Периферийные устройства -> Принтеры -> Формализация задачи выбора лазерного принтера

Формализация задачи выбора лазерного принтера

Принтер - это устройство, предназначенное для печати информации на бумаге. Лазерные принтеры обеспечивают наилучшее качество черно-белой печати, близкое к типографскому, а цветные лазерные принтеры - также и очень высокое качество цветной печати. По сравнению со струйными, лазерные принтеры менее требовательны к качеству бумаги, имеют высокую скорость печати и рассчитаны на более интенсивную работу. Применение лазерных принтеров...

...дает значительную экономию: стоимость одной страницы текста, напечатанной струйным принтером, около 8 центов, а лазерным - почти в четыре раза меньше. Простое правило, выведенное эмпирическим путем, гласит: если в день печатать по 10 страниц текста, через год более высокая цена лазерного принтера оправдается. Впрочем, сегодня их стоимость снизилась до такой отметки, что вполне сопоставима со стоимостью струйных.

Принцип работы лазерного принтера

Лазерные принтеры, как и копировальные аппараты, используют принцип сухой ксерографии. Принцип действия монохромного лазерного принтера состоит в следующем: сначала барабан с фоточувствительным покрытием получает поверхностный электрический заряд. Покрытие барабана не проводит электрический ток при отсутствии света, и заряд сохраняется на поверхности барабана как в конденсаторе. Лазерная пушка (в диодных принтерах вместо лазера используется линейка светодиодов) светит на многогранное зеркало, которое вращается с высокой скоростью. Отраженный луч через систему зеркал и призму попадает на барабан и за счет поворота зеркала выбивает заряды по всей длине барабана. Луч лазера периодически прерывается в соответствии с печатаемым изображением. Те точки на поверхности барабана, на которые попал свет, теряют электрический заряд, так как покрытие начинает проводить ток под действием света. Затем происходит поворот барабана на один шаг (этот шаг измеряется в долях дюйма, и именно он определяет разрешение принтера по вертикали), и вычерчивается новая линия. Таким образом, барабан медленно вращается, и на его поверхности образуется печатаемое изображение в виде отсутствия/присутствия точечных электрических зарядов.

Затем специальное устройство, содержащее порошок тонера (красителя), частички которого имеют такой же электрический заряд, как и исходная поверхность барабана, наносит тонер на барабан. Тонер прилипает к барабану только в тех точках, которые уже подверглись действию света. Точки барабана, сохранившие заряд, отталкивают тонер, так как одноименные заряды отталкиваются. В результате на поверхности барабана формируется настоящий, видимый рисунок из крупинок тонера. Далее лист бумаги плотно прижимается к барабану, и тонер переносится на бумагу. Лист бумаги проходит через печку (fuser), в результате чего тонер подплавляется и прочно сцепляется с бумагой.

Специальный нож (ракель), который, как правило, представляет собой полосу из мягкого пластика, плотно прижимаемую к барабану, счищает остаток тонера с барабана. Барабан вновь готов к работе.

Цветная печать обеспечивается использованием разноцветного тонера (CMYK-модель: голубой (С), пурпурный (М), желтый (Y), черный (К) цвета).

Разрешение лазерного принтера связано с количеством точек на дюйм (dpi), которые он может воспроизводить при печати. Большинство лазерных принтеров имеют разрешение от 600 dpi и годятся для распечатки тоновых изображений с разрешением от 150 ppi.

Одним из важнейших параметров лазерного принтера является объем его внутренней оперативной памяти. Изображение перед печатью должно быть загружено во внутреннюю память принтера в виде растрового представления. Для цветных принтеров требуемый объем внутренней памяти возрастает не менее чем в 3 раза. Для полутонового рисунка реальная разрешающая способность принтера уменьшается в 4-8 раз из-за того, что полутоновая "элементарная" точка состоит из многих черно-белых точек, располагаемых с разной частотой рядом друг с другом. Выходом из этой ситуации может стать только принтер, позволяющий печатать пиксели с градациями серого. В этом случае объем требуемой памяти возрастает в 8 раз для монохромного изображения и в 24 раза - для полноцветного.

