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一、基本結構
激光打印機是由激光器、聲光調製器、高頻驅動、掃描器、同步器及光偏轉器等組成，其 作用是把接口電路送來的二進制點陣信息調製在激光束上，之後掃描到感光體上。感光體與 照相機構組成電子照相轉印系統，把射到感光鼓上的圖文映像轉印到打印紙上，其原理與復 印機相同。激光打印機是將激光掃描技術和電子顯像技術相結合的非擊打輸出設備。它的機 型不 同，打印功能也有區別，但工作原理基本相同，都要經過：充電、曝光、顯影、轉印、消電 、清潔、定影七道工序，其中有五道工序是圍繞感光鼓進行的。當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行預處理。然後由打印機驅動程序轉換成打印機可以 識別的打印命令（打印機語言）送到高頻驅動電路，以控制激光發射器的開與關，形成點陣 激光束，再經掃描轉鏡對電子顯像系統中的感光鼓進行軸向掃描曝光，縱向掃描由感光鼓的自身旋轉實現。
感光鼓是一個光敏器件，有受光導通的特性。表面的光導塗層在掃描曝光前，由充電輥充上均勻電荷。當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通，電荷由導電基對地迅速釋放。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），當帶有靜電潛像的感光鼓旋轉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。
當載有墨粉圖像的感光鼓繼續旋轉，到達圖像轉移裝置時，一張打印紙也同時被送到感光鼓與圖像轉移裝置的中間，此時圖像轉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，最後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、設計結構、控制方法和採用的部件會因廠牌和機型不同而有所差別，如：
①對感光鼓充電的極性不同。
②感光鼓充電採用的部件不同。有的機型使用電極絲放電方式對感光鼓進行充電，有的機型使用充電膠輥（FCR）對感光鼓進 行充電。
③高壓轉印採用的部件有所不同。
④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行曝光。
不過他們的工作原理基本一樣。由激光器發射出的激光束，經反射鏡射入聲光偏轉調製器，與此同時，由計算機送來的二進製圖文點陣信息，從接口送至字形發生器，形成所需字形的二進制脈衝信息，由同步器產生的信號控制9個高頻振盪器，再經頻率合成器及功率放大器加至聲光調製器上，對由反射 鏡射入的激光束進行調製。調製后的光束射入多面轉鏡，再經廣角聚焦鏡把光束聚焦后射至光導鼓(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，之後經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，經過磁刷顯影器顯影，潛像即轉變成可見的墨粉像，在 經過轉印區時，在轉印電極的電場作用下，墨粉便轉印到普通紙上，最後經預熱板及高溫熱 滾定影，即在紙上熔凝出文字及圖像。在打印圖文信息前，清潔輥把未轉印走的墨粉清除 ，消電燈把鼓上殘餘電荷清除，再經清潔紙系統作徹底的清潔，即可進入新的一輪工作週期。
三、工作過程
1.激光器的工作原理和結構
我們通常把發光的物體叫做光源，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，這就是能的轉換現象。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射的光。那麼我們為什麼還能看到不發光的 物體呢？是因為光源發射的光照射到它們，不發光的物體受光后，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光的物體。
