;
- разрешающая способность;
- качество печати, тесно связанное с пред идущим показателем и обобщающее его;
- скорость печати (быстродействие);
- стоимость.
Дополнительно к этому принтеры характеризуются следующими параметрами:
- емкостью буферной памяти;
- стандартным набором шрифтов и возможностями формирования новых шрифтов;
- форматом используемого листа бумаги, в частности, шириной каретки;
габаритными размерами и массой;
- энергопотреблением;
- уровнем акустического шума.
Первой реализованной в коммерческих принтерах технологией печати была именно техника литерной печати. В больших ЭВМ используются высокоскоростные литерные печатающие устройства параллельного действия. В ПЭВМ же нашли применение главным образом только устройства последовательного действия. Последовательная литерная технология печати заимствована, по сути дела, у пишущих машинок. Печатающие элементы (шрифтоносители), на которых размещены литеры всех печатных знаков, могут выполняться цилиндрическими (в виде барабана), шарообразными, лепестковыми (типа ”ромашка”), ленточными или наперсткообразными. Зачастую эти элементы делают съемными, что позволяет изменять виды шрифтов, наборы символов и языки.
Основным узлом точечно-матричного принтера является печатающая головка, которая перемещается по специальным направляющим вдоль печатаемой на бумаге строки, ”вырисовывая” выводимую информацию по точкам через красящую ленту. После печати строки бумага продвигается и описанный процесс повторяется.
Печатающая головка содержит несколько игл (штифтов), расположенных вертикально. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. При необходимости отпечатать точку в ходе движения головки соответствующий электромагнит срабатывает, игла ударяет по красящей ленте и точка наносится на бумагу. Следовательно, принцип формирования изображения в точечно-матричных принтерах логически эквивалентен способу вывода информации на экран дисплея.
Cреди дешевых принтеров 9-игольчатые устройства наиболее распространены. Матрица символов таких принтеров составляет 9х9 точек, что повышает качество печати. Разработанные после этого 24-игольчатые принтеры обеспечивают лучшее качество печати, но стоят дороже. Кроме того, выпускались и 18-игольчатые устройства. Диаметр игл, используемых в точечно-матричных принтерах, лежит в диапазоне 0,25-0,35 мм. Иногда вместо круглых игл применяются штифты с квадратным сечением. Использование последних позволяет заметно улучшить качество печати символов, но, по всей видимости, не графики.
В точечно-матричных принтерах применяются устройства подачи красящей ленты кассетного и бобинного типа. Устройства кассетного типа характеризуются простотой процедуры заправки кассеты с лентой в принтер.
Различают устройства с обычной и широкой кареткой. Принтеры с обычной (узкой) кареткой обеспечивают печать на носителе, имеющем ширину стандартного писчего листа бумаги. Широкая же каретка позволяет заправлять бумагу с удвоенной шириной. Принтеры обычно способны работать как с рулонной, так и с листовой бумагой.
Качество печати точечно-матричного принтера определяется его разрешающей способностью, а также возможностями вывода точек с частичным перекрытием (в том числе за несколько проходов печатающей головки). Для текстового режима в общем случае различают следующие подрежимы, характеризующиеся различным качеством печати:
- режим черновой печати (Draft);
- режим печати, близкий к типографскому (NLQ - Near Letter Quality), или режим делового письма (Correspondence Quality);
- режим с типографским качеством печати (LQ - Letter Quality);
- сверх качественный режим (SQL - Super Letter Quality);
В принтерах с различным количеством игл эти режимы реализуются по-разному.
Так, 9-игольчатые устройства обеспечивают печать в режиме Draft за один проход печатающей головки по строке. Режим NLQ реализуется за два прохода: после первого прохода головки бумага протягивается на расстояние, соответствующие половинному размеру точки; затем совершается второй проход (с частичным перекрытием точек). При этом скорость печати уменьшается в два раза. В некоторых принтерах режим двойного прохода совмещается с режимом горизонтального смещения, что еще больше повышает качество печати. Иногда применяется и трехпроходная техника.
24-игольчатые принтеры обеспечивают наилучшее качество печати с наивысшей для данного типа устройств скоростью и имеют 2 ряда по 12 игл с относительным смещением.
Принтеры рассматриваемого типа надежны, экономичны, просты в обслуживании и обладают достаточным быстродействием, приемлемым качеством печати, сравнительно невысоким уровнем шума, а также графическими возможностями. Быстродействие точечно-матричных принтеров лежит в диапазоне 80-400 символов/с, но обычно составляет 250 символов/с. Разрешение высококачественных устройств достигло 14,2 точки/мм, но они не получили широкого распространения.
Цветная печать реализуется достаточно просто. Каждая строка цветного изображения формируется за четыре прохода печатающей головки с помощью поднятия или опускания кассеты с цветной лентой при каждом проходе, в результате чего иголки ударяют по полосе другого цвета на ленте.