История изобретения сухой ксерографии

Лазерный принтер (как и копир) поражает изощренностью инженерной мысли. Вот с матричным и струйным принтером все более или менее ясно. Иголки воздействуют на ленту, и получается оттиск, или сопло, закрепленное на каретке, разбрызгивает капли чернил на бумагу, и перед нами рождается текст или рисунок. Но использовать принцип сухой ксерографии - это нечто... Этим чудом инженерной мысли, мы обязаны изобретателю Честеру Карлсону (Chester F. Carlson), разработавшему метод сухой электростатической печати, получивший позднее название "ксерографии" (от греческих слов "xeros" - сухой и "graphos" - письмо). А ведь история жизни изобретателя достойна описания, а его упорство - восхищения.

Честер Карлсон родился 8 февраля 1906 года в Сиэтле. Семья маленького Честера не была обременена особым богатством, и по этой причине к четырнадцати годам заработок будущего изобретателя оказался едва ли не единственным источником существования всего семейства. Но все же, несмотря на столь плачевное финансовое состояние, Честер сумел отучиться в колледже в Риверсайде (Калифорния) и в 1930 году получил степень бакалавра по физике в Калифорнийском технологическом институте. Можно только предполагать, чего это стоило Честеру Карлсону и чем он руководствовался, стремясь получить образование. В итоге обучение вылилось в достаточно круглую сумму - 1400 долларов, деньги по тем временам немалые. Надо заметить, что в годы Великой депрессии, охватившей Америку, с работой было очень сложно. Стремясь найти средства к существованию и погасить долг за обучение, молодой бакалавр по физике разослал письма о поиске работы в 82(!) адреса. Получил два ответа. И ни одного предложения о работе...

Помыкавшись без работы, Карлсон в конце концов смог устроиться в компанию P. R. Mallory, славившуюся своими электрическими батарейками. Однако свободных инженерных должностей не оказалось, и Честер возглавил патентный отдел компании. Недостаток необходимых знаний пришлось восполнять вечерней учебой в юридической школе.

Работая в новой должности, Честер Карлсон столкнулся с проблемой, которая, по-видимому, и раньше мучила не одно поколение патентоведов, но решения своего не находила. Дело в том, что для работы часто требовались копии патентов. В то время существовало два пути получения копии с оригинала. Первый - фотокопирование. Способ достаточно длительный по времени, да к тому же требующий обращения в фотолабораторию. Второй - переписывание или перепечатывание текста документа и воспроизведение прилагавшихся к нему рисунков. Оба - весьма трудоемкие и неудобные. В отличие от своих предшественников Карлсон был абсолютно уверен в том, что должен существовать какой-то другой, более удобный способ копирования. Вот только какой? Этим-то и озадачился будущий изобретатель.

Вооружившись терпением, Карлсон проводил все свое свободное время в нью-йоркской публичной библиотеке и через несколько месяцев стал, наверное, самым осведомленным в вопросах фотокопирования человеком в Нью-Йорке. Перелопатив тонны литературы и сотни научных статей о фотографических процессах, Честер так и не пришел к приемлемому решению. В поисках нового пути Честер стал углубляться в изучение явления фотопроводимости. Это было достаточно новое направление, открытое венгерским ученым Полем Селени (Paul Selenyi). Суть же явления состояла в изменении электропроводности ряда материалов при падении на них света.

Будучи по образованию физиком, Честер Карлсон сделал предположение о том, что при падении света на такие материалы электропроводность их поверхности меняется по-разному, в зависимости от освещенности конкретного участка. Иными словами, проводимость ярко освещенных участков больше, нежели проводимость участков неосвещенных, а значит, распределение поверхностной проводимости материала повторяет проектируемое изображение. Остается только его проявить. Однако, как известно, от блестящей идеи, озарившей ученого, до реального ее воплощения в жизнь инженером - "дистанция огромного размера". По счастью, Честер Карлсон объединял в себе и научное, и инженерное начала, а потому, вдохновившись идеей, приступил к ее практической реализации.

