激光打印机工作原理Word文件下载.docx
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二、基来源根基理
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、控制办法和采取的部件会因厂牌和机型不合而有所不同，如：
①对感光鼓充电的极性不合。
②感光鼓充电采取的部件不合。
有的机型使用电极丝放电方法对感光鼓进行充电，有的机型使用充电胶辊（FCR）对感光鼓进行充电。
③高压转印采取的部件有所不合。
④感光鼓曝光的形式不合。
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，从接口送至字形产生器，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年夜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）概略上，使角速度扫描酿成线速度扫描，完成整个扫描过程。
硒鼓概略先由充电极充电，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，便在硒鼓的概略形成静电潜像，经过磁刷显影器显影，潜像即转酿成可见的墨粉像，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，消电灯把鼓上残存电荷清除，再经清洁纸系统作完全的清洁，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。
那幺我们为什幺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合。
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竭地自发辐射而发光。
这种普通的光源具有很年夜的散射性和漫射性，不克不及控制形成集中的光束，也就不克不及应用于激光打印机。
激光打印机所需要的激光光束必须具有以下特性：
①高标的目的性。
收回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，容易迭加和别离。
激光器是激光扫描系统的光源，具有标的目的性好、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取氦氖（HeNe）气体激光器，其波长为632．8μm，其特点是输出功率较高、体积年夜、是寿命长（一般年夜于1万小时）性能可靠，噪音低，输出功率年夜。
可是因为体积太年夜，现在基本已淘汰。
现代激光打印机都采取半导体激光器，罕见的是镓砷镓铝砷（CaAsCaAlAs）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、本钱低，可直接进行内部调制，是轻便型台式激光打印机的光源。
激光扫描是用来产生很是小的高精度光点，用于高质量的文字及图像的印刷，经常使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竭地来回反射，辐射出的光子不竭增加。
当谐振腔内迭加的光子增加到一定量时，就会穿透半反射的反射镜面收回一束很是强的光，这就是激光。
这样收回的光束很是集中，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，通常采取激光二极管，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型半导体资料中的空穴和N型资料中的自由电子产生相对运动，PN结处载流子的密度增加很是年夜，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，一条激光束只包含一种主要波长的光线，它是单色的。
每一条光线都沿一个标的目的传播，以相互迭加的方法结合，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"
字标的目的打出很多的孔，形成一个"
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办法。
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：
高频信号产生器依次产生9个不合的频率，依据布雷格衍射原理，它们在偏转调制器中会产生9条偏转角不合的扫描线，接着转镜旋转一个微小角度，扫描出从左至右的点阵信息。
由于这种办法只需转镜转过一个微小的角度，它相当于单线扫描办法的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个不合的频率，经合成后送至偏转调制器中。
多线同时偏转屡次扫描：
