1 Dispozitive de afisare pe ecran

Monitorul este dispozitivul de iesire obisnuit al calculatoarelor personale, folosit pentru afisarea nu doar a rezultatelor, ci, in primul rand, a conversatiei utilizator-sistem de operare, de unde ii si vine numele.

Evolutia monitoarelor nu este la fel de spectaculoasa ca cea a calculatoarelor, iar perfectionarile aduse nu conduc la miniaturizare totala, din cauza necesitatii respectarii limitarilor fiziologice ale vederii umane. Miniaturizarea acceptata este in privinta adancimii, evidenta la monitoarele "plate".

Este oarecum surprinzator faptul ca tehnologia monitoarelor are 100 de ani. Tubul catodic (CRT) a fost gandit de catre cercetatorul german Ferdinand Braun in 1897, dar a fost utilizat in televiziune abia in anul 1940. Desi tuburile catodice din monitoarele moderne au suferit o serie de modificari in vederea imbunatatirii calitatii imaginii, ele functioneaza pe aceleasi principii.

In ciuda prezicerilor unei disparitii iminente, CRT pare sa domine in continuare piata calculatoarelor personale. Cu toata competitia dintre CRT si LCD (Liquid Crystal Display - afisare cu cristale lichide) sau dispozitive cu plasma, cele dintai (CRT) mentin o majoritate covarsitoare.

Din punct de vedere al modului de afisare a culorilor, monitoarele pot fi impartite in doua mari categorii: (1) monocrome si (2) color.

Monitoarele monocrome sunt denumite, uneori, in mod gresit, monitoare "alb-negru", dar acestea din urma sunt o a treia categorie, practic disparuta. Ele lucrau cu doar doua sau trei nivele de intensitate a spotului pe ecran, fiind, din acest motiv, doar terminale alfanumerice (eventual pentru desene liniare), nu complet grafice ca cele monocrome.

Montoarele monocrome nu este neaparat necesar sa aiba luminofor alb, ele putand fi realizate in portocaliu, verde etc.

Un monitor obisnuit pentru microcalculatoare contine suportul de afisare si circuite electronice pentru prelucrarea semnalelor R, G, B si de sincronizare. Suportul de afisare este elementul pe care are loc afisarea, de obicei un tub catodic (CRT), un dispozitiv cu cristale lichide (LCD) sau unul cu plasma. In mod obisnuit, suportul de afisare realizeaza o persistenta mica a imaginii (de ordinul milisecundelor, pentru a permite afisarea de imagini dinamice - animatii etc.), astfel incat este necesara reimprospatarea ei periodica. Stocarea continutului imaginii de afisat pentru preluarea pentru improspatare este realizata intr-o memorie speciala a adaptorului, sau, mai rar, intr-o zona de memorie a sistemului la care este conectat echipamentul de afisare. O solutie speciala pentru evitarea reimprospatarii o constituie utilizarea tuburilor catodice cu memorie.

1.1 Tubul catodic conventional

Constructia principiala a unui tub catodic conventional este prezentata in figura 1.

Catodul are functia de emisie a electronilor care sa realizeze afisarea prin bombardarea luminoforului de pe ecran. Filamentul are rolul de a incalzi catodul, pentru marirea debitului de electroni emisi de catod.

Grila de comanda are functia de a modifica intensitatea fluxului de electroni ce pleaca spre ecran.

Blocul de accelerare are rolul de a mari viteza fascicolului de electroni pana cand energia acestora este suficienta pentru a face vizibila zona de impact cu ecranul (cu stratul de luminofor). Accelerarea se face in camp electrostatic (10 . 30 kV).

Blocul de focalizare are functia de modificare a zonei de impact a fluxului de electroni pe stratul de luminofor si este elementul determinant pentru calitatea afisarii. Focalizarea poate fi realizata prin camp electric sau prin camp magnetic.

Blocul de deflexie are rolul de a permite pozitionarea spotului (petei luminoase) in diverse locuri pe ecran (figura 2). Deflexia poate fi realizata in camp electric sau magnetic. Deflexia magnetica are avantajele realizarii unui spot de dimensiuni mai mici si necesita tensiuni mai mici de comanda la o sensibilitate mai mare decat deflexia electrostatica, dar consuma putere mai mare si are un raspuns in frecventa mai slab.

Figura Tub catodic conventional

Stratul de luminofor are rolul de a transforma energia cinetica a electronilor la impact in radiatie luminoasa (vizibila). Vederea umana depinde de fenomene chimice care se produc in celulele retinei atunci cand lumina cade pe ele. Aceste procese au constante de timp mai mari in comparatie cu fenomenele optice produse pe ecranul unui tub catodic. Deoarece imaginea obtinuta pe stratul de luminofor are persistenta mica, ea trebuie repetata cu o frecventa ce depinde de comportarea aparatului de vedere uman. In general, se admite ca o imagine fara palpaire se obtine daca ea este repetata cu o frecventa de cel putin 20 Hz.

Pentru a obtine calitati de stralucire, persistenta si culoare optime, materialul luminofor depus este un amestec de diferite materiale cu caracteristici complementare. Aceste substante (pentru dispozitivele monocrome) sunt codificate P1 . P40, in functie de culoare si persistenta. Caracteristicile stratului de fosfor (diametrul particulelor 5 . 15 mm) influenteaza dimensiunea spotului pe ecran (punct sau pixel).

Figura Functionarea tubului catodic

1.2 Tubul catodic cu memorie

Tubul catodic cu memorie permite afisarea fara a fi necesara reimprospatarea imaginii. Tunul (generatorul de fascicul de electroni) de scriere genereaza o structura de sarcini pe un strat subtire de material izolator sprijinit pe un ecran reticular fin (grila de memorare), prin emisie secundara de electroni din dielectric (ramanand o incarcare pozitiva). A doua sursa de electroni, tunul de injectie, genereaza in directia ecranului un flux paralel de electroni. Acesti electroni de energie mica trec prin grila de memorare in zonele cu sarcini pozitive (atinse de fasciculul de scriere), dar sunt respinsi de zonele ramase incarcate negativ, fiind captati de grila colector. Dupa ce trec de grila de memorare, electronii fluxului lent sunt accelerati spre ecran, unde in mod continuu, excita luminoforul, producand lumina. Imaginea vizibila pe ecran va fi replica imaginii electrostatice latente de pe grila de memorare. Astfel, o singura trecere (baleiere/scanare/explorare) a fasciculului de scriere modulat produce un relief de sarcini care genereaza o structura luminoasa pe ecranul fluorescent. Electronii pentru bombardarea ecranului au o viteza redusa (energie mica) si produc o emisie secundara neglijabila. Acestia au un efect redus asupra reliefului de sarcini, care odata format, poate dura zeci de ore. Stergerea imaginii se face global, prin procedee speciale. Pentru utilizare la echipamente interactive s-au dezvoltat metode de stergere selectiva, relativ complexe.

1.3 Tubul catodic color

Tuburile catodice conventionale (monocromatice) genereaza o imagine ce se caracterizeaza doar prin deosebiri ale intensitatii diferitelor puncte. Pentru reprezentari grafice, aceste imagini au un continut relativ scazut de informatii, ochiul putand sa deosebeasca un numar relativ mic de nivele de stralucire. Cresterea continutului informational al imaginilor grafice se poate realiza prin modificarea celeilalte caracteristici: nuanta. Obtinerea unor imagini cu ambele caracteristici variabile (intensitate si nuanta) este posibila cu ajutorul tuburilor catodice color.

Nuanta este caracterizata obiectiv de lungimea de unda dominanta. Intensitatea senzatiei de culoare este exprimata de saturatie sau de factorul de puritate, care indica pozitia culorii respective intre alb si culoarea saturata (pura).

Pentru exprimarea caracteristicilor de culoare, s-au stabilit trei culori primare fictive astfel incat toate culorile fizic realizabile sa poata fi obtinute prin amestecul aditiv al celor trei culori primare, in cantitati pozitive. Practica a aratat ca, din motive tehnologice si fiziologice, sistemul de trei culori primare utilizat pentru afisare pe tub catodic color (si in televiziune) nu poate fi bazat pe trei culori pure. Astfel s-au ales trei culori primare ce nu sunt monocromatice pure. Culorile ce pot fi redate pe tuburile catodice color (in sistemul RGB) sunt cuprinse in triunghiul format de culorile primare R, G, B in diagrama cromaticitatii, deci nu toate culorile din natura sunt reprezentabile pe ecran.

Exista mai multe metode pentru realizarea tuburilor catodice color, intre care apar diferente in modul de repartizarea a luminoforului pe ecran si in modul de selectare a nuantei dorite. Majoritatea tuburilor catodice color utilizeaza o masca perforata. Tubul catodic color cu masca are randamentul mai mic decat cel monocrom (o parte din fascicul este oprit de masca), necesita tensiuni mai mari pentru accelerare si circuite auxiliare complexe cu reglaje dificile.

In figura 3 este prezentat in principiu un tub catodic color, iar o solutie constructiva pentru un tub catodic color obisnuit este redata in figura .