Местом первых опытов стала собственная кухня изобретателя в его нью-йоркской квартире. Именно на кухне Честером Карлсоном и были проведены первые эксперименты, заложившие основные принципы того, что было названо им "электрофотографией". В октябре 1937 года изобретатель получил свой первый патент. Однако до практической реализации идеи было еще очень далеко...

Вскоре жене надоели постоянные опыты на кухне и возня мужа с непонятными приборами. Да и то правда, какая же хозяйка потерпит на своей кухне "научный беспорядок", присущий экспериментальной работе ученого (со временем супруги все-таки развелись). Но как бы то ни было, пришлось Честеру подыскивать новое место для продолжения экспериментов. Помощь пришла со стороны... тещи. Она позволила разместить лабораторию в задней комнате принадлежавшего ей салона красоты в нью-йоркской гостинице "Астория". Страдавший от артрита ученый, которому уже порядком поднадоели бесконечные нудные эксперименты, взял себе в помощь безработного немецкого физика по имени Отто Корней (Otto Kornei).

И вот настало 22 октября 1938 года, считающееся днем рождения первой ксерокопии. В этот день Отто Корней взял цинковую пластинку, тщательно покрытую мелкоизмельченной серой. Сера, как известно, является диэлектриком, но при сильном световом облучении она начинает проводить электрический ток, хотя и очень плохо. Срабатывает эффект фотопроводимости. Так вот, пластину эту, для придания ей первоначального заряда, экспериментатор натер собственным носовым платком, а потом в полностью затемненной комнате осветил пучком яркого света, падавшего сквозь стеклянную пластину с чернильной непрозрачной надписью "10-22-38 Astoria". После этого на "засвеченную" пластинку была высыпана щепотка спор ликоподия (другое название растения "плаун булавовидный", его споры, мельчайший невесомый порошок, используются в медицине в качестве обсыпки таблеток и в составе присыпок). Легким дуновением споры были сдуты с поверхности пластины и... на ней осталась едва заметная надпись "10-22-38 Astoria" из прилипших к пластинке спор. Для сохранения надписи Честер Карлсон придумал накрыть пластинку с надписью вощеной бумагой и нагреть ее. Споры налипли на воск, и надпись проявилась. Первая ксерокопия, если таковой можно считать рисунок из спор, была готова.

Однако экспериментальный образец был весьма далек от совершенства и не мог быть использован для практических нужд. Теория была подтверждена, но практика требовала дальнейших финансовых вложений, которых у Честера Карлсона к тому времени уже не было. Отто Корней, не видевший дальнейших перспектив работы, вскоре покинул одержимого своей идеей изобретателя и устроился работать в IBM. Впрочем, надо отдать должное Честеру Карлсону, позднее, когда появилась возможность, он неплохо отблагодарил своего первого помощника...

Но вернемся в конец 30-х годов. Не надо думать, что представители различных компаний прямо-таки валом повалили в лабораторию Карлсона, умоляя его за любые деньги открыть секрет "электрофотографии". Вовсе нет. За пять лет, с 1939 по 1944 год, изобретатель получил отказ в финансировании своих исследований более чем в 20 компаниях. Среди них были и такие гиганты индустрии, как IBM, Kodak, General Electric...

Помог, как это часто бывает, случай. Однажды в патентный отдел компании P. R. Mallory, где продолжал трудиться Честер Карлсон, заглянул доктор Рассел Дайтон (Dr. Russell W. Dayton), по делам, связанным с приобретением прав на ряд патентов компании. Честер не растерялся и упомянул о своих патентах на открытый им способ получения копий. Посетитель проявил интерес... Одним словом, вскоре Честер Карлсон заключил соглашение с Battelle Memorial Institute, в результате которого исследования, начатые Карлсоном, были продолжены. К концу Второй мировой войны над проектом трудилась уже целая группа ученых-исследователей, возглавляемых Роландом Шафертом (Roland M. Schaffert). Прежде всего была изменена конструкция фоторезистивной пластины - серу заменили на селен, материал, обладающий большей фотопроводимостью. Еще год ушел на разработку устройства создания коронного разряда, который выполнял две функции: заряжал пластину и переносил изображение на бумагу.

