Принцип действия лазерного принтера

Основные сведения о принтерах

 

Принтер – периферийное устройство компьютера, используемое для вывода информации на бумажный или пластиковый носитель. В зависимости от способа печати принтеры делятся на три класса: матричные, струйные и лазерные.

Цель принтера - сформировать на бумаге точку, цвет которой определяется 24-битным (иногда - 32-битным) числом - по 8 бит на каждый из базовых цветов - жёлтый, голубой и пурпурный. При 32-битовом цвете добавляется черный.

На каждую точку, формируемую принтером, может приходиться от нуля до 255 частей чернил, причём если "положить" по 255 частей всех трёх цветов, то должен выйти чёрный, или почти чёрный цвет. Существуют два способа достичь этого - растровый и дозировочный.

Дозировочный предполагает, что принтер имеет возможность напылять чернила, точно отмеряя их количество. В таком случае печатающая головка просто "льёт" нужный объём чернил в каждую точку. Однако, технически реализовать такую головку нелегко. Традиционные струйные принтеры способны всего лишь "выплюнуть" по команде от компьютера капельку строго определённого объема, и не более того. Потому применяют так называемый растр. Точку изображения делят на 16*16 клеточек (всего - 256), и заполняют капельками чернил нужную часть этих клеточек. Это значит, что физическое разрешение принтера (число клеточек, которые он может печатать) должно быть в 16 раз выше реального. Это, в частности, значит, что струйный принтер с разрешением 1200*1200 при такой технологии даст реальное разрешение всего в 75 точек на дюйм.

Технологии растрирования позволяют выжать из техники несколько больше. Поэтому на практике качество изображения зависит не только от физического разрешения принтера.

Классификация принтеров

 

Принтеры разнятся между собой по различным признакам:

· цветность (чёрно–белые и цветные);

· способ формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие);

· принцип действия (матричные, термические, струйные, лазерные);

· способы печати (ударные, безударные) и формирования строк (последовательные и параллельные);

· ширина каретки (с широкой (375–450 мм) и узкой (250 мм) кареткой), длина печатной строки (80 и 132–136 символов);

· набор символов (вплоть до полного набора символов ASCII);

· скорость печати;

· разрешающая способность, наиболее употребительной единицей измерения является dpi – количество точек на дюйм.

Внутри ряда групп можно выделить несколько разновидностей принтеров; например, матричные знакосинтезирующие принтеры по принципу действия могут быть ударными, термографическими, электрографическими, электростатическими, магнитографическими.

Среди ударных принтеров часто используются литерные, шаровидные, лепестковые (типа "ромашка"), игольчатые (матричные).

Печать у принтеров может быть посимвольная, построчная, постраничная. Скорость печати варьируется от 10–300 знаков/секунду (ударные принтеры) до 500–1000 знаков/секунду и даже до нескольких десятков (до 20) страниц в минуту (безударные лазерные принтеры); разрешающая способность – от 3–5 точек на миллиметр до 30–40 точек на миллиметр (лазерные принтеры).

Матричные принтеры

 

Матричные принтеры являются первыми, разработанными для вывода информации с компьютера на бумажный носитель. Первые модели конструктивно были похожи на печатные машинки и назывались АЦПУ – алфавитно-цифровое печатающее устройство. Буквы и знаки переносились путем удара литер через красящую ленту.

 

Рисунок 1 - Матричный принтер.

 

С течением времени литеры заменили на печатающую головку, в которой 9 или 24 иголки. Сочетание ударов иголок через красящую ленту формирует на бумаге буквы и знаки. Понятно, что изображение от 24-игольчатой головки более качественное. На рисунке 1 изображён матричный принтер.

В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом, поэтому их более правильно называть ударно-матричные принтеры, тем более что и прочие типы знакосинтезирующих принтеров тоже чаще всего используют матричное формирование символов, но безударным способом. Технология проста. Печатающая головка, на которой стоят в ряд по вертикали иголки, перемещается поперек пошагово подаваемого листа бумаги. Как и в пишущей машинке, между головкой и бумагой натянута пропитанная мастикой лента, но она закольцована и собрана для удобства обслуживания внутри кассеты.

