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中級技術(shù)員培訓(xùn)教程激光打印機結(jié)構(gòu)和原理激光技術(shù)出現(xiàn)于60年代，真正投入實際應(yīng)用始于70年代初期。最早的激光發(fā)射器是充有氦-氖（He- Ne）氣體的電子激光管，體積很大，因此在實際應(yīng)用中受到了很大限制。70年代末期，半導(dǎo)體技術(shù)趨向成熟。半導(dǎo)體激光器隨之誕生，高靈敏度的感光材料也不 斷發(fā)現(xiàn)，加上激光控制技術(shù)的發(fā)展，激光技術(shù)迅速成熟，并進(jìn)入了實際應(yīng)用領(lǐng)域。以美國、日本為代表的科研人員，在靜電復(fù)印機的基礎(chǔ)上，結(jié)合了激光技術(shù)與計算 機技術(shù)，相繼研制出半導(dǎo)體激光打印機。這種類型打印機的打印質(zhì)量好、速度快、無噪音，所以很快得到了廣泛應(yīng)用。 90年代初，美國惠普公司 和日本佳能公司生產(chǎn)的激光打印機，打印速度可達(dá)到每分鐘8頁，打印精度為600DP1。其中惠普公司的分辨率增強技術(shù)（Resolution Enhancement Techno1ogy）及PCL打印機語言，已成為世界標(biāo)準(zhǔn)。激光打印機按其打印輸出速度可分為三類：即低速激光打印機(每分鐘輸出1030頁)；中速 激光打印機(每分鐘輸出40120頁)；高速激光打印機(每分鐘輸出130300頁)?，F(xiàn)在激光打印機仍以惠普、佳能、愛普生占據(jù)主要市場，此外，還 有利盟(Lexmark)、施樂、松下、理光等系列。近年來我國的聯(lián)想公司和方正公司也相繼生產(chǎn)出了適用的激光打印機，并也占據(jù)了一些市場份額。 鑒于激光打印機如今使用非常廣泛，但多數(shù)用戶對于維修及故障排除都不太在行，為使許多同行能更好地了解和使用激光打印機，本人在多年使用中覺得，對于充 分了解激光打印機的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及工作原理等的了解，對于排除激光打印機的故障是有很大幫助的。因此，就將激光打印機的結(jié)構(gòu)、原理等總結(jié)如下，供同行們參 考。一、基本結(jié)構(gòu)激光打印機是由激光器、聲光調(diào)制器、高頻驅(qū)動、掃描器、同步器及光偏轉(zhuǎn)器等組成，其 作用是把接口電路送來的二進(jìn)制點陣信息調(diào)制在激光束上，之后掃描到感光體上。感光體與 照相機構(gòu)組成電子照相轉(zhuǎn)印系統(tǒng)，把射到感光鼓上的圖文映像轉(zhuǎn)印到打印紙上，其原理與復(fù) 印機相同。激光打印機是將激光掃描技術(shù)和電子顯像技術(shù)相結(jié)合的非擊打輸出設(shè)備。它的機 型不 同，打印功能也有區(qū)別，但工作原理基本相同，都要經(jīng)過：充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)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(jìn)行的。當(dāng)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(jìn)行預(yù)處理。然后由打印機驅(qū)動程序轉(zhuǎn)換成打印機可以 識別的打印命令（打印機語言）送到高頻驅(qū)動電路，以控制激光發(fā)射器的開與關(guān)，形成點陣 激光束，再經(jīng)掃描轉(zhuǎn)鏡對電子顯像系統(tǒng)中的感光鼓進(jìn)行軸向掃描曝光，縱向掃描由感光鼓的自身旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)。感光鼓是一個光敏器件，有受光導(dǎo)通的特 性。表面的光導(dǎo)涂層在掃描曝光前，由充電輥充上均勻電荷。當(dāng)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(dǎo)通，電荷由導(dǎo)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(dāng)帶有靜電潛像的感光鼓旋轉(zhuǎn)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(dāng)載有墨粉圖像的感光鼓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，到達(dá)圖像轉(zhuǎn)移裝置時，一張打印紙也同時被送到感光鼓與圖像轉(zhuǎn)移裝置 的中間，此時圖像轉(zhuǎn)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。