激光打印机结构和原理——激光打印机光栅或点阵潜像的生成

讲了激光打印机数据转译与传递,再来个复杂的,激光打印机光栅或点阵潜像的生成,恩,总之看不懂没关系,了解一下就好。

激光打印机光栅或点阵潜像的生成

  激光打印机打印出的文字或图像,如果在放大镜下观察,就会发现文字或图像是由很多的 白点和黑点组成(也叫点阵图形),与普通的点阵式打印效果相似。前者是通过控制激光 束的开与关实现点阵排列,而后者则是通过打印针击打来实现点阵排列。

  光栅图像是一种视频数字图像,需要打印机中的光栅转换器把视频数据进行光栅化处 理,转换成打印机使用的点阵图像打印,所谓光栅图像是由独立的点所组成的图像。如报纸 上印的或电视屏幕上显示的图像就是光栅图像。

  激光打印机的点阵排列是由二进制数据组成的方阵控制,每个点对应一个二进制数位, 由运算控制器控制激光器向感光鼓表面射出一束激光,称为”曝光”,被曝光的”点” 称为”像素点”。要打印一个文字或一幅图像,需要很多的”像素点”组成。因此,单位面 积内像素点的数目越多,打印的分辨率就越高。如果一个激光扫描装置,沿感光鼓轴向水平 表面,射出每英寸300个点,并且感光鼓由主电机带动按照1/300分匀速旋转,那么,激光 打印机就能以每平方英寸300×300DPI的分辨率打印出文字或图像。现在,高档的激光打 印机的输出精度可以达到2400DPI。由像素点形成点阵图像,还要经过声光调制器、高频驱 动器、扫描器同步器和光学系统共同完成。

      (1)声光调制器

  大家知道,电视机接收到的图像和声音是由电视台将声光信号调制为电信号发射出来 的。电视机接收到电信号再经过解调,还原成图像和声音。激光打印机激光器射出的光束 也载有数据信息,这些信息的转换过程也类似于电视机信息传递过程。只是此过程是由声光 调制器转换的。声光调制器的调制频率可达30MHz左右,特性稳定,因此大多数的激光打 印机都采用这种调制器。声光调制器的工作原理是利用声光效应所产生的布雷格衍射的特 点,实现对激光束传播方向的控制。激光束欲完成图文信息的映像任务,必须用图文信息进 行调制,恰如电视台将图像及声音信号调制到无线电波上去,方能在电视机中解调出图像与 声音信号一样。声光调制器的工作原理,是利用声光效应产生布雷格衍射,若在玻璃及晶体 等超声媒质中产生超声波,便将引起周期性的折射率变化,而成为相位型衍射栅,光栅常数 等于超声波波长,当激光束射到超声媒质中时,激光束即产生衍射,衍射光的强度及方向会 随超声波的频率及强度而变化,即为声光效应。(http://oa.yywr.net

  当向玻璃或晶体发射超声波而产生反射,由入射角折射的光线传播而形成相位变化的衍射光 栅,光栅常数等于超声波的波长λ。如果激光束射入超声媒体中,激光束就会产生衍射,衍 射光的强度和方向随超声波的频率和强度的变化而变化,这就是声光效应。根据波干涉的加 强条件,入射光和衍射光的方向满足布雷格方程:

  θi=θd=θB

sinθB=λ/2A=λf/2v (v=fA)

  式中:θi:入射光与超声波面的夹角;λ:光在介质中的波长;θd: 衍射光与超声波面的夹角;A:超声波波长;θB:布雷格角;f:超声波频率。 θB很小时,sinθB≈θd,则方程可简化为:θi=θd=θB=λf/2v,当衍射光和入射光的夹角为α时,则:α=θi+θd=2θB=λf/v。 式中α为偏转角,它与超声波的频率成正比。改变超声波频率f,就可以改变偏转角α,从而达到控制激光束方向的目的。

  按布雷格衍射理论,当超声波维持一种频率的高频信号时,入射的激光束除产生一条0 级光外,还产生一条1级衍射光。0级光控制同步器和高频信号的起停,1级衍射光对感光 鼓曝光形成像素点。