產生激光的光源，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 原子到激發態，處於激發態的原子不斷地自發輻射而發光。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，也就不能應用於激光打印機。激光打印機所需要的 激光光束必須具有以下特性：
①高方向性。發出的光束在一定的距離內沒有散射和漫射。
②高單色性。純白光由七色光組成。
③高亮度，有利於光束的集中並帶有很高的物理能量。
④高相幹性，容易疊加和分離。 激光器是激光掃描系統的光源，具有方向性好、單色性強、相幹性高及能量集中、便於 調製和偏轉的特點。 早期生產的激光打印機多採用氦-氖（He-Ne）氣體激光器，其波長為632．8?m，其特點是 輸出功率較高、體積大、是壽命長（一般大於1萬小時） 性能可靠，噪音低，輸出功率大。但是因為體積太大，現在基本已淘汰。現代激光打印機都 採用半導體激光器，常見的是鎵砷-鎵鋁砷（CaAs-CaAlAs）系列，所發射出的激光束波長一 般為近紅外光（?＝780?m），可與感光硒鼓的波長靈敏度特性相匹配。半導體激光器體積 小、成本低，可直接進行內部調製，是輕便型臺式激光打印機的光源。
激光掃描是用來產生非常小的高精度光點，用於高質量的文字及圖像的印刷，常用的激 光掃描系統工作原理是：在工作物質兩端設置兩塊相互平行的反射鏡（柵極），這兩塊反射 鏡之間構成了一個諧振腔。諧振腔的一塊反射鏡為全反射鏡，另一塊為半反射鏡，當工作物 質受激，原子自發輻射的光子在諧振腔內不斷地來回反射，輻射出的光子不斷增加。當諧振 腔內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出一束非常強的光，這就是 激光。這樣發出的光束非常集中，幾乎沒有散射，只要我們利用控制技術將光波波長控制在 700～900?m（納米），這樣所產生的激光就可以滿足激光打印機感光鼓的曝光需要。
現代所用的半導體激光器，通常採用激光二極管，它的原理與普通的二極管極為相似， 如都有一對PN結，當電壓和電流加到激光二極管上時，P型半導體材料中的空穴和N型材料中 的自由電子產生相對運動， PN結處載流子的密度增加非常大，自由電子和空穴重新復合， 因而產生受激輻射，釋放出具有激光特性的光子，由激光器諧振腔內的反射鏡反射，透過激 光孔和孔內聚焦鏡，射出激光束。
從激光的產生可以看出，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合，我們稱之為"相幹性"。這個特性使激 光以一條極細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" ，是後面要講"點陣圖像"的技術基礎。
激光打印機的圖文信息，亦是由點陣組成。印刷質量要求越高，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，送至掃描器中進行掃描，稱為單線掃描。多線順序偏轉掃描：高頻信號發生器依次產生 9個不同的頻率，依據佈雷格衍射原理，它們在偏轉調製器中會產生9條偏轉角不同的掃描線 ，接著轉鏡旋轉一個微小角度，掃描出從左至右的點陣信息。由於這種方法只需轉鏡轉過一個微小的角度，它相當于單線掃描方法的1／132，即可形成1個字，故又稱小光柵掃描。 多線同時偏轉掃描：是指在高頻驅動電路中同時產生9個不同的頻率，經合成后送至偏轉 調製器中。多線同時偏轉多次掃描：這種方法與多線同時偏轉掃描屬同一類，只是從1個字 符的形成上有所區別。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構
感光鼓是激光打印機的核心部件。它是一個光敏器件，主要用光導材料製成。它的基本工作原理就是"光電轉換"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。 光敏半導體有半導體的共性，如受熱激發，摻雜后改變電導率等。此外，它還具有其 他半導體不具有的"光導電"特性。 光敏半導體受光照射后，它的電導率可以上升幾個數量級。從能帶上講，它的價帶中 的電子吸收了光的能量后，躍入導帶，產生電子-空穴對。這種由光照產生的電子-空穴對， 稱為"光生載流子"。光敏半導體內產生的"光生載流子"增多，它的電導率就上升。這種 受光照射后提高的電導率稱為"本征光電導率"。 實際應用中，光敏半導體材料需經過摻雜后，才能製成激光器使用的半導體材料。所 以除了有本征光電導率外，還必須具有光激發雜質能級上的電子或空穴形成的雜質光電導率 的性質。在有些光敏半導體中，"雜質光電導率"起主要作用。
