Принтеры. Иногда пользователю требуется напечатать созданный документ или страницу, полученную из Интернета, поэтому компьютеры могут быть оснащены принте­ром.

Иногда пользователю требуется напечатать созданный документ или страницу, полученную из Интернета, поэтому компьютеры могут быть оснащены принте­ром.

Монохромные принтеры. У матричных принтеров печатающая головка последовательно проходит каждую строку печати. Головка содержит до 24 игл, возбуждаемых электромагнитным полем. Дешевые матричные прин­теры имеют 7 игл для печати, скажем, 80 символов в строке в матрице 5x7.

В результате строка состоит из 7 горизонтальных линий, а каждая из этих линий состоит из 5 х 80 = 400 точек. Каждая точка может печататься или не печататься в зависимости от того, какая должна получиться буква. На рисунке а показана буква «А», напечатанная в матрице 5x7.

Качество печати можно повышать двумя способами: использовать большее количество игл или реализовать наложение точек. На рисунке б показана буква «А», напечатанная с использованием 24 игл, в результате чего точки накладыва­ются друг на друга. Для получения такого наложения обычно требуется несколь­ко проходов по одной строке печати, поэтому чем выше качество печати, тем медленнее работает принтер. Большинство принтеров можно настраивать, доби­ваясь различных сочетаний качества и скорости.

Матричные принтеры дешевы (особенно в отношении расходных материа­лов) и очень надежны, но работают медленно, шумно, и качество печати очень низкое. Тем не менее, они широко распространены по крайней мере в трех облас­тях. Во-первых, они очень популярны для печати на больших листах (более 30 см). Во-вторых, ими очень удобно пользоваться при печати на маленьких отрезках бумаги (например, кассовые чеки, уведомлениях о снятии денег с кредитных карт, посадочные талоны в авиакомпаниях). В-третьих, они годятся для распечатки одновременно нескольких листов с вложенной между ними копиро­вальной бумагой, и эта технология – самая дешевая.

а б

Рисунок – Буква «А» в матрице 5x7 (а); буква «А», напечатанная с использованием 24 игл – имеет место наложение точек (б)

Дома удобно использовать недорогие струйные принтеры. В таком принтере подвижная печатающая головка содержит картридж с чернилами. Она двигается горизонтально над бумагой, а чернила в это время выпрыскиваются из крошеч­ных сопел. Объем одной порции чернил приблизительно равен одному пико­литру. В одной капле воды может уместится око­ло 100 миллионов таких порций.

Струйные принтеры бывают двух типов: пьезоэлектрические (производятся Epson) и термографические (производятся Canon, HP и Lexmark). В пьезоэлек­трических струйных принтерах рядом с чернильной камерой устанавливается специальный кристалл. При подаче на этот кристалл напряжения он деформиру­ется, в результате из форсунки выпускаются чернила. Чем выше напряжение, тем больше выходная порция чернил, причем управление этим процессом осуществляется программно.

В термографических (пузырьковых) струйных принтерах в каждой форсунке устанавливается небольшой резистор. При подаче напряжения резистор быстро нагревается, доводит температуру чернил до точки кипения, в результате послед­ние превращаются в пузырьки газа. Поскольку объем пузырька больше объема чистых чернил, в форсунке создается повышенное давление, под влиянием кото­рого чернила распыляются на бумагу. Затем форсунка охлаждается, и в резуль­тате снижения давления внутри форсунки в нее из картриджа подается новая порция чернил. Скорость работы принтера по этой схеме ограничена временны­ми рамками цикла кипения/охлаждения. Размер всех формируемых чернильных капель одинаков, причем, как правило, он уступает аналогичному показателю пьезоэлектрических принтеров.

Струйные принтеры обычно имеют разрешающую способность от 1200 dpi (dots per inch – точек на дюйм) до 4800 dpi. Они достаточно дешевы, работа­ют бесшумно, однако отличаются низкой скоростью печати и исключительной дороговизной картриджей. Качество печати хорошее – если распечатать фото­графию с высоким разрешением на ведущей модели любой линейки струйных принтеров, результат будет не отличить от обычной фотографии формата 8x10.

Лазерный принтер сочетает хорошее качество печати, универсальность, высокую скорость работы и умерен­ную стоимость. В лазерных принтерах используется почти та же технология, что и в фотокопировальных устройствах. Многие компании производят устройства, совмещающие свойства копировальной машины, принтера и иногда факса.

Схематически устройство принтера показано на рисунке. Главной частью этого принтера является вращающийся барабан (в некоторых более дорогостоя­щих системах вместо барабана используется лента). Перед печатью каждого лис­та барабан получает напряжение около 1000 В и окружается фоточувствитель­ным материалом. Свет лазера проходит вдоль барабана (по длине), почти как пучок электронов в электронно-лучевой трубке, только вместо напряжения для сканирования барабана используется вращающееся восьмиугольное зеркало. Луч света модулируется, в результате получается набор темных и светлых участ­ков. Участки, на которые воздействует луч, теряют свой электрический заряд.

