Множество людей пользовались лазерными принтерами, у некоторых они стоят дома, но все ли знают, как работает лазерный принтер? Ответ на этот вопрос читатель найдет в этой статье.

Лазерный принтер – это периферийное устройство, которое быстро и качественно напечатает текст и графические объекты на обычной офисной и специальной бумаге. Основные преимущества этих принтеров, такие как низкая себестоимость печати, большая скорость работы, высокий ресурс и разрешение, стойкость к влаге и выцветанию сделали их самыми часто используемыми не только в среде офисных работников, но и среди обычных пользователей.

Создание и развитие лазерных принтеров

Первое изображение с использованием сухих чернил и статичного электричества получил Честер Карлсон в далеком 1938 году. И лишь спустя 8 лет он смог найти производителя изобретенных им устройств. Это была компания, которую ныне все знаю под названием Xerox. И в тот же 1946 год на рынок попадает первое копировальное устройство. Это была огромная и сложная машина, требующая проведения целого ряда ручных операций. Лишь в средине 1950-х был создан первый полностью автоматизированный механизм, который являлся прообразом современного лазерного принтера.

С конца 1969 года Xerox начинает работу над разработкой лазерных принтеров, добавив лазерный луч к существующим на то время образцам. Но стоял он треть миллиона долларов по тем меркам и имел огромные размеры, что не позволяло пользоваться таким устройством даже на небольших предприятиях, не то что в быту.

Результатом сотрудничества нынешних гигантов в индустрии печати Canon и HP стал выпуск в свет серии принтеров LaserJet, которые способны напечатать до 8 страниц текста в минуту. Такие устройства стали более доступными после того, как появился первый сменяемый картридж для лазерного принтера.

Принцип работы

Основой формирования изображения является краситель, содержащийся в тонере. Под действием статического электричества он прилипает и буквально впечатывается в бумагу. Но каким образом это происходит?

Любой лазерный принтер состоит из трех основных функциональных блоков: печатная плата, блок переноса изображения (картридж) и печатный блок. Бумагу на печать подает узел подачи бумаги. Они разрабатываются по двум конструкциям – подача бумаги из нижнего лотка и подача из верхнего лотка.

Его строение достаточно простое:

• ролик – нужен для захвата бумаги;
• блок для захвата и подачи одного листа;
• ролик, передающий статический заряд бумаге.
• Картридж для лазерного принтера состоит из двух частей – это тонер и барабан или фотоцилиндр.

Тонер

Тонер состоит из микроскопических частичек полимеров, которые покрыты красителем, с включением магненита и регулятора заряда. Каждая фирма выпускает порошок с уникальными характеристиками для собственных принтеров и многофункциональных устройств. Все порошки отличаются магнитностью, плотностью, дисперстностью, размером зерен и другими физическими показателями. Поэтому не стоит заправлять картриджи случайным тонером. Преимущества тонера перед чернилами заключаются в четкости отпечатанной картинки и влагостойкости, которая обеспечивается впечатыванием порошка в бумагу. Из недостатков стоит назвать малую глубину цветов, насыщенность при цветной печати и отрицательное воздействие на организм человека при взаимодействии с тонером, например, во время зарядки картриджа.

Строение и этапы печати изображений

Фотобарабан выполнен в виде продольного алюминиевого вала, с нанесенным на него тонким слоем материала, чувствительного к световым лучам с определенными параметрами. Цилиндр покрыт защитным слоем. Помимо алюминия, барабаны изготовляются с неорганических фоточувствительных веществ. Основное свойство фотобарабана – изменение проводимости (заряда) под воздействием лазерного луча. Это значит, что если цилиндру придать заряд – он будет хранить его на протяжении значительного отрезка времени. Но если засветить какую-либо область вала светом – они тут же теряют свой заряд и становятся нейтрально заряженными за счет увеличения проводимости (то есть уменьшением электрического сопротивления) в этих зонах. Заряд стекает с поверхности через внутренний проводящий слой.

При поступлении документа на печать, печатная плата обрабатывает его и посылает соответствующие световые импульсы на блок переноса изображения, где цифровая картинка превращается в изображение на бумаге. Фотобарабан вращается при помощи вала и получает первичный отрицательный или положительный заряд от находящегося рядом роллера. Его величина определяется настройками печати, которые сообщает печатная плата.

После зарядки цилиндра лазерный луч, имеющий горизонтальную развертку, сканирует его с огромной частотой. Засвеченные места фотоцилиндра, как сказано выше, становятся незаряженными. Эти незаряженные зоны формируют требуемую картинку на барабане в зеркальном отображении. Далее, чтобы изображение оказалось на бумаге, незаряженные зоны необходимо заполнить тонером. Блок лазерного сканирования состоит из зеркала, полупроводникового лазера, нескольких формирующих и одной фокусирующей линзы.

Барабан контактирует с роллером, изготовленным, в основном, из магния и подает тонер на фотоцилиндр из емкости картриджа. Роллер, в котором расположен постоянный магнит, выполнен в виде пустотелого цилиндра с токопроводящим слоем. Под воздействием магнитного поля тонер из бункера притягивается к роллеру под действием силы намагниченного сердечника.

Под действием электростатического напряжения тонер из роллера будет переноситься на сформированное лазерным лучом изображение на поверхности фотобарабана, крутящегося вплотную с роллером. Тонеру некуда деться, ведь его отрицательно заряженные частицы притягиваются к положительно заряженным областям фотоцилиндра, на котором сформировано нужное изображение. Отрицательный заряд барабана отталкивает ненужное количество тонера назад, заполняя им отсканированные лазером участки.