光敏半導體受光照射后，會不同程度地改變物體內的"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）。標誌物體的導電能力的"電導"，等於載流子密度乘以遷 移率。遷移率上升，電導提高，電導率由本征光電導率、雜質光電導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。
實際應用的各種光導體對光的敏感程度都不一樣。光導體的電導率與它對光的敏感程 度成正比。所以光感對光導體的導電性影響很大。光導體對光的光感度是不一樣的。某一種光導體，只對某一區域光譜的光的光感度高， 離開了這一區域，則可能喪失光感度。
光敏半導體在與它適用的光波長範圍內，會對光形成一個吸收峰值。在這個峰值範圍 內光電導效果最佳。它還與光的照度有關係。照度越高，產生的載流子越多，光電導率就越 高。然而每種光導體的特性各異，所以在相同條件下，達到相同的光電導率指標所需要的照 度是不同的。
目前感光鼓常用的光導材料有硫化鎘（CdS）、硒-砷(Se-As)。有機光導材料（opc）等幾種。製作感光鼓用的光導材料， 應具備以下特性：
①耐磨性好。光導體表面要有一定的硬度，要能承受顯影轉印和清潔過程 中的機械磨損。如果感光鼓（光導體）被磨損或划傷，將導致打印質量的下降或破坏感光鼓 ，磨損嚴重時只有報廢。在實際的工作中，因磨損、划傷而報廢的感光鼓最多。現在一種新 型的長壽命的陶瓷感光鼓（a-Si）已經得到了應用，可打印30萬張以上。
②溫度穩定性好 。光導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使用環境要有 合適的溫度與濕度，否則會影響打印質量。
③光電導性好。 光電導性是感光鼓的重要指標，它直接影響到打印質量的好坏。因為感光鼓連續工作 在充電、放電的循環過程中，要求充電時電位上升快，表面飽和電位比應用電位要高；否則 ，初始電位上不去，也將影響打印質量。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 。因為剩餘電位的多少，既影響潛像的反差，又會帶來打印品的"底灰"。
④耐疲勞。感光鼓在使用的過程中，打印機要對其進行反復充電，因而要具有良好的耐疲 勞性能，在規定的壽命時間內，打印質量不能因連續使用而下降。感光鼓的光導特性穩定性 要好，應滿足連續使用的要求。
激光打印機使用的感光鼓，一般為三層結構。第一層是鋁合金圓筒（導電層），第二層是 在圓筒表面上採用真空蒸鍍的方法，鍍上一層 光導體材料（光導層），第三層是在光導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，在光導層與鋁合金導電層中間，加鍍一層超導材料， 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；二是為光導層提供保護， 防止光導體的磨損，保持光導體的光電導特性。
導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，在運轉的過程中，能保持勻速運轉及保持均勻電荷。
3.數據轉譯與傳遞
（1）數據轉譯：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。 其描述的內容都是由計算機編輯軟件決定，與激光打印機沒有任何關係。當我們選定了打印 機命令，並按下確定打印按鈕后，計算機把編輯好的數據通過打印機接口傳送給打印機，由打印機驅動程序把打印的內容進行解釋，並轉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編輯好的文字或圖像。
不同型號的激光打印機，打印語言不同，所使用的驅動程序也不同。當然也有可兼容 的打印機驅動程序。現在生產的激光打印機，普遍採用標準打印語言PCL5或PCL6語言。