Между принципом действия термографических и точечно-матричных принтеров много общего. Отличия состоят в том, что для нанесения точек в первых принтерах используется свойство некоторых минералов изменять свой цвет при нагревании (или расплавляться), а вместо обычных металлических игл применяются тонкие нагреваемые электроды. Таким образом, в термографических принтерах для формирования изображения на бумаге используется не удар, а нагрев. Иногда эти устройства называют химическими принтерами, так как в них используется одноименная реакция, названная нагреванием. Термографические печатающие устройства делят на два типа:
- принтеры с прямым нагревом;
- принтеры с переносом.
В устройствах первого типа используется бумага со специальным химическим покрытием. Нагретый электрод непосредственно касается такой бумаги, и в результате химической реакции точка “проявляется” приобретая синий или черный цвет.
В принтерах второго типа используется специальная красящая лента, краситель которой, расплавляясь от касания нагретым электродом, переносится на бумагу, отпечатывая точку.
Достоинство принтеров с передачей состоит в том, что им не требуется специальной бумаги, однако сама красящая лента довольно дорога. Кроме того, при передаче точки через ленту возникает ряд дополнительных технических сложностей.
Термографические принтеры почти бесшумны, просты по конструкции, недороги и, хотя обладают малым для большинства моделей быстродействием (40-80 символ/с), дают довольно высокое качество печати,, предоставляя и графические возможности. Простота конструкции привела к тому, что устройства данного типа часто используются в портативных ПЭВМ и модемах.
Первые струйные принтеры использовали следующий принцип формирования изображения. В составе пишущего узла входил массив сопел. Из сопла выбрасывалась непрерывная струя, немедленно распадающаяся на отдельные капли. Выброс струи обеспечивается пьезоэлементом, на который подавался постоянный высокочастотный сигнал (около 100 кГц). Капли струи приобретали электрический заряд при прохождении зарядной камеры, а затем посредством пластин электрическим способом отклонялись аналогично электронному пучку в электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). Изменяя напряжение на отклоняющих пластинах, можно было формировать контур изображения на бумаге. Лишний краситель собирался отражателем, и после фильтрации фильтром вновь возвращался в резервуар и подавался к соплу насосом. К недостаткам такого способа следует отнести низкую надежность, невысокое качество печати и большие геометрические размеры.
На сегодняшний день используется несколько другой принцип. Выброс краски производится только в тот момент, когда сопло направлено в нужную точку изображения. Перемещение сопла или наличие массива сопел позволяет синтезировать контур в виде мозаики отдельных точек. Импульсное давление в сопле создается пьезоэлектрическим элементом (рис. 5.38) или нагревательным элементом ( рис.5.39).
Рис.5.38. Принцип формирования капель с помощью пъезоэлемента.
Рис.5.39. Принцип формирования капель с помощью нагревательного элемента
Число сопел зависит от качества принтера и по каждому цвету краски может превышать 128.
Струйным принтерам присущи низкие уровень шума и энергопотребление, графические возможности, вполне доступная стоимость и достаточно высокое качество печати. Малая потребляемая мощность обеспечивает возможность их использования в портативных ПЭВМ с батарейным питанием.
Струйная технология печати порождает ряд проблем, среди которых основной является проблема предотвращения высыхания чернил в соплах и одновременно с этим обеспечения быстрой их сушки при попадании на бумагу. Она решается либо путем погружения сопел в резервуар с красителем, либо автоматизацией очистки сопел, либо благодаря использованию красителя, расплавляющегося при нагревании и затвердевающего при остывании.
Струйная технология является одним из основных видов получения высококачественной цветной печати. Для цветной печати, как правило, используются красители четырех цветов – черный, малиновый, желтый, бирюзовый.
Попарное их смешение до нанесения капель на бумагу дает еще три цвета. Чтобы выйти за семицветное ограничение, струйные принтеры используют прием, известный как подмешивание: печать смежных (возможно, с наложением) точек разными цветами, которые глаз воспринимает как одноцветный блок. Однако из-за того, что подмешивание заменяет одну точку определенного цвета несколькими точками разных цветов, изображения, напечатанные методом подмешивания, получаются несколько размытыми.