Monitoarele color au trei tunuri separate (figura 3), unul pentru fiecare culoare fundamentala. Combinatia de diferite intensitati de rosu, verde si albastru creeaza iluzia a milioane de nuante. Amestecul realizat este aditiv. Imaginile sunt create cand electronii expulzati din tun converg catre pata de material luminofor corespunzatoare si fiecare pata este iluminata intr-o masura mai mare sau mai mica. Cand acest lucru se intampla, lumina este emisa in culoarea petei respective.

Fiecare tun emite electroni (incarcare electrica negativa) care sunt atrasi inspre ecranul captusit cu luminofor de catre un anod puternic incarcat pozitiv, localizat langa ecran. Stratul de luminofor contine trei tipuri de luminofor, generand lumina in cele trei culori fundamentale. Luminoforul e depus sub forma de mici pete circulare, organizate in grupuri de cate trei de culori diferite formand triunghiuri echilaterale, sau sub forma de benzi verticale, cu zone colorate alternant (RGBRGB).

Figura Tub catodic color

Moleculele de material luminofor dintr-un grup sunt atat de apropiate, incat ochiul uman (privind de la o distanta suficienta) percepe combinatia ca pe un pixel de nuanta uniforma. Inainte ca fasciculul de electroni sa loveasca punctele de material luminofor, trece printr-o masca perforata plasata exact in fata stratului de luminofor, cunoscuta ca 'masca de umbrire'. Scopul ei este sa "curete" lateral fasciculul de electroni, pentru a lovi cu acuratete zonele individuale de luminofor de culoare corespunzatoare si sa minimalizeze efectul de dispersie, prin care tunul pentru o culoare trimite electroni pe luminofor de alta culoare.

Un aspect important al functionarii monitorului este stabilitatea imaginii pentru o anumita rezolutie si o paleta de culori alese. Aceasta stabilitate depinde de calitatea circuitelor de sincronizare.

Este importanta corelarea performantelor monitorului cu cele ale placii grafice. Nu se recomanda un adaptor grafic de mare performanta, capabil de o rezolutie foarte mare, daca monitorul disponibil nu poate procesa corect semnalul (sincronizare, focalizare etc.).

Figura Constructia unui tub catodic color

Principalele caracteristici ale unui monitor sunt:

rezolutia maxima

frecventele de sincronizare

modul intretesut/neintretesut.

1.3.1 Rezolutia si frecventele de sincronizare

Rezolutia reprezinta dimensiunea imaginii afisate pe ecran, exprimata prin numarul de pixeli distincti ce pot fi afisati pe ecran pe orizontala si pe verticala. Rezolutia standard VGA este de 640 x 480 pixeli, iar SVGA 800 x 600 sau 1024 x 768 pixeli. Rezolutia maxima a unui monitor cu tub catodic color este limitata de dimensiunile zonelor elementare de luminofor de pe ecran, de banda de frecvente a procesorului de semnal si de stabilitatea sistemului de sincronizare. Distanta obisnuita intre centrele perforatiilor mastilor corespunzand la doi pixeli adiacenti este de 0,250,28 mm, frecventa maxima a semnalului 200 MHz, sincronizare orizontala in gama 3095 kHz, sincronizare verticala in gama 50120 Hz, ceea ce permite rezolutii de pana la 1600 x 1280 pixeli (la diagonala de 430 mm - 17 in - cu masca de 0,25 mm) la frecventa de 75 Hz sau 1280 x 1024 pixeli (la diagonala de 430 mm - 17 in - cu masca de 0,28 mm) la frecventa de 85 Hz, neintretesut.

1.3.2 Interlacing (intretesere)

Un monitor lucreaza cu intretesere atunci cand fasciculul de electroni baleiaza intai liniile impare ale unui cadru, apoi pe cele pare. Este sistemul utilizat de televiziunea clasica, pentru ca la o frecventa efectiva a cadrelor de 25 Hz sa micsoreze palpairea, avand o frecventa a semicadrelor dubla, de 50 Hz. Tehnica a fost preluata si la dispozitivele de afisare ale calculatoarelor, pentru a reduce palpairea fara necesitatea lucrului la frecvente mari de sincronizare.

Functionarea neintretesuta realizeaza liniile in secventa normala.

1.3.3 Masti si distanta dintre puncte (dot pitch)

Rezolutia maxima a unui monitor este dependenta de distanta fizica intre grupurile adiacente de luminofor, care este intre 0.25 - 0.28 mm. O distanta mai mica asigura o imagine mai precis conturata, detalii mai bune. Distanta dintre puncte este o marime constructiva, intrinseca echipamentului respectiv, astfel incat modificarea ei nu este posibila.

Ca exemplu, pentru un ecran cu diagonala de 17 in ≈ 430 mm (aspect normal de 4/3) si masca de 0,25 mm, rezulta o latime a ecranului de:

deci un numar de 344/0,25 = 1376 coloane de triade de luminofor color, adica de pixeli. Admitand o mica eroare la afisare, se poate declara ca rezolutie valoarea standard imediat mai mare, 1600 pixeli. Pentru verticala, numarul de pixeli este 430 · 0,6 / 0,25 = 1032, deci se va declara valoarea de 1280 pixeli.

Se utilizeaza mai multe tehnologii pentru masti:

dot trio

arperture grill

slotted mask

enhanced dot pitch

Dot trio (figura 5,a)

Majoritatea monitoarelor au depuneri circulare de luminofor, dispuse triunghiular. Aceste grupuri formeaza asa numitele triade si aranjamentul lor este numit trio de puncte (dot trio). Masca este localizata direct in fata stratului de luminofor, fiecare perforatie corespunzand unui trio de puncte de luminofor. Pentru a nu exista distorsiuni ale fluxului de electroni, masca se confectioneaza din invar (aliaj cu coeficient de dilatare controlat). Acest tip de masca este utilizat de monitoarele Toshiba si Panasonic.

Aperture Grill (figura 5,b)

Este utilizat de monitoarele firmei Sony cu tunurile Pan Focus si Trinitron, care sunt plate pe directie verticala si curbate pe orizontala (invers decat tuburile conventionale). Mitsubishi a folosit acelasi design ca si Sony pentru tubul Diamondtron.

In consecinta, tuburile Trinitron folosesc masti care separa liniile in intregime in loc de fiecare punct. Sony a numit acestea "gratar de apertura" (aperture grill), masca fiind, de fapt, o serie de fasii inguste din aliaj special. Aperture grill are linii de luminofor continue, astfel incat se bazeaza pe acuratetea fascicolului de electroni pentru a defini marginea de sus si de jos a unui pixel. Din moment ce mai putin din suprafata ecranului e ascunsa de masca, iar luminoforul e continuu pe verticala, mai mult din acesta poate fi bombardat, rezultand astfel o imagine mai luminoasa.

Slotted Mask (figura 5,c)

Prin combinarea avantajelor celor doua tipuri prezentate mai sus, NEC a dezvoltat o masca hibrida care este intalnita in monitoarele Chroma Clear (1996).

   

a. b.

   

c. d.

Figura Tipuri de masti

Slotted Mask ("masca cu fante") este stabila mecanic datorita puntilor orizontale, dar expune mai mult luminofor decat solutia dot trio.

Rezultatul nu e chiar atat de luminos ca la aperture grill, dar mult mai stabil si luminos decat dot trio.

Enhanced dot pitch (figura 5,d)

Acest model a fost introdus de firma Hitachi in 1997 si se caracterizeaza prin dispunerea intr-un triunghi isoscel a grupului de puncte.

Firma Hitachi a redus distanta dintre punctele de luminofor pe orizontala fata de dot trio, creand un trio de puncte care seamana mai mult cu un triunghi isoscel. Pentru a evita spatiile intre trio-uri care ar putea reduce calitatea acestui aranjament, punctele sunt alungite, astfel incat ele sunt ovale, nu circulare.

1.3.4 Controlul imaginii

Imaginile afisate pe monitor de catre placa grafica sunt afectate de distorsiuni.

Distorsiunile care pot aparea pe ecran sunt redate in figura 6.

Distorsiunile de tip butoi, respectiv pernita produc o deformare a imaginii printr-o curbura spre marginile laterale.

Figura Distorsiuni specifice

Butonul de corectie a distorsiunilor de tip trapez, poate sa indrepte laturile care se departeaza, iar cel de corectie a distorsiunilor de tip paralelogram va evita ca imaginea sa se "foarfece". Unele modele permit chiar rotirea intregii imagini. Aceste corectii nu pot fi, de regula, realizate de utilizatorul obisnuit, pentru a nu risca o degradare si mai pronuntata a imaginii.

In ceea ce priveste ergonomia, este de preferat ca utilizatorul sa priveasca monitorul orizontal sau sub un unghi de maxim 15 grade (figura 8) de la o distanta de minim 40 cm.

