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  雷射印表機的原理
黑白雷射印表機的原理是彩色雷射印表機原理的基礎,為了便於大家理解,我們首先簡要地介紹黑白雷射印表機的原理.雷射印表機中最重要的元件是感光鼓,即有機圖像傳導機構(簡稱OPC),整個列印過程都以感光鼓為中心,周而復始地動作的.黑白雷射列印機工作的整個過程可以說是充電,曝光,顯像,轉像,定影,清除及除像等七大步驟的回圈.
  詳細地說,當使用者在應用程式中下達列印指令后,整個雷射列印流程的序幕遂由「充電」動作展開,先在感光鼓上充滿負電荷或正電荷,然后再將印表機處理器處理好的圖像資料透過雷射束 照射到感光鼓上,在相應的位置上形成「曝光」.接著由於碳粉帶有同感光鼓相同性質的電荷,此時快速轉動的感光鼓經過碳粉匣時,被曝光的部位便會吸附帶電的碳粉,「顯像」出圖像.
  紙張進入機器內部后帶有與碳粉相反的正電荷或負電荷,由於異性相吸的緣故,如此便能使感光鼓上的碳粉「轉像」到紙張上.為了使碳粉更緊好地附在紙上,接下來加熱器則以高溫高壓的方式 ,將碳粉「定影」在紙上,這也是何以每張剛列印出來的紙張都有較高溫度的原因.然后將感光鼓上殘留的碳粉「清除」,最后的動作為「除像」,也就是除去靜電,使感光鼓表面的電位回復到初始狀態,以便展開下一個回圈動作.
  彩色雷射印表機和黑白雷射印表機一樣都以上述的的電子成像原理為基礎.所不同的是,黑白雷射印表機只需要列印黑色,而彩色雷射印表機需要將青(Cyan),洋紅(Magenta),黑(Black)和黃(Yellow)四色列印在紙上形成各種不同的顏色.
  目前大多數的彩色雷射印表機使用單束雷射,由於只有一束雷射 ,并且感光鼓本身不能區分顏色,所以每次只能為一種顏色曝光 .為了列印一幅彩色圖片,彩色雷射印表機就必須將上述的7個步驟重復四次——每重復一次,完成一種顏色的列印.如果只是列印黑白檔,感光鼓只需要吸附黑色的碳粉,那麼一次就足夠了 .這就是為什麼彩色雷射印表機所宣稱的彩色列印速度一般只有 黑白列印速度的四分之一了(見圖2).
  圖二最新的彩色雷射印表機技術是「一次成像」技術,在這些機器中,四個碳粉盒不再共用一束雷射和一個感光鼓,四束雷射(或者是LED)和四個感光鼓分別對應四個碳粉盒,碳粉盒的排列形狀也從以往的圓周形該為直線形.四束雷射(或者是LED)可以對四個感光鼓同時進行曝光,感光鼓也可以同時從碳粉盒中吸附碳粉,紙張會一次性經過 C,M,Y,K四色碳粉盒完成彩色列印.這種改進不僅提高了列印速度,而且由於紙張是水平經過的,不再需要彎曲,因此這種一次成像的機器也可以列印厚度和硬度更大一些的介質.雖然目前這一技術的代價很高,使用這種技術的廠商也不多,但是毫無疑問,一次成像將是未來的發展方向(見圖2).
  彩雷運作原理雷射印表機的基本運作原理和影印機類似,主要是藉由光線打在感光滾筒上的成像來決定碳粉分布的位置而形成最后的列印影像,不過影印機是使用可見光來掃瞄列印滾筒,而雷射印表機則是改用雷射.在雷射印表機進行列印時,會先把電腦傳送過來的文字或影像資料,運用雷射光照射到感光滾筒,感光滾筒上被照到的地方會帶有靜電,而靜電會使碳粉附著,再經由轉印單位把碳粉壓印到紙張上,最后再經過加熱單位的熱處理固定后,就可以完成整個列印的動作.由於碳粉的顆粒和噴墨印表機的墨點相比,顯得細小了許多,因此解析度也可以跟著提高,可以得到較佳的列印品質.
