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黑白激光打印机工作原理

时间：2011-12-31 22:27:01  来源： 打印本文

黑白激光打印机工作原理

2005/12/2/9:19来源：小熊北京    喷墨打印机是通过精确喷墨技术实现点阵打印，但激光打印机在原理上与它完全不同，它是借助激光技术完成打印工作，故而得名。若从功能结构上区分，激光打印机可分为打印控制器和打印引擎两大部分。前者就是打印机的控制电路，负责接收来自计算机终端或网络的打印命令及相关数据，并指挥打印引擎进行相关动作，属于常规性部件。而打印引擎则根据来自打印控制器的命令进行实际的图像打印工作，激光打印机的实际性能更多取决于打印引擎。
 
    目前，具备打印引擎设计制造能力的只有CANON（佳能）、Minolta（美能达）、Xerox（施乐）、Brother、 SAMSUNG（三星）、Hitachi（日立）等少数几个厂商。各打印机厂商则向这些引擎厂商购买或专门定制打印引擎，然后根据引擎设计出打印控制器及驱动程序，由此形成打印引擎市场与激打整机的二级市场。

    前面简单提到了打印控制器的作用：接收来自计算机/网络的命令和相关数据，并指挥打印引擎作出指定的动作。虽然它属于常规的功能型部件，但其设计优劣对打印机的性能和质量都会有些影响。我们可以看到，市面上许多采用相同打印引擎的激光打印机产品，却存在较大的性能差异，其原因就在于不同的打印机厂商采用了不同的控制器设计方案。
 
    从功能上说，打印控制器实际上是一台功能完善的专用计算机，它包括I/O接口、处理器、内存和控制接口四大模块，少数高端机型甚至还配置了硬盘。I/O接口负责与计算机或网络的数据通讯，终端用户的打印指令和待打印的文档数据都是通过I/O接口传递给打印机。处理器接收到打印指令之后，许可数据传输开始，文档数据就被传送到内存中。同时，处理器将这个打印信息转换为同样的位图图像数据。

    至于控制接口，它负责的是将处理器发出的打印动作指令传给打印引擎。在这套系统中，处理器起到了核心职能，所有数据通讯、文档转换、图像解释和引擎控制工作都是由它来完成，相当于打印机的大脑。

    作为专用计算机，打印控制器所采用的程序语言不仅直接影响到控制器本身，也决定着打印机输出复杂版面的能力。目前激打产品中主要使用PCL、PostScript和GDI三大类语言，对于采用前两者的激光打印机，打印信息必须由打印控制器解释成引擎可接收的光栅位图图像数据，因此处理器的性能、内存大小都会对整个打印机的性能产生明显影响。

    在保证性能的前提下，这类打印机产品对这两个功能部件的要求自然也高，造成成本上升。PCL、PostScript打印机的优点是可以处理非常复杂的打印图像，高端应用环境下不可缺少。无论对黑白还是彩色激打来说，采用PCL、PostScript语言的产品一般都定位在中高端领域，价格也相对较高。

    而采用GDI（Graphical Device Interface图形设备接口）的打印机将面临不同的问题。GDI是一种在Windows成为普遍操作系统后，出现的新型打印控制语言。它的特点是将光栅位图转换的任务交给PC处理器完成,打印机控制器只被动负责接收工作。这样，打印控制器不需要承担复杂的图像解释任务，对处理器性能和内存容量并不敏感。

    与之对应，这类打印机的价格也比采用PCL或者PostScript产品便宜得多。而它也无法胜任较复杂的打印任务，如遇到矢量图形和矢量字体，GDI打印机几乎没办法处理，对付AutoCAD这样的大型图形软件，GDI激光打印机也经常出现问题。但随着PC处理器性能的不断增强，我们认为如果对GDI语言进行针对性的强化，便可以在保持成本不变的前提下，明显改善GDI打印机的性能，不过这项工作也许要等待微软来完成（GDI为Windows系统图形设备接口的函数库）。

