6.5.1 Nguyên tắc chung
Ở máy in Laser, tia laser chỉ cĩ vai trị là 1 tia sáng mảnh, cường độ lớn, cĩ thể chiếu lên bề mặt thành 1 điểm sáng nhỏ, kích thước vài micromet (µm) và cĩ thể điều khiển tia laser viết, vẽ lên bề mặt như một ngịi bút ánh sáng. Bộ phận rất quan trọng ở máy in laser lại là 1 trống (Drum) hình trụ bằng kim loại nhẹ, bên ngồi cĩ phủ một lớp vật liệu đặc biệt gọi là vật liệu quang dẫn.
Trống luơn được đặt vào 1 nơi tối, tức nằm bên trong vỏ kín của máy in. Giả sử bằng một cách nào đĩ ta tích điện dương cho mặt trên của trống tức là làm cho phía trên của lớp quang dẫn cĩ điện tích dương. Lớp quang dẫn đang ở trong tối nên là 1 vật liệu cách điện, mặt trên cĩ điện tích dương thì ở mặt dưới cĩ điện tích âm. Nếu chiếu tia laser lên mặt trống, chỗ được chiếu sáng sẽ trở thành dẫn điện (đĩ là tính chất của vật liệu quang dẫn) qua đĩ điện tích dương thốt đi, chỗ được
chiếu sáng trở thành cĩ điện tích âm như là ở phía dưới. Khi điều khiển để tia laser vẽ nên chữ gì hình gì lên mặt trống thì phải do hiện tượng quang dẫn như đã nĩi ở trên, ở trên mặt trống sẽ cĩ chữ, cĩ hình như ta đã vẽ, tuy nhiên đây là chữ, hình điện tích âm, khơng nhìn thấy được người ta gọi là ảnh ẩn điện.
Nếu lấy 1 cái rulơ cĩ các hạt mực mang điện tích dương lăn lên trống, những chỗ cĩ ảnh ẩn điện sẽ hút các hạt mực vì điện tích trái dấu hút nhau. Cịn những chỗ trên trống khơng được chiếu sáng vẫn cịn nguyên điện tích dương, nên đẩy các hạt mực ra, vì điện tích cùng dấu đẩy nhau. Cuối cùng nếu cho 1 tờ giấy lăn qua trống, mực bị hút dính ở trống sẽ chuyển qua dính lên giấy, đặc biệt là khi giấy được tích một ít điện âm.
Thực tế để các hạt mực bám chắc lên giấy, bản thân các hạt mực được chế tạo dưới dạng những hạt trịn bằng chất dẻo đường kính cỡ vài µm ngồi cĩ các hạt phẩm màu đường kính cỡ nanomet bám vào (phẩm màu đen ở máy đen trắng, phẩm màu cơ bản ở máy in màu). Khi các hạt mực đã sơ bộ bám vào giấy sau khi lăn qua trống, người ta cho giấy đi qua chỗ sưởi nĩng (cỡ 2000C) và ép các hạt chất dẻo hơi chảy ra mực sẽ dính chặt vào giấy.
6.5.3 Hoạt động
Dây phĩng điện hào quang làm cho mặt trống được tích điện dương. Khi mặt trống tích điện dương quay đến chỗ cĩ tia laser chiếu vào, nhờ máy tính điều khiển, tia laser viết, vẽ từng hàng trên mặt trống, tạo ra ảnh ẩn điện tích âm.
Mặt trống quay đến chỗ cĩ rulơ mang hạt mực cĩ điện tích dương. Vì ảnh ẩn điện mang điện tích âm nên hút các hạt mực mang điện tích dương, ảnh ẩn điện sẽ trở thành ảnh cĩ các hạt mực trên trống.
Giấy ở khay giấy sau khi được tích điện âm chạy qua áp vào mặt trống. Các hạt mực ở trống bị hút lên giấy.