Еще одной технической проблемой стала разработка "сухих чернил", позднее получивших название "тонера". Споры ликоподия, дававшие весьма нечеткое изображение, были заменены смесью мелкодисперсного железа, хлорида аммония и пластика. Изображение стало более контрастным и четким. Дело стояло за промышленным внедрением изобретения.

2 января 1947 года представители Battelle Memorial Institute подписали лицензионное соглашение на использование нового метода получения изображений с небольшой компанией из Рочестера, носившей название "Галоид" (Haloid Company). 22 октября 1948 года (ровно через 10 лет со дня удачного опыта в "Астории") состоялась первая публичная демонстрация нового копировального аппарата, а первые копиры поступили на рынок в 1949 году. Они были весьма несовершенны и требовали от пользователя исполнения 14 (!) различных операций для изготовления одной копии. В среднем на это уходило около 45 секунд.

В это же время компания "Галоид", искавшая более звучное название неуклюжему термину "электрофотография", согласилась с названием "ксерография". Его предложил некий профессор из Огайо, составив новый термин из двух греческих слов: "xeros" - сухой и "graphos" - письмо. Первый копир получил название XeroX Model A. Буковка "Х" в конце слова была добавлена для того, чтобы оно несколько походило на название Kodak, еще одной компании из Рочестера. Слово получилось настолько удачным, что сама компания "Галоид" с 1958 года стала называться "Галоид Ксерокс", а с 1961 года еще проще - "Ксерокс". Термин "ксерография" позабылся, зато слово "ксерокс" стало нарицательным для обозначения копиров.

Настоящий успех пришел к копирам компании "Галоид" в 1959 году, когда был выпущен полностью автоматический копир модели "914" (название происходит от размера стандартного листа бумаги 9х14 дюймов, с которым работал копир).

А что же изобретатель? На своем изобретении Честер Карлсон заработал 150 миллионов долларов, отдав почти 100 миллионов из них на благотворительные нужды.

Умер Честер Карлсон 19 сентября 1968 года, прямо во время прогулки по 57 улице в Нью-Йорке. Умер, прожив нелегкую жизнь, воплотив свою мечту в реальность, добившись практической реализации своей идеи, что, согласитесь, не так уж часто и бывает.

Вернемся к лазерному принтеру. Даже поверхностный анализ потребительских свойств лазерного принтера показывает, что можно успешно формализовать задачу выбора этих устройств на рынке. Подобная уверенность основывается на том, что обычные лазерные принтеры предназначены для получения исключительно черно-белого оттиска на бумаге... И все. Причем качество оттиска примерно одинаково для всех моделей. Следовательно, для сравнения моделей принтеров можно успешно использовать набор ограниченных технических характеристик, позволяющих с наибольшей скоростью и с максимальным удобством при минимальной цене отпечатать текст или графику.

Решение задачи выбора лазерного принтера

Лазерный принтер, как любой компонент домашнего офиса, имеет ряд технических характеристик, позволяющих идентифицировать его в рамках единой системы. Состав исследуемых характеристик не должен определяться субъективными пристрастиями пользователя и возможностями тестового оборудования. Целесообразно ориентироваться на характеристики, опубликованные производителями устройств, на параметры, обсуждаемые на страницах серьезных периодических изданий и отраженные в стандартах безопасности на компьютерное оборудование.

Важно выделить "базовый состав" технических характеристик, позволяющий идентифицировать данное устройство как лазерный принтер. Оставшиеся технические возможности целесообразно отнести к дополнительным характеристикам.