Отметим один нюанс. Существует два типа формирования изображений. Самый распространенный – это применение тонера с положительным зарядом. Такой порошок остается на нейтрально заряженных областях фотоцилиндра. То есть, лазером засвечиваются области, где будет наше будущее изображение. Барабан при этом заряжен отрицательно. Второй механизм менее распространенный, в нем используется тонер с отрицательным зарядом. Лазерный луч «разряжает» области положительно заряженного фотоцилиндра, на которых изображения быть не должно. Это стоит помнить при выборе лазерного принтера, ведь в первом случае будет более точная передача деталей, а во втором – более равномерная и плотная заливка. Первые принтеры отлично подойдут для печати текстовых документов, потому они и получили широкое распространение.

Перед тем, как соприкоснуться с цилиндром бумага получает статический электрический заряд с помощью ролика переноса заряда. Под воздействием, которого тонер притягивается к бумаге в момент ее плотного контакта с барабаном. Сразу после этого заряд из бумаги удаляется нейтрализатором статичного заряда. Этим устраняется притягивания листа к фотоцилиндру. Во время прохода бумаги сквозь блок лазерного сканирования на листе становится заметным сформированное изображение, которое легко разрушается от малейшего прикосновения. Для его долговечности необходимо провести фиксацию с помощью расплавления добавок, входящих в тонер. Этот процесс происходит в блоке фиксации изображения – это третий ключевой блок лазерного принтера. Еще его называют «печкой». Если вкратце, то плавятся входящие в состав тонера вещества. После их вдавливания и застывания эти полимеры словно покрывают собой чернила, защищая их от внешних воздействий. Теперь читатель поймет, почему отпечатанные листы, выходящие из принтера, такие теплые.

По конструкции так называемая «печка» состоит из двух валов, в одном из которых находится нагревательный элемент. Второй, зачастую нижний, необходим для вдавливания расплавленного полимера в бумагу. Нагревательные элементы выполняются в виде термисторов, изготовленных в виде термопленок. При подаче напряжения на них, эти элементы разогреваются до высоких температур (порядка 200 °C) за доли секунды. Прижимный валик прижимает лист к нагревателю, в процессе чего осуществляется вдавливание жидких микроскопических частиц тонера в текстуру бумаги. На выходе из блока фиксации стоят разделители, дабы бумага не прилипала к термопленке.

Порой мы даже не задумываемся, сколько времени проходит с момента того или иного открытия, прежде чем оно станет применимым в обычной, повседневной жизни. Сколько требуется дополнительных сил, средств и расчетов, а порой и упорства на доведение этих теоретических разработок до их практического применения.

В нашем случае мы говорим о способах печати, которых, кстати сказать, не так уж и мало. Но остановимся мы на трех самых распространенных способых.

Матричные принтеры

Матричные принтеры являются одними из первых устройств автоматической печати. Их конструкция включает в себя печатающую головку (каретку), которая двигается вдоль строки и наносит символы ударами иголок, прижимающих ленту, пропитанную чернилами, к бумаге. Собственно, матричными такие принтеры называются потому, что все доступные для печати символы являются частью матрицы, образуемой расположением игл (которых может быть, например, 9 или 24).

Печатающие головки от принтеров Robotron и Epson FX-1000

Игла при этом приводится в движение небольшим электромагнитом. Исходя из всего этого ясно, что типичный матричный принтер способен печатать лишь по одной строке за раз, хотя встречаются экземпляры, печатающие за раз несколько «скученных» строк для повышения плотности точек.

Механизм протяжки красящей ленты с печатающей головкой.
Robotron CM 6329.02 M

Одним из первых матричных принтеров был LA30, производимый компанией Digital Equipment Corporation. Устройство могло печатать только заглавные буквы размером 5 на 7 точек со скоростью 30 символов в секунду на бумаге специального размера (80 символов на строку). Печатающая головка управлялась шаговым двигателем, а бумага протягивалась не особенно надежным и весьма шумным двигателем с храповым механизмом. LA30 имел как последовательный, так и параллельный интерфейс, однако в первом случае при возврате каретки в строке пропечатывались символы-заполнители.

LA36

Вслед за LA30 появился LA36, имевший куда больший коммерческий успех и ставший фактически архетипом компьютерного терминала матричной печати. В новой модели использовалась печатающая головка от LA30, однако длина строки была увеличена до 132 символов различного регистра и для печати годилась стандартная перфорированная бумага. Каретку приводил в движение более мощный сервопривод с электромотором, оптическим датчиком положения и тахометром. Ну, а бумага протягивалась уже знакомым двигателем с храповым механизмом.

LA36 имел только последовательный интерфейс, однако, в отличие от предшественника, не использовал символы-заполнители. Несмотря на то что принтер никогда не принимал от компьютера больше 30 символов в секунду, печатать он мог вдвое быстрее. Поэтому при возврате каретки следующие символы попадали в буфер и при печати новой строки принтер наверстывал упущенное со скоростью 60 символов в секунду. Из-за этого его всегда можно было узнать по чередующемуся шуму быстрой и обычной печати.

В то время как Digital Equipment Corporation расширяла линейку своих принтеров, основываясь на LA36, компания Centronics занималась реализацией принтерных механизмов японской Brother Industries и имела своей целью бюджетные решения. В процессе компания разработала известный всем пользователям матричных принтеров одноименный интерфейс, который стал стандартом де-факто и оставался им до появления в конце 1990-х годов шины USB.

Epson MX-80

В целом матричные принтеры считались устройствами недорогими и до 1990-х были наиболее распространены на рынке. Самой, пожалуй, популярной моделью был Epson MX-80. Однако с тех пор цены на них оставались примерно неизменными, создавая благоприятный фон для дешевеющих струйных и лазерных принтеров. Кроме того, на работе и дома пользователей преследовал резкий шум двигателей с храповым механизмом (хотя поздние модели уже стали работать тише). Да и качество печати было не всегда приемлемым, из-за чего многим приходилось покупать ПО наподобие Bradford или Windows 3.1, которое, кстати говоря, работу принтера сильно замедляло.