Giấy được đưa qua chỗ sưởi nĩng, ép các hạt mực nĩng chảy, dính chặt với giấy. mực sẽ bám chắc sau đĩ giấy được đưa ra ngồi. Mặt trống được đèn chiếu sáng xĩa hết điện tích cịn lưu lại trên mặt trống, cĩ cái gạt để giả sử cịn ít hạt mực sĩt lại trên trống bị gạt ra. Mặt trống xem như được lau sạch, chuẩn bị để chạy qua dây phĩng điện hào quang, tích điện dương cho mặt trống, tiếp tục quá trình.
6.5.4 Đặc điểm
Ưu điểm: Mực in rẻ, Tốc độ in nhanh Nhược điểm: Chất lượng in màu khơng cao
6.6 Máy in phun (Inkjet printer)
Máy in phun làm việc theo cách phun mực. Bộ phận quan trọng của máy in phun là đầu in phun gồm từ 300-600 mũi phun sắp xếp theo hàng theo cột gần như là khít nhau, cĩ khả năng phun mực thành những chấm nhỏ trên giấy mỗi chấm cĩ kích thước cỡ 50-60µm. Khi in, đầu in phun chạy qua lại in theo chiêu ngang qua trang giấy, trong lúc đĩ trang giấy được điều khiển cuộn theo chiều dọc. Cĩ phần miềm để in điều khiển mũi phun nào, vào thời điểm nào thì phun mực. Cĩ 2 loại máy in phun: Máy in phun bong bĩng nhiệt và máy in phun áp điện.
6.6.1 Máy in phun bong bĩng nhiệt
Mỗi mũi phun cĩ cấu tạo như hình vẽ. Mực in ở dạng lỏng thơng với ống chứa của mũi phun, bên trong ống chứa cĩ 1 điện trở làm nhiệm vụ nung nĩng. Nhiệt do điện trở tỏa ra nung nĩng mực làm cho mực bốc hơi tạo ra bong bĩng nhỏ. Bong bĩng to ra và vỡ, làm cho mực phun ra khỏi ống, dính vào giấy in. Khi bong bĩng vỡ tạo ra chân khơng, mực in bị hút vào ống, sẵn sàng cho lần phun tiếp theo.
6.6.2 Máy in phun áp điện
Cấu tạo của mũi in phun như hình vẽ. Ở đây mũi phun một bên nối với bình đụng mực lỏng, phía trên cĩ 1 cái chuyển đổi áp điện khi cho điện thế tác dụng, cái chuyển đổi áp điện chuyển điện thế thành áp suất (hiệu ứng áp điện) và tác dụng lên mực in bên trong ống mũi phun. Áp suất này đẩy mực ra thành 1 chấm nhỏ trên giấy. Thực sự thì tinh thể áp điện của cái chuyển đổi bị giao động, vừa cĩ tác dụng đẩy mực phun ra, vừa cĩ tác dụng hút mực từ bình đựng mực chui vào ống mũi phun.
6.6.3 Đặc điểm :
Ưu điểm:Giá thành hạ, Khả năng in màu đẹp
Nhược điểm: Mực in phun đắt, Phải thường xuyên thay thế, để lâu mũi phun dễ bị tắc
6.7 Chuột cơ (mechanical mouse)
Là thiết bị đầu vào được thiết kế sao cho khi di chuyển chuột các mạch của nĩ sẽ chuyển tiếp các tín hiệu làm dịch chuyển một cách đồng bộ con trỏ của màn hình.
Chức năng đơn giản nhất của chuột là định vị lại con trỏ, ta chỉ cần chỉ vào vị trí mới cần chuyển đến và click chuột.
Là loại chuột cĩ hịn bi kim loại nằm ở đáy hộp, khi di chuyển chuột hịn bi sẽ lăn trịn và các cảm biến quang sẽ phát hiện sự chuyển động đĩ. Khi hịn bi xoay, nĩ sẽ chạm và làm xoay 2 trục vuơng gĩc nhau, một trục tương ứng với chuyển động theo chiều ngang, một trục tương ứng với chuyển động theo chiều dọc. Mỗi trục được gắn 1 bánh xe, bánh xe được đặt giữa 2 Diode phát và thu hồng ngoại. Khi trục quay bánh xe sẽ quay theo và Diode thu sẽ nhận được nhiều tín hiệu tương ứng với số “ơ cửa” của bánh xe đi qua cặp Diode thu phát này. Tín hiệu càng
nhiều chuột di chuyển càng xa. Mạch xử lý tín hiệu sẽ kết hợp tỷ lệ tín hiệu theo chiều ngang và tính hiệu theo chiều dọc để tạo ra hướng di chuyển của con trỏ chuột.