Рисунок – Схема работы лазерного принтера

После того как нарисована строка точек, барабан немного поворачивается для создания следующей строки. В итоге первая строка точек достигает резервуара с тонером (электростатическим черным порошком). Тонер притягивается к заря­женным точкам, и так формируется визуальное изображение строки. Через не­которое время барабан с тонером прижимается к бумаге, оставляя на ней отпеча­ток изображения. Затем лист проходит через нагретые валики, и изображение закрепляется. После этого барабан разряжается и остатки тонера счищаются с него. После этого он готов к печати следующей страницы.

Едва ли нужно говорить, что этот процесс представляет собой чрезвычайно сложную комбинацию приемов, требующих знания физики, химии, механики и оптики. Электроника лазерных принтеров состоит из быстродействующего про­цессора и нескольких мегабайтов памяти для хранения полного изображения в битовой форме и различных шрифтов, одни из которых встроены, а другие за­гружаются из памяти. Большинство принтеров получают команды, описываю­щие печатаемую страницу (в противоположность принтерам, получающим изо­бражения в битовой форме от центрального процессора). Эти команды обычно даются на языке PCL от HP или PostScript от Adobe.

Лазерные принтеры с разрешающей способностью 600 dpi и выше могут печа­тать черно-белые фотографии, но технология при этом гораздо сложнее, чем мо­жет показаться на первый взгляд. Рассмотрим фотографию, отсканированную с разрешающей способностью 600 dpi, которую нужно напечатать на принтере с такой же разрешающей способностью (600 dpi). Сканированное изображение со­держит 600 х 600 пикселов на дюйм, каждый пиксел характеризуется определен­ной градацией серого цвета от 0 (белый цвет) до 255 (черный цвет). Принтер мо­жет печатать с разрешающей способностью 600 dpi, но каждый напечатанный пиксел может быть либо черного цвета (когда есть тонер), либо белого цвета (ко­гда нет тонера). Градации серого печататься не могут.

При печати таких изображений имеет место так называемая обработка полу­тонов (как при печати серийных плакатов). Изображение разбивается на ячейки, каждая по 6 х 6 пикселов. Каждая ячейка может содержать от 0 до 36 черных пикселов. Человеческому глазу ячейка с большим количеством черных пикселов кажется темнее, чем ячейка с меньшим количеством черных пикселов. Серые то­на в диапазоне от 0 до 255 передаются следующим образом. Этот диапазон де­лится на 37 зон. Серые тона от 0 до 6 расположены в зоне 0, от 7 до 13 – в зоне 1 и т. д. (зона 36 немного меньше, чем другие, потому что 256 на 37 без остатка не делится). Когда встречаются тона зоны 0, ячейка остается белой, как показано на рисунке а. Тона зоны 1 передаются одним черным пикселом в ячейке. Тона зо­ны 2 – двумя пикселами в ячейке, как показано на рисунке б. Изображения се­рых тонов других зон показаны на рисунках в-е. Если фотография отсканирова­на с разрешающей способностью 600 dpi, после подобной обработки полутонов разрешающая способность напечатанного изображения снижается до 100 ячеек на дюйм. Данная величина называется градацией полутонов и измеряется в Ipi (lines per inch – строки на дюйм).

Рисунок – Изображение серых полутонов различных зон: 0-6 (а); 14-20 (б); 28-34 (а); 56-62 (г); 105-111 (д)\ 161-167 (е)

Цветные принтеры. Цветные изображения могут строиться двумя способами: поглощением света и отражением света. Поглощение света имеет место, например, при создании изображений в электронно-лучевых мониторах. В данном случае изображение строится путем аддитивного наложения трех основных цветов: красного, зелено­го и синего. Отраженный свет используется при создании цветных фотографий и картинок в глянцевых журналах. В этом случае поглощается свет с определен­ной длиной волны, а остальной свет отражается. Такие изображения создаются путем субтрактивного наложения трех основных цветов: голубого (красный пол­ностью поглощен), желтого (синий полностью поглощен) и сиреневого (зеленый полностью поглощен). Теоретически путем смешения голубых, желтых и сире­невых чернил можно получить любой цвет. Но на практике очень сложно полу­чить такие чернила, которые полностью поглощали бы весь свет и в результате давали черный цвет. По этой причине практически во всех цветных печатающих устройствах используются чернила четырех цветов: голубого (Cyan), желтого (Yellow), сиреневого (Magenta) и черного (Black). Такая цветовая модель назы­вается CYMK (из слова «black» берется последняя буква, чтобы отличать его от слова «blue» в модели RGB). Мониторы, напротив, для создания цветного изо­бражения используют поглощенный свет и наложение красного, зеленого и си­него цветов.