Figura     Ergonomia monitorului

2 Imprimante

Imprimantele sunt echipamente destinate realizarii unor inregistrari permanente de date, sub forma unor secvente de caractere grafice discrete ce apartin unui set de caractere definit. Pentru a depune caracterele cu forma dorita, imprimantele pot folosi doua metode: copierea formei si construirea din puncte. In prima metoda, exista un suport de caractere ce contine in relief, toate caracterele din set, de exemplu un tambur, o banda sau o rozeta. Aceasta metoda permite doar imprimarea alfanumerica. A doua metoda, denumita si matriceala sau mozaic, este o metoda raster. Pentru imprimarea caracterelor alfanumerice se procedeaza asemanator afisarii pe ecran prin metoda raster. Pe baza combinatiei de cod corespunzatoare caracterului de imprimat, dintr-o memorie speciala - generatorul de caractere - se extrage imaginea rasterizata a acestuia, care este utilizata pentru a comanda actionarile unor elemente de imprimare "punctiforme": ace, microrezistente, electrozi etc. Imprimantele matriceale sunt, deci, capabile de a realiza si inregistrarea unor informatii grafice. In acest scop trebuie implementate functii speciale in sistemul lor de comanda, caz in care sunt numite imprimante grafice.

Metodele fizice utilizate pentru imprimare sunt grupate in doua clase: prin impact, respectiv fara impact. Imprimarea prin impact are loc prin transferul de substanta colorata de pe o banda impregnata pe hartie in timpul unei ciocniri. Se utilizeaza ciocnirea (impactul) pentru a obtine forte relativ mari pe durate foarte mici. Pentru imprimare color, banda impregnata are trei sau patru zone colorate in nuante fundamentale (CMYK sau, mai rar, RGBK). Metodele fara impact sunt practic identice cu cele utilizate si de plotere: termice, electrostatice, electrofotografice (cu laser), cu jet de cerneala, fotografice. Spre deosebire de plotere, imprimantele pot lucra doar cu hartie de mici dimensiuni (latimea obisnuita este cea a formatelor A4 sau A3). Rezolutia imprimantelor matriceale prin impact este intre 3 si 10 puncte pe milimetru (tipic 80-240 dpi - dots per inch). Imprimantele fara impact realizeaza rezolutii mult superioare, de 10-50 puncte pe milimetru (tipic 240-1200 dpi). O imprimanta cu laser de birou produce 6-12 pagini pe minut.

Din punct de vedere al succesiunii realizarii inregistrarii, imprimantele sunt de trei tipuri: de caractere, de linii si de pagini. Imprimantele de caractere - cunoscute si sub numele impropriu de imprimante seriale - realizeaza caracterele unei linii succesiv, prin deplasarea corespunzatoare a capului de imprimare. Este tipul obisnuit pentru imprimantele de birou prin impact. Imprimantele de linii - cunoscute si sub numele impropriu de imprimante paralele - realizeaza intr‑un ciclu imprimarea tuturor caracterelor unei linii, intr‑o ordine aparent aleatoare (chiar simultan), ce depinde de considerente tehnologice. Este tipul de imprimante ce a dotat sistemele mari si minicalculatoarele (imprimante rapide), iar acum doteaza echipamentele pentru facsimile (fax) pe principiu termic (cu hartie speciala, "de fax"). Imprimantele de pagini realizeaza intr-un ciclu o intreaga pagina, cum fac, de exemplu imprimantele electrofotografice (laser) si cele electrostatice. Acest tip de imprimante sunt cele ce intra, la ora actuala, in configuratia sistemelor mari, minicalculatoarelor si microcalculatoarelor, avand debite de mii de pagini pe minut la versiunile mari.

Unele aplicatii, cum ar fi cele tipografice, cer o inregistrare separata a imaginilor ce corespund culorilor fundamentale. In acest scop, exista programe specializate ce creeaza aceste fisiere dintr-un fisier in format standard.

Calitatea imprimarii implica:

rezolutia;

numarul de nuante;

respectarea formei corecte a caracterelor imprimate;

continuitatea liniei medii a caracterelor;

densitatea optica relativa a liniilor;

alinierea caracterelor;

lipsa defectelor specifice (pete, caractere fantoma etc.).

O rezolutie mare si multe nuante asigura o calitate ridicata a imprimarii.

Global, calitatea imprimarii poate fi exprimata prin incadrarea in una din trei categorii: calitate vizuala (draft pentru verificari), calitate NLQ (Near Letter Quality­ aproape LQ) si calitate pentru scrisori (LQ - Letter Quality). Calitatea vizuala este cea mai putin pretentioasa, cerand doar posibilitatea de recunoastere a caracterelor de catre om. Calitatea pentru scrisori este cea mai pretentioasa, fiind realizabila doar cu rezolutii mari, peste 300 dpi. Se poate considera si un al patrulea nivel de calitate, superior, pentru documentele ce urmeaza a fi tiparite/multiplicate prin procedee tipografice, ca si carti, reviste etc. Rezolutia necesara este de minim 1200 dpi.

2.1 Imprimante electrofotografice (cu laser

In anii 1980, imprimantele predominante au fost cele matriceale si cele cu laser, iar cele cu jet de cerneala nu au fost suficient de dezvoltate (pana in anii 1990). Imprimantele cu laser au fost introduse de firma Hewlett-Packard in 1984, bazat pe o tehnologie dezvoltata de Canon. Imprimantele laser lucreaza in mod similar cu un foto-copiator, diferenta fiind sursa de informatie. In cazul copiatoarelor electro-fotografice, lumina este modulata de un document, originalul, pe cand la imprimante - de semnalul de la calculator. In ambele cazuri lumina creeaza o imagine electrostatica a paginii pe un suport fotosensibil, care va atrage selectiv o pulbere pigmentata (toner) ce va fi, apoi, transferata pe hartie.

Imprimantele cu laser au devenit repede populare datorita calitatii imprimarii si datorita pretului relativ scazut al materialelor consumabile (toner). Rezolutia de 600 dpi a devenit standard. Datorita scaderii continue a pretului si datorita calitatii de tiparire mentionate, in foarte scurt timp, imprimantele laser au devenit foarte accesibile.

Imprimantele cu laser au o serie de avantaje fata de tehnologia rivala a imprimarii cu jet de cerneala. Imprimantele cu laser au o calitate mai buna pentru documentele text (negru) si tiparesc un pret pe pagina mai mic decat cele cu jet de cerneala.

Constructia imprimantei este mai pretentioasa decat a unui calculator de uz general. Procesorul de imagine raster RIP (raster image processor ) este bazat pe un procesor RISC, elementele de lagaruire ale oglinzii (octogonale) (figura 8) sunt executate dupa tehnologii avansate, alegerea materialelor pentru cilindru si toner este facuta cu o deosebita atentie.

Transferul datelor

Imprimanta cu laser are nevoie de toate informatiile despre pagina ce urmeaza a fi tiparita, in memoria sa, inainte de a incepe tiparirea (este o imprimanta "de pagini"). Modul in care imaginea este comunicata de la calculator la imprimanta depinde de tipul de imprimanta. Imaginea care se transfera poate fi de tip:

1. bitmap ("harta de biti")

2. vectorial

Cel mai banal mod de transfer este cel punct cu punct obtinandu-se o imagine bitmap. O imagine bitmap are un format (de editare, de memorare) la nivel de bit Se considera dimensiunile imaginii, L puncte (pixeli) pentru latime si H puncte pentru inaltime. In acest dreptunghi se afla L x H puncte. Definirea imaginii este echivalenta cu definirea "starii" fiecaruia dintre puncte. Starea unui punct este data de nuanta lui. Memorarea unei imagini alb - negru este simpla si sunt necesari L x H biti (0= pixel alb, 1 = pixel negru). Imaginile in nuante de gri sau color au asociata o paleta. Aceasta paleta reprezinta totalitatea valorilor posibile pentru "culoarea" unui pixel.

O imagine de tip vectorial este memorata la nivel de "vectori" (nu de bit). Spre exemplu un segment este memorat prin coordonatele punctului de start si al celui final, un cerc prin coordonatele centrului si dimensiunea razei etc.
Caracterele alfanumerice sunt formate din segmente de dreapta si de curbe si deci pot fi definite in acelasi mod, dar solutia recomandata este de a utiliza forme de caractere predefinite; cum sunt formatele TrueType .

2.1.2 Mod de operare

Cand imaginea care trebuie tiparita este comunicata imprimantei prin limbajul descriptor de pagina, prima sarcina este sa converteasca instructiunile in imagine bitmap. Aceasta prelucrare o face procesorul intern al imprimantei si rezultatul este o imagine (in memoria imprimantei) cu ajutorul careia fiecare punct va fi plasat pe hartie. Modelele desemnate ca "imprimante Windows" nu au procesorul lor propriu. In acest caz PC-ul gazda creeaza imaginea bitmap si o scrie direct in memoria imprimantei.

