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全面解析 激光打印机结构和工作原理

2007-05-08 北方IT网 分享

    激光打印机是由激光器、声光调制器、高频驱动、扫描器、同步器及光偏转器等组成,其作用是把接口电路送来的二进制点阵信息调制在激光束上,之后扫描到感光体上。感光体与照相机构组成电子照相转印系统,把射到感光鼓上的图文映像转印到打印纸上,其原理与复印机相同。激光打印机是将激光扫描技术和电子显像技术相结合的非击打输出设备。它的机型不同,打印功能也有区别,但工作原理基本相同,都要经过:充电、曝光、显影、转印、消电 、清洁、定影七道工序,其中有五道工序是围绕感光鼓进行的。当把要打印的文本或图像输入到计算机中,通过计算机软件对其进行预处理。然后由打印机驱动程序转换成打印机可以识别的打印命令(打印机语言)送到高频驱动电路,以控制激光发射器的开与关,形成点阵激光束,再经扫描转镜对电子显像系统中的感光鼓进行轴向扫描曝光,纵向扫描由感光鼓的自身旋转实现。  
    
    感光鼓是一个光敏器件,有受光导通的特性。表面的光导涂层在扫描曝光前,由充电辊充上均匀电荷。当激光束以点阵形式扫射到感光鼓上时,被扫描的点因曝光而导通,电荷由导电基对地迅速释放。没有曝光的点仍然维持原有电荷,这样在感光鼓表面就形成了一幅电位差潜像(静电潜像),当带有静电潜像的感光鼓旋转到载有墨粉磁辊的位置时,带相反电荷的墨粉被吸附到感光鼓表面形成了墨粉图像。   
   
    当载有墨粉图像的感光鼓继续旋转,到达图像转移装置时,一张打印纸也同时被送到感光鼓与图像转移装置的中间,此时图像转移装置在打印纸背面施放一个强电压,将感光鼓上的墨粉像吸引到打印纸上,再将载有墨粉图像的打印纸上送入高温定影装置加温、加压热熔,墨粉熔化后浸入到打印纸中,最后输出的就是打印好的文本或图像。   
   
    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。    

    激光打印机是60年代末Xerox公司发明的,采用的是电子照相(Electro-photo-graphy)技术。该技术利用激光束扫描光鼓,通过控制激光束的开与关使传感光鼓吸与不吸墨粉,光鼓再把吸附的墨粉转印到纸上而形成打印结果。激光打印机的整个打印过程可以分为控制器处理阶段、墨影及转印阶段。    

    与针式打印机和喷墨打印机相比,激光打印机有非常明显的优点。(1)高密度。激光打印机的打印分辨率最低为300dpi,还有400dpi、600dpi、800dpi、1200dpi以及2400dpi和4800dpi等高分辨率。(2)高速度。激光打印机的打印速度最低为4ppm,一般为12ppm、16ppm,有些激光打印机的打印速度可以达到24ppm以上.(3)噪音低。一般在53dB以下,非常适合在安静的办公场所使用。(4)处理能力强。激光打印机的控制器中有CPU,有内存,控制器相当于计算机的主板,所以它可以进行复杂的文字处理、图像处理、图形处理,这是针式打印机与喷墨打印机所不能完成的,也是页式打印机与行式打印机的区别。   
   
    激光打印机究竟是如何打印出精美的文字与图形的呢?其实激光打印机与影印机的打印过程基本相同。不同的是对于激光打印机而言,影像在打印动作发生之前就已经产生了。首先,计算机把需要打印的内容转换成计算机读得懂的代码,然后再把这些代码传送给打印机。这时,打印机语言再把这些代码破译成点阵的图样——这个破译过程是相当重要的。优秀的打印机语言所产生的点阵图样与显示器屏幕上的图样完全一致,这种一致性就是激光打印机一直追求的“所见即所得(What You See Is What You Get)"。破译后的点阵图样被送到激光发生器,激光发生器根据图样的内容迅速作出开与关的反应,把激光束投射到一个经过充电的旋转鼓上,鼓的表面凡是被激光照射到的地方电荷都被释放掉,而那些激光没有照到的地方却仍然带有电荷。  
    
    举例来说,如果在打印机语言所生成的位图中,只有在第三行第三列处有一个圆点,其余部分都是空白,于是激光发生器便只在这个位置发出一束激光,照射到感应鼓上,其余位置激光发生器都保持关的状态。这时感应鼓的表面只有第三行第三列处的那个点不带电荷,而其余部分仍然保持充电的状态,这时激光打印机有两种处理方法:1.只对这个点进行上色,其余部分不上色(产生出白底黑点);2.只对其余部分上色,对这个点不上色(产生出黑底白点)。第一种处理方法被称为“写黑”,第二种处理方法则被称为“写白”。很明显,如果在这个例子中我们想以写白的方式打印出一个黑点,那么我们必须让激光照遍感应鼓表面除这个点之外的所有位置(注意激光的作用只是放电,而不是充电),换句话说,也就是保证只有这个点带电,其余部分的电荷都被激光释放掉。在这种情况下,由于激光束必须照遍除这个点之外的所有区域,因此打印机需要相当一段时间才能打印出这个小小的黑点。在大多数环境中,打印机实际需要打印的部分最多只占整个页面的三分之一,因此今天大多数激光打印机都采用写黑的方式打印,这样可以缩短激光扫描的时间。   