二、基本原理激光打印機工作過程所需的控制裝置和部件的組成、設(shè)計結(jié)構(gòu)、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：對感光鼓充電的極性不同。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(jìn)行充電，有的機型使用充電膠輥（FCR）對感光鼓進(jìn) 行充電。高壓轉(zhuǎn)印采用的部件有所不同。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(jìn)行曝光。 不過他們的工作原理基本一樣。由激光器發(fā)射出的激光束，經(jīng)反射鏡射入聲光偏轉(zhuǎn)調(diào)制器，與此同時，由計算機送來的二進(jìn)制圖文點陣信息，從接口送至字形發(fā)生 器，形成所需字形的二進(jìn)制脈沖信息，由同步器產(chǎn)生的信號控制9個高頻振蕩器，再經(jīng)頻率合成器及功率放大器加至聲光調(diào)制器上，對由反射 鏡射入的激光束進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制后的光束射入多面轉(zhuǎn)鏡，再經(jīng)廣角聚焦鏡把光束聚焦后射至光導(dǎo)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(jīng)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(jīng)過磁刷顯影器顯影， 潛像即轉(zhuǎn)變成可見的墨粉像，在 經(jīng)過轉(zhuǎn)印區(qū)時，在轉(zhuǎn)印電極的電場作用下，墨粉便轉(zhuǎn)印到普通紙上，最后經(jīng)預(yù)熱板及高溫?zé)?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(zhuǎn)印走的墨粉清除 ，消電燈把鼓上殘余電荷清除，再經(jīng)清潔紙系統(tǒng)作徹底的清潔，即可進(jìn)入新的一輪工作周期。三、工作過程1.激光器的工作原理和結(jié)構(gòu) 我們通常把發(fā)光的物體叫做光源，如太陽、電燈、燃燒的蠟燭等。光具有能量，它可以使物體變熱，使照相底片感光，這就是能的轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。光能含在光束中，光 束射入人的眼睛，才引起人的視覺，所以我們能夠看到光源發(fā)射的光。那么我們?yōu)槭裁催€能看到不發(fā)光的 物體呢？是因為光源發(fā)射的光照射到它們，不發(fā)光的物體受光后，向四面八方漫反射的光射 入了我們的眼睛，所以我們也能看到不發(fā)光的物體。 產(chǎn)生激光的光源，和普通的光源明顯不同。如普通白熾燈光源是通過電流加熱鎢絲的 原子到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子不斷地自發(fā)輻射而發(fā)光。這種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，也就不能應(yīng)用于激光打印機。激光打印機所需要的 激光光束必須具有以下特性：高方向性。發(fā)出的光束在一定的距離內(nèi)沒有散射和漫射。高單色性。純白光由七色光組成。高亮度，有利于光束的集中并帶有很高的物理能量。 高相干性，容易疊加和分離。 激光器是激光掃描系統(tǒng)的光源，具有方向性好、單色性強、相干性高及能量集中、便于 調(diào)制和偏轉(zhuǎn)的特點。 早期生產(chǎn)的激光打印機多采用氦-氖（He-Ne）氣體激光器，其波長為6328m，其特點是 輸出功率較高、體積大、是壽命長（一般大于1萬小時） 性能可靠，噪音低，輸出功率大。但是因為體積太大，現(xiàn)在基本已淘汰?，F(xiàn)代激光打印機都 采用半導(dǎo)體激光器，常見的是鎵砷-鎵鋁砷（CaAs-CaAlAs）系列，所發(fā)射出的激光束波長一 般為近紅外光（780m），可與感光硒鼓的波長靈敏度特性相匹配。半導(dǎo)體激光器體積 小、成本低，可直接進(jìn)行內(nèi)部調(diào)制，是輕便型臺式激光打印機的光源。