"Inima" unei imprimante laser este un cilindru rotitor acoperit cu semiconductor (OPC - organic photo-conducting cartridge), pe care un sistem de electrozi (Corotron) realizeaza o incarcare uniforma cu sarcini electrice (figurile 8 si 9). Cu ajutorul unei raze laser, modulata in conformitate cu imaginea de realizat (pagina de tiparit), se face o descarcare selectiva a suprafetei cilindrului. Raza e generata de o dioda laser si baleiaza toata latimea cilindrului cu ajutorul unei oglinzi poligonale rotitoare. Dupa inscrierea informatiei de catre raza laser, are loc depunerea pulberii pigmentate (toner). Tonerul e retinut, in mod normal, pe suprafata unui tambur magnetic (pulberea avand proprietati magnetice). De pe tamburul magnetic, tonerul este atras de sarcinile electrice ramase pe cilindrul fotosensibil. Din punct de vedere electric, tonerul este incarcat negativ si de aceea este atras de zonele incarcate pozitiv de pe suprafata cilindrului. Astfel, la o rotatie completa a cilindrului se incarca intregul continut al paginii ce urmeaza a fi imprimata. Urmeaza, apoi, statia de transfer, unde are loc trecerea tonerului pe hartie. Hartia este adusa in contact cu cilindrul cu ajutorul unor role din cauciuc. Imaginea de pe cilindru se transfera pe hartie. Zonele neincarcate de pe suprafata cilindrului nu atrag toner, deci va rezulta o suprafata alba pe hartie.

Dupa depunerea tonerului, hartia este trecuta prin statia de fixare, unde, prin caldura si presiune, tonerul este fixat pe hartie. Fixarea este favorizata de compozitia speciala a tonerului, care, pe langa oxid de fier, contine si un material plastic.

Cilindrul fotosensibil este, apoi, curatat de resturile de toner, devenind pregatit pentru un nou ciclu. Pentru a se usura curatarea, se ilumineaza toata suprafata cilindrului pentru a se descarca sarcinile electrice si, deci, a elimina fortele de retinere electrostatice.

Este evident faptul ca procesul imprimarii electrofotografice este bazat pe o combinatie complexa de fenomene fizice, chimice si de tehnici mecanice si optice. Din acest motiv, diversi producatori ofera ansambluri complete, numite "masini de imprimare" (print engines), continand partea propriu‑zisa de realizare a imprimarii. Producatorii de imprimante laser combina aceste masini cu propriile circuite electronice si programe aferente pentru a obtine o imprimanta completa. Electronica acestora este compusa dintr-un procesor rapid si o memorie cu capacitate suficient de mare, pentru a putea memora imaginea intreaga a unei pagini relativ complexe, reprezentata ca o harta de biti. De asemenea, memoria interna mai poate stoca si seturi de caractere des utilizate, altele fiind continute in casete de memorie amovibile.

Majoritatea imprimantelor accepta comenzi de descriere a paginilor de tiparit (spre deosebire de cazul simplei acceptari a reprezentarii unei pagini prin harta de biti construit). Aceste comenzi sunt formulate in limbaje speciale, precum PCL (dezvoltat de firma HP), sau PostScript (dezvoltat de Adobe).

Figura Imprimanta laser

La peste 600 dpi, imprimantele laser pot oferi o calitate rezonabila in tiparirea unor fotografii alb-negru, insa tehnologia este mult mai complicata decat pare, deoarece, in mod normal, pe ecran pixelii au nuante diferite, dar pe hartie punctele depuse sunt negre, de aceeasi intensitate. Pentru a simula tonuri de gri se utilizeaza tehnici precum halftoning si dithering, ceea ce scade rezolutia geometrica, dar creste rezolutia de culoare.

Multe din asa numitele laser printer sunt, de fapt LED printers, principiul ramanand acelasi, electrofotografic. Acestea reprezinta alternativa ieftina a imprimantelor laser conventionale, in care laserul a fost inlocuit de un sistem de diode fotoemisive fixe. Metoda se regaseste in imprimantele produse de firmele Sharp si Oki. Avantajul acestora consta in faptul ca intreg complexul de LED-uri (cu densitatea de 300 LED/in pentru o rezolutie de 300 dpi) este mai ieftin decat laserul si se elimina sistemul complex de rotire a oglinzii. Dezavantajul principal este ca rezolutia pe orizontala este fixa. Contrastul este o problema dificila: sursele fotoemisive nu reusesc sa ilumineze numai o zona de pixel de pe tamburul optic, ci isi disperseaza emisia si pe zonele invecinate.

2.1.3 Imprimante laser color

In majoritate, imprimantele laser sunt echipamente monocrome, dar ca si majoritatea tehnologiilor mono, si imprimarea laser s-a adaptat la cea color.

Teoretic, orice nuanta poate fi obtinuta prin combinarea unor culori considerate primare. Practic insa, apar unele probleme in redarea culorilor de pe ecranul monitorului:

a.       imprimantele utilizeaza lumina reflectata pe cand monitoarele pe cea transmisa;

b.      monitoarele au fundal (background) negru pe cand imprimantele alb (de obicei hartie alba);

c.       spatiul de culoare al monitoarelor, RGB, si cel al imprimantelor, CMYK, sunt diferite.

De fapt, punctele b) si c) sunt consecinte ale punctului a).

Imprimantele laser color produc imaginea colorata pe pagina imprimanta in urma reproducerii de 4 ori a procesului electro-fotografic, odata pentru fiecare culoare, figura 10.

Figura     Principiul tiparirii cu imprimante laser color

Rezolutia acestor imprimante este in mod obisnuit 600 sau 1200 dpi. Deoarece generarea imaginii bitmap, dinaintea tiparirii, presupune memorarea acesteia, adica a unui volum foarte mare de date (de exemplu o imagine 1200 x 1200 dpi pentru o pagina care are aproximativ 623 cm² - 90 in² necesita 129 milioane de pixeli si pentru 4 biti/pixel, imprimanta va avea nevoie de aproximativ 60 MB doar pentru memorarea hartii de biti), este nevoie de o capacitate foarte mare a memoriei interne, in afara memoriei alocate procesoarelor (program si date) sau necesare stocarii fonturilor. Aceasta face ca aceste imprimante sa fie foarte scumpe, insa tiparirea este relativ rapida (3 . 5 pagini pe minut), calitatea ridicata si imaginile obtinute sunt stabile in timp.

Si in acest domeniu al imprimantelor laser color s-au facut cercetari pentru dezvoltarea lor, cresterea vitezei, a calitatii etc. Pionieratul a fost efectuat de firma Lexmark care a ajuns la 12 pagini pe minut (toamna 1998) echivalent cu viteza unei imprimante monocrome, prin procesarea simultana cu patru tonere si o singura trecere. Imprimanta Lexmark Optra Colour 1200N utilizeaza in loc de un laser - LED-uri, si pentru fiecare culoare procesarea se face separat. Fiecare cartus cu toner este fixat in spatele hartiei si fiecare culoare are cilindrul sau propriu. Datorita acestei structuri constructive, aceasta imprimanta este mai voluminoasa. Hartia parcurge traseul care se initiaza cu violet (magenta), turcoaz (cyan), apoi galben (yellow), iar negru (black) la sfarsit.

Imprimantele electrofotografice color asigura imprimarea pe diferite suprafete, fara probleme, si asigura stabilitatea imaginilor in timp.

Viitorul acestor imprimante este ca si asigurat, luand in considerare evolutia lor; de la aparitie pretul lor s-a injumatatit, iar calitatea imprimarii a crescut.

2.1.4 Consumabile

Periodic, cilindrul semiconductor trebuie schimbat, deoarece suprafata este uzata (stratul de semiconductor se subtiaza, chiar dispare), iar calitatea imprimarii se deterioreaza.

Un alt material consumabil il reprezinta tonerul. Perioada de viata a unui cartus de toner depinde de cantitatea de toner continuta, de tipul si numarul de imprimari efectuate. Daca se termina tonerul, cartusul este inlocuit. Sunt insa si situatii cand cartusul este un bloc comun cu cilindrul. Aceasta presupune un pret mai ridicat al consumabilelor, dar mai scazut al imprimantei, cilindrul fiind mult mai ieftin (durabilitate scazuta).

Componenta de baza a pretului intretinerii unei imprimante laser este pretul consumabilelor. Sunt in actualitate cercetarile efectuate asupra materialului cilindrului astfel incat acest element sa fie exclus de pe lista consumabilelor. Spre exemplu, firma Kyocera a fabricat imprimante care utilizeaza un cilindru din siliciu amorf. Acesta are o durata de viata egala cu cea a imprimantei, astfel ca imprimanta necesita doar alimentare cu toner.

2.1.5 Conditii de mediu

Tehnologia de imprimare electrofotografica duce la producerea de ozon in timpul procesului de imprimare. Nivelul de ozon emis depinde de locul unde este plasata imprimanta, respectiv de gradul de utilizare. Diverse asociatii au stabilit si limitat gradul de poluare cu ozon, pentru a nu fi periculos pentru organismul uman. De exemplu, normativele VDI (Germania) spunca "valoarea concentratiei admise la expunerea de scurta durata este de 0,2 ppm (parti per milion); . inhalarea ozonului, la concentratii de peste 1 ppm, provoaca indispozitii si oboseala, iar la expunere prelungita, reprezinta un grav pericol pentru sanatate. Simptomele de iritare apar la nivelul de 0,1 ppm, sau 0,2 mg/mc. Pragul olfactiv incepe inca de la 0,01 ppm, dar cedeaza dupa 5 minute".

Unele imprimante, datorita restrictiilor nivelului de ozon emis, sunt echipate cu filtre, care trebuie schimbate dupa un anumit numar de pagini imprimate (de exemplu 150.000). Obligativitatea utilizarii filtrelor a fost stipulata de hotararile unui birou american al Protectiei mediului industrial.