Сдвигаясь по горизонтали, головка постепенно формирует на бумаге символы. Строка спечатывается за один или два прохода, после чего страница подается на шаг вверх и начинается печать следующей строки. Буквы состоят из точек, образующих прямоугольную матрицу (отсюда и взялось название этой технологии), и спечатываются не целиком, а последовательно, вертикальными рядами точек.

Матричные принтеры могут работать в двух режимах – текстовом и графическом.

В текстовом режиме на принтер посылаются коды символов, которые следует распечатать, причём контуры символов выбираются из знакогенератора принтера.

В графическом режиме на принтер пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения.

В игольчатых (ударных) матричных принтерах печать точек осуществляется тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. Печатающий узел перемещается в горизонтальном направлении, и знаки в строке печатаются последовательно. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют 9 игл. Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 7 на 9 или 9 на 9 точек. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 игл и даже 24.

Качество печати матричных принтеров определяется также возможностью ввода точек в процессе печати с частичным перекрытием за несколько проходов печатающей головки.

Для текстовой печати в общем случае имеются следующие режимы, характеризующиеся различным качеством печати:

· режим черновой печати Draft;

· режим печати, близкий к типографскому NLQ;

· режим с типографским качеством печати LQ;

· сверхкачественный режим SLQ.

В принтерах с различным числом иголок эти режимы реализуются по-разному. В 9-игольчатых принтерах печать в режиме Draft выполняется за один проход печатающей головке по строке. Это самый быстрый режим печати, но зато имеет самое низкое качество. Режим NLQ реализуется за два прохода: после первого прохода головки бумага протягивается на расстояние, соответствующее половинному размеру точки; затем совершается второй проход с частичным перекрытием точек. При этом скорость печати уменьшается вдвое.

Переключение режимов работы матричных принтеров и смена шрифтов могут осуществляться как программно, так и аппаратно путём нажатия имеющихся на устройствах клавиш и/или соответствующей установки переключателей.

Быстродействие матричных принтеров при печати текста в режиме Draft находится в пределах 100–300 символов/с, что соответствует примерно двум страницам в минуту (с учётом смены листов).

 

Струйные принтеры

 

Струйные принтеры в качестве печатающего красителя применяют чернила. Через сопла в печатающей головке на бумагу выбрасываются микрокапли, которые и формируют изображение.

 

Рисунок 2 - Струйный принтер Epson stylus color c43sx.

 

Чернила хранятся в картридже, который уже имеет печатающую головку (как в принтерах фирмы Хьюлетт Паккард), или содержит только чернила, а печатающая головка встроена в принтер (как в принтерах фирмы Эпсон). Все струйные принтеры имеют возможность для цветной печати. На рисунке 2 показан струйный принтер Epson stylus color c43sx.

В зависимости от класса принтера требуется либо заменить картридж с черными чернилами на картридж с цветными чернилами, либо картридж с цветными чернилами устанавливается в принтер вместе с картриджем с черными чернилами. В картридже с цветными чернилами могут быть от 3 до 6 отсеков с чернилами разного цвета. Их смешение и дает цветное изображение. Качество печати на струйных принтерах приближается к качеству лазерных принтеров, а цветные изображения даже превосходят лазерные.

Цветная струйная печать хорошо подходит для использования в деловой графике. Набор сопел для чернил размещается в головке печати, с по крайней, мере одним соплом на один субтрактивный цвет. Нынешние модели базируются на технологиях: "капля по запросу", "пузырьковой технологии струйной печати" и "Micro Piezo, Micro Dot, Micro Wave".

Принцип действия струйной печати. Цилиндрический пьезоэлектрический кристалл плотно надет на резиновую трубку, заканчивающуюся соплом. При подаче напряжения на кристалл трубка обжимается и выбрасывает каплю чернил в сопло. Дроссель служит для того, чтобы при обжатии трубки чернила выбрасывались только в сопло, а не в резервуар с чернилами. Частота работы сопел составляет до 900 герц.