  布雷格衍射在超声波只有一种高频信号时入射的激光束除产生未偏转的0级光外,尚产生 一条1级衍射光,声光调制器在改变光束的传播时,还使0级及1级光的强度随调制信号而变化,若有若干个不同的高频正统波被加到换能器上,则能产生若干条衍射光,称这种现象为 多频衍射。在激光打印机中,高频驱动电路的作用,即是产生多个高频正弦波信号,供声光调制器使用。典型的高频信号源,可产生9个高频信号,经声光器件产生9条衍射 光。这9条高频信号频率应稳定,波形失真小,在相加电路中相加到一起送往换能器时,需各个频率的信号相互影响小,不产生畸变,以便保证经衍射后的衍射光有较好的线性。 

      2)扫描器

  要使经过声光调制器后的激光束在感光鼓上产生文字或图像,激光束需要完成横向 和纵向两个方向的运动,不能依靠激光器运动来实现,因为由光电器件运动而带来的振动会 影响激光束的精度。所以激光打印机的激光器采用固定式结构,而由一个多面旋转的反射镜 来完成激光束横向扫描,依靠感光鼓的旋转实现纵向扫描。

  欲使经调制后的激光束在感光硒鼓上产生文字与图像,尚应完成横向(沿打印纸行的方向)及纵向两个方向运动。纵向运动是依靠硒鼓的旋转来完成,而光束的横向运动则由扫描 器来完成。按工作方式扫描器分声光式、电光式、检流计式及转镜式等。鉴于转镜式扫描 器有扫描角度大、分辨率高、光能损耗小及结构简单等优点,而被广泛用于激光打印机中。 为了减少多面镜旋转时产生的非线性误差,转镜的几何精度的误差及转镜驱动电动机转 速不稳等,引起的纵向间距和字符的轨迹不均匀等缺点,一般在扫描器中还装有一个同步信 号传感器。此传感器是使用布雷格衍射产生的0级光,不产生偏转,从而经多面转镜反射 后具有照射位置固定的特点,将其作为同步信号,用来控制高频信号发生器的起停,可保证 扫描间距一致,消除上述误差。

  为使扫描器产生的扫描光束集成规定的大小,并在感光鼓上进行匀速直线运动,应采用较 好的光路系统。光路系统根据透镜处于扫描器的前后位置,分物镜前/后型两种形式,由 于物镜后型在扫描较大图形时失真严重,很少采用。物镜前型扫描线较直,但亦有失真,由 于后来生产的激光打印机中,采用多个透镜组合在一起的广角聚焦镜,焦距为300mm,多面 转镜的物距为37mm,失真度仅为0.0011%,已能完全满足激光成像的要求。(http://oa.yywr.net

  激光打印机用的多棱扫描器(镜),一般有二面镜、四面镜、六面镜三种,由扫描电机 带动旋转,完成横向的扫描运动。它是保证激光打印机打印精度的关键部件。 扫描器完成横向扫描的原理为: 我们设定MN为扫描器的一个镜面。当入射激光束射到MN面的A点上时,若入射角 为θi,则反射光束以反射角θd反射出来,θi=θd,当MN转过一个角度φ,而入射光束方向不变,则反射光束转过2φ,也就是反射光束以MN的两倍角旋转。如果P为反射光 点在感光鼓的一端,而P1为反射光点,在感光鼓的另一端就完成了对感光鼓的横向扫描, 当然扫描器的旋转速度是极快的,所以P~P1之间也形成很多的反射激光束点。 当主电机带动感光鼓旋转,同时也完成纵向扫描的反射激光束点,就这样最终完成文 字或图像的点阵排列。

  (3)同步器

  扫描器在扫描电机的带动下飞速旋转,由于扫描电机旋转时产生的非线性失真及扫描 器几何精度的误差,会引起纵向间距和字符轨迹不均匀。在扫描系统中,装有一个同步信号 传感器,同步传感器利用布雷格衍射产生的0级光不发生偏转的性质,经过扫描器(镜)反 射后,照射同步传感器的吸收窗转换为同步信号,用它来控制高频信号发生器的起停,从而 保证扫描问距的一致,消除误差。

  (4)光学系统

为使扫描器反射产生的激光束,聚集形成规定大小的光点,消除光束传播过程中的漫 射,需要用一组光学透镜对光束进行调制,提高扫描精度。它包括:弧面透镜、球面透镜、 反射镜。这组透镜只有将激光束校正失真度为0.1‰,才能满足激光成像的技术要求。  

这激光打印机光栅或点阵潜像的生成够深奥吧,想要弄懂,得慢慢来,不懂的话只要有个大概印象就好,毕竟我们又不去造这玩意。


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