    当然,激光打印机的整个打印过程并不仅仅包括激光发生器和感应鼓,还有很多其他部件也都参与了打印作业。    
   
    (1)打印机控制器: 打印机控制器负责接收从主机传来的打印数据,并把这些数据转换为图像。打印机控制器需要处理很多程序,包括与主机通信、解释主机的打印命令、格式化打印内容(即准备创建图像,包括设定纸张大小、边页、选择字体等)、光栅化(创建点阵图像)、最后将图像送往打印引擎。不同的打印机语言对控制器发出不同的命令,不同的生产厂商又使用不同的方法来设计他们各自的打印机控制器。   
   
    (2)打印装置: 打印装置是一组电子与机械相结合的系统,它能把打印机控制器生成的点阵图形打印出来。打印装置有自己的处理器,用来控制引擎与电路。一般说来,打印装置由以下部件构成:激光扫描装置、感应鼓、硒鼓、显影装置、静电滚筒、粘合装置、纸张传送装置、清洁刀片、进纸器和出纸托盘。    

    激光扫描装置有时也被称为“光栅输出扫描设备(ROS)”,包括一个激光发生器,旋转镜和一个透镜。激光发生器把激光投射在感应鼓表面所有需要打印的点上,而在不需要打印的地方则保持关闭状态(写白式打印机则刚好相反)。激光发生器本身是固定的,激光束通过一个旋转镜来实现激光在感应鼓表面的横向移动。激光发生器与旋转镜必须设计得极为精密,才能保证它们同步工作,并将激光准确地投射到正确的点位。激光在感应鼓表面的纵向移动则由感应鼓本身的旋转来实现。  
    
    感应鼓也称“受光器”,或直接称为“鼓”。感应鼓通常呈圆柱体,表面极为光滑。它的表面可以被静电充电,这种静电一遇到强光便会被释放掉。在接触到激光前,鼓的表面被静电滚筒均匀地充电,当激光束投射到鼓的表面的某一个点时,这个点的静电便被释放掉,这样在鼓的表面便产生一个不带电的点。鼓以一种相对缓慢但又绝对恒定的速度旋转,使激光能够在鼓的表面形成连续的、没有空隙的纵向投射。这样旋转镜的横向移动与感应鼓的纵向移动使激光在鼓的表面“写”出了一个人们看不见的、不带静电的图像。   
   
    硒鼓是用来盛碳粉的装置。有些打印机的硒鼓与感应鼓装在一起,被称为“打印组件”。碳粉是从许多特殊的合成塑料炭灰、氧化铁中产生的。碳粉原料被混合、熔化、重新凝固,然后被粉碎成大小一致的极小的颗粒。碳粉越细微,越均匀,所产生的图像就越细致。在所有种类的碳粉中,惠普的Microfine碳粉颗粒比其他品牌的颗粒小20%到50%,因此在业界中享有极高的声誉。   
   
    显影装置实际上就是一条覆盖有磁性微粒的滚轴。这些带有磁性的微粒附着在滚轴的表面,就像一个极为精细的“刷子”。这条滚轴分别与感应鼓和硒鼓紧靠在一起,当滚轴滚动时,滚轴表面的小颗粒先从硒鼓那里“刷”来一层均匀的碳粉,然后这些碳粉在经过感应鼓时便被吸附到感应鼓的表面。写黑式打印机的显影装置有对碳粉进行充电的功能,因为若想使碳粉只被感应鼓表面不带有静电的那部分(即被激光扫描过的点位)所吸附,必须使碳粉带有电荷(对于写白式打印机,这个过程完全相反)。这时鼓的表面吸附了碳粉,就形成了一个极为清晰的图像,下一步的工作便是将这个图像转印到纸张上。    

    纸张传送装置纸张传送装置是激光打印机最重要的机械装置。这个装置通过两根由马达驱动的滚轴来实现对纸张的传送。纸张由进纸器开始,经过感应鼓、加热滚轴等部件,最后再被送出打印机。激光打印机中的滚动设备,如感光鼓、磁性滚轴和送纸滚轴的转动必须是同步进行的,它们的速度必须保持一致才能确保精确的打印输出。一般来说,这些滚轴都是以送纸装置为中心,通过互相啮合的齿轮来实现同速转动。    

    粘合装置纸张经过传送装置经过感应鼓时,鼓表面所附着的碳粉又被吸附到纸的表面,这时纸的表面虽然由碳粉形成了图像,但是这些碳粉对纸张的吸附力并不很强,稍强一点的风就可以把这些碳粉吹离纸的表面。为了使碳粉永久地附着在纸张表面,必须对碳粉进行粘合处理。我们知道,碳粉的原料是合成塑料炭灰,这种材料在高温状态下可以熔化。熔化后的碳粉再凝固,就可以永久地粘在纸张表面,在激光打印机内部有两根紧靠在一起的非常热的滚轴,它们的作用便是对从它们之间经过的纸张加热,使碳粉熔化从而粘合在纸张的表面。加热后的纸张最后输出到打印机的出纸托盘,这时整个打印过程宣告结束。 


 
 
 
 
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