激光掃描是用來產(chǎn)生非常小的高精度光點，用于高質(zhì)量的文字及圖像的印刷，常用的 激 光掃描系統(tǒng)工作原理是：在工作物質(zhì)兩端設(shè)置兩塊相互平行的反射鏡（柵極），這兩塊反射 鏡之間構(gòu)成了一個諧振腔。諧振腔的一塊反射鏡為全反射鏡，另一塊為半反射鏡，當(dāng)工作物 質(zhì)受激，原子自發(fā)輻射的光子在諧振腔內(nèi)不斷地來回反射，輻射出的光子不斷增加。當(dāng)諧振 腔內(nèi)疊加的光子增加到一定量時，就會穿透半反射的反射鏡面發(fā)出一束非常強的光，這就是 激光。這樣發(fā)出的光束非常集中，幾乎沒有散射，只要我們利用控制技術(shù)將光波波長控制在 700900m（納米），這樣所產(chǎn)生的激光就可以滿足激光打印機感光鼓的曝光需要。現(xiàn)代所用的半導(dǎo)體激光器，通常采用激光二極管，它的原 理與普通的二極管極為相似， 如都有一對PN結(jié)，當(dāng)電壓和電流加到激光二極管上時，P型半導(dǎo)體材料中的空穴和N型材料中 的自由電子產(chǎn)生相對運動， PN結(jié)處載流子的密度增加非常大，自由電子和空穴重新復(fù)合， 因而產(chǎn)生受激輻射，釋放出具有激光特性的光子，由激光器諧振腔內(nèi)的反射鏡反射，透過激 光孔和孔內(nèi)聚焦鏡，射出激光束。從激光的產(chǎn)生可以看出，一條激光束只包括一種主要波長的光線，它是單色的。每一 條光線都沿一個方向傳播，以相互疊加的方式結(jié)合，我們稱之為相干性。這個特性使激 光以一條極細(xì)的光束射到一個靶上，而幾乎沒有散射。而每條激光束就像槍膛里射出的子彈 ，每顆子彈只能在靶上打一個孔。如果要打出一個一字，就要射出很多的子彈，沿一 字方向打出很多的孔，形成一個一字點的橫向排列，這就是我們所說的點陣排列 ，是后面要講點陣圖像的技術(shù)基礎(chǔ)。激光打印機的圖 文信息，亦是由點陣組成。印刷質(zhì)量要求越高，組成一個字符的點陣亦 越多。激光掃描的點陣形成有四種方法。單線掃描：將一行字符的每一行的點陣信息，送至掃描器中進(jìn)行掃描，稱為單線掃描。多線順序偏轉(zhuǎn)掃描：高頻信號發(fā)生器 依次產(chǎn)生 9個不同的頻率，依據(jù)布雷格衍射原理，它們在偏轉(zhuǎn)調(diào)制器中會產(chǎn)生9條偏轉(zhuǎn)角不同的掃描線 ，接著轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)一個微小角度，掃描出從左至右的點陣信息。由于這種方法只需轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)過一個微小的角度，它相當(dāng)于單線掃描方法的1132，即可形成1個字， 故又稱小光柵掃描。 多線同時偏轉(zhuǎn)掃描：是指在高頻驅(qū)動電路中同時產(chǎn)生9個不同的頻率，經(jīng)合成后送至偏轉(zhuǎn) 調(diào)制器中。多線同時偏轉(zhuǎn)多次掃描：這種方法與多線同時偏轉(zhuǎn)掃描屬同一類，只是從1個字 符的形成上有所區(qū)別。即在掃描高點陣字符時，一個完整的字符是分成多次掃描完成的。 圖形信息的點陣形成與字符的點陣形成基本相似。2.感光鼓的工作原理和結(jié)構(gòu) 感光鼓是激光打印機的核心部件。它是一個光敏器件，主要用光導(dǎo)材料制成。它的基本工作原理就是光電轉(zhuǎn)換的過程。它在激光打印機中作為消耗材料使用， 而且它的價格也較為昂貴。 光敏半導(dǎo)體有半導(dǎo)體的共性，如受熱激發(fā)，摻雜后改變電導(dǎo)率等。此外，它還具有其 他半導(dǎo)體不具有的光導(dǎo)電特性。 光敏半導(dǎo)體受光照射后，它的電導(dǎo)率可以上升幾個數(shù)量級。從能帶上講，它的價帶中 的電子吸收了光的能量后，躍入導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子-空穴對。這種由光照產(chǎn)生的電子-空穴對， 稱為光生載流子。光敏半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的光生載流子增多，它的電導(dǎo)率就上升。這種 受光照射后提高的電導(dǎo)率稱為本征光電導(dǎo)率。 實際應(yīng)用中，光敏半導(dǎo)體材料需經(jīng)過摻雜后，才能制成激光器使用的半導(dǎo)體材料。所 以除了有本征光電導(dǎo)率外，還必須具有光激發(fā)雜質(zhì)能級上的電子或空穴形成的雜質(zhì)光電導(dǎo)率 的性質(zhì)。在有些光敏半導(dǎo)體中，雜質(zhì)光電導(dǎo)率起主光敏半導(dǎo)體受光照射后，會不同程度地改變物體內(nèi)的載流子遷移率（遷移率是載流 子的遷移速度與外電場的比值）。