Полный набор цветов, который может производить монитор или принтер, на­зывается цветовой шкалой. Не существует такого устройства, которое полностью передавало бы цвета окружающего нас мира. В лучшем случае устройство дает всего 256 степеней интенсивности каждого цвета, и в итоге получается только 16 777 216 различных цветов. Несовершенство технологий еще больше сокраща­ет это число, а оставшиеся цвета не дают полного цветового спектра.

Чтобы цветные печатные изображения соответствовали реальной действи­тельности (или хотя бы изображениям на экране), необходима калибровка обо­рудования, сложное программное обеспечение и компетентность пользователя.

Для цветной печати используется пять технологий, и все они основаны на цветовой модели CYMK. Самыми дешевыми являются цветные струйные прин­теры. Они работают так же, как и монохромные струйные принтеры, но вместо одного картриджа в них находится четыре (для голубых, желтых, сиреневых и черных чернил). Они хорошо печатают цветную графику, сносно печатают фотографин и при этом не очень дорого стоят (отметим, что, хотя сами принтеры де­шевы, картриджи довольно дороги).

Для получения лучших результатов должны использоваться особые чернила и особая бумага. Существует два вида чернил. Чернила на основе красителя со­стоят из красителей, растворенных в жидкой среде. Они дают яркие цвета и лег­ко вытекают из картриджа. Главным недостатком таких чернил является то, что они быстро выгорают под воздействием ультрафиолетовых лучей, которые со­держатся в солнечном свете. Чернила на основе пигмента содержат твердые час­тицы пигмента, погруженные в жидкость. Жидкость испаряется с бумаги, а пиг­мент остается. Чернила не выгорают, но зато дают не такие яркие краски, как чернила на основе красителя. Кроме того, частицы пигмента часто засоряют вы­пускные отверстия картриджей, поэтому их нужно периодически чистить. Для печати фотографий необходима мелованная или глянцевая бумага. Эти особые виды бумаги созданы специально для того, чтобы удерживать капельки чернил и не давать им растекаться.

Следующий тип принтеров – принтеры с твердыми чернилами. В этих прин­терах содержится 4 твердых блока специальных восковых чернил, которые затем расплавляются, для чего перед началом печати должно пройти 10 минут (время, необходимое для того, чтобы расплавить чернила). Горячие чернила выпрыски­ваются на бумагу, где они затвердевают и закрепляются после прохождения лис­та между двумя валиками.

Третий тип цветных принтеров – цветные лазерные принтеры. Они работают так же, как их монохромные собратья, только составляют четыре отдельных изо­бражения (голубого, желтого, сиреневого и черного цветов) и используют четы­ре разных тонера. Поскольку полное изображение в битовой форме обычно со­ставляется заранее, для изображения с разрешающей способностью 1200 х 1200 dpi на листе в 80 квадратных дюймов нужно 115 млн пикселов. Так как каждый пик­сел состоит из 4 бит, принтеру нужно 55 Мбайт памяти только для хранения изображения в битовой форме, не считая памяти, требующейся для внутренних процессоров, шрифтов и т. п. Это требование делает цветные лазерные принтеры очень дорогими, но зато они очень быстро работают и дают высокое качество пе­чати. К тому же полученные изображения сохраняются на протяжении длитель­ного времени.

Четвертый тип принтеров – принтеры с восковыми чернилами. Они содер­жат широкую ленту из четырехцветного воска, которая разделяется на отрезки размером с лист бумаги. Тысячи нагревательных элементов растапливают воск, когда бумага проходит под лентой. Воск закрепляется на бумаге в форме пиксе­лов в соответствии с цветовой моделью CYMK. Такие принтеры когда-то были очень популярными, но сейчас их вытеснили другие типы принтеров с более де­шевыми расходными материалами.

Пятый тип принтеров работает на основе технологии сублимации. Под сублимацией понимается переход твердых веществ в газообразное состояние минуя стадию жидкости. Таким материалом является, например, сухой лед (замороженный углекислый газ). В принтере, работающем на основе процесса сублимации, контейнер с красите­лями CYMK двигается над термической печатающей головкой, которая содержит тысячи программируемых нагревательных элементов. Красители мгновенно ис­паряются и впитываются специальной бумагой. Каждый нагревательный эле­мент может производить 256 различных температур. Чем выше температура, тем больше красителя осаждается и тем интенсивнее получается цвет. В отличие от всех других цветных принтеров, данный принтер способен воспроизводить цвета практически сплошного спектра, поэтому процедура обработки полутонов не нужна. Процесс сублимации часто используется при изготовлении так называе­мых моментальных снимков на специальной дорогостоящей бумаге.