Hầu hết chuột được nối với PC qua cổng nối tiếp, qua đĩ chuột được cấp nguồn từ PC. Khi dịch chuyển hoặc nhấp chuột, nĩ sẽ phát ra 1 gĩi số liệu tới mạch ghép nối. Chương trình điều khiển chuột sẽ chuyển ngắt tới mạch ghép nối nối tiếp xác định, đọc gĩi số liệu và cập nhật các giá trị bên trong liên quan đến trạng thái phím nhấn cũng như vị trí của chuột để dịch chuyển con trỏ chuột trên màn hình tương ứng với vị trí của chuột.
6.8 Chuột quang (Optic mouse)
Khơng như chuột cơ; dùng hệ thống cơ_quang to, nặng nề (bi thép, con quay, đĩa quay,…) chuyển đổi sự xoay của viên bi thép thành sự di chuyển của con trỏ màn hình. Chuột quang (optical mouse) dùng Optical Navigtion Technology (tạm dịch : cơng nghệ dẫn đường quang) để theo dõi sự di chuyển của chuột.Optical Navigaton Technology sử dụng một cảm biến quang (optical sensor), hệ thấu kính và nguồn phát ánh sáng đơn sắc (chủ yếu là LED đơn sắc).
BỘ KHUẾCH ĐẠI Diode thu Diode phát Đĩa cĩ khe chắn sáng Y X Trục lăn Cổng COM Bi kim loại
6.8.1 Cấu tạo của chuột quang
Với cùng nguyên lý hoạt động như trên; các nhà sản xuất chuột quang khác nhau sử dụng các cơng nghệ, thiết kế riêng của mình để thực hiện các khối chức năng nên cĩ nhiều cấu trúc chuột quang khác nhau. Hình sau cho thấy một khái quát cấu trúc bên trong của chuột quang.
Chúng ta dễ dàng nhận ra nút Scroll (bánh xe màu xám) nằm giữa hai nút bấm chuột trái và phải (hai switch màu đen cĩ nút ấn màu trắng ở giữa). Ba nút này hoạt động hồn tồn giống như của chuột cơ. Rõ
ràng, cấu tạo chuột quang rất nhỏ gọn hơn nhiều so với chuột cơ, chỉ một bản mạch nhỏ và một đến ba IC cùng hệ thấu kính và LED nhỏ. Những bộ phận chính của chuột quang gồm:
Hệ thống quang (optical system) Một chipset
Vỏ (case)
Các bộ phận cơ bản được lắp ghép với nhau
6.8.2 Hệ thống quang
Tồn bộ hệ thống quang bao gồm :
Một cảm biến quang (IC màu đen 16 chân trong hình);
Thấu kính (LENS) được thiết kế đặc biệt (bên phải, hình thứ 5 từ trên xuống) để dẫn hướng ánh sáng từ LED chiếu sáng bề mặt
rồi phản xạ lên trên cảm biến. Thấu kính được làm bằng plastic đặt biệt;
Một diode phát ánh sáng đỏ (LED), hình thứ 2 bên phải, trên xuống;
Và một CLIP (hình đầu tiên từ trên xuống) để giữ cảm biến và LED với nhau.
Cảm biến quang gồm ba khối chức năng: một hệ thống đọc ảnh (image reading system), một bộ xử lý tín hiệu số, một giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp (serial interface of data transfer)
Từ gĩc độ xem xét cấu trúc, một cảm biến quang là một chip cĩ 16 chân (cũng cĩ sự thay đổi số chân_điều này khơng quan trọng), ở phía dưới chip cĩ một vật kính rất nhỏ_là nơi cho ánh sáng phản xạ từ bề mặt hội tụ vào trong cảm biến để xử lý. Phía trong vật kính là một camera CMOS đơn sắc (monochrome CMOS camera) mà chụp những ảnh của một vùng bề mặt hình vuơng diện tích cỡ một milimet vuơng (diện tích này tùy thuộc tham số kỹ thuật của cảm biến).