Все это постепенно привело к тому, что матричные принтеры уступили пальму первенства струйным и лазерным моделям, сохранив за собой лишь довольно узкую специализацию вроде печати чеков и тому подобных документов, также они применяются в бухгалтериях и билетных кассах для впечатывания текста в готовые бланки.

Одна из последних моделей матричных принтеров EPSON
36-игольчатый DFX-9000, за каких-то 3500 у.е.

История струйной печати

История популярной ныне струйной печати, или, выражаясь научным языком, технологии безударного точечного высокоскоростного нанесения чернильных капель из микроскопических отверстий на твердый носитель для создания на нем требуемого изображения, насчитывает не один десяток лет. Но самым что ни на есть истоком, эту технологию впоследствии породившим, можно считать исследования француза Феликса Саварта, который еще в 1833 году обнаружил и отметил однотипность образования капель жидкости, выпускаемой через узкое отверстие. Математически это было впервые описано в 1878 году лордом Рейли (тогда еще будущим лауреатом Нобелевской премии). Однако лишь через много лет, в 1951 году компания Siemens запатентовала первое устройство, разделяющее струю на однотипные капли. Это изобретение привело к созданию мингографа, одного из первых коммерческих самописцев, используемых для регистрации значений напряжения.

В начале 1960-х профессор Суит из Стенфордского университета продемонстрировал, что с помощью волн давления поток жидкости можно разбить на одинаковые по размеру и удаленности друг от друга капли. На их непрерывный поток можно было выборочно подавать электрический заряд. При прохождении через электрическое поле заряженные капли отклонялись и собирались в коллекторе для рециркуляции, а незаряженные пролетали мимо него, попадали напрямую на твердый носитель и образовывали заданное изображение. Данный процесс получил название непрерывной струйной печати. К концу 1960-х годов изобретение Суита привело к появлению устройств A. B. Dick VideoJet и Mead DIJIT.

В следующем десятилетии всем известная компания IBM лицензировала вышеописанную технологию и запустила обширную программу ее адаптации к использованию в собственных принтерах. Первым результатом можно считать струйный принтер IBM 4640, представленный в 1976 году в качестве «периферийного устройства печати текста на твердых носителях».

Примерно в то же время профессор Херц из Лундского Технологического Института, что в Швеции, самостоятельно и независимо разработал ряд методов непрерывной струйной печати с возможностью регулирования параметров потока капель для печати в градациях серого цвета. Среди его разработок был метод управления количеством капель, приходящихся на один пиксел, который позволял регулировать плотность чернил и получать нужные оттенки. Данный метод был впоследствии лицензирован рядом компаний, включая Iris Graphics и Stork, для коммерческого производства качественных изображений для рынка препресса.

Несмотря на такую интенсивность развития непрерывной струйной печати, не стоит забывать и о методе drop-on-demand (или «капли по требованию»), суть которого заключалась в том, что устройство выпускало капли чернил только при необходимости их попадания на носитель. Очевидно, что данный подход исключал за ненадобностью сложную систему заряда и отклонения капель, а также ненадежные системы рециркуляции. Наработки в этой области были применены в устройстве последовательной печати символов Siemens PT-80 в 1977 году, а также в принтере компании Silonics, появившемся годом позже. В данных устройствах электрические импульсы приводили к выпуску чернильных капель под действием волны давления, создаваемой механическим движением пьезокерамического элемента.

В последующие годы, включая 1980-е, технология «капель по требованию» развивалась, эволюционировала и давала рождение новым коммерчески производимым принтерам. Предполагалось, что простота блоков нанесения чернил обеспечит высокую надежность струйных принтеров. Однако от проблем избавиться не удавалось, и много дегтя добавляли характерные засоры сопел и непостоянство качества изображения.

BJ-80

В 1979 году специалисты компании Canon изобрели метод печати по технологии drop-on-demand, в соответствии с которым капли выпускались из сопел из-за роста и схлопывания туманообразных частиц чернил на поверхности небольшого нагревателя, расположенного рядом с соплом. Canon назвала эту технологию bubble jet («пузырьковая печать»). Простота конструкции подобной печатающей головки и высокая точность нанесения чернил, которая обеспечивалась существующими технологиями производства, сделали данное решение достаточно дешевым при высокой плотности сопел.

ThinkJet

Примерно в то же время компания Hewlett-Packard независимо разработала схожую технологию, которую она назвала «термической струйной печатью» (thermal inkjet). А в 1984 году она же выпустила на рынок решение ThinkJet - первый коммерчески успешный и относительно недорогой струйный принтер, работающий по технологии bubble jet.

Термическая струйная технология

Пьезоэлектрическая технология

Пузырьково-струйная технология

Стоимость печатающей головки ThinkJet, которая насчитывала 12 сопел, была достаточно низка, чтобы иметь возможность просто выкинуть ее по опустошении картриджа. Сделав печатающую головку заменяемой, компания фактически решила извечную проблему надежности. С тех пор эта технология постоянно развивалась силами Hewlett-Packard и Canon, чьи усилия вознаграждались успехом их решений. Понятно, что успех этот обеспечивался постоянным повышением разрешения печати и расширением диапазона цветов при одновременном падении цен. Начиная с конца 1980-х годов, благодаря невысокой цене, компактным размерам, тишине работы и, естественно, цветовому диапазону струйные принтеры, работающие по технологии thermal inkjet или bubble jet, становились все более жизнеспособной альтернативой матричным устройствам среди конечных пользователей и, в конце концов, завоевали рынок недорогих цветных печатающих устройств.