2.1.6 Limbaje de descriere a paginii (PDL - Page Description Language)

Pentru descrierea modului in care textul si grafica sunt plasate pe o pagina, in timpul tiparirii, imprimantele laser trebuie sa utilizeze un limbaj normalizat.

Majoritatea imprimantelor laser inteleg unul sau doua limbaje de descriere a paginii, care au devenit standard. Cel mai raspandit este PCL (Printer Control Language) si a fost introdus de Hewlett Packard inca din 1970 (prima versiune) pentru utilizare la imprimarea cu imprimantele cu matrice. Actual se lucreaza cu versiunea PCL6, implementata in 1996 pentru imprimantele LaserJet5, 5N si 5M. PCL6, complet rescris este flexibil, cu procesare rapida a documentelor grafice si ofera facilitati WYSIWYG (What You See Is What you Get - "ceea ce vezi pe ecran este ceea ce vei obtine la imprimanta"). Este ideal pentru scrierea paginilor WWW, deoarece nu necesita o previzualizare speciala. Imprimantele cu PCL asigura o rezolutie buna si ofera o gama de efecte speciale, de exemplu umbre.

Celalalt limbaj PDL standard este PostScript, introdus in 1985 de catre Adobe. PostScript descrie pagina vectorial si converteste in puncte utilizand un raster. Daca imprimanta dispune de un interpretor PostScript, ea poate realiza desene de buna calitate si de o complexitate mare. Asigura lucrul cu nuante de gri si sunt bine suportate de aplicatiile de grafica pe calculator. De aceea, imprimantele PostScript sunt recomandate specialistilor/profesionistilor in domeniile graficii.

PostScript este un limbaj de descriere a paginii care ofera flexibilitate in utilizarea fonturilor si includerea de grafica de inalta calitate. Cel mai cunoscut dintre limbajele de descriere a paginii, PostScript utilizeaza comenzi asemanatoare cuvintelor din limba engleza, cu care controleaza machetarea paginii, incarcarea fonturilor si scalarea lor. De asemenea Adobe System a creat limbajul de grafica Display PostScript, care ofera utilizatorilor caracteristica WYSIWYG (what-you-see-is-what-you-get = ceea ce vezi este ceea ce vei obtine), foarte util atunci cand sunt folosite metode diferite de afisare si de tiparire. Fontul descris este conform regulilor stabilite de limbajul de descriere PostScript si destinat tiparirii la o imprimanta compatibila PostScript. Fonturile PostScript, fiind vectoriale (procedurale) se deosebesc de fonturile bitmap prin conturul mai precis, respectand standardele de calitate utilizate in industria tipografica.

PostScript Level 1 a fost aplicat de catre Apple Macintosh. In urma cu cativa ani a aparut PostScript Level 2, care a oferit o serie de facilitati de imprimare: compresia datelor pentru imprimare rapida, perfectionarea algoritmilor "halftone/patterning/dithering" etc.

Ultima varianta este PostScript Extreme.

O alternativa ieftina pentru imprimantele laser care utilizeaza limbaje ca PCL sau PostScript este apelarea la sistemul de functii Windows GDI (Graphical Device Interface). Acesta utilizeaza calculatorul pentru a converti imaginea in format bitmap inainte de a trimite informatia catre tiparire, ceea ce face ca imprimanta utilizata sa fie mai ieftina, deoarece nu necesita procesor puternic, nici memorie de capacitate ridicata.

2.2 Imprimante cu jet de cerneala

Desi imprimantele cu jet de cerneala (inkjet) au aparut in anul 1980, ele au devenit disponibile larg abia in 1990, cand preturile lor au scazut. Tehnologia bubble jet a fost inventata accidental de firma Canon, in 1977, cand s-a constatat ca picatura de cerneala iese din acul unei seringi datorita caldurii. Asa a inceput dezvoltarea unei noi metode de imprimare.

Imprimantele cu jet de cerneala au avut o evolutie rapida in ultimii ani. Cele trei culori primare de imprimare au fost utilizate cativa ani si au fost urmate de modele cu patru culori. Schimbarea modelului cartusului a fost facuta treptat.

Culoarea este cea care face aceste imprimante atat de populare pentru utilizatori. Pe de alta parte, desi imprimantele cu jet de cerneala sunt mai ieftine la cumparare decat cele cu laser, sunt mult mai scumpe din punct de vedere al utilizarii. Cartusul imprimantei trebuie schimbat destul de des, hartia pentru obtinerea unei calitati deosebite a materialelor tiparite este speciala, si acestea fac ca imprimanta sa devina scumpa.

Daca se compara pretul pe pagina imprimata, imprimanta cu jet de cerneala este chiar de zece ori mai scumpa decat imprimanta laser.

De la inventarea principiului inkjet, imprimarea color a devenit foarte comuna. Cercetarile in tehnologia inkjet continua in sensul dezvoltarii ei, iar cu fiecare nou produs aparut pe piata se constata imbunatatirea performantelor.

2.2.1 Principiul de functionare

Imprimarea cu jet de cerneala, ca si cea electrofotografica, este o metoda fara impact. Cerneala este emisa printr-un orificiu (duza) si este trimisa pe hartie pentru a construi o imagine. Capul de imprimare baleiaza pagina in linii orizontale, fiind pus in miscare de un motor care ii asigura deplasarea de la stanga la dreapta si inapoi. Un alt sistem antreneaza hartia in directia perpendiculara. Fasii de imagine sunt imprimate pe hartie odata cu deplasarea acesteia.

Pentru a mari viteza, capul de imprimare nu tipareste la fiecare trecere doar un singur pixel, ci un sir vertical de pixeli deodata. La o imprimanta obisnuita, capul de imprimare parcurge intr-o jumatate de secunda o latime de hartie, uzual A La formatul obisnuit A4 (ca latime) imprimantele opereaza minim cu 300 dpi, ceea ce inseamna peste 2.480 puncte de-a latul hartiei. In viitor dezvoltarea fabricatiei se va axa pe o frecventa mai mare a imprimarii, pentru o rezolutie mai mare de 1200 dpi, iar viteza se va apropia de cea a imprimantelor laser color actuale (34 pagini pe minut in culori, 12 . 14 pagini pe minut monocrom).

Cea mai uzuala metoda de tiparire cu jet de cerneala este DOD (drop on demand - picatura la cerere). Acest mod este caracterizat de trimiterea de picaturi doar la nevoie, de cateva mii de ori pe secunda. O alta tehnica, practic abandonata, utilizeaza generarea continua de picaturi, cele care nu sunt necesare pentru hartie sunt deviate inapoi spre rezervorul de cerneala.

Duzele utilizate in imprimantele cu jet de cerneala au orificiul de dimensiunile diametrului unui fir de par. Datorita acestei dimensiuni duzele se pot infunda cu usurinta.

La imprimarea cu jet de cerneala se utilizeaza doua metode:

a. cu tehnologie termica

b. cu tehnologia piezo-electrica.

a. Tehnologia termica

Cele mai multe imprimante cu jet de cerneala folosesc aceasta metoda, care utilizeaza caldura pentru a crea presiunea care sa trimita cerneala spre hartie. Aceasta presupune trei etape, conform figurii 11.

Jetul de cerneala este initiat prin incalzirea cernelii pana la obtinerea unor bule de gaz, din cauza fierberii.

Presiunea creata in rezervor provoaca expulzarea cernelii pe hartie. In urma exploziei, in rezervorul de cerneala se creeaza un vid, care conduce la reumplerea rezervorului cu cantitatea de cerneala egala cu cea care a fost expulzata. Aceasta metoda este utilizata de firmele HP si Canon.

In imprimarea cu tehnologia termica se impun cateva restrictii: cerneala trebuie sa fie rezistenta la caldura iar utilizarea incalzirii necesita si un proces de racire care sa dureze un timp mai mic decat timpul necesar imprimarii. Aceasta inertie termica este unul din dezavantajele metodei.

Figura     Metode de imprimare cu tehnologia termica

Elementele foarte mici de incalzire sunt utilizate pentru a aduce cerneala in starea de a putea fi expulzate prin duze. Azi, un cap de imprimare are intre 300 si 600 duze in total, fiecare avand un diametru egal cu al unui fir de par (aprox. 70 µm). Aceasta asigura transferul unui volum de aproximativ 8 . 10 ·10^-6 mm³ si formarea unor puncte pe hartie care au diametrul de 50 . 60 µm. Pentru comparatie, cele mai mici puncte vizibile cu ochiul liber sunt in jur de 30 µm diametru.

Nuantele necesare se obtin prin combinarea culorilor CMY. Cativa (..8) stropi mici de cerneala de diferite culori pot fi combinati pentru a obtine marimi variabile de puncte intr-o paleta larga de nuante. Cerneala neagra este eliberata, in general, printr-un cap separat, care asigura un volum aproximativ de 35 ·10^-6 mm³.

Densitatea duzelor corespunde rezolutiei imprimantelor, deci are valori intre 300 . 600 dpi (chiar 1200 dpi).

