Общие Сведения

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 . 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. 2.2. Струйные принтеры.

Несмотря на то что принтеры могут казаться пользователю устройствами, на первый взгляд, достаточно прозаическими, рассказ о них может быть не только очень длинным, но и интересным. В данном случае мы не будем растекаться мыслью по древу, а начнем, пожалуй, с классификации подобных устройств.

Как известно, все печатающие устройства можно подразделить на последовательные, строчные и страничные. Принадлежность принтера к той или иной из перечисленных групп зависит от того, формирует он на бумаге символ за символом или сразу всю строку, а то и целую страницу. Например, все без исключения лазерные принтеры можно отнести к группе страничных печатающих устройств, а вот более привычные матричные Epson ы, Microlinы и т.п к группе последовательных. Кстати, несколько слов по поводу матричных принтеров.

Как известно, идея подобных печатающих устройств заключается в том, что все мыслимые и немыслимые знаки воспроизводятся ими из набора отдельных точек, наносимых на бумагу тем или иным способом. Кроме этого, не следует забывать, что все печатающие устройства за исключением, пожалуй, страничных могут быть ударными impact и безударными non-impact. Большинство принтеров, работающих и продаваемых сейчас с IBM РС-совместимыми компьютерами, могут быть причислены к группе последовательных, ударных и матричных печатающих устройств вертикальный ряд или два ряда игл вколачивает краситель с ленты прямо в бумагу, формируя последовательно символ за символом.

Такое засилье игольчатых вполне объясняется приемлемым качеством их печати и невысокой ценой сменного красителя ленты. Рассматриваемые ниже струйные чернильные принтеры относятся к классу последовательных, матричных, но безударных печатающих устройств. Здесь следует еще раз оговориться, так как, вообще говоря, существуют также чернильные строчные и чернильные страничные принтеры, также относящиеся к классу безударных устройств. В этой статье они не рассматриваются.

Обычно безударными принтерами называются такие устройства, у которых носитель печатаемой информации не касается бумаги. Не требуется, конечно, пояснять, что безударные печатающие устройства работают практически бесшумно. Если продолжить уточнение признаков принадлежности печатающих устройств к отдельным группам, можно сказать, что последовательные безударные матричные струйные чернильные принтеры в свою очередь подразделяются на устройства непрерывного Continuous drop. Continuous jet . н дискретного D olmln-demand действия.

Последние в своей работе опять же могут использовать либо пузырьковую технологию Bubble-Jet, либо пьезоэффект. Подобная правда, увы, неполная классификация печатающих устройств полностью соответствует классификации фирмы Mannesmann Tally, хорошо известной своими принтерами.