激光打印机的“成像”技术
技术大讲堂
随着黑白和彩色激光打印机在商务办公和个人桌面办公领域的普及，越来越多的用户开始将激光打印机作为自己办公输出的首选打印机。因此今天，我们在这里为大家介绍一些激光打印机的相关知识。
一、激光打印机的工作原理
无论是黑白激光打印机、还是彩色激光打印机的工作原理都是一样的，我们可以用几次图像变换来说明其打印过程。
当计算机向打印机发送数据时，打印机首先将接收到的数据暂存在缓存中，当接收到一段完整的数据后，再发送给打印机的处理器，处理器将这些数据组织成可以驱动打印引擎动作的类似数据表的信号组，对于激光打印机而言，这个信号组就是驱动激光头工作的一组脉冲信号。当接收到脉冲信号时，激光打印机的光栅图像处理器就会将打印页面变为位图，然后转换为电信号送往激光扫描单元。
提示：由于位图是由成千上万个像素组成的，因此业界同样以DPI (dots per inch)来定义打印机的打印精度。
在激光扫描单元中，页面位图上的图像点被转换为激光信号通过激光发射器所发射的激光照射在一个棱柱形反射镜上，然后反射到感应鼓（提示：感应鼓是一只表面涂覆了有机材料、预先带有电荷的圆筒）上，对应于位图中的各像素点，有像素值存在时就发射出激光束，无像素值时则不发射。随着反射镜的转动，光线从感应鼓的一端到另一端依次扫过（中途有各种聚焦透镜，使扫描到感应鼓表面的光点非常小），当有光线照射时，受到照射的感应鼓表面上的有机材料部位会发生电阻变化：受到照射的部位的电阻会急剧下降，表面的电荷也就经导电的内筒传导掉了，而没有受到激光照射的部位仍带有电荷，经过这一过程，页面位图就被转换成了感应鼓上的电荷“负像”——一个人眼看不见的、不带静电的图像。
为了要让“负像”最终显现出我们可以看到的图像——俗称“正像”，这时就轮到显影装置上阵了。显影装置实际上就是一条覆盖有磁性微粒的滚轴，这些带有磁性的微粒附着在滚轴的表面，就像一把极为精细的“刷子”。当滚轴滚动时，滚轴表面的小颗粒先从碳粉盒舱那里“刷”来一层均匀的碳粉。由于墨粉带有和感应鼓上相同性质的电荷，感应鼓转动，电荷“负像”经过显影辊时，被放电的点就会吸附上带电的碳粉，而未被放电的点由于同性相斥则不吸收碳粉，这样电荷“负像”就被变成了墨粉“正像”——一幅可以用肉眼看到的图像。
随感应鼓转动的还有转印鼓，被充电的纸张经过转印鼓时，墨粉被吸附到纸上成为打印图像。由于碳粉容易脱落，因此打印纸还要经过一个加热辊以使碳粉紧密地吸附在纸上。将墨粉传给打印纸之后，感应鼓继续旋转，经过一个清洁器，将表面剩余的墨粉去掉，以便进入下一个打印循环。
二、如何实现彩色激光打印
电脑世界中成千上万种色彩，可由黄、品红、青、黑四种基色合成出来，因此为了真正实现全彩色打印，彩色激光打印机采用C（Cyan，青色）M（Magenta，品红）Y（Yellow，黄色）K（Black，黑色）4色碳粉，因此对于一页彩色页面中的色彩要经过CMYK调和实现，一页内容的打印要经过CMYK 4色碳粉各1次的打印过程。当使用者送出打印命令时，打印机会将彩色文件的页面分成CMYK，并依序将激光打到感应鼓上，每打一个颜色的页面，感应鼓就会转动一次，把该色的墨粉盒与感光滚筒相结合，感光滚筒就会附着该色的碳粉，再转印到转印滚筒，待分别做完4个颜色之后，转印滚筒上面已吸附着了4个颜色的碳粉，这时打印机就会卷入空白纸张，把转印滚筒上的影像印在纸张上，并且再通过加热滚筒熔化碳粉，这样碳粉就会黏附在纸张上了，并且形成所需要的颜色。在这一处理过程中，一束激光要对感光设备进行4次曝光，也就是相当于黑白激光打印的同一个过程需要进行4次，故此被称作4次成像技术。
从理论上讲，彩色激光打印机要有4套与黑白激光打印机完全相同的机构来实现彩色打印过程。为了精简结构和节省成本，目前彩色激光打印机在结构上大都采用了4色碳粉盒的分离，其他的如走纸机构、硒鼓、定影单元等4色共用1套系统。
由于除了CMYK这4种基本颜色外，其他的所有颜色都是由这4种颜色的碳粉调和生成，因此彩色激光打印机的工作流程中，在定影以前要有一个4色调和过程。为了更好地实现颜色调和，彩色激光打印机中使用了调和油（也称定影油，一般使用的是硅油）。在调和油的使用上，不同厂商的产品有所不同，大多数彩色激光打印机中都有一个单独的调和油盒，在定影的同时向介质上加入调和油，这也是大多数彩色激光打印机打印出的内容有油感的一个重要原因。针对这个问题，一些厂商如HP公司的一些彩色激光打印机产品则采用了另外一种调和技术，在机器中取消了单独的调和油盒，而是将调和油盒与碳粉盒结合在了一起，在每一个细小碳粉颗粒中间都包裹了一个调和油颗粒，不仅简化了机器内部结构，也使打印出的内容中的油感大大降低。