Figura     Modul de obtinere a picaturilor de cerneala

Viteza de imprimare este data de frecventa cu care duzele pot face transferul de cerneala. Aceasta asigura o viteza de 4 . 8 pagini pe minut la imprimarea monocrom a unui text, respectiv 2 . 4 pagini pe minut pentru imprimare text si grafica color.

b.      Tehnologia piezoelectrica

Aceasta tehnologie este utilizata de firma Epson si se caracterizeaza prin utilizarea unui cristal piezoelectric pe unul din peretii rezervorului de cerneala (figurile 13 si 14). Acesta este in forma de placa si se incovoaie cand este supus la o diferenta de potential electric intre cele doua fete principale. Astfel, pentru obtinerea unui punct de cerneala pe hartie, se aplica o tensiune elementului piezoelectric, care prin incovoiere va provoca expulzarea unei picaturi de cerneala prin duza.

Avantajul principal al metodei piezoelectrice este ca asigura un control mai bun asupra formei si marimii picaturii de cerneala.

Spre deosebire de tehnologia termica, aici nu mai intervin inertii importante. Aceasta conduce la o viteza superioara. Imprimantele Epson au pentru cerneala neagra 128 duze, iar pentru cea color (CMY) 192 duze (cate 64 pentru fiecare culoare), corespunzator unei rezolutii de 720 dpi.

Figura     Principiul de imprimare cu tehnologie piezo

Figura     Modul de eliberare a unei picaturi de cerneala

Deoarece prin procedeul piezo se pot obtine puncte mici cu forme perfecte cu o mare acuratete, Epson este capabil de a oferi o rezolutie de 1440 dpi cu capete de 720 dpi, desi aceasta se realizeaza printr-o dubla trecere a capului de imprimare, deci o micsorare considerabila a vitezei de imprimare. Cerneala utilizata de imprimantele Epson cu tehnologie piezo asigura uscare foarte rapida. Calitatea imprimarii prin aceasta metoda este foarte buna.

2.2.2 Calitatea imprimarii

Se urmaresc doi factori: rezolutia geometrica si rezolutia de culoare.

In practica, utilizatorii aleg imprimantele functie de cerinte. Astfel, profesionistii in arta grafica vor opta pentru a avea numarul de nuante cat mai mare, pentru a asigura o imagine de calitate fotografica, pe cand un utilizator din domeniul comercial, de exemplu, va avea pretentii privind rezolutia, pentru a obtine o buna calitate a textului si a imaginilor.

Cele mai multe imprimante color sunt echipate cu un sistem de comanda cu doua stari, cu ajutorul carora punctele de nuante de baza sunt sau nu sunt tiparite; variante intermediare, cum ar fi tiparirea unei jumatati de punct, nu sunt posibile. Daca punctele de cerneala pot fi combinate doua cate doua pentru a obtine o nuanta intermediara, atunci imprimanta binara CMYK poate reda opt culori "pline": turcoaz (C), violet (M), galben (Y), rosu (M+Y), verde (C+Y), albastru (C+M), negru (K) si alb (cand nu se depune cerneala). Aceasta insa nu ofera o suficient de mare paleta de culori pentru cele mai multe aplicatii.

Cresterea rezolutiei de culoare se poate obtine prin software: halftoning, patterning, dithering cu oarecare degradare a rezolutiei geometrice.

Pentru a obtine un numar mai mare de nuante, exista si solutii hardware. Pentru aceasta, imprimanta trebuie sa fie capabila sa realizeze puncte de diferite marimi, adica sa fie capabila sa controleze cantitatea de cerneala ce formeaza o picatura. Pentru a obtine rezolutii de culoare de 24 de biti (peste 16 milioane de nuante), fiecare cerneala trebuie sa poata fi generata in 256 de cantitati diferite (in rapoartele 0, 1, 2,, 255).

Imaginea cu tonuri continue (de exemplu o fotografie de mare rezolutie) este imaginea in care nuantele sunt reprezentate, practic, prin intensitati continuu variabile, fara a fi evidenta o rasterizare, si nu prin grupuri de puncte sau prin puncte cu dimensiunea variabila, asa cum se procedeaza in cazul ilustratiilor obisnuite din carti sau din ziare.

Tiparirea in tonuri continue poate fi realizata in mod satisfacator prin tehnica sublimarii.

Recent au aparut pe piata imprimantele cu sase culori, specifice cerintelor calitatilor fotografice. Aceste procedee suplimenteaza cu doua culori setul de cerneluri: turcoaz deschis si violet deschis, si conduc la obtinerea unor puncte foarte mici si foarte luminoase.

Imprimantele cu sase culori produc tonuri mai vii si mai subtile precum si o mai fina gradare a culorilor decat standardul CMYK, dar par inutile pentru viitor, cand volumele picaturilor se asteapta sa scada de la 8 . 10 ·10^-6 mm³ azi, la 2 . 4 ·10^-6 mm³. Micsorarea picaturilor de cerneala va reduce, de asemenea, si numarul de tonuri cerute.

2.2.3 Cerneala

Cerneala si hartia au o importanta determinanta cand se urmareste un rezultat de calitate la imprimare.

Rezultatul imprimarii cu jet de cerneala poate fi de la calitate slaba, cu culori spalacite si cu benzi discrete vizibile, pana la excelent, aproape de calitatea fotografica.

In imprimantele cu jet de cerneala sunt utilizate doua tipuri de cerneala: unul este cu uscare lenta, penetreaza hartia si necesita aproximativ 10 secunde pentru a se usca, celalalt este cu uscare rapida, de aproximativ 100 de ori mai repede.

Primul tip este utilizat cu precadere in imprimarea monocroma, pe cand cel de-al doilea - pentru culori, deoarece diferitele tipuri de cerneala se amesteca, iar pentru a nu forma pete trebuie sa se usuce repede. Daca cerneala cu uscare lenta este folosita la imprimarea color, culorile tind sa se amestece, ceea ce poate fi nedorit.

Cernelurile utilizate in tehnologia cu jet sunt pe baza de apa si acest lucru ridica unele probleme. Rezultatele de la cateva din primele imprimante cu jet de cerneala au indicat tendinta de patare. In ultimii ani insa, s-au facut enorme imbunatatiri in chimia cernelii.

Un alt tip de cerneala este cel pe baza de ulei, dar nici aceasta nu pare a fi o solutie optima, deoarece poate impune un cost ridicat al mentenantei hardware. Imprimantele cu jet de cerneala sunt intr-un continuu progres, dar performantele sunt slabe in comparatie cu cele ale imprimantelor electrofotografice.

Unul din scopurile producatorilor de imprimante este de a avea capacitatea de imprimare pe orice suport. Secretul acesteia este compozitia chimica a cernelii.

Azi imprimantele cu jet de cerneala utilizeaza coloranti pe baza de molecule cu dimensiuni sub 50 nm, pentru cernelurile colorate. Acestea au o stralucire si o gama mare de culori, dar nu sunt suficient de luminoase si de fluide. Pigmentii cu molecule mai mari (50 nm . 100 nm) sunt mai impermeabili si mai rezistenti, dar nu pot acoperi un numar mare de culori si nu sunt transparenti cum sunt cernelurile cu coloranti. Aceasta inseamna ca pigmentii sunt utilizabili, in prezent, doar pentru cerneala neagra.

2.2.4 Hartia

Cele mai multe din tipurile curente de imprimante cu jet de cerneala necesita hartie de buna calitate, lucioasa, pentru a obtine o calitate ireprosabila a materialului imprimat.

Unii producatori, ca Epson de exemplu, ofera hartia produsa de ei pentru a obtine rezultate optime prin tehnologia piezoelectrica. Imprimantele cu jet de cerneala pot deveni foarte scumpe in exploatare daca producatorii imprimantelor vor deveni si unicii producatori ai consumabilelor corespunzatoare.

Utilizarea hartiei luciose produce rezultate foarte bune, dar are dezavantajul unei viteze mai mici de imprimare, pentru ca imprimanta trebuie sa astepte ca cerneala de pe foaia tocmai terminata sa se usuce, inainte de a incepe tiparirea noii pagini, altfel exista riscul de manjire la trimiterea noii pagini in magazia de iesire. In cazul hartiei obisnuite, uscarea este mai rapida, pentru ca cerneala este absorbita de hartie, ceea ce nu se intampla in cazul hartiei lucioase.

Se poate realiza imprimarea si pe folii transparente (pentru retro-proiector), dar acestea trebuie sa fie de fabricatie speciala, altfel exista riscul dispersarii cernelii.

2.3 Imprimante termice

Imprimarea termica se realizeaza prin incalzirea hartiei sau a materialului colorat (cerneala, tus, ceara etc.).

2.3.1 Imprimarea cu cerneala solida

Aceasta tehnologie a fost introdusa de Tektronix. Ea reprezinta o treapta superioara imprimantelor cu jet de cerneala. Principial modul de imprimare este reprezentat in figura 15.

Figura Principiu de imprimare cu cerneala solida

Cerneala solida (ceara colorata) este topita intr-un rezervor, de unde este aruncata spre un cilindrul de transfer, de pe care se depune pe hartie, in urma unei singure treceri. Solidificarea cernelii si impregnarea acesteia pe hartie are loc intr-un dispozitiv special.