Epson Color 200

История лазерных принтеров

Прежде чем рассказать об истории лазерных принтеров, необходимо пояснить, в чем, собственно, заключается суть технологии, на которой эти устройства основаны.

В основе лазерной печати лежит всем известное статическое электричество, которое заставляет притягиваться объекты с противоположными зарядами. Принтер использует этот эффект в качестве своеобразного «клея» временного действия. Главной частью печатающего устройства является фоторецептор - обычно вращающийся цилиндр (барабан) из фотопроводящего материала, разряжаемого фотонами. Сначала барабан заряжается положительным электрическим зарядом с помощью провода коронирования. По мере вращения барабан облучается лазером, который разряжает нужные точки на его поверхности, рисуя таким образом сетку необходимых букв и изображений. По завершению сетки барабан покрывается положительно заряженным тонером (мелким черным порошком), который прилипает только к разряженным областям барабана. После этого барабан прокатывается по протягиваемому листу бумаги, который несет на себе отрицательный заряд, полученный от другого провода коронирования. Данный заряд превосходит отрицательный заряд сетки, поэтому тонер притягивается к бумаге, формируя изображение. А чтобы бумага не прилипала к барабану, сразу же после нанесения тонера она испытывает действие третьего провода коронирования. Далее бумага проходит через термофиксатор («печку») - пару нагретых роликов. При этом тонер плавится и впечатывается в волокна бумаги, которая затем наконец выползает на лоток. После нанесения тонера на лист поверхность барабана проходит под яркой лампой разрядки для полного удаления электростатической сетки и получает новый положительный заряд от провода коронирования. И так далее.

Принцип работы лазерного принтера

А теперь перейдем к делам дней минувших. Если история струйной печати преисполнена научности и насыщена исследованиями и открытиями, то история создания и развития лазерных принтеров имеет, наверное, более деловой уклон и до известной степени связана скорее с маркетингом, нежели с наукой.

В 1938 году студент юридического факультета Честер Карлсон (который, кстати, в будущем стал адвокатом по патентным делам, чтобы подкрепить таким образом свои изобретательские таланты) получил первое ксерографическое изображение, что стало успешным результатом многих лет его работы, начавшейся из-за его недовольства медлительностью существующих мимеографов и дороговизной получаемых отпечатков. Само слово «ксерография» было образовано от греческих слов «сухой» и «писать». А смысл новой технологии заключался в использовании статического электричества для переноса сухих чернил (тонера) на бумагу.

Однако только по прошествии 8 лет, получив отказ от IBM и даже от войск связи США, в 1946 году Карлсону удалось найти компанию, которая согласилась производить придуманные им электростатические копиры. Этой компанией была Haloid Company, которая позже превратилась во всем известную Xerox Corporation.

На рынок первое устройство Xerox поступило в 1949 году под названием Model A. Это было весьма громоздкое и сложное устройство. Чтобы добиться от него копии документа, нужно было произвести вручную ряд операций. И лишь десять лет спустя был коммерциализирован полностью автоматический ксерограф - Xerox 914, который был способен выдавать 7 копий в минуту. Эта модель и стала прообразом всех копиров и лазерных принтеров, появившихся впоследствии.

Xerox 9700

Над созданием лазерных принтеров Xerox начала работать в 1969 году. Успеха добился в 1978 сотрудник компании Гэри Старкуезер, который смог добавить к технологии работы существующих копиров Xerox лазерный луч, создав таким образом первый лазерный принтер. Полнодуплексный Xerox 9700 мог печатать 120 страниц в минуту (он, кстати, до сих пор остается быстрейшим лазерным принтером в мире). Однако размеры устройства были просто огромны, а цена 350 тысяч долларов (без поправки на тогдашний курс) никак не укладывалась в идею «принтер в каждый дом».

LBP-4000

В начале 1980-х спрос на устройства, превосходящие существующие матричные принтеры по качеству печати, достиг критической отметки. В 1982 году предложение последовало от компании Canon, представившей первый настольный лазерный принтер LBP-10. На следующий год компания в частном порядке продемонстрировала новую модель LBP-CX калифорнийским Apple, Diablo и HP.

На тот момент Canon требовались сильные партнеры по маркетингу своей продукции на новом для компании рынке, поскольку компания имела крепкие позиции в области камер и решений для офиса (тех же копиров), однако не имела связей, необходимых для эффективных продаж на рынке устройств обработки данных. Сначала Canon обратилась к Diablo Systems, подразделению Xerox Corporation. Это было очевидно и логично, поскольку Diablo владела большей частью рынка лепестковых принтеров, а ее маркетологи высказывали желание поместить логотип Diablo и на продукцию других производителей. Таким образом Xerox стала первой компанией, которой было предложено выводить на рынок систему CX с контроллером Canon.

Однако Xerox отклонила это предложение, поскольку вместе с японской Fuji-Xerox сама занималась разработками устройства, которое планировалось сделать лучшим настольным лазерным принтером на рынке. Но, хотя новая модель 4045 сочетала в себе копир и лазерный принтер, она весила около 50 килограммов, стоила вдвое больше CX, не имела заменяемого картриджа с тонером и обеспечивала не самое лучшее качество печати. Впоследствии бывшие маркетологи Diablo признавались, что упускать предложение Canon было довольно-таки большой ошибкой, а вышедший несколько позднее принтер HP LaserJet мог бы быть Xerox LaserJet.

В любом случае, после того как Diablo отклонила предложение Canon во Фремонте, представители последней, проехав несколько миль, навестили офисы HP в Пало Альто и Apple Computer в Купертино. Hewlett-Packard была вторым логически оправданным выбором, поскольку тесно сотрудничала с Diablo и имела достаточно широкие линейки матричных и лепестковых принтеров.

