激光打印机的工作原理和工作过程

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基本原理

　　激光打印机工作过程所需的控制装置和部件的组成、设计结构、控制方法和采用的部件会因厂牌和机型不同而有所差别，如：

　　①对感光鼓充电的极性不同。

　　②感光鼓充电采用的部件不同。有的机型使用电极丝放电方式对感光鼓进行充电，有的机型使用充电胶辊（FCR）对感光鼓进 行充电。

　　③高压转印采用的部件有所不同。

　　④感光鼓曝光的形式不同。有的机型使用扫描镜 直接对感光鼓扫描曝光，有的机型使用扫描后的反射激光束对感光鼓进行曝光。

　　不过他们的工作原理基本一样。由激光器发射出的激光束，经反射镜射入声光偏转调制器，与此同时，由计算机送来的二进制图文点阵信息，从接口送至字形发生器，形成所需字形的二进制脉冲信息，由同步器产生的信号控制9个高频振荡器，再经频率合成器及功率放大器加至声光调制器上，对由反射 镜射入的激光束进行调制。调制后的光束射入多面转镜，再经广角聚焦镜把光束聚焦后射至光导鼓(硒鼓)表面上，使角速度扫描变成线速度扫描，完成整个扫描过程。

　　硒鼓表面先由充电极充电，使其获得一定电位，之后经载有图文映像信息的激光束的曝光，便在硒鼓的表面形成静电潜像，经过磁刷显影器显影，潜像即转变成可见的墨粉像，在 经过转印区时，在转印电极的电场作用下，墨粉便转印到普通纸上，最后经预热板及高温热 滚定影，即在纸上熔凝出文字及图像。在打印图文信息前，清洁辊把未转印走的墨粉清除 ，消电灯把鼓上残余电荷清除，再经清洁纸系统作彻底的清洁，即可进入新的一轮工作周期。
三、工作过程

　　1.激光器的工作原理和结构

　　我们通常把发光的物体叫做光源，如太阳、电灯、燃烧的蜡烛等。光具有能量，它可以使物体变热，使照相底片感光，这就是能的转换现象。光能含在光束中，光束射入人的眼睛，才引起人的视觉，所以我们能够看到光源发射的光。那么我们为什么还能看到不发光的 物体呢？是因为光源发射的光照射到它们，不发光的物体受光后，向四面八方漫反射的光射 入了我们的眼睛，所以我们也能看到不发光的物体。

　　产生激光的光源，和普通的光源明显不同。如普通白炽灯光源是通过电流加热钨丝的 原子到激发态，处于激发态的原子不断地自发辐射而发光。这种普通的光源具有很大的散射 性和漫射性，不能控制形成集中的光束，也就不能应用于激光打印机。激光打印机所需要的 激光光束必须具有以下特性：

　　①高方向性。发出的光束在一定的距离内没有散射和漫射。

　　②高单色性。纯白光由七色光组成。

　　③高亮度，有利于光束的集中并带有很高的物理能量。

　　④高相干性，容易叠加和分离。 激光器是激光扫描系统的光源，具有方向性好、单色性强、相干性高及能量集中、便于 调制和偏转的特点。 早期生产的激光打印机多采用氦-氖（He-Ne）气体激光器，其波长为632．8μm，其特点是 输出功率较高、体积大、是寿命长（一般大于1万小时） 性能可靠，噪音低，输出功率大。但是因为体积太大，现在基本已淘汰。现代激光打印机都 采用半导体激光器，常见的是镓砷-镓铝砷（CaAs-CaAlAs）系列，所发射出的激光束波长一 般为近红外光（λ＝780μm），可与感光硒鼓的波长灵敏度特性相匹配。半导体激光器体积 小、成本低，可直接进行内部调制，是轻便型台式激光打印机的光源。
在对感光鼓表面充电时，随着电荷在感光鼓表面的积累，电位也不断升高，最后达到 "饱和"电位，就是最高电位。表面电位会随着时间的推移而下降，一般工作时的电位都低 于这个电位，这个电位随时间自然降低的过程，称之为"暗衰"过程。感光鼓经扫描曝光时 ，暗区（指未受光照射部分的光导体表面）电位仍处在暗衰过程；亮区（指受光照射部分的 光导体表面）光导层内载流子密度迅速增加，电导率急速上升，形成光导电压，电荷迅速消 失，光导体表面电位也迅速下降。称之为"光衰"，最后趋缓。

　　从理论上说光衰越快越彻底越好，实际上很难达到。剩余残留电位的高低就会影响打 印质量，如残余电位过高，将会出现打印"底灰"现象。一幅静电潜像形成后，还必须经过 如下所述的"显影"过程才能转换成墨粉图像。

　　（3）显影

　　把光导体表面形成的"静电潜像"，经过"显影"显示出墨粉图像，这个过程称之为" 电子显影"。显影工作是由显影器完成，其作用是将静电潜像变成可见图像。 显影是利用物质间电荷同性相斥、异性相吸的原理完成的。