这种办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红屡次扫描完成的。
图形信息的点阵形成与字符的点阵形成基秘闻似。
2.感光鼓的工作原理和结构
感光鼓是激光打印机的核心部件。
它是一个光敏器件，主要用光导资料制成。
它的基本工作原理就是"
光电转换"
的过程。
它在激光打印机中作为消耗资料使用，并且它的价格也较为昂贵。
光敏半导体有半导体的共性，如受热激发，掺杂后修改电导率等。
另外，它还具有其他半导体不具有的"
光导电"
特性。
光敏半导体受光照射后，它的电导率可以上升几个数量级。
从能带上讲，它的价带中的电子吸收了光的能量后，跃入导带，产生电子空穴对。
这种由光照产生的电子空穴对，称为"
光生载流子"
光敏半导体内产生的"
增多，它的电导率就上升。
这种受光照射后提高的电导率称为"
本征光电导率"
实际应用中，光敏半导体资料需经过掺杂后，才干制成激光器使用的半导体资料。
所以除有本征光电导率外，还必须具有光激发杂质能级上的电子或空穴形成的杂质光电导率的性质。
在有些光敏半导体中，"
杂质光电导率"
起主要作用。
光敏半导体受光照射后，会不合水平地修改物体内的"
载流子迁移率"
（迁移率是载流子的迁移速度与外电场的比值）。
标记物体的导电能力的"
电导"
，即是载流子密度乘以迁移率。
迁移率上升，电导提高，电导率由本征光电导率、杂质光电导率和迁移率的值共同决定，只是在某种条件下便以其中的某种因素为主罢了。
实际应用的各种光导体对光的敏感水平都不一样。
光导体的电导率与它对光的敏感水平成正比。
所以光感对光导体的导电性影响很年夜。
光导体对光的光感度是不一样的。
某一种光导体，只对某一区域光谱的光的光感度高，离开了这一区域，则可能丧失光感度。
光敏半导体在与它适用的光波长规模内，会对光形成一个吸收峰值。
在这个峰值规模内光电导效果最佳。
它还与光的照度有关系。
照度越高，产生的载流子越多，光电导率就越高。
然而每种光导体的特性各异，所以在相同条件下，达到相同的光电导率指标所需要的照度是不合的。
目前感光鼓经常使用的光导资料有硫化镉（CdS）、硒砷（SeAs）。
有机光导资料（opc）等几种。
制作感光鼓用的光导资料，应具备以下特性：
①耐磨性好。
光导体概略要有一定的硬度，要能接受显影转印和清洁过程中的机械磨损。
如果感光鼓（光导体）被磨损或划伤，将招致打印质量的下降或破坏感光鼓，磨损严重时只有报废。
在实际的工作中，因磨损、划伤而报废的感光鼓最多。
现在一种新型的长寿命的陶瓷感光鼓（aSi）已经获得了应用，可打印30万张以上。
②温度稳定性好。
光导体的性能容易受温度的影响，所以，在激光打印机性能中特别强调使用环境要有合适的温度与湿度，不然会影响打印质量。
③光电导性好。
光电导性是感光鼓的重要指标，它直接影响到打印质量的好坏。
因为感光鼓连续工作在充电、放电的循环过程中，要求充电时电位上升快，概略饱和电位比应用电位要高；
不然，初始电位上不去，也将影响打印质量。
充电后的感光鼓暗衰减要小，不然坚持不往概略电位，不克不及形成需要的电位差潜像。
感光鼓曝光后放电要快，即光衰迅速。
放电越完全越好。
因为剩余电位的几多，既影响潜像的反差，又会带来打印品的"
底灰"
④耐疲劳。
感光鼓在使用的过程中，打印机要对其进行频频充电，因而要具有良好的耐疲劳性能，在规定的寿命时间内，打印质量不克不及因连续使用而下降。
感光鼓的光导特性稳定性要好，应满足连续使用的要求。
激光打印机使用的感光鼓，一般为三层结构。
第一层是铝合金圆筒（导电层），第二层是在圆筒概略上采取真空蒸镀的办法，镀上一层光导体资料（光导层），第三层是在光导资料的外面再镀一层绝缘资料（绝缘层）。
有的感光鼓为了更好地释放电荷，在光导层与铝合金导电层中间，加镀一层超导资料，以使电荷更迅速地释放。
感光鼓概略的绝缘层，一是为提高耐磨性能，增加使用寿命；
二是为光导层提供呵护，避免光导体的磨损，坚持光导体的光电导特性。
导电层铝合金筒与激光打印机的地线相连，使曝光后的电位迅速释放。
它是一个精度很是高的圆筒，在运转的过程中，能坚持匀速运转及坚持均匀电荷。
3.数据转译与传递
（1）数据转译：
要打印完整的文字、图像，除激光打印机自己的功能外，还必须通过计算机把要打印内容，即文字或图像用文字处理软件或图形处理软件，编辑成具有一定格式的计算机语言。
其描述的内容都是由计算机编辑软件决定，与激光打印机没有任何关系。
当我们选定了打印机命令，并按下确定打印按钮后，计算机把编辑好的数据通过打印机接口传送给打印机，由打印机驱动法度把打印的内容进行解释，并转换成打印机可以识另外语言（也叫打印机语言），由打印机依照自己的语言打印出BR>
激光打印机的点阵排列是由二进制数据组成的方阵控制，每个点对应一个二进制数位，由运算控制器控制激光器向感光鼓概略射出一束激光，称为"
曝光"
，被曝光的"
点"
称为"
像素点"
要打印一个文字或一幅图像，需要很多的"
组成。
因此，单位面积内像素点的数目越多，打印的辩白率就越高。