Canon LBP-CX

HP LaserJet

Результатом сотрудничества Canon и HP стал выпуск в 1984 году принтеров LaserJet, способных печатать 8 страниц в минуту. Их продажи весьма быстро росли и привели к тому, что к 1985 году Hewlett-Packard завладела почти всем рынком настольных лазерных принтеров. Надо учесть, что, как и в случае со струйными принтерами, новые устройства стали по-настоящему доступны лишь после разработки для них заменяемых картриджей с тонером (в данном случае разработчиком была Hewlett-Packard).

При этом вопросы удешевления новых и переработки использованных картриджей, количество которых стало намекать на проблемы с экологией, породили целую отрасль перерабатывающей промышленности, датой рождения которой можно считать 1986 год.

P.S.

Что же ждет нас впереди? Пожалуй, на этот вопрос ответ сможет дать только время. Прогнозы и гадание - дело неблагодарное. Не думаю, что в ближайшем будущем мы сможем увидеть нечто принципиально новое и отличное от того, что уже есть. Используемые технологии находятся в своей пиковой фазе, следовательно, производители продолжат их шлифовать и обвешивать свои устройства новыми, доселе не свойственными современным принтерам опциональными функциями и возможностями. Вот и остается, если не сидеть сложа руки, то внимательно следить за появлением новых, еще более совершенных моделей.

Толчком к созданию первых лазерных принтеров послужило появление новой технологии, разработанной фирмой Canon. Специалистами этой фирмы, специализирующейся на разработке копировальной техники, был создан механизм печати LBP-CX. Фирма Hewlett-Packard в сотрудничестве с Canon приступила к разработке контроллеров, обеспечивающих совместимость механизма печати с компьютерными системами PC и UNIX. Принтер HP LaserJet впервые был представлен в начале 1980-х годов. Первоначально конкурируя с матричными принтерами, лазерный принтер быстро завоевал популярность во всем мире. Другие компании-разработчики копировальной техники вскоре последовали примеру фирмы Canon и приступили к исследованиям в области создания лазерных принтеров. Toshiba, Ricoh и некоторые другие, менее известные компании, тоже были вовлечены в этот процесс. Однако успехи фирмы Canon в области создания высокоскоростных механизмов печати и сотрудничество с Hewlett-Packard позволили им добиться поставленной цели. В результате на рынке лазерных принтеров модель LaserJet вплоть до 1987-88 годов занимала доминирующее положение (модель обеспечивала разрешение 300 dpi и печатала со скоростью 8 страниц в минуту; цена на момент выхода составляла 3495 долларов). Следующей вехой в истории развития лазерного принтера явилось использование механизмов печати с большей разрешающей способностью под управлением контроллеров, обеспечивающих высокую степень совместимости устройств.

Другим важным событием явилось появление цветных лазерных принтеров. Фирмы XEROX и Hewlett-Packard представили новое поколение принтеров, которые поддерживали цветное представление изображения и позволяющие повысить как производительность печати, так и точность цветопередачи.

3. Принцип работы лазерных принтеров.

Среди современной компьютерной периферии едва ли найдется устройство, вобравшее в себя боль­ше технологических достижений, новейших мате­риалов и конструкторского искусства, нежели ла­зерный принтер. Правда, лазер в составе принтера используется маленький, мощностью не более нескольких сот милливатт. Однако он тоже обладает свойством, за которое так ценятся лазеры: дает очень узкий направленный пучок когерентного монохроматического излучения. В принтере этот луч используется как тончайшее «перо», которым и рисуется заданное изображение.

Рис. 1. Блок-схема лазерного принтера: 1 - фотобарабан; 2 - девелопер; 3 - лист бумаги; 4- валик подачи; 5, 6 - термозакрепляющие ва­лики; 7 - ракель; 8 - лампа; 9 - очищающий ракель; 10 - валик восстановления заряда.

Воспроизведение текста и графики в лазерном принтере осуществляется в три стадии: экспози­ция, проявка и печать.

На первой стадии данные из компьютера посту­пают в буфер строки и с помощью сканирующей системы, в которую входит лазер, переносятся на отрицательно заряженную поверхность специаль­ного фотобарабана (1 на рис. 1).

Лазерная засветка осуществляется следующим способом: тонкий луч лазера светит на зеркало, которое вращается с высокой скоростью. Отражен­ный луч через систему зеркал и призму попадает на барабан и за счет поворота зеркала нейтрализу­ет заряды по всей длине фотобарабана. Затем про­исходят поворот барабана на один шаг (этот шаг измеряется в долях дюйма, и именно он определя­ет разрешение принтера по вертикали) и вычерчи­вается новая линия.

Точки, которые на бумаге должны получиться темными, разряжаются светом лазерного луча. Заряды на освещенных течках поверхности бараба­на нейтрализуются благодаря фотопроводящим свойствам барабана. Таким образом, на поверхнос­ти барабана формируется скрытое электростати­ческое изображение.

Скорость вращения зеркала очень высока. Она составляет 7-15 тыс. об./мин. Для того чтобы уве­личить скорость печати, не увеличивая скорость вращения зеркала, его выполняют в виде много­гранной призмы.

На второй стадии с помощью второго барабана (2), называемого девелопером, на фотобарабан на­носится тонер - мельчайший красящий порошок. В процессе работы барабан-девелопер, частицы то­нера и фотобарабаи всегда заряжены отрицатель­но, однако в точках, засвеченных лазерным лучом, потенциал поверхности фотобарабана уменьшает­ся с -900 В до -200 В. Напряжение на барабане-девелопере составляет при этом -500 В. Таким образом, разность потенциалов, притягивающая тонер на разряженные области фотобарабана, оказывается равной 300 В; соседние заряженные участ­ки поверхности, напротив, отталкивают частицы.