IC cảm biến nhìn phía trên và dưới đáy. Hình bên phải cho thấy phần đĩa trịn cĩ lỗ đen chính giữa. Trong lỗ này là vật kính để ánh sáng từ bề mặt phản xạ vào camera CMOS bên trong nĩ.
Bức ảnh camera CMOS thu được thường được gọi là frame. Frame của bề mặt được chia thành những phần nhỏ bằng nhau ( gọi là quadrate).
Ảnh (frame) được chia ra thành những hình vuơng nhỏ bằng nhau gọi là pixel. Hai frame được chụp khi chuột di chuyển.
Với mỗi phần nhỏ đĩ, giá tri trung bình của độ sáng được tính. Những giá trị thích hợp cĩ thể thay đổi từ 0 đến 63 (các cảm biến khác nhau
cĩ lượng giá trị để mã hĩa cho độ sáng của các phần nhỏ là khác nhau), ở đĩ 0 tương ứng với phần tối đen nhất và 63 ứng với phần nhỏ sáng trắng nhất. Nĩi chung độ sáng trung bình của mỗi phần nhỏ sẽ được gán một con số.Như vậy, ảnh lắp ghép bao gồm nhiều quadrate cĩ độ sáng khác nhau được thu. Một quadrate như thế gọi là một pixel. Và cơng suất phân giải của chuột quang được xác định bằng số pixel trên 1inch (1inch=2,54cm)_số pixel (trên ảnh) xác định được trên mỗi inch trên bề mặt (khơng phải trên ảnh). Cơng suất phân giải của chuột quang được gọi tắt là cpi (counts per inch) thay cho dpi (dots per inch) như chuột thơng thường.
Cảm biến chụp chỉ phần nhỏ của bề mặt trong khi con trỏ màn hình phải di chuyển trơn tru và khơng bị trì hỗn. Để mục đích này đạt được, những frame (ảnh) liên tiếp cĩ thể đọc được của bề mặt phải khác so với những frame khác trong chuỗi với khoảng cách nhỏ. Trong trường hợp này, bề mặt được chụp với tốc độ từ 1500 tới 2300 ảnh trên một giây và cho phép chuột di chuyển với tốc độ 14inches trên một giây. Ở trên tập trung vào hệ thống đọc ảnh. Bộ xử lý tín hiệu số với sự hỗ trợ của của một giải thuật đặc biệt sẽ xử lý những frame thu được (xem hình II.8). So sánh những frame thu được bộ xử lý xác định độ lớn và hướng của sự đổi chỗ của chuột và biến đổi dữ liệu này thành tọa độ. Phần lớn các cảm biến hoạt động nhờ sự cấp xung của một dao động thạch anh tần số 18MHz hay 24MHz. Điều này giải thích cho cơng suất của bộ xử lý số thực hiện 18 triệu phép tốn trên giây. Cuối cùng tọa độ đã được tính tốn được truyền tới máy tính nhờ giao tiếp tuần tự (sequential interface). Những mơ hình cảm biến đầu tiên của chuột truyền thơng với máy tính thơng qua giao tiếp PS/2 (PS/2 interface) và cần thêm bộ điều khiển để làm việc với giao tiếp USB (USB interface). Hiện tại với sự phổ biến, được sử dụng rộng rãi cùng tốc độ truyền cao của USB interface, PS/2 interface sắp trở nên lỗi thời. Hầu hết những chuột mới bây giờ cĩ thể kết nối với máy tính thơng qua USB interface và cũng kèm theo một adaptor (bộ thích ứng ) để làm việc trên PS2 port.
6.8.3 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động cơ bản được minh họa như hình sau.