Применительно к лазерным принтерам производители указывают следующие базовые технические характеристики: разрешение, скорость печати, стоимость печати страницы, емкость лотка для подачи бумаги, объем памяти, габариты. Рынок формирует цену.

В тестовой лаборатории может быть измерено время, необходимое на разогрев принтера после включения или выхода его из ждущего режима, и уточнена скорость печати.

Достаточно много публикаций с техническими характеристиками лазерных принтеров разного уровня можно встретить в периодических изданиях (в том числе, размещенных в Internet). Выберем публикации, которые внушают наибольшее доверие, то есть приведенные в них результаты не носят рекламный характер и имеют под собой реальную основу, а не взяты с потолка.

Определившись с техническими характеристиками, приступим к реализации алгоритма, позволяющего по формальным признакам определить превосходство одного устройства над другими. Вся вышеизложенная информация является исходной основой для построения и реализации такого алгоритма.

Рис.1. Графическая интерпретация результатов расчетов, полученных в табл. 1.

Алгоритм

Алгоритм оценки отдельных компонентов домашнего офиса неоднократно описывался на страницах журнала "Компьютер Price". Для этого на основе показателя "стоимость-эффективность" оценим набор базовых технических характеристик ряда однотипных устройств от разных производителей (рассчитаем показатель "стоимость-комплектация") и выявим победителя в печатном деле.

В качестве показателя эффективности фотокамеры примем показатель качества Пкi, указывающий, что выбранный нами принтер имеет характеристики не хуже, чем у эталонной модели (лучшей среди исследуемых).

В качестве критерия эффективности примем наибольшее из полученных значений показателя эффективности (max Пкi).

Для расчета принятого показателя эффективности выполним следующие действия:

I. Сформируем таблицу, содержащую базовый состав технических характеристик лазерных принтеров, интересующих пользователя.

II. Преобразуем элементы таблицы технических характеристик принтеров к безразмерному виду, то есть получим отдельные показатели качества моделей (Опкi).

III. Рассчитаем коэффициенты весомости rj (весовые коэффициенты или просто веса) отдельных показателей качества, по которым производится сравнение моделей.

В условиях неопределенности, когда Опкi можно отранжировать по приоритету лишь на качественном уровне ("очень важно" - "важно" - "менее важно" и так далее), веса Опкi получим на основе оценок Фишборна и запишем в раздел "Вес".

Показатель эффективности лазерного принтера (показатель качества Пкi) может быть рассчитан как взвешенная сумма отдельных показателей качества. Полученные показатели качества (Пкi) запишем в нижнюю строку табл. 1.

Результат, его анализ и выводы

Разброс оценок показателя эффективности (показателя "стоимость-комплектация") оказался значителен и составил 16,4 % (Пкi=0,721 - 0,885). В соответствии с принятым критерием эффективности наиболее предпочтительным является выбор лазерного принтера HP LaserJet 1010. Для него показатель качества имеет наибольшее значение Пк=0,885. Преимущество обеспечили его средняя цена и приличная скорость печати (12 страниц в минуту), наименьшее время разогрева (11 с), значительный объем оперативной памяти, а также самые компактные размеры и низкий уровень шума при печати. К сожалению, мы не оценивали качество печати каждой моделью. Мнение эксперта по данному вопросу приведем ниже. Принтеры Brother HL-1430 и Samsung ML-1510 не только очень похожи внешне, но и обладают сопоставимыми техническими характеристиками, заявленными производителями. Им можно отдать второе место в нашем исследовании. Если для вас критичны качество печати текста и стоимость печати каждой страницы, то целесообразно присмотреться именно к этим двум моделям лазерных принтеров.

Лазерный принтер Canon LBP-1120 - устаревшая модель, исчезающая с рынка. Отставание технических характеристик этого устройства немедленно выявил используемый нами алгоритм и отвел ему последнее место.

Результаты расчетов, выполненных в табл. 1, представим на рис. 1.

