История принтеров: От матрицы к лазеру

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.

Все это касается и способов печати при помощи принтеров. Остановимся мы на трех самых распространенных.

Начнем с матричных принтеров. Это – одно из первых устройств автоматической печати. Конструкция матричных принтеров включала в себя печатающую головку (каретку), двигающуюся вдоль строки и наносящую символы ударами иголок, прижимающих ленту, пропитанную чернилами, к бумаге.

Собственно, матричными они назывались потому, что все доступные для печати символы являлись частью матрицы, образуемой расположением игл. Игла при этом приводилась в движение небольшим электромагнитом.

Одним из первых матричных принтеров был LA30 (компания 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.

Вслед за ним 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 все тем же двигателем.

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 целом матричные принтеры считались устройствами недорогими и до 90-х были наиболее распространенными. Самой, пожалуй, популярной моделью был Epson MX-80. Но он был таким же шумным, да и качество печати не всегда было приемлемым.

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 т.п. документов, также они применяются в бухгалтериях и билетных кассах для впечатывания текста в готовые бланки.

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 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 г. обнаружил и отметил однотипность образования капель жидкости, выпускаемой через узкое отверстие.

Математически это было впервые описано в 1878 г. лордом Рейли (будущим лауреатом Нобелевской премии). Но лишь через много лет, в 1951 г. 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 60-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 60-х изобретение Суита привело к появлению устройств A.B. Dick VideoJet и Mead DIJIT.

Позже всем известная компания IBM лицензировала данную технологию и запустила обширную программу ее адаптации к использованию в собственных принтерах. Первым результатом можно считать струйный принтер IBM 4640, представленный в 1976 г. в качестве “периферийного устройства печати текста на твердых носителях”.

Примерно в то же время профессор Херц из Лундского технологического института (Швеция) 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 пиксель, 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.

Начиная с 80-х, технология “капель по требованию” развивалась, эволюционировала и давала рождение новым коммерческим принтерам. Предполагалось, что простота нанесения чернил обеспечит высокую надежность струйных принтеров. Однако от проблем избавиться не удавалось: оставались характерные засоры сопел и непостоянство качества изображения.

В 1979 г. специалисты из “Canon” изобрели метод печати по технологии drop-on- demand, когда капли выпускались из сопел из-за роста и схлопывания туманообразных частиц чернил на поверхности небольшого нагревателя, расположенного рядом с соплом.

В Canon назвали эту технологию “пузырьковой печатью” (bubble jet). Простота конструкции подобной печатающей головки и высокая точность нанесения чернил сделали данное решение достаточно дешевым при высокой плотности сопел.

Примерно в то же время фирма Hewlett-Packard независимо разработала схожую технологию, которую назвала “термической струйной печатью”. А в 1984 г. она же выпустила на рынок решение ThinkJet – первый коммерчески успешный и относительно недорогой струйный принтер, работающий по технологии bubble jet.

Стоимость печатающей головки ThinkJet, насчитывающей 12 сопел, была достаточно низка, чтобы просто выкинуть ее по опустошении картриджа. Сделав печатающую головку заменяемой, компания фактически решила извечную проблему надежности. Понятно, что успех этот обеспечивался постоянным повышением разрешения печати и расширением диапазона цветов при одновременном падении цен.

Начиная с конца 80-х, благодаря невысокой цене, компактным размерам, тихой работы и, естественно, цветовому диапазону струйные принтеры становились все более жизнеспособной альтернативой матричным устройствам и завоевали рынок недорогих цветных печатающих устройств.

Прежде чем приступить к истории лазерных принтеров, необходимо пояснить, в чем же заключается суть технологии, на которой эти устройства основаны.

В основе лазерной печати лежало всем известное статическое электричество, заставляющее притягиваться объекты с противоположными зарядами. Принтер использовал этот эффект в качестве своеобразного “клея” временного действия.

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 г. студент юрфака 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 г. Карлсону удалось найти компанию, согласившуюся производить придуманные им электростатические копиры. Этой компанией была Haloid Company (в будущем всем известная Xerox Corporation).

На рынок первое устройство Xerox поступило в 1949 г. 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.