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    全面解析 激光打印機結構和工作原理

    2007-05-08 北方IT網

        激光打印機是由激光器、聲光調制器、高頻驅動、掃描器、同步器及光偏轉器等組成,其作用是把接口電路送來的二進制點陣信息調制在激光束上,之后掃描到感光體上。感光體與照相機構組成電子照相轉印系統,把射到感光鼓上的圖文映像轉印到打印紙上,其原理與復印機相同。激光打印機是將激光掃描技術和電子顯像技術相結合的非擊打輸出設備。它的機型不同,打印功能也有區別,但工作原理基本相同,都要經過:充電、曝光、顯影、轉印、消電 、清潔、定影七道工序,其中有五道工序是圍繞感光鼓進行的。當把要打印的文本或圖像輸入到計算機中,通過計算機軟件對其進行預處理。然后由打印機驅動程序轉換成打印機可以識別的打印命令(打印機語言)送到高頻驅動電路,以控制激光發射器的開與關,形成點陣激光束,再經掃描轉鏡對電子顯像系統中的感光鼓進行軸向掃描曝光,縱向掃描由感光鼓的自身旋轉實現。  
        
        感光鼓是一個光敏器件,有受光導通的特性。表面的光導涂層在掃描曝光前,由充電輥充上均勻電荷。當激光束以點陣形式掃射到感光鼓上時,被掃描的點因曝光而導通,電荷由導電基對地迅速釋放。沒有曝光的點仍然維持原有電荷,這樣在感光鼓表面就形成了一幅電位差潛像(靜電潛像),當帶有靜電潛像的感光鼓旋轉到載有墨粉磁輥的位置時,帶相反電荷的墨粉被吸附到感光鼓表面形成了墨粉圖像。   
       
        當載有墨粉圖像的感光鼓繼續旋轉,到達圖像轉移裝置時,一張打印紙也同時被送到感光鼓與圖像轉移裝置的中間,此時圖像轉移裝置在打印紙背面施放一個強電壓,將感光鼓上的墨粉像吸引到打印紙上,再將載有墨粉圖像的打印紙上送入高溫定影裝置加溫、加壓熱熔,墨粉熔化后浸入到打印紙中,最后輸出的就是打印好的文本或圖像。   
       
        激光打印機工作過程所需的控制裝置和部件的組成、設計結構、控制方法和采用的部件會因廠牌和機型不同而有所差別,如:  
        
        ①對感光鼓充電的極性不同。   
       
        ②感光鼓充電采用的部件不同。有的機型使用電極絲放電方式對感光鼓進行充電,有的機型使用充電膠輥(FCR)對感光鼓進 行充電。  
        
        ③高壓轉印采用的部件有所不同。  
        
        ④感光鼓曝光的形式不同。有的機型使用掃描鏡 直接對感光鼓掃描曝光,有的機型使用掃描后的反射激光束對感光鼓進行曝光。  
        
        不過他們的工作原理基本一樣。由激光器發射出的激光束,經反射鏡射入聲光偏轉調制器,與此同時,由計算機送來的二進制圖文點陣信息,從接口送至字形發生器,形成所需字形的二進制脈沖信息,由同步器產生的信號控制9個高頻振蕩器,再經頻率合成器及功率放大器加至聲光調制器上,對由反射 鏡射入的激光束進行調制。調制后的光束射入多面轉鏡,再經廣角聚焦鏡把光束聚焦后射至光導鼓(硒鼓)表面上,使角速度掃描變成線速度掃描,完成整個掃描過程。  
        
        硒鼓表面先由充電極充電,使其獲得一定電位,之后經載有圖文映像信息的激光束的曝光,便在硒鼓的表面形成靜電潛像,經過磁刷顯影器顯影,潛像即轉變成可見的墨粉像,在 經過轉印區時,在轉印電極的電場作用下,墨粉便轉印到普通紙上,最后經預熱板及高溫熱 滾定影,即在紙上熔凝出文字及圖像。在打印圖文信息前,清潔輥把未轉印走的墨粉清除 ,消電燈把鼓上殘余電荷清除,再經清潔紙系統作徹底的清潔,即可進入新的一輪工作周期。    