Количество сопел одного цвета, требуемое разрешением и скоростью печати, вертикально размещается в печатающей головке. Для цветной печати обычно используется три цвета - желтый, голубой, малиновый. Часто добавляется дополнительный черный цвет.

Обычная разрешающая способность горизонтали до 150 точек на дюйм (6 точек/мм) и до 100 точек на дюйм по вертикали (4 точки/мм). Достижения современной технологии изготовления головок позволяют разместить до 50 сопел на 1/6 дюйма, чем обеспечивается вертикальное разрешение до 300 точек на дюйм (12 точек/мм).

Суммарная скорость печати в целом невысока - от 20 до 50 символов в секунду и порядка 90 секунд на лист формата А4 в графическом режиме.

В струйных черно-белых принтерах фирмы Хьюлетт Паккард используется и другой способ формирования капелек, показанный на рисунке. На изолирующую подложку нанесены токоподводящие проводники. На небольшом расстоянии от подложки находится пленка с отверстиями сопел. Напротив каждого сопла в разрыве токоподводящего проводника размещена высокоомная площадка. Между подложкой и пленкой с соплами образован капилляр для подвода специальных чернил. При пропускании импульса тока около 1 А высокоомная площадка быстро разогревается, под действием теплового удара формируется волна, выбрасывающая капельку чернил из сопла.

Фирма Эпсон разработала новую технологию струйной печати, отличительным свойством которой является управление мениском чернил в сопле. Технология позволяет управлять размером и формой чернильных пятен, повысить скорость выстреливания капель, увеличить количество оттенков до шести, включая полутона, и устранить зернистость. Технология позволяет получить разрешение до 1440 точек на дюйм ( 57 точек на мм). Принцип работы струйных принтеров, использующих новую технологию, представлен на рисунке. На рисунке показаны результаты печати по технологиям Micro Dot и традиционной.

 

Лазерные принтеры

 

Лазерные принтеры используют ксерографический (электрофотографический) метод печати, который также применяется в большинстве аппаратов копирования. В целом лазерный принтер - монохромное устройство. В настоящее время имеются и цветные лазерные принтеры, по сути представляющие собой конструктивное объединение нескольких лазерных принтеров.

 

Рисунок 3 - Лазерный принтер HP laserjet 1020.

 

Устройство монохромного лазерного принтера. Слой фоточувствительного селена, нанесенный на алюминиевый барабан, в темном боксе аппарата получает равномерный положительный поверхностный заряд с помощью коронного разряда. Этот фоточувствительный слой является изолятором в темноте и полупроводником при освещении. Заряженный слой облучается источником света с целью создания на нем скрытого изображения в виде распределения заряда. Скрытое изображение делается видимым с помощью мелкодисперсного порошка положительного тонера. Синхронно с вращением барабана перемещается обычная бумага. Частички тонера под действием электростатического поля переносятся на бумагу. Полученное изображение фиксируется термическим способом. Перед следующим заряжанием фоточувствительный слой очищается от оставшихся частиц тонера и разряжается. Картинка формируется лазерным лучом на фоточувствительном слое в виде узора точек. Типовая разрешающая способность современных лазерных принтеров 600 точек/дюйм (24 точки/мм, точнее 23.6 точек/мм). Это обеспечивает очень высокое качество для текста и любой графики. Трудности возникают лишь при выводе больших черных поверхностей. В современных принтерах плотность печати доведена до 1200 точек/дюйм, что превышает качество типографской печати. Ограничение в разрешающей способности, в обычных лазерных принтерах с одним отклоняющимся лучом связано с различной формой пятна в центре барабана (круг) и на краях (эллипс).

Лазерный принтер - постраничное устройство. Максимальная скорость составляет порядка 150 страниц в минуту. На рисунке 3 изображён наиболее распространённый лазерный принтер фирмы HP laserjet.

Принцип действия лазерного принтера