如果一个激光扫描装置，沿感光鼓轴向水平概略，射出每英寸300个点，并且感光鼓由主机电带动依照1／300分匀速旋转，那幺，激光打印机就能以每平方英寸300×
300DPI的辩白率打印出文字或图像。
现在，高档的激光打印机的输出精度可以达到2400DPI。
由像素点形成点阵图像，还要经过声光调制器、高频驱动器、扫描器同步器和光学系统共同完成。
（1）声光调制器
年夜家知道，电视机接收到的图像和声音是由电视台将声光信号调制为电信号发射出来的。
电视机接收到电信号再经过解调，还原成图像和声音。
激光打印机激光器射出的光束也载有数据信息，这些信息的转换过程也类似于电视机信息传递过程。
只是此过程是由声光调制器转换的。
声光调制器的调制频率可达30MHz左右，特性稳定，因此年夜大都的激光打印机都采取这种调制器。
声光调制器的工作原理是利用声光效应所产生的布雷格衍射的特点，实现对激光束传播标的目的的控制。
激光束欲完成图文信息的映像任务，必须用图文信息进行调制，恰如电视台将图像及声音信号调制到无线电波上去，方能在电视机中解调出图像与声音信号一样。
声光调制器的工作原理，是利用声光效应产生布雷格衍射，若在玻璃及晶体等超声媒质中产生超声波，便将引起周期性的折射率变更，而成为相位型衍射栅，光栅常数即是超声波波长，当激光束射到超声媒质中时，激光束即产生衍射，衍射光的强度及标的目的会随超声波的频率及强度而变更，即为声光效应。
当向玻璃或晶体发射超声波而产生反射，由入射角折射的光线传播而形成相位变更的衍射光栅，光栅常数即是超声波的波长λ。
如果激光束射入超声媒体中，激光束就会产生衍射，衍射光的强度和标的目的随超声波的频率和强度的变更而变更，这就是声光效应。
根据波干涉的加强条件，入射光和衍射光的标的目的满足布雷格方程：
θi=θd=θB
sinθB=λ/2A=λf/2v（v=fA）
式中：
θi：
入射光与超声波面的夹角；
λ：
光在介质中的波长；
θd：
衍射光与超声波面的夹角；
A：
超声波波长；
θB：
布雷格角；
f：
超声波频率。
θB很小时，sinθB≈θd，则方程可简化为：
θi=θd=θB=λf/2v，当衍射光和入射光的夹角为α时，则：
α=θi+θd=2θB=λf/v。
式中α为偏转角，它与超声波的频率成正比。
修改超声波频率f,就可以修改偏转角α，从而达到控制激光束标的目的的目的。
按布雷格衍射理论，当超声波维持一种频率的高频信号时，入射的激光束除产生一条0级光外，还产生一条1级衍射光。
0级光控制同步器和高频信号的起停，1级衍射光对感光鼓曝光形成像素点。
布雷格衍射在超声波只有一种高频信号时入射的激光束除产生未偏转的0级光外，尚产生一条1级衍射光，声光调制器在修改光束的传播时，还使0级及1级光的强度随调制信号而变更，若有若干个不合的高频正统波被加到换能器上，则能产生若干条衍射光，称这种现象为多频衍射。
在激光打印机中，高频驱动电路的作用，即是产生多个高频正弦波信号，供声光调制器使用。
典范的高频信号源，可产生9个高频信号，经声光器件产生9条衍射光。
这9条高频信号频率应稳定，波形失真小，在相加电路中相加到一起送往换能器时，需各个频率的信号相互影响小，不产生畸变，以便包管经衍射后的衍射光有较好的线性。
（2）扫描器
要使经过声光调制器后的激光束在感光鼓上产生文字或图像，激光束需要完成横向和纵向两个标的目的的运动，不克不及依靠激光器运动来实现，因为由光电器件运动而带来的振动会影响激光束的精度。
所以激光打印机的激光器采取固定式结构，而由一个多面旋转的反射镜来完成激光束横向扫描，依靠感光鼓的旋转实现纵向扫描。
欲使经调制后的激光束在感光硒鼓上产生文字与图像，尚应完成横向（沿打印纸行的标的目的）及纵向两个标的目的运动。
纵向运动是依靠硒鼓的旋转来完成，而光束的横向运动则由扫描器来完成。
按工作方法扫描器分声光式、电光式、检流计式及转镜式等。
鉴于转镜式扫描器有扫描角度年夜、辩白率高、光能损耗小及结构简单等优点，而被广泛用于激光打印机中。
为了减少多面镜旋转时产生的非线性误差，转镜的几何精度的误差及转镜驱动电念头转速不稳等，引起的纵向间距和字符的轨迹不均匀等缺点，一般在扫描器中还装有一个同步信号传感器。
此传感器是使用布雷格衍射产生的0级光，不产生偏转，从而经多面转镜反射后具有照射位置固定的特点，将其作为同步信号，用来控制高频信号产生器的起停，可包管扫描间距一致，消除上述误差。
为使扫描器产生的扫描光束集陈规定的年夜小，并在感光鼓上进行匀速直线运动，应采取较好的光路系统。
光路系统根据透镜处于扫描器的前后位置，分物镜前／后型两种形式，由于物镜后型在扫描较年夜图形时失真严重，很少采取。
物镜前型扫描线较直，但亦有失真，由于后来生产的激光打印机中，采取多个透镜组合在一起的广角聚焦镜，焦距为300mm，多面转镜的物距为37mm，失真度仅为0．0011%，已能完全满足激光成像的要求。
激光打印机用的多棱扫描器（镜），一般有二面镜、四面镜、六面镜三种，由扫描机电带动旋转，完成横向的扫描运动。
它是包管激光打印机打印精度的关键部件。
