㈠ 激光列印機工作原理
以下摘自網路文庫：
激光列印機基本原理：
激光列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，有的機型使用掃描後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制器，與此同時，由計算機送來的二進制圖文點陣信息，從介面送至字形發生器，形成所需字形的二進制脈沖信息，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制器上，對由反射鏡射入的激光束進行調制。調制後的光束射入多面轉鏡，再經廣角聚焦鏡把光束聚焦後射至光導鼓(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。在列印圖文信息後，清潔輥把未轉印走的墨粉清除 ，消電燈把鼓上殘余電荷清除，再經清潔紙系統作徹底的清潔，即可進入新的一輪工作周期。
激光器的工作：
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列印機。激光列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高相乾性，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、相乾性高及能量集中、便於 調制和偏轉的特點。早期生產的激光列印機多採用氦-氖（He-Ne）氣體激光器，其波長為632．8nm，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。現代激光列印機都 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（λ=780nm），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，可直接進行內部調制，是輕便型台式激光列印機的光源。
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 700～900nm（納米），這樣所產生的激光就可以滿足激光列印機感光鼓的曝光需要。
現代所用的半導體激光器，通常採用激光二極體，它的原理與普通的二極體極為相似，如都有一對PN結，當電壓和電流加到激光二極體上時，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"相乾性"。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。
激光列印機的圖文信息，亦是由點陣組成。印刷質量要求越高，組成一個字元的點陣亦 越多。激光掃描的點陣形成有四種方法。單線掃描：將一行字元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，依據布雷格衍射原理，它們在偏轉調制器中會產生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，它相當於單線掃描方法的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，經合成後送至偏轉調制器中。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。即在掃描高點陣字元時，一個完整的字元是分成多次掃描完成的。圖形信息的點陣形成與字元的點陣形成基本相似。
感光鼓的結構和原理：
感光鼓是激光列印機的核心部件。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。它在激光列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，摻雜後改變電導率等。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後，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後，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。這種受光照射後提高的電導率稱為"本徵光電導率"。 實際應用中，光敏半導體材料需經過摻雜後，才能製成激光器使用的半導體材料。所以除了有本徵光電導率外，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後，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）。標志物體的導電能力的"電導"，等於載流子密度乘以遷移率。遷移率上升，電導提高，電導率由本徵光電導率、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范圍內，會對光形成一個吸收峰值。在這個峰值范圍內光電導效果最佳。它還與光的照度有關系。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）被磨損或劃傷，將導致列印質量的下降或破壞感光鼓 ，磨損嚴重時只有報廢。在實際的工作中，因磨損、劃傷而報廢的感光鼓最多。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，可列印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，在激光列印機性能中特別強調使用環境要有 合適的溫度與濕度，否則會影響列印質量。
③光電導性好。 光電導性是感光鼓的重要指標，它直接影響到列印質量的好壞。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，也將影響列印質量。充電後的感光鼓暗衰減要小，否則保持不住表面電位，不能形成必要的電位差潛像。感光鼓曝光後放電要快，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，又會帶來列印品的"底灰"。
④耐疲勞。感光鼓在使用的過程中，列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，列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。
激光列印機使用的感光鼓，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列印機的地線相連，使曝光後的電位迅速釋放。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。
數據轉譯與傳遞：
（1）數據轉譯：要列印完整的文字、圖像，除激光列印機本身的功能外，還必須通過計算機把要列印 內容，即文字或圖像用文字處理軟體或圖形處理軟體，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體決定，與激光列印機沒有任何關系。當我們選定了列印 機命令，並按下確定列印按鈕後，計算機把編輯好的數據通過列印機介面傳送給列印機，由列印機驅動程序把列印的內容進行解釋，並轉換成列印機可以識別的語言（也叫列印機語言），由列印機按照自己的語言列印出已經編輯好的文字或圖像。