Рядом с барабаном-девелопером расположен ракель (7). Это резиновое лезвие, которое предназ­начено для снятия излишков тонера, оставляя для печати только один слой приставших к бумаге ча­стиц. Это лезвие сделано плавающим, как в хоро­ших бритвах.

Затем «проявленный» участок барабана прока­тывается по листу бумаги (3), который подается снизу еще одним валиком (4), тоже заряженным. Электростатическое поле переносит тонер на лист бумаги, и тот прямиком отправляется в узел за­крепления изображения. Этот узел состоит из двух барабанов (5, 6), нагретых до 180-200°С (в зависимости от модели). При такой температуре частицы тонера намертво вплвляются в бумагу. Поэтому выползающий из принтера отпечатанный лист бывает теплым.

Внизу, рядом с подающим бумагу валиком (4), расположена мощная лампа (8) вытянутой формы. Она нужна для того, чтобы поддерживать на по­дающем валике постоянный заряд. Этот заряд при­тягивает частицы тонера и способствует переносу изображения с фотобарабана на бумагу.

Еще один ракель (9) и валик (10) готовят фото­барабан к следующему рабочему циклу. Этот ра­кель очищает фотобарабан от остатков тонера, а заряженный валик при контакте с фотобарабаном восстанавливает заряд на его поверхности.

Такова схема, по которой работают все модели лазерных принтеров. Но конкретная реализация этой схемы в принтерах различных фирм может быть различной.

В большинстве принтеров фотобарабан вместе с барабаном-девелопером входят в состав единого узла - картриджа. Внутри картриджа в специ­альной емкости находится тонер.

Если качество печати определяется в первую очередь механизмом принтера, то скорость - преж­де всего процессором и памятью. Принтер получа­ет информацию от компьютера на языке описания страницы PDL (Page Description Language). Затем он обязан представить всю страницу с рисунками и текстом в виде набора крошечных точек - тех самых, которые потом «нарисует» лазерный луч и на которые прилипнут частицы тонера. При раз­решении 1200х1200 этих точек на странице фор­мата А4 насчитывается почти 140 миллионов. Не­трудно себе представить объем необходимых вы­числений. Неудивительно, что стадия обработки информации так влияет на производительность принтера, т. е. на время, которое проходит между выбором опции Print из меню на экране ПК и вы­падением отпечатанной страницы в приемный ло­ток принтера.

Каждый лазерный принтер содержит быстродей­ствующий процессор, оперативную память и флэш-память (ППЗУ). Объем оперативной памяти обыч­но составляет 1-2 Мбайта с возможностью расши­рения до 8-16 Мбайт. Флэш-память (если она есть) может иметь объем до 4 Мбайт. Кроме того, в не­которых принтерах может быть установлен жест­кий диск. Скорость печати лазерных принтеров составляет (в зависимости от разрешения) от 4 до 20 страниц в минуту.

Обладая значительной флэш-памятью (ППЗУ), принтер выигрывает в скорости за счет того, что не тратит времени на загрузку из компьютера шрифтов и шаблонов. Все эти данные многора­зового использования хранятся в памяти принте­ра. Флэш-память позволяет записать и держать наготове до двух десятков шрифтов.

Вся страница перед печатью должна быть за­гружена во внутреннюю память принтера в виде растрового (Bitmap) представления. Правда, встро­енные шрифты и иногда PostScript позволяют ге­нерировать принтеру это растровое представление прямо по мере надобности, и тогда не важно, сколь­ко у принтера внутренней памяти. Для цветных принтеров требуемый объем внут­ренней памяти возрастает не менее чем в три раза. Следует отметить, что для полутонового рисунка реальная разрешающая способность принтера уменьшается в 4-8 paз из-за того, что полутоновая «элементарная» точка состоит из многих реальных черно-белых точек, располагаемых с разной частотой рядом друг с другом. Выходом из этой безнадежной ситуации может стать только прин­тер, позволяющий печатать пикселы с градациями серого. В этом случае объем требуемой памяти возрастает в восемь раз для монохромного изобра­жения и в 24 раза - для полноцветного.

Некоторые лазерные принтеры обладают встро­енным интерпретатором языка описания страниц PostScript Level 2. Это означает, что они могут ис­пользовать высококачественные шрифты в формате PostScript и работать с текстом и графикой так, как это делают графические редакторы. Уменьшить, увеличить или повернуть распечатываемую стра­ницу, выполнить инверсию (поменять черное на белое и наоборот) и т. п. - все это доступно прин­теру. PostScript делает возможным удобный ре­жим черновой печати, когда страницы оригинала уменьшаются ровно вдвое (а можно и вчетверо), размещаются по две (или по четыре) на одном листе.

Для повышения скорости печати пользователь может пожертвовать высоким разрешением и пе­реключить принтер в режим печати с разрешени­ем 600 или даже 300 dpi.

В лазерных принтерах для передачи полутонов изображение принято разбивать на ячейки из не­скольких точек. Например, для принтеров с разрешением 300х300 точек на дюйм часто при­меняется квадратная ячейка из 25 точек разме­ром 0,42х0,42 мм (длина стороны 1/60 дюйма), со сторонами, повернутыми на 45 градусов относитель­но вертикали. При этом возможна передача 26 оттенков серого (от 0 до 25 черных-точек в ячей­ке). Именно таковы рекомендации языка PostScript Level 1. Мы видим, что размер ячейки достаточно велик, а число оттенков мало. Поэтому изображе­ние получается несколько зернистым.