Aceste imprimante sunt, in general, mai scumpe decat imprimantele laser color si asigura o viteza de imprimare de 4 pagini pe minut (standard), chiar pana la 6 pagini pe minut pentru o rezolutie mai mica.

2.3.2 Imprimarea prin sublimare

Aceste imprimante fac parte din categoria imprimantelor termice cu transfer de culoare. Acestea asigura obtinerea culorilor la nivel fotografic. Datorita unor elemente incalzitoare, vopseaua solida este transformata in vapori care sunt absorbiti de hartia speciala pentru imprimare.

Figura     Imprimare prin sublimare

Fiecare element de incalzire are 256 de trepte de temperatura, care asigura un debit variabil de vopsea spre hartie. Cu cat temperatura este mai mare, cu atat culoarea va fi mai intensa (mai multa vopsea va fi depusa pe hartie). Temperatura maxima este in jurul valorii de 500 C. Pentru fiecare pixel se obtine un spectru larg de nuante. Cartusul de vopsea are dimensiunea hartiei (uzual A4). Imprimarea se face succesiv cu fiecare culoare, de regula incepand cu cea mai luminoasa, galben, si incheind cu cea mai intunecata, negru.

Viteza de imprimare este uzual intre 0,25 . 0,5 pagini pe minut. Pretul pe pagina este de aproximativ patru ori mai mare decat la imprimantele cu ceara si de 30 de ori mai mare decat la cele cu jet de cerneala.

2.3.3 Imprimarea termo-autocroma

Imprimarea termo-autocroma este un proces mai complex decat cel al imprimarii cu jet de cerneala sau laser. Acesta a aparut ca metoda pentru a insoti aparatele fotografice digitale. In imprimarea autocroma, hartia are trei starturi de pigment termoindicator ireversibil - turcoaz, violet si galben -, fiecare din ele fiind sensibil la o anumita temperatura. Dintre acestea, galbenul are cea mai scazuta temperatura de prag, apoi violetul iar in final, turcoaz. Imprimantele sunt echipate cu doua capete: unul termic si unul ultraviolet. Hartia trece pe sub acestea de trei ori. Mai intai hartia este selectiv incalzita la temperatura necesara activarii pigmentului galben dupa care este fixata culoarea cu radiatii ultraviolete, inainte de a trece la culoarea urmatoare (violet). Desi ultima trecere (turcoaz) nu este urmata de o fixare, rezultatele obtinute sunt mai bune decat la procedeul de imprimare prin sublimarea vopselei.

Varianta mai simpla, monocroma, este utilizata de aparatele pentru facsimil. Aici hartia contine un singur pigment termoindicator si nu mai este necesara fixarea imaginii.

Capetele de imprimare contin microrezistente plasate pe un substrat ceramic, cu pasul egal cu densitatea de imprimare dorita si extinzandu‑se pe latimea maxima a hartiei.

Metoda are dezavantajul ca necesita hartie speciala, termosensibila.

2.3.4 Imprimarea prin transfer

Este o tehnologie similara cu cea a sublimarii vopselei si este utilizata frecvent in imprimarea foliilor transparente (figura 17). Aceste imprimante au benzi compuse din culorile CMY sau CMYK, segmentate in la dimensiunea suportului pe care se imprima. Elementele de incalzire actioneaza asupra benzilor de ceara si o transfera pe suportul care se deplaseaza in contact cu ele. Rezolutia acestor imprimante este de 300 dpi si au o viteza de imprimare de 1 pagina pe minut.

Figura     Imprimare prin transfer

2.4 Imprimare prin impact

In cadrul tehnologiei de imprimare prin impact, transferul de substanta colorata de pe o banda impregnata pe hartie are loc in timpul unei ciocniri. Banda impregnata are rol de rezervor de tus. Pentru imprimantele prin impact este caracteristica functionarea prin copierea formei, in care caracterele sunt preformate pe un suport potrivit, ceea ce asigura o calitate foarte buna a imprimarii, dar nu permite imprimarea grafica.

Exista doua tipuri de benzi impregnate: tesute si netesute. Benzile tesute au avantajul unei mai mari capacitati de stocare a tusului, inclusiv in adancime, dar calitatea imprimarii este mai slaba, din cauza marginilor caracterelor, care sunt zimtate (din cauza texturii). Benzile netesute sunt, de obicei, din material plastic, netede, cu un strat de pigment care se consuma la prima trecere. Acest lucru face ca sa se obtina o calitate excelenta a caracterelor imprimate, dar costul sa fie mai ridicat.

2.1 Imprimante matriceale

Imprimantele matriceale formeaza textul si imaginile cu ajutorul unor ace care lovesc prin intermediul unei panglici (benzi) impregnate cu cerneala, hartia.

La ora actuala exista doua variante principale: cu 9 ace si cu 24 ace.

Imprimantele cu 9 ace sunt utilizate pentru tipariri rapide si asigura o calitate "apropiata de scrisoare" (NLQ), pe cand cele cu 24 de ace furnizeaza o calitate de scrisoare (LQ).

Avantajele acestor imprimante sunt: faptul ca pot tipari pe orice fel de hartie, cu mai multe tipuri de latimi, pot realiza copii (cu indigo sau cu hartie auto-copiativa), sunt relativ ieftine si usor de intretinut. Realizarea mai multor exemplare simultan le face potrivite pentru aplicatii de evidenta/gestiune, vanzari etc.

Dezavantajul lor rezida din faptul ca grafica este de o calitate slaba, nu se poate tipari color decat complicat, nici in nuante de gri si zgomotul.

Principalele componente sunt:

sistemul de actionare a acelor;

sistemul de pozitionare a caruciorului cu capul de imprimare cu ace;

sistemul de avans al hartiei;

sistemul de avans al benzii tusate;

interfata;

sistemul de conducere.

Actionarea acelor se realizeaza electromagnetic, acele fiind legate cinematic de miezurile unor electromagneti. Acele sunt dispuse in sir vertical, ca o coloana de noua ace sau doua coloane de 12 ace decalate cu jumatate de pas. Electromagnetii transfera acelor (la forta mica si timp lung) o energie suficienta pentru ca in timpul impactului sa se transfere (la forta mare si timp scurt) suficient tus de pe banda pe hartie.

Capetele cu noua ace realizeaza caracterele intr‑un mozaic 7x9, iar cele cu 24 de ace in mozaic pana la 18x2 Pentru a creste viteza de imprimare, se lucreaza si cu mozaic mai simplu, 8x8 sau 9x12, de exemplu (modul draft). Lucrul cu 24 de ace produce caractere frumoase, deoarece punctele de tus depuse pe hartie se suprapun partial, rezultand o calitate tip NLQ.

Sistemul de pozitionare a caruciorului este realizat cu motoare pas cu pas.

Avansul hartiei obisnuite se realizeaza prin frecare, cu ajutorul unui tambur pus in miscare de un motor pas cu pas, tambur pe care hartia este apasata cu un set de role. sistemul de avans al hartiei poate asigura si pozitionarea automata a hartiei la introducerea ei manuala.

Sistemul de avans al benzii tusate are rolul de a aduce in fata acelor portiuni proaspete de banda de unde sa se transfere tus pe hartie. El poate avea un motor propriu, ce functioneaza doar cand sunt alimentati si electromagnetii acelor, sau poate prelua miscarea de la miscarea caruciorului, prin sisteme de fire, roti si redresoare de miscare.

Interfata este, de regula, paralela standard, dar exista si versiuni seriale.

Sistemul de conducere este realizat cu microprocesor si are si o memorie tampon pentru cateva linii.

2.2 Imprimante prin copierea formei

Pentru a realiza o calitate foarte buna a documentelor imprimate, asemanatoare masinilor de scris, se utilizeaza metoda copierii formei caracterelor. De obicei caracterele sunt dispuse pe o rozeta ce este convenabil pozitionata in fata hartiei pentru ca un ciocanel actionat electromagnetic sa poata lovi unul din bratele ("razele") rozetei, pe care la capat se afla in relief caracterul de imprimat.

Metoda este folosita si de masinile electrice/electronice de scris.

Sistemele de pozitionare a caruciorului si de avans al hartiei sunt asemanatoare imprimarii cu ace.

Calitatea obtinuta intra in clasa LQ.

3 Plotere

Pentru obtinerea imaginilor grafice pe suport material - hartie, film din material plastic, etc. - se utilizeaza echipamente de desenat - plotere. Ca si dispozitivele de afisare pe ecran, ploterele pot fi vectoriale sau de tip raster. Ploterele vectoriale realizeaza desenele prin trasarea succesiva a liniilor componente, asa cum fac cele cu creion, iar cele de tip raster - matriceale/prin mozaic - sunt cele nemecanice, la care desenarea se face prin depunerea de puncte colorate pe hartie (sau alt suport). Ploterele raster au avantajul desenarii fara probleme, la rezolutii bune, a zonelor colorate continuu. In cazul ploterelor vectoriale, zonele colorate continuu se deseneaza prin linii paralele suficient de apropiate, ceea ce poate aduce dezavantaje, legate de timp si de uzarea hartiei si creionului.