Несколько слов эксперта о рассмотренных образцах лазерных принтеров

HP LaserJet 1010: шустрый принтер со средним качеством печати. Несомненное достоинство принтера LaserJet 1010 - его компактность: лоток подачи бумаги может складываться, если принтер не работает. Это предохраняет механизм от попадания пыли, а также позволяет экономить место. Скорость печати, равная 12 стр./мин., вполне приемлема. Первая копия ложится в приемный лоток через 11 с после команды на печать. Этому способствует применение технологии термического закрепления тонера.

Недостаток: листы бумаги после выхода из принтера получаются чересчур волнистыми. Через 10 минут они разглаживаются и позволяют оценить довольно приличное качество печати, которое немного портят легкие тени в нижней части букв и грубый растр серых поверхностей у графических изображений. Картриджа хватает на 2000 страниц, а его стоимость составляет около $65. Стоимость печати равна 3,25 цента за лист, тем не менее конкурентоспособна в сравнении со струйными принтерами.

Brother HL-1430: универсальность за счет параллельного порта. Этот принтер имеет параллельный интерфейс и драйвер для Macintosh. Пылезащищенный лоток вмещает 250 листов офисной бумаги. Недостатком HL-1430 является продолжительный промежуток времени, необходимый для разогрева принтера при его включении либо при выходе из спящего режима: первая копия начинает печататься лишь через 14 и 26 с. Качество печати у Brother хорошее: несмотря на разрешение всего 600 dpi, он без труда печатает тонкие линии, а также резкие контуры предметов. От этого выигрывает качество графики, да и текстовые документы приятно посмотреть, Что касается расходов на печать, то благодаря раздельным барабану и емкости с тонером цена одной страницы равна 1,8 цента.

Samsung ML-1510: быстрый и удобный. Самый дешевый лазерный принтер предлагает Samsung. К сожалению, производитель поставляет ML-1510 с картриджем, заправленным лишь на треть. После того как будет отпечатана примерно тысяча страниц, потребуется его дозаправка либо замена. Стоимость нового картриджа $60, но хватит его уже на 3000 страниц. Принтер в комплекте со стандартным картриджем стоил бы порядка $230.

При скорости печати 14 стр./мин, первая копия выходит уже через 11,9 с после включения принтера. Слабое место ML-1510 - процесс "просыпания", почти 37 с - это очень долго. Качество печати данного принтера можно охарактеризовать как неполноценное: четкий текст, но не очень хорошая графика.

Стоимость печати у него чуть выше, чем у Brother HL-1430, но 2 цента за страницу - хороший результат для принтера данного ценового уровня. Достойны всяческих похвал удобство работы с принтером и руководство пользователя. Если не совсем понятными будут сигналы двух светодиодов на корпусе, в окне программного монитора состояния все будет разъяснено.

Canon LBP-1120: справедливое последнее место. Canon LBP-1120 уже слегка устаревшая, но все еще актуальная модель нижнего ценового уровня, поскольку возраст LBP-1120 зависит прежде всего от возраста его драйвера. Возможностей настройки печати в нем практически нет: ни двустороннюю печать, ни печать брошюр установить невозможно.

К принтеру прилагается полноценный картридж на 2500 листов, который стоит $50, если его покупать отдельно. Система подачи бумаги вертикальная и совсем не защищена от пыли, которая способна загрязнить бумагопротяжный механизм. Лоток для приема бумаги также вертикальный и вмещает всего 50 листов. Необходимо своевременно убирать отпечатанные листы, чтобы не образовался затор. Качество печати текстов безупречное, но у фотографий заметен растр, и они кажутся пятнистыми.

Таким образом, при необходимости печати больших текстовых документов лазерные принтеры дешевле, выгоднее и лучше струйных. Не следует предъявлять завышенные требования к качеству печати графики. Текстовые документы все рассмотренные принтеры печатают очень прилично. По-другому и быть не должно, так как для этого они и предназначены.

Автор: Сергей Ярошенко
Источник: www.comprice.ru