При разрешении 1200х1200 точек на дюйм ячей­ка состоит из 128 точек и тоже имеет вид квадра­та, но его размеры уже 0,25х0,25 мм. Качество изоб­ражения улучшается не только потому, что размер ячейки меньше, а и из-за увеличения числа оттен­ков серого до 129.

С одной стороны, лазерные принтеры довольно чувствительны к качеству бумаги, она должна быть хорошего качества. С другой стороны, лазерные принтеры допускают использование качественной бумаги плотностью от 60 до 300 граммов на кв. метр. Конверты и картон отправляются на пе­чать с отдельного лотка и проходят через весь ме­ханизм по особому маршруту, так что им почти не приходится сгибаться.

Принтеры младших моделей, такие как первые HP LaserJet, обеспе­чивали печать только на одной стороне листа. Ма­ло того, в руководствах к ним категорически не рекомендовалось использовать отпечатанный лист повторно, снова закладывая его лоток чистой сто­роной вверх, как это всегда любили делать эконом­ные пользователи. Причина прежде всего в том, что оборотная сторона такого листа, угодившего под горячий валик, могла испачкать механизм и при­вести к снижению качества печати. В настоящее время многие лазерные принтеры обеспечивают возможность двусторонней печати.

HP LJ 1018.

Одноклассники

История лазерной печати начинается 22 октября 1938 года, когда американскому физику, изобретателю Честеру Карлсону удалось получить в домашних условиях первую в истории ксерокопию. Изобретатель присвоил процессу получения дубликата бумажного носителя гордое имя «электрография», а изобретённый им аппарат получил название электрографа.

Честер Карлсон

В 1938-1944 гг. Ч. Карлсон пытался усовершенствовать изобретённое им устройство, которое, по словам очевидцев, имело внушительные размеры и сильно пачкалось. Несмотря на очевидную полезность изобретения, долгие годы оно оставалось непризнанным. Пытаясь продвинуть изобретение, Ч. Карлсон обращался в IBM и даже в войска связи США, но везде получил отказ.

6 октября 1942 г. Ч. Карслону удалось получить патент на своё изобретение, а спустя 2 года, во второй половине 1944 г., его технологией заинтересовалась частная некоммерческая организация Battelle Memorial Institute, специализировавшаяся на научных и технологических исследованиях и разработках. Она предложила Ч. Карлсону свои услуги в дальнейшей разработке и продвижении электрографа.

В 1947 г. лицензию на разработку и вывод на рынок электрографа, изобретённого Ч. Карлсоном, приобрела у института компания The Haloid Company.

В 1948 г., заручившись согласием Ч. Карслона, представители The Haloid Company решили переименовать электрографию и дать ей новое, более ёмкое имя. За консультацией пришлось обратиться к профессору филологии Университета штата Огайо, который взял за основу греческие слова xeros (сухой) и grapho (писание, пишу) и на их основе предложил новое название процесса – «ксерография». С этого момента электрограф был переименован в ксерокс , а электрография – в ксерографию.

В 1949 г. The Haloid Company вывела на рынок первый ксерокс «Model A». С этого момента начинается процесс триумфального шествия ксероксов по миру.

Ксерокс «Модель А»

В честь своего детища, принёсшего многомиллиардные прибыли, The Haloid Company была переименована в 1958 г. в Haloid Xerox Inc, а в 1961 г. – в XEROX Corporation. Последнее название компании сохраняется по сей день. XEROX Corporation вкладывала значительные денежные средства в научные исследования и разработки, благодаря чему в 1969 г. один из сотрудников компании Гэри Старквеатер изобрёл технологию копирования, совместимую с принтерами.

Первый лазерный принтер был собран в компании Xerox в 1969 г. Новинку назвали EARS, однако она так и не была выпущена в массовое производство. И лишь в 1977 г. компания XEROX Corporation выпустила официальный лазерный принтер – Xerox-9700 Electronic Printing System. Эта модель имела по истине огромные размеры, равно как и цена устройства в 350 тысяч долларов, которая делала её не доступной для большинства пользователей. Наряду с этим Xerox-9700 Electronic Printing System остаётся самым быстрым лазерным принтером в мире и позволяет получать до 120 страниц напечатанного текста в минуту.

Лазерный принтер XEROX-9700

Следующий лазерный принтер был выпущен компанией XEROX Corporation в 1981 г. в составе домашней типографии Star 8010. Лазерная печать здесь была дополнена текстовым и графическим редакторами, редактором для работы с графическими файлами. Домашняя типография стоила баснословно дорого – 17 тысяч долларов и была недоступна для большинства потребителей.

Лазерный принтер в составе домашней типографии Star 8010

В начале 80-х гг. ХХ века спрос на лазерные принтеры достиг своего апогея. Главной задачей производителей на данном этапе являлось уменьшить принтеры, увеличить скорость их печати и снизить себестоимость производства.

В 1982 г. компания Canon выпустила первый компактный настольный принтер LBP-10. В 1983 г. миру была продемонстрирована новая модель LBP-CX.

Лазерный принтер Canon LBP-CX

В 1984 г. «лазерная лихорадка» захватила компанию Hewlett Packard , которая при поддержке Canon выпустила первый принтер LaserJet производительностью 8 страниц в минуту. Тогда же появились первые опытные образцы Laser Writer компании Apple. В 1986 г. на рынок вышло новое поколение современных лазерных принтеров -

Многих пользователей оргтехники интересуют ответ на вопрос о том, когда появился первый лазерный принтер. Итак, данная модель печатающего устройства обладает весьма длинной и богатой на разные события историей. Она берет начало в 1938-м году, когда американский физик и изобретатель Честер Карлсон смог получить первое в истории человечества ксерографическое изображение.