Chuột quang dùng một LED chiếu sáng một khu vực của bề mặt làm việc, để làm lộ rõ cách sắp xếp hiển vi của các vùng sáng và các vùng tối của bề mặt làm việc. Những cấu trúc này được phản xạ vào trong cảm biến theo dõi mà thu những bức ảnh bề mặt ở tốc độ 1500 ảnh trên giây hay lớn hơn.
Mắt chúng ta dễ dàng nhìn thấy những vị trí khác nhau trên một bề mặt vật chất cĩ cấu trúc (gồ ghề lớn) khác nhau. Do bởi cường độ và năng lượng ánh sáng do những vị trí cĩ cấu trúc bề mặt khác nhau phản xạ, hội tụ vào võng mạc của mắt là khác nhau. Với một bề mặt vật chất nhẵn bĩng mắt thường chúng ta khơng thể nhìn thấy những chi tiết nhỏ gồ ghề của nĩ, nhưng dưới kính hiển vi chúng ta sẽ thấy cấu trúc lổm chỗm của bề mặt. Cấu trúc bề mặt lổm chỗm rất nhỏ này được chuột quang dùng để tạo ra (bằng phương pháp quang học tinh vi và cơng nghệ CMOS) một ảnh bề mặt gồm những điểm cĩ độ sáng ứng với cường độ và năng lượng phản xạ của các điểm bề mặt tương ứng.
Một diode phát ánh sáng (LED) làm sáng bề mặt phía dưới đáy của chuột. Ánh sáng từ LED phản ảnh những đặc tính kết cấu rất nhỏ (chỉ nhìn thấy dưới kính hiển vi) của bề mặt ra khơng gian. Một thấu kính bằng nhựa hội tụ ánh sáng được phản xạ từ những điểm rất nhỏ, gần nhau vào cảm biến hình thành một ảnh trên một cảm biến. Nếu chúng ta nhìn bức ảnh, nĩ sẽ là bức ảnh trắng đen của một phần nhỏ xíu của bề mặt. Như minh họa trong hình trên, bức ảnh nhỏ xíu này gồm nhiều điểm ảnh bằng nhau nhưng cĩ cường độ sáng hồn tồn khác nhau nằm giữa độ sáng của màu tối đen và màu trắng sáng, các điểm ảnh
cĩ độ sáng khác nhau này là do cấu trúc hiển vi của bề mặt khác nhau tại các điểm hiển vi khác nhau. Cảm biến liên tục thu những bức ảnh khi chuột di chuyển. Cảm biến thu những bức ảnh rất nhanh-cỡ 1500 ảnh trên giây hay nhanh hơn đủ để cho những ảnh liên tiếp trùng khớp (giống nhau) một phần. Những ảnh sau đĩ được gửi đến Optical Navigation Engine (tạm dịch phương tiện dẫn đường quang) để xử lý. The Optical Navigation Engine nhận dạng những cấu trúc, đặc điểm khác nhau giữa những ảnh thu được và theo dấu sự di động của chúng. Hình sau minh họa cách làm này :
The Navigation Engine nhận dạng những đặc điểm chung trong các ảnh lên tiếp để xác định hướng và lượng di chuyển. Ảnh B được chụp trong khi chuột đang di chuyển, một thời gian ngắn sau khi chụp ảnh A. Hình B giống như hình A nhiều điểm, dễ thấy hình B là hình A mà được dịch xuống và về phía trái.
Hai ảnh được bắt liên tiếp khi chuột được quét sang bên phải và đi lên. Nhiều chỗ trực quan giống nhau cĩ thể được nhận ra dễ dàng trong hai ảnh. Thơng qua giải thuật xử lý ảnh đã giành được bằng phát minh, The Opticcal Navigation Engine nhận dạng những nét chung giữa hai ảnh này và xác định khoảng cách giữa chúng (khoảng cách khơng gian giữa điểm chụp được ảnh A và điểm chụp được ảnh B). Thơng tin này sau đĩ được chuyển đổi thành tọa độ di chuyển X (theo phương ngang) và Y (theo phương thẳng đứng) để biểu thị sự di chuyển của