  雷射印表機利用雷射在感光滾筒上成像上面所說的運作過程是在黑白雷射印表機的情況下,不過如果是在彩色雷射印表機上,那可就沒那麼簡單了.由於印表機表現彩色的方式是運用色彩學中的半色調原理,把青色(Cyan),洋紅色(Magenta),黃色(Yellow)三原色和輔助色黑色依照不同的比例列印在一個區塊之中,藉此表現出各種不同的顏色,因此和黑白雷射印表機只需要用到黑色碳粉不同,彩色雷射印表機為了列印出不同的顏色,就必須具備C,M,Y,K四種顏色的碳粉匣.但是,四色碳粉的運作處理過程很明顯的遠比起處理單一顏色來得繁復許多,因此如何把這復雜的處理過程以最高的效率完成,也成為各印表機廠商在設計列印引擎時所考慮的重點.
  目前各類列印引擎中發展的最成熟,同時也較被廣泛應用的是所謂的四色套印(4-Pass)技術,簡單的說就是把上述黑白雷射的運作過程重復四次,在每一次的運作中吸附上不同顏色的碳粉,最后把CMYK四色的碳粉混合出彩色的影像.不過也正是因為這種方式必須重復四次相同的步驟,所以在進行彩色雷射列印時的速度很明顯的會比黑白列印慢上許多,因此如果要達到黑白與彩色列印同速的話,就不能采用這種技術了.
  采用四色套印方式的彩雷結構示意圖彩色雷射印表機的分類從機芯設計的角度來看,一部分彩色雷射印表機采用直印設計,另外一些則采用了轉印介質.彩色雷射印表機與黑白雷射印表機設計上的另一處差別在於在列印過程中對不同顏色的定位,使彩 色(或單色)碳粉附著在有機感光設備上.有的雷射印表機采用固定碳粉盒的設計,將顏色連續傳送到旋轉的感光帶或感光鼓上 ;另一種設計是將碳粉放置在一個旋轉式的傳送帶上,然后與旋 轉的感光帶或感光鼓接觸.
  經過比較和研究,我們發現印表機廠商普遍采用的碳粉盒/感光設備的構造形式有四種(如下表所示).
  圖 示說 明圖3四色碳粉盒是固定的,每種顏色的碳粉依次傳送到一個轉動的感光帶上.
  圖4碳粉盒被固定,碳粉連續傳送到一個轉動的感光鼓上,然后生成四色圖像.
  圖5每個碳粉盒都對應一個感光鼓.
  圖6四個碳粉盒被放置在一個旋轉的滾筒中,對應唯一的感光鼓.
  當圖像被傳送到感光鼓上之后,印表機得找個地方「畫」出四色圖像,并在最后把它印到紙上.彩色雷射印表機利用靜電成像技術完成列印任務,關鍵的印制過程通常又可通過兩種方式完成,也就是直印和轉印.
  直印的操作方法與黑白印表機類似,圖像被「繪制」在感光鼓上,然后直接印到紙上(如圖7的上半部分).另一種直印方法是每個顏色的碳粉都對應一個感光鼓,最后將圖像直接印在紙上(如圖7的下半部分).
  圖7此外,在成像過程中,對於不同的碳粉盒/感光設備的結構,直印方法有時也會行不通.這時,需要采用轉印的方法.四色圖像在轉印介質(轉印帶或轉印鼓)上成像,每次轉印一種顏色(如8).圖像經由轉印設備印到紙上,這便是轉印的技術.
  圖8雷射印表機 (Laser Printer)接下來要講到的『雷射印表機』就是一個很好的例子.同學們認為『雷射印表機』是近多少年的科技產品嗎 10年 20年 別被『雷射』這個字騙倒了!其應用理論早在1938年,就由一位 Chester Carlson所提出,應用當時還罕為人知一種『電子照相技術- Electrophotography』使乾式印刷成為可能.