Стоит отметить, что в качестве основы технологии его создания использовалось статическое электричество, которое переносило сухие чернила (будущий тонер) на поверхность бумаги. Возможным это стало только благодаря многолетней работе и упорству этого талантливого человека. Именно благодаря ему удалось отказаться от применения существовавших в те годы приборов, называемых мимеографами и существенно снизить стоимость получаемых отпечатков.

Таким образом, самый первый принтер лазерного типа был создан именно Честером Карлсоном, который изобрел такой способ печати, как электрография и дал старт дальнейшему развитию истории создания принтера. Суть созданной им технологии заключается в использовании фотобарабана, представляющего собой алюминиевую трубку со светочувствительным слоем. На эту деталь осуществляется подача отрицательного заряда и луч лазера, пробегая по ее поверхности, снимает часть заряда в зонах, предназначенных для нанесения печати.

Фотобарабан, в свою очередь, во время работы вращается и покрывается красящим порошком в тех местах, где заряд уменьшился при помощи луча лазера. В дальнейшем эта трубка из алюминия соприкасается с листом и передает ему весь тонер, прилипший к светочувствительному слою. Затем бумага подвергается воздействию специальной печи, где красящий порошок крепко спекается с его поверхностью.

Честер Карлосон после получения первого в мире ксерографического изображения еще долго не мог воплотить свои идеи в реальность. Получив отказ от войск связи страны и IBM, ему спустя несколько лет, в 1946-м году удалось наконец-то найти фирму, которая дала согласие заняться производством разработанных им электростатических копиров. Данной организацией оказалась Haloid Company, основанная в 1906-м году. Изначально эта компания специализировалась на производстве фотобумаги, но в дальнейшем она сменила название на Haloid Xerox (1958-й год), после чего стала именоваться Xerox Corporation (1961-й год).

Первый аппарат был выпущен в продажу под названием Model A лишь в 49-м году прошлого столетия. В целом он был довольно сложным в использовании, т.к. здесь требовался ручной труд и весьма громоздким. Чтобы сделать копию документа с помощью Model A, пользователю требовалось выполнить несколько ручных действий. Т.е. этот аппарат не работал в автоматическом режиме, что создавало некоторые неудобства при его использовании. Но на этом развитие первого принтера, использовавшего для печати технологию электрографии и выпущенного в массовое производство, не остановилось.

Появление первого лазерного принтера

Спустя десять лет после появления Model A на рынке стали реализовывать новый ксерограф, который на этот раз был полностью автоматизирован. Назывался он следующим образом: Xerox 914. Следует отметить, что возникновение новой модели такого аппарата позволило существенно упростить печать копий. Xerox 914 был способен выдавать около семи копий ежеминутно! Именно этот изобретенный в 1959-м году аппарат стал прообразом всех принтеров, использующих лазерную технологию печати, которые начали появляться в дальнейшем.

Что касается непосредственно лазерных принтеров, то над их разработкой компания Xerox начала усиленно трудиться в 69-м году прошлого века. Но успеха удалось добиться лишь девять лет спустя, когда Гэри Старкуезеру удалось улучшить технологию работы имеющихся в те годы копиров с помощью добавления к ней лазерного луча. Таким образом, появился первый принтер лазерного типа. Аппарат, которому дали название Xerox 9700 мог распечатывать около 120 страниц ежеминутно. Но его размеры были уж очень большими, а стоимость заоблачной для тех времен – 350 долларов США. По этой причине данная модель не могла стать действительно широко распространенным и доступным для каждого дома вариантом.

Стоит добавить, что появление первого лазерного принтера могло произойти и раньше, если верить компании IBM, которая утверждает, что уже в 1976-м году их лазерное печатающее устройство под названием IBM 3800 уже вовсю работало в F.W.Woolworth – Североамериканский Дата Центр. В целом споры о том, кто изобрел первый принтер, основанный на лазерной технологии, печати идут до сих пор.

Дальнейшее развитие

В 1979-м году представило пользователям новую модель лазерного принтера, которая на этот раз была настольной — LBP-10. Через год компания выпустила еще один новенький аппарат, на этот раз — LBP-CX. Следует отметить, что история развития принтеров в начале 80-х годов стала набирать некоторые обороты, т.к. спрос на эти аппараты достиг высоких значений.

Но для развития своей маркетинговой политики и продвижения продаж на рынке, связанном с устройствами обработки данных компании Canon требовались сильные партнеры. В первую очередь она обратилась с предложением к одному из подразделений Xerox Corporation, но в ответ получила отказ, т.к. данная компания сама на тот период времени занималась вместе с одной японской фирмой разработкой лазерного печатающего устройства, которое должно было стать лучшим настольным вариантом в мире.

В итоге выбор Canon пал на HP и итогом совместной деятельности этих двух компаний стал выпуск модели LaserJet (1984-й год), которая могла печатать до восьми страниц ежеминутно. Продажи нового принтера достаточно быстро росли, в результате чего данный сегмент рынка в те годы в большей степени принадлежал HP.

Дальнейшая история принтера, использующего лазерную технологию печати, связана с тем, что качество отпечатков новых моделей к началу 90-х годов прошлого столетия стало значительно лучше, а их стоимость упала ниже 1 тысячи долларов. Что касается первой модели лазерного принтера, обладающей цветной печатью, то она смогла появиться на свет в 1993-м году под брэндом компании QMS. Спустя пару лет, Apple удалось выпустить устройство, стоимостью 7.5 тысяч долларов.

Таким образом, спустя несколько десятков лет лазерные принтеры превратились в действительно доступные устройства, которые стали широко применять не только в офисах, но и в домашних условиях. Кроме того, ассортимент их моделей, имеющийся в современных магазинах просто поражает воображение. Поэтому выбирать оптимальное устройство нужно тщательно и кропотливо, ориентируясь не только на его стоимость или производителя, но также технические характеристики.