　　显影器中装有铁粉及碳粉，经摩擦后铁粉带正电，碳粉带负电，这样铁粉被碳粉包围而 吸附了碳粉的铁粉又被永久磁铁吸附，形成类似于毛刷似的一层铁粉与碳粉混合物。 当硒鼓表面从这层磁刷下经过时，碳墨粉因带负电而被吸到硒鼓表面仍保持着正电的 部分，形成了可见的碳粉图像。搅拌器的作用，是使铁粉与碳粉摩擦带电。

　　感光鼓表面的"静电潜像"电荷与显影墨粉所带的电荷极性相反，当感光鼓与携带墨粉的磁辊靠近到一定的距 离时，墨粉即被吸引，或者说是墨粉跳跃到感光鼓表面而形成"墨粉图像"，也称为跳动显 影。注意：激光打即机感光鼓曝光后表面"静电潜像"的电荷呈负极性，而墨粉所带电荷 为正极性。显影单元的墨粉传递是这样完成的。

　　当墨粉在粉盒内被搅拌器搅拌均匀后，墨粉由掺杂的载体运载并被磁辊内的永久磁芯 吸附到磁辊外表面上，这时墨粉不显极性。当磁辊载着墨粉旋转并与墨粉刮板相切，与之磨 擦时，使墨粉带上正电荷。墨粉在墨粉刮板和磁场作用下，在磁辊表面上形成恨薄且分布均 匀的墨粉雾。墨粉刮板还起到限制墨粉量的作用，使墨粉不致吸附过多。

　　前面提到，感光鼓残留电位是打印产生"底灰"的重要原因，解决的办法是在磁辊套 上加上适当的交、直流"偏压"，以抵消墨粉过量的传递。显影偏压有两个作用，适当调节 显影偏压，一是防止产生"底灰"，二是调整打印浓度。实际应用中，"打印浓度"调节旋 钮就是调节显影偏压。如惠普、佳能、爱普生、联想的一些激光打印机机型都有此旋钮。但 打印浓度的提高也意味着分辨率的降低，因为过多的墨粉在定影后会影响分辨率。

　　现在新生产的激光打印机一般都带有"分辨率增强方式（RET）"。通过RET方式，可以 填充斜线或弧线"点阵空穴"的缺陷，RET对横、竖向点阵不起做用。它有三种方式：① 轻度（Lighi）；②中度（Medium）；③深度（Dark）。RET可以结合打印浓度的选择打印出 精美的文字或图像，也称为平滑技术。不同设置，打印出样张上的标志块不同。

　　激光扫描是用来产生非常小的高精度光点，用于高质量的文字及图像的印刷，常用的激 光扫描系统工作原理是：在工作物质两端设置两块相互平行的反射镜（栅极），这两块反射 镜之间构成了一个谐振腔。谐振腔的一块反射镜为全反射镜，另一块为半反射镜，当工作物 质受激，原子自发辐射的光子在谐振腔内不断地来回反射，辐射出的光子不断增加。当谐振 腔内叠加的光子增加到一定量时，就会穿透半反射的反射镜面发出一束非常强的光，这就是 激光。这样发出的光束非常集中，几乎没有散射，只要我们利用控制技术将光波波长控制在 700～900μm（纳米），这样所产生的激光就可以满足激光打印机感光鼓的曝光需要。

　　现代所用的半导体激光器，通常采用激光二极管，它的原理与普通的二极管极为相似， 如都有一对PN结，当电压和电流加到激光二极管上时，P型半导体材料中的空穴和N型材料中 的自由电子产生相对运动， PN结处载流子的密度增加非常大，自由电子和空穴重新复合， 因而产生受激辐射，释放出具有激光特性的光子，由激光器谐振腔内的反射镜反射，透过激 光孔和孔内聚焦镜，射出激光束。

　　从激光的产生可以看出，一条激光束只包括一种主要波长的光线，它是单色的。每一 条光线都沿一个方向传播，以相互叠加的方式结合，我们称之为"相干性"。这个特性使激 光以一条极细的光束射到一个靶上，而几乎没有散射。而每条激光束就像枪膛里射出的子弹 ，每颗子弹只能在靶上打一个孔。如果要打出一个"一"字，就要射出很多的子弹，沿"一 "字方向打出很多的孔，形成一个"一"字点的横向排列，这就是我们所说的"点阵排列" ，是后面要讲"点阵图像"的技术基础。

　　激光打印机的图文信息，亦是由点阵组成。印刷质量要求越高，组成一个字符的点阵亦 越多。激光扫描的点阵形成有四种方法。单线扫描：将一行字符的每一行的点阵信息，送至扫描器中进行扫描，称为单线扫描。多线顺序偏转扫描：高频信号发生器依次产生 9个不同的频率，依据布雷格衍射原理，它们在偏转调制器中会产生9条偏转角不同的扫描线 ，接着转镜旋转一个微小角度，扫描出从左至右的点阵信息。由于这种方法只需转镜转过一个微小的角度，它相当于单线扫描方法的1／132，即可形成1个字，故又称小光栅扫描。 多线同时偏转扫描：是指在高频驱动电路中同时产生9个不同的频率，经合成后送至偏转 调制器中。多线同时偏转多次扫描：这种方法与多线同时偏转扫描属同一类，只是从1个字 符的形成上有所区别。即在扫描高点阵字符时，一个完整的字符是分成多次扫描完成的。 图形信息的点阵形成与字符的点阵形成基本相似。