        激光打印機是60年代末Xerox公司發明的,采用的是電子照相(Electro-photo-graphy)技術。該技術利用激光束掃描光鼓,通過控制激光束的開與關使傳感光鼓吸與不吸墨粉,光鼓再把吸附的墨粉轉印到紙上而形成打印結果。激光打印機的整個打印過程可以分為控制器處理階段、墨影及轉印階段。    

        與針式打印機和噴墨打印機相比,激光打印機有非常明顯的優點。(1)高密度。激光打印機的打印分辨率最低為300dpi,還有400dpi、600dpi、800dpi、1200dpi以及2400dpi和4800dpi等高分辨率。(2)高速度。激光打印機的打印速度最低為4ppm,一般為12ppm、16ppm,有些激光打印機的打印速度可以達到24ppm以上.(3)噪音低。一般在53dB以下,非常適合在安靜的辦公場所使用。(4)處理能力強。激光打印機的控制器中有CPU,有內存,控制器相當于計算機的主板,所以它可以進行復雜的文字處理、圖像處理、圖形處理,這是針式打印機與噴墨打印機所不能完成的,也是頁式打印機與行式打印機的區別。   
       
        激光打印機究竟是如何打印出精美的文字與圖形的呢?其實激光打印機與影印機的打印過程基本相同。不同的是對于激光打印機而言,影像在打印動作發生之前就已經產生了。首先,計算機把需要打印的內容轉換成計算機讀得懂的代碼,然后再把這些代碼傳送給打印機。這時,打印機語言再把這些代碼破譯成點陣的圖樣——這個破譯過程是相當重要的。優秀的打印機語言所產生的點陣圖樣與顯示器屏幕上的圖樣完全一致,這種一致性就是激光打印機一直追求的“所見即所得(What You See Is What You Get)"。破譯后的點陣圖樣被送到激光發生器,激光發生器根據圖樣的內容迅速作出開與關的反應,把激光束投射到一個經過充電的旋轉鼓上,鼓的表面凡是被激光照射到的地方電荷都被釋放掉,而那些激光沒有照到的地方卻仍然帶有電荷。  
        
        舉例來說,如果在打印機語言所生成的位圖中,只有在第三行第三列處有一個圓點,其余部分都是空白,于是激光發生器便只在這個位置發出一束激光,照射到感應鼓上,其余位置激光發生器都保持關的狀態。這時感應鼓的表面只有第三行第三列處的那個點不帶電荷,而其余部分仍然保持充電的狀態,這時激光打印機有兩種處理方法:1.只對這個點進行上色,其余部分不上色(產生出白底黑點);2.只對其余部分上色,對這個點不上色(產生出黑底白點)。第一種處理方法被稱為“寫黑”,第二種處理方法則被稱為“寫白”。很明顯,如果在這個例子中我們想以寫白的方式打印出一個黑點,那么我們必須讓激光照遍感應鼓表面除這個點之外的所有位置(注意激光的作用只是放電,而不是充電),換句話說,也就是保證只有這個點帶電,其余部分的電荷都被激光釋放掉。在這種情況下,由于激光束必須照遍除這個點之外的所有區域,因此打印機需要相當一段時間才能打印出這個小小的黑點。在大多數環境中,打印機實際需要打印的部分最多只占整個頁面的三分之一,因此今天大多數激光打印機都采用寫黑的方式打印,這樣可以縮短激光掃描的時間。   

        當然,激光打印機的整個打印過程并不僅僅包括激光發生器和感應鼓,還有很多其他部件也都參與了打印作業。    
       
        (1)打印機控制器: 打印機控制器負責接收從主機傳來的打印數據,并把這些數據轉換為圖像。打印機控制器需要處理很多程序,包括與主機通信、解釋主機的打印命令、格式化打印內容(即準備創建圖像,包括設定紙張大小、邊頁、選擇字體等)、光柵化(創建點陣圖像)、最后將圖像送往打印引擎。不同的打印機語言對控制器發出不同的命令,不同的生產廠商又使用不同的方法來設計他們各自的打印機控制器。   
       
        (2)打印裝置: 打印裝置是一組電子與機械相結合的系統,它能把打印機控制器生成的點陣圖形打印出來。打印裝置有自己的處理器,用來控制引擎與電路。一般說來,打印裝置由以下部件構成:激光掃描裝置、感應鼓、硒鼓、顯影裝置、靜電滾筒、粘合裝置、紙張傳送裝置、清潔刀片、進紙器和出紙托盤。    