  在那個年代里,人們還不了解處理文件效率的重要性.其后的九年,這位 Carlson 先生前前后后拜訪了20幾家公司,包括知名的 RCA, General Electric(GE), Eastman Kodak和 IBM.沒有一家對這樣的技術感到興趣. 到了 1949年終於有一家紐約的 Haloid 公司愿意出資贊助 Carlson的研究,他們將這個計畫取名為 "xerography"希臘語的意思是 "dry writing - 乾式印刷". 稍后 Haloid 公司決定用這個字的縮寫來當新集團的名字,它就是 Xerox - 全錄.
  雷射印表機運作示意圖(摘自OkiData)1959年,全錄在萬國博覽會上展示 Xerox 914 影印機.914可說是當時最先進的列印系統, 經過十年的淬練,914幾乎具備了現代影印機所有該有的元素.更值得慶賀的是 Xerox有效的降低了它的售價,讓914的普及率快速提升,成就了后來Xerox的霸業.先前提到1969年底半導體技術起飛,到了1970年代,電腦技術可是明日的新星,各行各業都想和『電腦化』沾上些邊,Xerox這個時候就把腦筋動到了印表機頭上.1978年, Xerox 推出了史上第一部商用雷射印表機 Xerox 9700.9700可說是現代雷射印表機的『始祖鳥』,應用的原理和影印機類似.但影印機使用可見光掃瞄列印滾筒,雷射印表機則改用雷射.列印時印表機接收電腦傳送的資料用雷射光照射到滾筒,被照到的地方會帶靜電,靜電接著吸引碳粉,再由滾筒壓印碳粉至紙張,經熱處理固定,即完成列印的動作(見流程圖).由於碳粉的顆粒,遠比點矩陣印表機的針頭,和噴墨印表機的墨點來得細小,所以解析度可以隨機種的設計而提高,列印品質優良.
  彩色雷射列印技術有鑒於早期的雷射印表機, 體積龐大,耗能.1984 Hewlett Packard 科技開始著手一連串的改良計畫,并推出 "LaserJet" 系列,強調方便,簡單和易用特色.特別是可抽換式碳粉夾滾筒設計(Toner cartridge),大大節省更換和維修所需的時間.1989年,新一代的分色列印系統開發完成,彩色雷射印表機終於可以擁有符合要求的列印速度和體積大小了.可是,其四色分色系統等於在系統內多了四套感色器,讓其成本大幅提升.即使在今日,彩色雷射印表機仍無法普及.
  HP Laser Jet 1100 內部構造彩色雷射印表技術示意圖便宜的LED印表技術日本公司 在新興科技的研究和投資確實叫人佩服,特別在應用科技這一項的表現.雷射印表機所采用的技術是藉助能量高,固定波段的雷射光將列印資訊掃瞄在滾筒上.這樣的優點在於雷射光比一般光線來說沒有散射的困擾,但確有光源設備昂貴的問題.
  紅外線 LED印表技術示意圖日本Okidata公司是率先想到可否利用介於雷射和一般可見光之間的替代光源來設計印表機的先驅.紅外線LED( light-emitting diodes )的應用就是該公司的杰作.以紅外線LED當光源,將LED封裝成一列,直接將電腦的資料轉成光資訊打在感光鼓上.在構造上減少了雷射印表機所需的折射鏡和對焦鏡頭,因此可制作出低成本及小型化LED印表機.可惜這種封裝型態,無法有效的提高解析度,但在一般的家用市場比起買昂貴的雷射印表機市場,LED要來得經濟多了.1996年7月Okidata推出了第一款配備1200DPI(Dot Per Inch)LED光源印字頭的印表機,列印速度 6ppm,市場反應不惡.

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