Exista doua variante de plotere, functie de modul de deplasare a hartiei: (1) cu masa si (2) cu tambur. In cazul ploterelor cu masa, hartia este fixata (electrostatic sau pneumatic) pe o suprafata plana, iar modulul (capul) de desenare (cu creionul, generatorul de picaturi etc.) se deplaseaza pe doua coordonate. In cazul ploterelor cu tambur, hartia este antrenata - prin frecare, cu role - cu ajutorul unui tambur rotativ, realizand miscarea pe o directie, iar capul de desenare realizeaza acoperirea desenului pe cealalta directie. In unele cazuri (plotere cu creion, cu jet de cerneala etc.) este necesara deplasarea efectiva a capului de desenare, in alte cazuri (plotere electrostatice) capul de desenare este suficient de lat pentru a acoperi complet hartia fara a fi nevoie de miscare.

Miscarea relativa: modul de trasat hartie este realizata, cel mai frecvent, cu sisteme incrementale de pozitionare. Acest fapt pune probleme de calitate pentru liniile oblice, din cauza necesitatii discretizarii (rasterizarii) tuturor liniilor. Pentru pozitionare se utilizeaza motoare pas cu pas, dar la ploterele mari, unde inertiile sunt foarte mari, este necesara simularea motoarelor pas cu pas prin sisteme cu servomotoare si traductoare de pozitie incrementale (de preferinta cu semnal sinusoidal), ce au si bucla de reglare a vitezei.

In cazul ploterelor mari, motoarele sunt asezate pe carucioarele pe care le misca. Transmiterea miscarii se face prin mecanism cu roata dintata si cremaliera. In cazul ploterelor mici, inertia motoarelor este mare fata de inertia carucioarelor, astfel ca motoarele sunt montate pe sasiu si se folosesc mecanisme mai complicate pentru transmiterea miscarii la carucioare (uzual, cu cabluri sau fire). Solutii moderne utilizeaza motoare pas cu pas liniare, comandate in regim de micropasire.

Performantele ploterelor pot fi apreciate prin patru parametri: rezolutia, justetea, repetabilitatea si liniaritatea. Valorile acestor parametri sunt de ordinul zecilor de micrometri.

Ploterele pot fi utilizate si pentru inregistrarea textelor (alfanumerice), caracterele fiind desenate din linii sau puncte, conform unor modele interne (generator de caractere din ploter) sau externe (din aplicatie, software).

In aprecierea unui ploter se tine cont de urmatorii parametri: puterea de calcul proprie ("inteligenta"), ansamblul functiilor grafice pe care ploterul le realizeaza singur, modul de rezolvare a unor probleme de rutina (de amanunt - interpolari liniare, circulare - generare de caractere etc.).

Criteriile pentru alegerea unui ploter sunt: dimensiunile desenelor, precizia (justetea, repetabilitatea), numarul de culori folosite, viteza de desenare, interfata, costul, "inteligenta".

3.1 Plotere cu creion

Ploterele cu creion sunt de tip vectorial si pot utiliza mai multe creioane de culori (nuante) diferite pentru a genera desene color, sau de grosimi diferite pentru a genera diferite tipuri de linii. Se realizeaza o depunere continua, prin contact direct, a unui strat subtire de material lichid pe suprafata suportului. Avantajul metodei consta in faptul ca se poate utiliza hartie obisnuita. Creionul este montat in modulul de trasare cu ajutorul unui dispozitiv ce permite ridicarea si coborarea sa comandata (pentru deplasari cu sau fara trasare).

Principial se utilizeaza trei tipuri de creioane: tip stilou, cu bila sau cu fibre.

Creionul tip stilou depune cerneala pe hartie prin intermediul unui tub capilar ce are un capat in contact cu hartia, iar celalalt se deschide intr-un rezervor. Dezavantajul consta in fiabilitatea scazuta, scurgere nedorita sau blocarea curgerii cernelii.

Creionul cu bila controleaza curgerea cernelii sau pastei colorate printr-o supapa cu bila aflata in varful sau. Bila are si rol de mijloc de transport pentru cerneala (pasta). La utilizarea pastei exista dezavantajul unei forte mari de apasare pentru deschiderea supapei, tendinta de murdarire prin acumularea pastei la varful creionului si timp relativ lung de amorsare.

La tipurile cu creion cu fibre, cerneala ajunge pe hartie prin capilaritate, printr-un bastonas din fibre rigidizate cu rasina. Rezervorul poate fi realizat tot din fibre, prin capilaritate. Dezavantajul principal al creionului cu fibre este viteza mare de uzare, ceea ce produce o crestere in timp a grosimii liniei trasate. Avantajele importante sunt: obtinerea unor linii continue, forta de apasare mica, amorsare rapida, pret mic.

Pentru a acumula avantajele diferitelor tipuri de creioane s-au creat creioane pe principii mixte: creion cu fibre sau tip stilou cu varf din bila metalica sau ceramica.

In scopuri tehnologice, in locul creionului se poate monta o scula de gravat sau de taiat etc.

3.2 Plotere electrostatice

Figura     Principiul ploterelor electrostatice

Aceste plotere, functioneaza pe baza unor imagini intermediare electrostatice si sunt realizate in constructie cu tambur. Modul de lucru al acestora este cel raster. Capul de desenare cuprinde intreaga latime a hartiei (este fix) si contine un sir de electrozi situati la distanta foarte mica, ce corespunde rezolutiei (figura 18).

Electrozii sunt conectati la tensiuni variabile, corespunzatoare imaginii de desenat. Pe hartia speciala (statizanta) se va realiza o imagine grafica latenta in camp electrostatic. Pentru obtinerea imaginii aparente, hartia este pusa in contact cu o pulbere pigmentata (toner), care va fi atrasa si retinuta pe hartie in zonele cu sarcini electrice. Pentru punerea in contact cu tonerul, hartia poate fi:

• scufundata intr-un lichid dielectric ce contine toner in suspensie,
• pusa in contact cu un canal capilar ce aduce lichid cu toner in suspensie,
• adusa in apropierea unei fante ce contine pulberea de toner retinuta prin forte magnetice, mai slabe decat fortele electrostatice de atractie catre hartie.

Dupa depunerea tonerului, acesta se fixeaza in structura hartiei prin incalzire si presare. Pentru a obtine linii continue, se pot utiliza doua randuri de electrozi, decalate cu jumatate de pas.

Imaginile in format vectorial (descrise de limbajele standard pentru plotere -exemplu HPGL-, sau pentru imprimante -exemplu PostScript - ) trebuie convertite pentru desenare, deoarece modul de lucru este raster. Acest lucru implica preluarea integrala a desenului (cu conversie), vector dupa vector, in memoria tampon a ploterului, dupa care urmeaza trimiterea informatiei la capul de imprimare pe randuri grafice (de pixeli). Dezavantajul consta in capacitatea mare de memorie tampon necesara pentru a putea realiza desene complicate de dimensiuni mari. Conversia din format vectorial in raster poate avea loc in calculator, caz in care acesta trebuie sa posede o memorie tampon corespunzatoare.

Obtinerea imaginilor color se poate realiza prin utilizarea mai multor rezervoare de toner, de culori diferite (CMYK sau RGBK), realizand imaginea in patru etape, prin miscarea alternanta a hartiei.

Ploterele electrostatice au o viteza medie cu un ordin de marime superioara celei a ploterelor cu creion, dar si pretul este mai mare cu un ordin de marime.

3.3 Plotere electrofotografice (cu laser)

Aceste plotere functioneaza pe baza principiilor prezentate la imprimantele electrofotografice. Sunt mai putin utilizate decat celelalte solutii fara creion.

3.4 Plotere cu jet de cerneala

Desenarea cu jet de cerneala se realizeaza asemanator imprimarii cu jet de cerneala, diferentele aparand din cauza dimensiunilor diferite ale suportului pe care se realizeaza desenarea.

3.5 Plotere termice

Se bazeaza pe principiile prezentate la imprimantele termice. De o deosebita valoare sunt ploterele cu sublimare, ce pot realiza desene de calitate fotografica.

3.6 Plotere fotografice

Aceste plotere folosesc hartie fotosensibila, care este impresionata prin iluminare, spre exemplu cu o raza laser modulata ce baleiaza intreaga suprafata a hartiei (asemanator ploterelor electrofotografice). Suportul, transparent sau opac, este special si contine o substanta fotosensibila (ex. halogenura de argint). Sub actiunea fotonilor, halogenura trece intr-o stare energetica instabila si poate fi descompusa prin tratare cu substante potrivite (relevarea imaginii). Rezultatul, argint metalic coloidal, va da o culoare neagra zonelor ce au fost iluminate. Pentru a evita degradarea imaginii, prin descompunerea spontana a moleculelor de halogenura ramase, acestea sunt indepartate (fixarea imaginii). Pentru obtinerea imaginilor color, se folosesc trei straturi, sensibile la cate una din culorile fundamentale, care se coloreaza corespunzator.

Documentele care se obtin au avantajul unui gabarit mic si al posibilitatii de citire simpla (cu lupa sau cu microscop special).