黑白激光打印机的成像原理

黑白激光打印机的成像原理

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，这些复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个步骤，其中5个步骤是围绕电子显像系统进行的。由于电子显像系统所采用显影剂的不同(磁性显影剂和非磁性显影剂)，我们就大致可以把电子显像系统分为磁性显影和非磁性显影电子显像系统两种。

一．磁性显影电子显像系统工作原理

惠普、佳能系列黑白激光打印机大多采用了磁性显影方式。该方式下的显影碳粉的提供主要由固定不动的磁芯和包在其外的磁辊套筒来提供。下面进行具体说明，粉盒示意图如下。

图2.1.1

1. 充电

即是对感光鼓进行充电，对感光鼓表面施加一层均匀的负电荷，使得感光鼓表面产生一个均匀的负电势层并维持这个常数电势。感光鼓表面光导体材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。要实现在光导体表面的'静电潜像'，首先必须要在光导

体表面进行充电，使之带电。激光打印机对感光鼓充电的方法，因机型不同而采用的具体充电方法也有不同。早期生产的激光打印机采用电极丝及栅网复合结构充电的较多。当高压发生器送到电极丝一个高压电后，电极丝与栅网之间形成一个强电场，并释放出电晕。使电极丝与感光鼓之间的空气发生电离，空气离子向感光鼓表面迁移，使感光鼓表面充满电荷。这种方法能使感光鼓表面荷电均匀，但同时也产生大量的负离子(臭氧)。臭氧聚集到一定量时，对人体是有害的。现代生产的激光打印机大部分都采用充电辊充电，由于采用接触式充电方式，不需要很高的充电电压，且没有臭氧产生，但由于电离尘的积存，增加了对感光鼓的磨损，也会有充电不均匀的现象。二者示意图如下。

图2.1.2

图2.1.3

2．扫描曝光

就像我们用笔在纸上写字一样，扫描曝光的工具是用激光束在感光鼓上进行“书写”曝光，这幅文字或图像是不可见的，这就是我们所说的“静电潜像”。感光鼓被充电后，当激光光束中有光部分照到其表面的某个区域时，称为曝光。经曝光后的地方电阻率明显地降低，表面的电荷与界面的电荷便中和消失，同时由于光导材料在不见光情况下良好的绝缘性能，未经曝光的表面电荷仍保持不变，即形成一层静电潜像。

扫描曝光就是利用感光鼓表面光导材料的光敏性质。当光导体受到激光束扫描照射后，被光照的部分与感光鼓导电层导通使电荷消失，没有被光照射的部分仍保持充电电荷，这样就形成一幅电位差图像，也可以理解为对感光鼓的“消电”过程。消电过程，光导体表面的电位是在变化的，这个电位变化对打印质量影响很大。在对感光鼓表面充电时，随着电荷在感光鼓表面的积累，电位也不断升高，最后达到“饱和”电位，就是最高电位。表面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表面)电位仍处在暗衰过程；亮区(指受光照射部分的光导体表面)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，光导体表面电位也迅速下降。称之为'光衰'，最后趋缓。

从理论上说光衰越快越彻底越好，实际上很难达到。剩余残留电位的高低就会影响打印质量，如残余电位过高，将会出现打印“底灰”现象。

图2.1.4

其具体操作如上图，由激光二极管发射出激光束，该光束首先经过圆柱形透镜照射到旋转的六面扫描面镜上，随后经面镜的旋转反射，穿越聚焦透镜组到达感光鼓。当光线到达感光鼓后，进行沿纸面从左到右的扫描，且扫描没有回扫过程。水平扫描结合感光鼓的旋转就实现了对鼓的整个圆周的覆盖。

每次扫描开始的时候，BD面镜都会反射激光束到BD电路板，于是瞬时光脉冲就会进入控制引擎组件。在那里，光束将会转换成电信号，并被用于同步打印机的其它活动以及诊断激光扫描组件可能出现的问题。

3．显影

把光导体表面形成的“静电潜像”，经过“显影”显示出碳粉图像，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变成可见图像。显影是利用物质间电荷同性相斥、异性相吸的原理完成的。其原理图如下：

图2.1.5

下面对上图进行细化说明。搅拌器的作用，是使碳粉摩擦带电。当碳粉在粉仓内被搅拌器搅拌均匀后，碳粉在磁辊磁场的作用下被永久磁芯吸附到了磁辊滚筒的表面，由于磁辊面向刮板前端产生一个集中磁场，所以该集中磁场将显影剂集中到这个部分。集中磁场的显影剂因为与刮板的结合力很强，因此基本不发生移动。这样伴随着显影滚筒的转动，刮板就会限制转到显影器外的碳粉的量，在显影滚筒的表面形成厚度均匀的碳粉层。同时，通过刮板、碳粉以及磁辊套筒之间的摩擦，碳粉表面带上了负的静电。

图2.1.6 图2.1.7

由于形成静电潜像的感光鼓上明部的电位被曝光中和，暗部仍带有负电，则通过向显影滚筒施加负的显影偏压，显影滚筒上的带有负电位的碳粉就会在显影带跳向感光鼓。(注：尽管此时鼓表面真实的情况为明部带有负电位，感光鼓表面曝光区域仍会显示出正电性。这意味着感光鼓表面的电势比显影磁辊套筒表面的电势要高。)跳跃的碳粉附着在形成静电潜像的感光鼓表面的明部。此时附着的碳粉量，和对比电位成比例。(负电位低：接近0V的地

方会附着很多的碳粉)另外，感光鼓表面的暗部，因为有一次充电(负的高电位)的电位，所以带有负电位的碳粉会被排斥，不附着。通过这些过程，在感光鼓上形成可视图像。在磁辊套筒上面还加有一个交流偏置电压，这个交流偏置电压将会降低碳粉同磁辊的吸引力，并增强碳粉同感光鼓表面非曝光区域的排斥作用。从而该交流偏置电压很好的改善了打印黑度和对比度的问题。其细化原理示意图如下所示。

图2.1.8

图2.1.9

4．转印与分离

用高压静电将感光鼓表面的“碳粉图像”转印到普通纸上，这一过程称为“转印”。当带负电的碳粉随着感光鼓转到打印纸附近时，在纸的后面放置的电极放正电，由于电压高达500～1000V，静电吸引力便使纸紧贴在光导板上，带负电荷的碳粉即被吸附到纸的表面上了。由于这种转印方式与纸的绝缘程度有关，当纸张因天气而受潮时，碳粉将因纸张表面的漏电而不能完全及紧密地吸附在上面，而导致打印质量不良，如图像缺损、字符空心筹问题。

为了有利于纸的分离，感光鼓同纸的接触很小，即采用所谓的曲率分离方式利用纸的刚性从感光鼓上进行分离。对于较薄的纸张，由于其刚性较差，可能不好分离，因此又在转印辊之后又增加了一个“消电装置”(消电极或消电齿)，也称为“分离齿(爪)”。它的作用