（2）數據傳送：打印機與計算機之間的通訊傳送端口有很多種，比較常見的是"串口" 或"並口"。EP P/ECP（Enhanced ParalleI Port／Extended Capabilities Port）稱為增強型/擴展型並口。"串口"由於速度較慢，一般很少採用。其他如SCSI接口，因速度快，大都用在較 高檔的打印機上。還有的打印機採用視頻接口（VDO）方式與計算機通訊，通訊方式與其他 接口不同，它傳送的不是數據，而是激光束流，速度更快。它的數據是由另外一塊"視頻轉 換卡"來完成，但因它與計算機共亨內存，要求計算機有足夠的緩存空間。一般印刷排版行 業採用此種接口的打印機較多。有的高檔打印機帶有多種接口，可同時接多台計算機。現在 生產的很多打印機配備速度更快的USB接口。
當打印控制器從計算機接收數據之後，打印機一般採取兩種工作方式：一種是把數據 直接送給解釋器執行打印，稱為"段工作方式"，這種方式工作的打印機不需要很多的緩存 和內存，普通型的打印機多採用此種工作方式。另一種是把傳輸的數據存儲在打印機內部的 硬盤中，待使用時可隨時打印出來，也稱為"池工作方式"，很多高檔打印機使用這種工作 方式。它的優點是當許多用戶共享一台打印機時，可同時發出打印命令而不必等待，並可節 省數據通訊傳輸的等待時間，但其價格也較貴。
4.光柵或點陣潛像的生成
激光打印機打印出的文字或圖像，如果在放大鏡下觀察，就會發現文字或圖像是由很多的 白點和黑點組成（也叫點陣圖形），與普通的點陣式打印效果相似。前者是通過控制激光 束的開與關實現點陣排列，而後者則是通過打印針擊打來實現點陣排列。
光柵圖像是一種視頻數字圖像，需要打印機中的光柵轉換器把視頻數據進行光柵化處 理，轉換成打印機使用的點陣圖像打印，所謂光柵圖像是由獨立的點所組成的圖像。如報紙 上印的或電視屏幕上顯示的圖像就是光柵圖像。
激光打印機的點陣排列是由二進制數據組成的方陣控制，每個點對應一個二進制數位， 由運算控制器控制激光器向感光鼓表面射出一束激光，稱為"曝光"，被曝光的"點" 稱為"像素點"。要打印一個文字或一幅圖像，需要很多的"像素點"組成。因此，單位面 積內像素點的數目越多，打印的分辨率就越高。如果一個激光掃描裝置，沿感光鼓軸向水平 表面，射出每英吋300個點，並且感光鼓由主電機帶動按照1／300分勻速旋轉，那麼，激光 打印機就能以每平方英吋300×300DPI的分辨率打印出文字或圖像。現在，高檔的激光打 印機的輸出精度可以達到2400DPI。由像素點形成點陣圖像，還要經過聲光調製器、高頻驅 動器、掃描器同步器和光學系統共同完成。
（1）聲光調製器
大家知道，電視機接收到的圖像和聲音是由電視台將聲光信號調製為電信號發射出來 的。電視機接收到電信號再經過解調，還原成圖像和聲音。激光打印機激光器射出的光束 也載有數據信息，這些信息的轉換過程也類似于電視機信息傳遞過程。只是此過程是由聲光 調製器轉換的。聲光調製器的調製頻率可達30MHz左右，特性穩定，因此大多數的激光打 印機都採用這種調製器。聲光調製器的工作原理是利用聲光效應所產生的佈雷格衍射的特 點，實現對激光束傳播方向的控制。激光束欲完成圖文信息的映像任務，必須用圖文信息進 行調製，恰如電視台將圖像及聲音信號調製到無線電波上去，方能在電視機中解調出圖像與 聲音信號一樣。聲光調製器的工作原理，是利用聲光效應產生佈雷格衍射，若在玻璃及晶體 等超聲媒質中產生超聲波，便將引起週期性的折射率變化，而成為相位型衍射柵，光柵常數 等於超聲波波長，當激光束射到超聲媒質中時，激光束即產生衍射，衍射光的強度及方向會 隨超聲波的頻率及強度而變化，即為聲光效應。
當向玻璃或晶體發射超聲波而產生反射，由入射角折射的光線傳播而形成相位變化的衍射光 柵，光柵常數等於超聲波的波長?。如果激光束射入超聲媒體中，激光束就會產生衍射，衍 射光的強度和方向隨超聲波的頻率和強度的變化而變化，這就是聲光效應。根據波干涉的加 強條件，入射光和衍射光的方向滿足佈雷格方程：
?i=?d=?B
sin?B=?/2A=?f/2v (v=fA)
