激光打印机工作原理.docx

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激光打印机工作原理

激光打印机基本结构

　　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。

激光打印机基本原理

　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。

激光器的工作

　　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。

　　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700～900nm（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。

激光打印机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，主要用光导材料制成。

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材料使用，而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，掺杂后改变电导率等。

此外，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"光生载流子"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，光敏半导体材料需经过掺杂后，才能制成激光器使用的半导体材料。

所以除了有本征光电导率外，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，会不同程度地改变物体内的"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）。

标志物体的导电能力的"电导"，等于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程度都不一样。

光导体的电导率与它对光的敏感程度成正比。

所以光感对光导体的导电性影响很大。

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范围内，会对光形成一个吸收峰值。

在这个峰值范围内光电导效果最佳。

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同的。

　　目前感光鼓常用的光导材料有硫化镉（CdS）、硒-砷（Se-As）。

有机光导材料（opc）等几种。

制作感光鼓用的光导材料，应具备以下特性：

　　①耐磨性好。

光导体表面要有一定的硬度，要能承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，将导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（a-Si）已经得到了应用，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，否则会影响打印质量。

　　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充电、放电的循环过程中，在要求充电时电位上升快，表面饱和电位比应用电位要高；否则，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，否则保持不往表面电位，不能形成必要的电位差潜像。

感光鼓曝光后放电要快，即光衰迅速。

放电越彻底越好。

因为剩余电位的多少，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，打印机要对其进行反复充电，因而要具有良好的耐疲劳性能，在规定的寿命时间内，打印质量不能因连续使用而下降。

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），第二层是在圆筒表面上采用真空蒸镀的方法，镀上一层光导体材料（光导层），第三层是在光导材料的外面再镀一层绝缘材料（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，加镀一层超导材料，以使电荷更迅速地释放。

　　感光鼓表面的绝缘层，一是为提高耐磨性能，增加使用寿命；二是为光导层提供保护，防止光导体的磨损，保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。

它是一个精度非常高的圆筒，在运转的过程中，能保持匀速运转及保持均匀电荷。

激光打印机数据转译与传递

（1）数据转译：

要打印完整的文字、图像，除激光打印机本身的功能外，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，由打印机驱动程序把打印的内容进行解释，并转换成打印机可以识别的语言（也叫打印机语言），由打印机按照自己的语言打印出已经编辑好的文字或图像。

　　不同型号的激光打印机，打印语言不同，所使用的驱动程序也不同。

当然也有可兼容的打印机驱动程序。

现在生产的激光打印机，普遍采用标准打印语言PCL5或PCL6语言。

（2）数据传送：

打印机与计算机之间的通讯传送端口有很多种，比较常见的是"串口"或"并口"。

EPP/ECP（EnhancedParalleIPort／ExtendedCapabilitiesPort）称为增强型/扩展型并口。

"串口"由于速度较慢，一般很少采用。

其他如SCSI接口，因速度快，大都用在较高档的打印机上。

还有的打印机采用视频接口（VDO）方式与计算机通讯，通讯方式与其他接口不同，它传送的不是数据，而是激光束流，速度更快。

它的数据是由另外一块"视频转换卡"来完成，但因它与计算机共亨内存，要求计算机有足够的缓存空间。

一般印刷排版行业采用此种接口的打印机较多。

有的高档打印机带有多种接口，可同时接多台计算机。

现在生产的很多打印机配备速度更快的USB接口。

　　当打印控制器从计算机接收数据之后，打印机一般采取两种工作方式：

一种是把数据直接送给解释器执行打印，称为"段工作方式"，这种方式工作的打印机不需要很多的缓存和内存，普通型的打印机多采用此种工作方式。

另一种是把传输的数据存储在打印机内部的硬盘中，待使用时可随时打印出来，也称为"池工作方式"，很多高档打印机使用这种工作方式。

它的优点是当许多用户共享一台打印机时，可同时发出打印命令而不必等待，并可节省数据通讯传输的等待时间，但其价格也较贵。

激光打印机光栅或点阵潜像的生成

　　激光打印机打印出的文字或图像，如果在放大镜下观察，就会发现文字或图像是由很多的白点和黑点组成（也叫点阵图形），与普通的点阵式打印效果相似。

前者是通过控制激光束的开与关实现点阵排列，而后者则是通过打印针击打来实现点阵排列。

　　光栅图像是一种视频数字图像，需要打印机中的光栅转换器把视频数据进行光栅化处理，转换成打印机使用的点阵图像打