В основе большинства лазерных принтеров лежит электрографический принцип печати, заимствованный из ксерографии, где используется свойство фоточувствительных материалов изменять свой поверхностный заряд в зависимости от освещенности. Суть электрофотографического метода печати заключается в следующем рис. 5.40. Барабан и лента 4 из фотопроводника, который в темноте является изолятором, заряжается вследствие образования на его поверхности слоя положительных ионов под действием ионизатора 6. При попадании на поверхность барабана луча света 7 слабосвязанные ионы рассеиваются. Таким образом, если избирательно осветить поверхность барабана, то на ней можно создать “скрытое электростатическое” изображение, формируемое лучом от источника лазерного излучения 10, модулируемого модулятором 9. Растр на поверхности барабана образуется за счет вращения электропривода многогранного зеркала 8 и привода барабана 4; изображение формируется в виде отдельных точек. Скрытое электростатическое изображение “проявляется” путем осаждения на положительно заряженные участки поверхности отрицательно заряженных частиц красителя 1. Затем “проявленное” изображение переносится на бумагу 2, где краситель фиксируется путем термосилового закрепления 3. Поверхность барабана очищается 5, подготавливается к формированию скрытого изображения следующего кванта информации, выводимого из машины.
.
Рис. 5.40. Схема лазерного принтера
Лазерные принтеры отличаются высоким быстродействием, высокой разрешающей способностью и соответственно качеством печати, а также великолепными графическими возможностями и низким уровнем шума. Низкоскоростные печатающие устройства обеспечивают печать со скоростью 6-8 страница/мин., а высокоскоростные - 20 и более страниц/мин. Обеспечивается автоматическая подача бумаги.
Существует и другая разновидность лазерного принтера. Она касается способа формирования скрытого изображения на барабане. Вместо одного мощного лазера используется линейка (от 1024 шт.) светодиодных излучателей малой мощности. В этом случае отпадает необходимость в развертывающей системе, обеспечивающей сканирование лазерного луча по поверхности барабана и геометрические размеры принтера по высоте становятся меньше. Повышается надежность и долговечность принтера. Недостаток – некоторое увеличение стоимости и уменьшение разрешения. Но совершенствование технологии и массовое производство таких изделий позволяют исключить оба недостатка.
Технология электростатической печати близка к электрографии и разработана сотрудниками фирмы Delphax Systems. Вместо источника света и сложной оптики с подвижными частями для переноса изображения на барабан в электростатических принтерах используется принцип ионного осаждения (электронная печать). Он реализуется за счет того, что над барабаном устанавливается управляющий электрод, а между ними сменная кассета для ионного осаждения. Барабан и кассета, в свою очередь, разделены экранирующим электродом с отверстиями, который воздействует на ионы в качестве удерживающего и фокусирующего элемента. При приложении к барабану и управляющему электроду напряжения между ними возникает коронный заряд, в результате чего ионы, ”хранящиеся” в кассете, ускоряются и переносятся через экранирующий электрод на барабан. Потенциал же экранирующего электрода управляет засветкой барабана в соответствии с выводимым изображением. Далее процесс печати повторяет технологию, реализованную в лазерном принтере.
Из-за отсутствия подвижных деталей электростатические принтеры обладают большей надежностью и долговечностью.
В среднем электростатические принтеры обладают быстродействием 20-40 страниц/мин. (выше, чем у лазерных) и есть резервы его увеличения до 200-300 страниц/мин.
Магнитография в какой-то мере аналогична электрографии и электростатике, но в ней используется магнитная запись. Барабан имеет магнитное покрытие, а над ним располагаются магнитные головки, которые записывают на барабан ”невидимое” изображение. Тонер обладает ферромагнитными и термопластическими свойствами. После намагничивания барабана тонер переносится на него, ”прилипая” к определенным его областям. Проявленное таким образом изображение, закрепляется на бумаге путем теплового сплавления.
Уникальность данной технологии в том, что она позволяет воспроизводить копии одного и того же изображения без его регенерации на барабане.
Наряду с рассмотренными типами принтеров имеются и другие, в частности, гибридные. Так, например, фирма Brother International предлагает устройство с двумя печатающими головками: одна - лепесткового типа, другая - точечно-матричная. Это обеспечивает типографское качество печати наряду с графическими возможностями. В некоторых разновидностях принтеров для нанесения изображения используются перья, что ставит такие устройства в промежуточное положение между классическими принтерами и графопостроителями.
В электрочувствительном печатающем устройстве изображение формируется в результате протекания тока по поверхности специальной бумаги. В наиболее распространенной конструкции используется бумага с цветным покрытием, поверх которой наносится тонкая алюминиевая пленка, придающая листу бумаги белый цвет. Печать производится аналогично точечно-матричным принтерам с помощью ряда игл, к которым приложено напряжение. При касании иглами алюминиевой пленки по ней протекает ток и локально испаряет ее участки. Через образующиеся отверстия в пленке становится видна подложка (покрытие бумаги, обычно темного цвета), за счет этого и ”проявляется” изображение. Существуют как принтеры последовательного действия, так и построчно печатающие устройства данного типа.
Благодаря малым размерам электрочувствительные устройства могут встраиваться в дисплеи и использоваться в портативных ЭВМ.
.