式中：?i：入射光與超聲波面的夾角；?：光在介質中的波長；?d： 衍射光與超聲波面的夾角；A：超聲波波長；?B：佈雷格角；f：超聲波頻率。 ?B很小時，sin?B≈?d，則方程可簡化為：?i=?d=?B=?f/2v，當衍射光和入射光的夾角為?時，則：?=?i+?d=2?B=?f/v。 式中?為偏轉角，它與超聲波的頻率成正比。改變超聲波頻率f,就可以改變偏轉角?，從而達到控制激光束方向的目的。
按佈雷格衍射理論，當超聲波維持一種頻率的高頻信號時，入射的激光束除產生一條0 級光外，還產生一條1級衍射光。0級光控制同步器和高頻信號的起停，1級衍射光對感光 鼓曝光形成像素點。
佈雷格衍射在超聲波只有一種高頻信號時入射的激光束除產生未偏轉的0級光外，尚產生 一條1級衍射光，聲光調製器在改變光束的傳播時，還使0級及1級光的強度隨調製信號而變化，若有若干個不同的高頻正統波被加到換能器上，則能產生若干條衍射光，稱這種現象為 多頻衍射。在激光打印機中，高頻驅動電路的作用，即是產生多個高頻正弦波信號，供聲光調製器使用。典型的高頻信號源，可產生9個高頻信號，經聲光器件產生9條衍射 光。這9條高頻信號頻率應穩定，波形失真小，在相加電路中相加到一起送往換能器時，需各個頻率的信號相互影響小，不產生畸變，以便保証經衍射后的衍射光有較好的線性。
隨著黑白和彩色激光打印機在商務辦公和個人桌面辦公領域應用的普及，越來越多的用戶開始將激光打印機作為自己辦公輸出的首選打印機。為了更好地指導用戶合理地選購和使用激光打印機產品，我們將從激光打印機的原理、熱點技術、選購和維護等幾個方面，介紹有關激光打印機的相關知識。
□□無論是黑白激光打印機還是彩色激光打印機，其基本工作原理是相同的，它們都採用了類似複印機的靜電照相技術，將打印內容轉變為感光鼓上的以像素點為單位的點陣位圖圖像，再轉印到打印紙上形成打印內容。與複印機惟一不同的是光源，複印機採用的是普通白色光源，而激光打印機則採用的是激光束。以下我們將以最簡單的黑白激光打印機為例，詳細介紹激光打印機的工作原理。
□□從功能結構上，激光打印機分為打印引擎和打印控制器2大部分。激光打印機的打印引擎由Canon、Minolta、Xerox、Brother、Samsung、Hitachi等少數幾個引擎生產廠商提供。而打印機廠商則是向引擎廠商購買或者定製打印引擎，根據引擎設計控制器和打印驅動，從而完成整個打印機的設計和生產。這就是形成目前激光打印機領域的打印引擎和打印整機2級市場的原因。
□□在激光打印機中，打印控制器的作用是與計算機通過接口或網絡進行通訊，接收計算機發送的控制和打印信息，同時向計算機傳送打印機的狀態。打印引擎在打印控制器的控制下將接收到的打印內容轉印到打印紙上。因此打印控制器和打印引擎的性能和質量影響了整個打印機的性能和質量，這也是目前市場上採用相同引擎的激光打印機產品出現性能差異的重要原因。
□□所有的打印控制器都是一台功能完整的計算機，它基本都包括了通訊接口、處理器、內存和控制接口4大基本功能模塊，一些高端機型還配置了硬盤等大容量存儲器。通訊接口負責與計算機進行數據通訊；內存用以存儲接收到的打印信息和解釋生成的位圖圖像信息；控制接口負責引擎中的激光掃描器、電機等部件的控制和打印機面板的輸入輸出信息控制; 而處理器是控制器的核心，所有的數據通訊、圖像解釋和引擎控制工作都由處理器完成。
□□由於各打印機採用的控制方式和控制語言不同，對打印控制器的配置和性能要求也不同，如採用PCL和PostScript語言的打印機，由於計算機和打印機之間採用了標準的頁面描述語言進行打印信息的傳送，在打印機中要將接收到的來自計算機的使用標準語言描述的打印信息解釋成打印引擎可以接收的光柵位圖圖像信息，打印控制器的性能和內存大小直接會對整個打印機的性能產生影響，因此這樣的打印機對打印控制器中的處理器的速度和內存大小要求非常高。
□□而GDI打印機與採用頁面描述語言的打印機有所不同，其在打印過程中，在計算機中完成打印內容到光柵位圖圖像信息的解釋並直接傳送到打印機中，因此打印機中的打印控制器主要是存儲接收到的光柵位圖圖像，並控制打印引擎完成打印。由於不需要承擔複雜的圖像解釋工作，GDI打印機對打印控制器的性能要求相對比較低。
□□打印引擎的結構見附圖，它包括了激光掃描器、反射稜鏡、感光鼓、碳粉盒、熱轉印單元和走紙機構等几大部分組成。
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