不同型號的激光列印機，列印語言不同，所使用的驅動程序也不同。當然也有可兼容的列印機驅動程序。現在生產的激光列印機，普遍採用標准列印語言PCL5或PCL6語言。
（2）數據傳送：列印機與計算機之間的通訊傳送埠有很多種，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介面，因速度快，大都用在較高檔的列印機上。還有的列印機採用視頻介面（VDO）方式與計算機通訊，通訊方式與其他 介面不同，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 業採用此種介面的列印機較多。有的高檔列印機帶有多種介面，可同時接多台計算機。現在生產的很多列印機配備速度更快的USB介面。
當列印控制器從計算機接收數據之後，列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列印，稱為"段工作方式"，這種方式工作的列印機不需要很多的緩存和內存，普通型的列印機多採用此種工作方式。另一種是把傳輸的數據存儲在列印機內部的 硬碟中，待使用時可隨時列印出來，也稱為"池工作方式"，很多高檔列印機使用這種工作方式。它的優點是當許多用戶共享一台列印機時，可同時發出列印命令而不必等待，並可節省數據通訊傳輸的等待時間，但其價格也較貴。
光柵或點陣潛像的生成：
激光列印機列印出的文字或圖像，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），與普通的點陣式列印效果相似。前者是通過控制激光束的開與關實現點陣排列，而後者則是通過列印針擊打來實現點陣排列。
光柵圖像是一種視頻數字圖像，需要列印機中的光柵轉換器把視頻數據進行光柵化處理，轉換成列印機使用的點陣圖像列印，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。
激光列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"。要列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，列印的解析度就越高。如果一個激光掃描裝置，沿感光鼓軸向水平 表面，射出每英寸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，激光列印機就能以每平方英寸300×300DPI的解析度列印出文字或圖像。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，還要經過聲光調制器、高頻驅動器、掃描器同步器和光學系統共同完成。
聲光調制器：
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制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。激光列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於電視機信息傳遞過程。只是此過程是由聲光調制器轉換的。聲光調制器的調制頻率可達30MHz左右，特性穩定，因此大多數的激光列印機都採用這種調制器。聲光調制器的工作原理是利用聲光效應所產生的布雷格衍射的特 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制，恰如電視台將圖像及聲音信號調制到無線電波上去，方能在電視機中解調出圖像與 聲音信號一樣。聲光調制器的工作原理，是利用聲光效應產生布雷格衍射，若在玻璃及晶體等超聲媒質中產生超聲波，便將引起周期性的折射率變化，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λ。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布雷格方程：
θi=θd=θB
sinθB=λ/2A=λf/2v (v=fA)
式中：θi：入射光與超聲波面的夾角；λ：光在介質中的波長；θd：衍射光與超聲波面的夾角；A：超聲波波長；θB：布雷格角；f：超聲波頻率。 θB很小時，sinθB≈θd，則方程可簡化為：θi=θd=θB=λf/2v，當衍射光和入射光的夾角為α時，則：α=θi+θd=2θB=λf/v。式中α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α，從而達到控制激光束方向的目的。
按布雷格衍射理論，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。
掃描器：
要使經過聲光調制器後的激光束在感光鼓上產生文字或圖像，激光束需要完成橫向 和縱向兩個方向的運動，不能依靠激光器運動來實現，因為由光電器件運動而帶來的振動會影響激光束的精度。所以激光列印機的激光器採用固定式結構，而由一個多面旋轉的反射鏡 來完成激光束橫向掃描，依靠感光鼓的旋轉實現縱向掃描。
欲使經調制後的激光束在感光硒鼓上產生文字與圖像，尚應完成橫向（沿列印紙行的方向）及縱向兩個方向運動。縱向運動是依靠硒鼓的旋轉來完成，而光束的橫向運動則由掃描器來完成。按工作方式掃描器分聲光式、電光式、檢流計式及轉鏡式等。鑒於轉鏡式掃描 器有掃描角度大、解析度高、光能損耗小及結構簡單等優點，而被廣泛用於激光列印機中。為了減少多面鏡旋轉時產生的非線性誤差，轉鏡的幾何精度的誤差及轉鏡驅動電動機轉 速不穩等，引起的縱向間距和字元的軌跡不均勻等缺點，一般在掃描器中還裝有一個同步信號感測器。此感測器是使用布雷格衍射產生的0級光，不產生偏轉，從而經多面轉鏡反射 後具有照射位置固定的特點，將其作為同步信號，用來控制高頻信號發生器的起停，可保證掃描間距一致，消除上述誤差。
為使掃描器產生的掃描光束集成規定的大小，並在感光鼓上進行勻速直線運動，應採用較好的光路系統。光路系統根據透鏡處於掃描器的前後位置，分物鏡前/後型兩種形式，由 於物鏡後型在掃描較大圖形時失真嚴重，很少採用。物鏡前型掃描線較直，但亦有失真，由於後來生產的激光列印機中，採用多個透鏡組合在一起的廣角聚焦鏡，焦距為300mm，多面 轉鏡的物距為37mm，失真度僅為0．0011%，已能完全滿足激光成像的要求。
激光列印機用的多棱掃描器（鏡），一般有二面鏡、四面鏡、六面鏡三種，由掃描電機 帶動旋轉，完成橫向的掃描運動。它是保證激光列印機列印精度的關鍵部件。掃描器完成橫向掃描的原理為： 我們設定MN為掃描器的一個鏡面。當入射激光束射到MN面的A點上時，若入射角為θ?i，則反射光束以反射角θ?d反射出來，θ?i=θ?d，當MN轉過一個角度φ，而入射光束方向不變，則反射光束轉過2φ，也就是反射光束以MN的兩倍角旋轉。如果P為反射光 點在感光鼓的一端，而P1為反射光點，在感光鼓的另一端就完成了對感光鼓的橫向掃描，當然掃描器的旋轉速度是極快的，所以P～P?1之間也形成很多的反射激光束點。 當主電機帶動感光鼓旋轉，同時也完成縱向掃描的反射激光束點，就這樣最終完成文字或圖像的點陣排列。
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