標(biāo)志物體的導(dǎo)電能力的電導(dǎo)，等于載流子密度乘以遷 移率。遷移率上升，電導(dǎo)提高，電導(dǎo)率由本征光電導(dǎo)率、雜質(zhì)光電導(dǎo)率和遷移率的值共同決 定，只是在某種條件下便以其中的某種因素為主罷了。實際應(yīng)用的各種光導(dǎo)體對光的敏感程度都不一樣。光導(dǎo)體的電導(dǎo)率與它對光的敏感程 度成正比。所以光感對光導(dǎo)體的導(dǎo)電性影響很大。光導(dǎo)體對光的光感度是不一樣的。某一種光導(dǎo)體，只對某一區(qū)域光譜的光的光感度高， 離開了這一區(qū)域，則可能喪失光感度。光敏半導(dǎo)體在與它適用的光波長范圍內(nèi)，會對光形成一個吸收峰值。在這個峰值范圍 內(nèi)光電導(dǎo)效果最佳。它還與光的照度有關(guān)系。照度越高，產(chǎn)生的載流子越多，光電導(dǎo)率就越 高。然而每種光導(dǎo)體的特性各異，所以在相同條件下，達(dá)到相同的光電導(dǎo)率指標(biāo)所需要的照 度是不同的。目前感光鼓常用的光導(dǎo)材料有硫化鎘（CdS）、硒-砷(Se-As）。有機光導(dǎo)材料（opc）等幾種。制作感光鼓用的光導(dǎo)材料， 應(yīng)具備以下特性： 耐磨性好。光導(dǎo)體表面要有一定的硬度，要能承受顯影轉(zhuǎn)印和清潔過程 中的機械磨損。如果感光鼓（光導(dǎo)體）被磨損或劃傷，將導(dǎo)致打印質(zhì)量的下降或破壞感光鼓 ，磨損嚴(yán)重時只有報廢。在實際的工作中，因磨損、劃傷而報廢的感光鼓最多?，F(xiàn)在一種新 型的長壽命的陶瓷感光鼓（a-Si）已經(jīng)得到了應(yīng)用，可打印30萬張以上。溫度穩(wěn)定性好 。光導(dǎo)體的性能容易受溫度的影響，所以，在激光打印機性能中特別強調(diào)使用環(huán)境要有 合適的溫度與濕度，否則會影響打印質(zhì)量。 光電導(dǎo)性好。 光電導(dǎo)性是感光鼓的重要指標(biāo)，它直接影響到打印質(zhì)量的好壞。因為感光鼓連續(xù)工作 在充電、放電的循環(huán)過程中，要求充電時電位上升快，表面飽和電位比應(yīng)用電位要高；否則 ，初始電位上不去，也將影響打印質(zhì)量。充電后的感光鼓暗衰減要小，否則保持不往表面電 位，不能形成必要的電位差潛像。感光鼓曝光后放電要快，即光衰迅速。放電越徹底越好 。因為剩余電位的多少，既影響潛像的反差，又會帶來打印品的底灰。耐疲勞。感光鼓在使用的過程中，打印機要對其進(jìn)行反復(fù)充電，因而要具有良好的耐疲 勞性能，在規(guī)定的壽命時間內(nèi)，打印質(zhì)量不能因連續(xù)使用而下降。感光鼓的光導(dǎo)特性穩(wěn)定性 要好，應(yīng)滿足連續(xù)使用的要求。 激光打印機使用的感光鼓，一般為三層結(jié)構(gòu)。第一層是鋁合金圓筒（導(dǎo)電層），第二層是 在圓筒表面上采用真空蒸鍍的方法，鍍上一層 光導(dǎo)體材料（光導(dǎo)層），第三層是在光導(dǎo)材料的外面再鍍一層絕緣材料（絕緣層）。有的感光鼓為了更好地釋放電荷，在光導(dǎo)層與鋁合金導(dǎo)電層中間，加鍍一層超導(dǎo) 材料， 以使電荷更迅速地釋放。感光鼓表面的絕緣層，一是為提高耐磨性能，增加使用壽命；二是為光導(dǎo)層提供保護(hù)， 防止光導(dǎo)體的磨損，保持光導(dǎo)體的光電導(dǎo)特性。導(dǎo)電層鋁合金筒與激光打印機的地線相連，使曝光后的電位迅速釋放。它是一個精度非常高的圓筒，在運轉(zhuǎn)的過程中，能保持勻速運轉(zhuǎn)及保持均勻電荷。3.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯與傳遞 （1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯：要打印完整的文字、圖像，除激光打印機本身的功能外，還必須通過計 算機把要打印 內(nèi)容，即文字或圖像用文字處理軟件或圖形處理軟件，編輯成具有一定格式的計算機語言。 其描述的內(nèi)容都是由計算機編輯軟件決定，與激光打印機沒有任何關(guān)系。當(dāng)我們選定了打印 機命令，并按下確定打印按鈕后，計算機把編輯好的數(shù)據(jù)通過打印機接口傳送給打印機，由打印機驅(qū)動程序把打印的內(nèi)容進(jìn)行解釋，并轉(zhuǎn)換成打印機可以識別的語言 （也叫打印機語 言），由打印機按照自己的語言打印出已經(jīng)編輯好的文字或圖像。不同型號