        激光掃描裝置有時也被稱為“光柵輸出掃描設備(ROS)”,包括一個激光發生器,旋轉鏡和一個透鏡。激光發生器把激光投射在感應鼓表面所有需要打印的點上,而在不需要打印的地方則保持關閉狀態(寫白式打印機則剛好相反)。激光發生器本身是固定的,激光束通過一個旋轉鏡來實現激光在感應鼓表面的橫向移動。激光發生器與旋轉鏡必須設計得極為精密,才能保證它們同步工作,并將激光準確地投射到正確的點位。激光在感應鼓表面的縱向移動則由感應鼓本身的旋轉來實現。  
        
        感應鼓也稱“受光器”,或直接稱為“鼓”。感應鼓通常呈圓柱體,表面極為光滑。它的表面可以被靜電充電,這種靜電一遇到強光便會被釋放掉。在接觸到激光前,鼓的表面被靜電滾筒均勻地充電,當激光束投射到鼓的表面的某一個點時,這個點的靜電便被釋放掉,這樣在鼓的表面便產生一個不帶電的點。鼓以一種相對緩慢但又絕對恒定的速度旋轉,使激光能夠在鼓的表面形成連續的、沒有空隙的縱向投射。這樣旋轉鏡的橫向移動與感應鼓的縱向移動使激光在鼓的表面“寫”出了一個人們看不見的、不帶靜電的圖像。   
       
        硒鼓是用來盛碳粉的裝置。有些打印機的硒鼓與感應鼓裝在一起,被稱為“打印組件”。碳粉是從許多特殊的合成塑料炭灰、氧化鐵中產生的。碳粉原料被混合、熔化、重新凝固,然后被粉碎成大小一致的極小的顆粒。碳粉越細微,越均勻,所產生的圖像就越細致。在所有種類的碳粉中,惠普的Microfine碳粉顆粒比其他品牌的顆粒小20%到50%,因此在業界中享有極高的聲譽。   
       
        顯影裝置實際上就是一條覆蓋有磁性微粒的滾軸。這些帶有磁性的微粒附著在滾軸的表面,就像一個極為精細的“刷子”。這條滾軸分別與感應鼓和硒鼓緊靠在一起,當滾軸滾動時,滾軸表面的小顆粒先從硒鼓那里“刷”來一層均勻的碳粉,然后這些碳粉在經過感應鼓時便被吸附到感應鼓的表面。寫黑式打印機的顯影裝置有對碳粉進行充電的功能,因為若想使碳粉只被感應鼓表面不帶有靜電的那部分(即被激光掃描過的點位)所吸附,必須使碳粉帶有電荷(對于寫白式打印機,這個過程完全相反)。這時鼓的表面吸附了碳粉,就形成了一個極為清晰的圖像,下一步的工作便是將這個圖像轉印到紙張上。    

        紙張傳送裝置紙張傳送裝置是激光打印機最重要的機械裝置。這個裝置通過兩根由馬達驅動的滾軸來實現對紙張的傳送。紙張由進紙器開始,經過感應鼓、加熱滾軸等部件,最后再被送出打印機。激光打印機中的滾動設備,如感光鼓、磁性滾軸和送紙滾軸的轉動必須是同步進行的,它們的速度必須保持一致才能確保精確的打印輸出。一般來說,這些滾軸都是以送紙裝置為中心,通過互相嚙合的齒輪來實現同速轉動。    

        粘合裝置紙張經過傳送裝置經過感應鼓時,鼓表面所附著的碳粉又被吸附到紙的表面,這時紙的表面雖然由碳粉形成了圖像,但是這些碳粉對紙張的吸附力并不很強,稍強一點的風就可以把這些碳粉吹離紙的表面。為了使碳粉永久地附著在紙張表面,必須對碳粉進行粘合處理。我們知道,碳粉的原料是合成塑料炭灰,這種材料在高溫狀態下可以熔化。熔化后的碳粉再凝固,就可以永久地粘在紙張表面,在激光打印機內部有兩根緊靠在一起的非常熱的滾軸,它們的作用便是對從它們之間經過的紙張加熱,使碳粉熔化從而粘合在紙張的表面。加熱后的紙張最后輸出到打印機的出紙托盤,這時整個打印過程宣告結束。 


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