扫描器完成横向扫描的原理为：
我们设定MN为扫描器的一个镜面。
当入射激光束射到MN面的A点上时，若入射角为θi，则反射光束以反射角θd反射出来，θi=θd，当MN转过一个角度φ，而入射光束标的目的不变，则反射光束转过2φ，也就是反射光束以MN的两倍角旋转。
如果P为反射光点在感光鼓的一端，而P1为反射光点，在感光鼓的另一端就完成了对感光鼓的横向扫描，固然扫描器的旋转速度是极快的，所以P～P1之间也形成很多的反射激光束点。
当主机电带动感光鼓旋转，同时也完成纵向扫描的反射激光束点，就这样最终完成文字或图像的点阵排列。
（3）同步器
扫描器在扫描机电的带动下飞速旋转，由于扫描机电旋转时产生的非线性失真及扫描器几何精度的误差，会引起纵向间距和字符轨迹不均匀。
在扫描系统中，装有一个同步信号传感器，同步传感器利用布雷格衍射产生的0级光不产生偏转的性质，经过扫描器（镜）反射后，照射同步传感器的吸收窗转换为同步信号，用它来控制高频信号产生器的起停，从而包管扫描问距的一致，消除误差。
（4）光学系统
为使扫描器反射产生的激光束，聚集形陈规定年夜小的光点，消除光束传播过程中的漫射，需要用一组光学透镜对光束进行调制，提高扫描精度。
它包含：
弧面透镜、球面透镜、反射镜。
这组透镜只有将激光束校正失真度为0．1‰，才干满足激光成像的技术要求。
5.电子显像系统
激光打印机是精密的机械系统，它利用光、电、热的物理、化学原理通过相互作用输出文字或图像，这些庞杂的过程都由一个电子控制系统来实现，称为电子显像系统。
"
静电成像"
的理论是美国人卡尔逊首先提出的，因此也称为卡尔逊法。
或称为放电成像法。
基本过程可分为充电、曝光、显影、转印、定影、清洁、消电7个步调，其中5个步调是围绕电子显像系统进行的。
（1）充电
感光鼓概略光导体资料在不见光的情况下为绝缘体，呈中性状态，不带有任何电荷。
要实现在光导体概略的"
静电潜像"
，必须在光导体概略进行充电，使之荷电。
只有这样，当激光束扫描到光导体上时，光导体被曝光的点导通，形成光束点阵。
点阵电荷与基体导通形成"
电位差潜像"
，当感光鼓旋转到与显影磁辊相切位置时，把磁辊上载有与光导体概略电荷属性相反的墨粉吸引到感光鼓概略，从而在感光鼓上显现出墨粉图像。
欲使感光鼓能依照图文信息吸附上碳粉，应先对硒鼓进行充电，充电电极是一根与感光鼓轴平行的钨丝，其上带有5～7kV的直流高压，当硒鼓概略与钨丝很是接近时，周围的空气被电离产生电晕放电，使感光鼓带上对打印质量影响很年夜。
在对感光鼓概略充电时，随着电荷在感光鼓概略的积累，电位也不竭升高，最后达到"
饱和"
电位，就是最高电位。
概略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概略）电位仍处在暗衰过程；
亮区（指受光照射部分的光导体概略）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，光导体概略电位也迅速下降。
称之为"
光衰"
，最后趋缓。
从理论上说光衰越快越完全越好，实际上很难达到。
剩余残留电位的高高攀会影响打印质量，如残存电位过高，将会呈现打印"
现象。
一幅静电潜像形成后，还必须经过如下所述的"
显影"
过程才干转换成墨粉图像。
（3）显影
把光导体概略形成的"
，经过"
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酿成可见图像。
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，这样铁粉被碳粉包抄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。
当硒鼓概略从这层磁刷下经过时，碳墨粉因带负电而被吸到硒鼓概略仍坚持着正电的部分，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。
感光鼓概略的"
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概略而形成"
墨粉图像"
，也称为跳动显影。
注意：
激光打即机感光鼓曝光后概略"
的电荷呈负极性，而墨粉所带电荷为正极性。
显影单位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概略上，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，在磁辊概略上形成恨薄且散布均匀的墨粉雾。
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"
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，一是避免产生"
，二是调整打印浓度。
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