    控制器负责的是前期的逻辑处理工作，而真正的打印任务则是由打印引擎来完成的。对黑白型激打来说，打印引擎主要包括感光鼓、激光扫描器、反射棱镜、碳粉盒、走纸机构和热转印单元等多个部件。
 
    感光鼓俗称为“硒鼓”，它是一个表面涂覆有机材料且带正电荷的圆筒状物体。当表面的有机材料被激光照射时，该部位的电阻就会随之发生改变，导致照射点位置的正电荷消失。它也是整部打印机最关键的部件，打印机的打印质量、单页打印成本和使用寿命主要也都是由感光鼓来决定的。

    激光扫描器负责发射激光，照射感光鼓。工作时，激光扫描器根据控制接口传来的光栅位图信息（为二进制矩阵）来决定具体的照射位置。

    反射棱镜负责将照射的激光束反射到感光鼓上，为常规型部件。工作时反射棱镜会不断转动，激光束就可以从感光鼓的一端照射到另一端，完成图像矩阵的行扫描。此时，感光鼓表面就出现了由不同正电荷分布构成的潜影。

    碳粉盒装有固态的细微墨粉，墨粉带有负电荷。当带有正电荷潜影的感光鼓表面经过碳粉盒时，墨粉的颗粒会被吸附到表面的正电荷区域，而先前受到激光照射，不带电荷的区域则没有墨粉。这样，由吸附墨粉构成的打印影像就出现了。

    打印工作开始后，走纸机构就负责将纸张送入，而在这个过程中打印纸必须先经过一组强力电极，这样打印纸就会带上高强度的正电荷。

图1 黑白激光打印机的打印引擎

图1 黑白激光打印机的打印引擎

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    最后来看看热转印单元。当打印纸张与感光鼓的墨粉影像表面接触时，因纸张的电荷较强，对墨粉的吸附力要大于感光鼓表面的吸附力，这样墨粉就原搬不动转印到打印纸上。不过这个时候墨粉只是被简单吸附而已，并没有固定，热转印单元要完成的任务就是对打印纸高温加热，使得墨粉熔化后渗入纸张纤维内部，将影像牢牢的固定下来。打印工作由此完成。
 
    为了更好的阐述整个打印过程，我们不妨来看看整个打印工作的完成步骤：

    ● 打印机接收到计算机命令和打印数据后（例子为要求打印字母“B”），在打印控制器或PC处理器的作用下将待打印文本/图形转换为光栅位图数据，同时生成控制激光扫描器动作的脉冲电信号。

图2 待打印的字母被转换为控制激光器的脉冲电信号

图2 待打印的字母被转换为控制激光器的脉冲电信号

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    ● 在脉冲电信号的控制下，激光扫描器向感光鼓表面的指定位置发射激光，激光束定位工作由发射棱镜的转动来辅助完成。感光鼓表面受到照射的区域，因光敏材料电阻发生变化，导致原有的正电荷消失。这样，感光鼓表面剩下的正电荷就会形成“文字潜影”。

图3 感光鼓表面的潜影生成

图3 感光鼓表面的潜影生成

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    ● 在转动过程中，碳粉盒的墨粉被吸附到电荷潜影区域。因墨粉带有负电，在静电吸引力下就会被附着在感光鼓的潜影区域，形成墨粉构成的影像。
 
    ● 送纸机构将打印纸送入，在这个过程中打印纸会带上很强的正电荷。打印纸与感光鼓墨粉影像区域接触后，墨粉会在更强的静电作用力下转移到纸张上面，形成打印影像。之后，感光鼓继续转动，表面残余墨粉会被一个清洁器清除干净。当感光鼓转动一个周期之后，又会进入到下一个打印循环中去。
 
    ● 热转印单元加热纸张，墨粉被熔化永久性固定，完成一个扫描行的打印。由于工作时感光鼓不断转动、墨粉连续被吸附、纸张持续被送入，最终完成整幅图像的打印工作。