色彩合成也是彩色激光打印机的关键技术，但固体的墨粉如何进行色彩混合却不像两种颜色的光束汇到一起那么简单。早期的彩色激光打印机采用半色调技术，在处理每一点的颜色时，一种墨粉只有“有”和“无”两种状态，由于墨粉颗粒非常细微，打印“点”可以比“像素点”小很多，由不同打印点的色彩组合来决定“像素点”最终的颜色。
由于眼睛的分辨能力有限，各种颜色的点在视觉上合成一种颜色。这和喷墨打印机的合成色原理是一样的，优点是容易实现，缺点是实际的打印结果只是4色的墨点，丰富的色彩只在视觉上合成，并不是连续的色相。随着技术不断进步，如今的彩色激光打印机不但可以控制墨粉的有无和多少，而且可以控制着色点的大小和浓淡，在一个点上施加墨粉的多少由激光在该点照射时间的长短决定，每一种单色都可以有256级浓度，并且可以在同一个位置叠加不同颜色的墨粉，最后在固化的时候熔融在一起，从而形成真正彩色的点，打印出连续的色相。例如，打印一个绿色的点，可以在一个黄色的点上加入一些青色的墨粉，色彩的深浅由这两种墨粉的比例控制，最后在固着时，两种颜色的墨粉同时熔融，混合在一起，形成一个真正的绿色的点，而不是许多黄色和青色点的集合。
以HP的ImageRet2400色彩分层技术为例。若以600DPI打印图像，在此分辨率的图像的像素之间的中心间距为42微米。ImageRet2400色彩分层技术使用直径为5微米的Ultra Precise超精细碳粉，像素之间的中心间距约为10微米，可以实现2400DPI效果。也就是说，若最后彩色打印的结果是600DPI的像素分辨率，那么在一个像素点上，可以使用16×16个青、品红、黄、黑4种墨粉颗粒再加上空白来调制该像素点的颜色。由于人眼已无法分辨这些细微的颜色颗粒，所以人眼看到的是混色后的总效果。这种技术到底能提供多少种色彩，计算方法是排列组合中的一个经典的例题：有青、品红、黄、黑、白5种颜色的无穷多个小球分装于5个坛子中，现在从中随意摸出16个小球放入一个空坛子中，一共会摸出多少种可能的结果？计算出的数值就是ImageRet2400技术理论上能实现的色彩数目，按厂家的说法可轻易达到上百万种。若按现在的纳米材料的加工水平，碳微粒的直径达到5纳米不成问题，那么现有的5微米的碳粉颗粒还可以沿直径分开1000次。当然颗粒细到一定的程度后对于人眼的识别来说已完全失去了继续细下去的意义。
除了ImageRet2400色彩分层技术外，Epson公司的色阶扩展技术也可在600DPI物理分辨率基础上，通过对墨点尺寸进行更精细的53级调整，将每个像素点进一步细分，在采用Epson先进的彩色描述、处理和还原技术后，还能在2861DPI高精度的同时，实现24位（167万种）色彩的表现能力，使色彩获得更加细腻丰富的层次，真正实现了彩色激打的高写真画质。值得一提的是，目前彩色显像技术仍属于激光打印机的核心技术，这也是我们国内企业生产激光打印机中最不易突破的一环，美国拥有不下千项的相关专利， 因此我国厂商想要突破并非易事。
三、4-2-1打印引擎技术
不过传统彩色激打采用的4次成像技术存在一个致命缺陷，那就是打印速度很慢——彩色打印速度一般是黑白打印速度的四分之一。针对这个问题，厂商又开发出了“一次成像”技术。“一次成像”技术顾名思义就是一次完成所有的着色工作，不过“一次成像”技术仍需要对每一种颜色各曝光一次，在这类彩色激光打印机中4个碳粉盒不再共用1束激光和显影鼓，而是4束激光（或者是LED）和4个显影鼓分别对应4个碳粉盒，4束激光（或者LED）可以对4个显影鼓同时进行曝光、分别呈现4种颜色的“电子影像”，然后同时从碳粉盒中吸附碳粉，纸张一次性经过C、M、Y、K 4色碳粉盒完成彩色打印。而目前著名的4-2-1打印引擎就是一次成像技术的代表之作。
在采用4-2-1打印引擎的激打中，CMYK 4种颜色的碳粉盒分别对应一个成像和转印单元，在打印机工作的时候，4个碳粉盒以及各自对应的成像单元同时工作。一幅彩色图像上对应的C、M、Y、K 4种颜色的碳粉分别转印到各自的转印单元上。M、Y转印单元上的品红色、黄色碳粉再转印到相邻的一个转印单元上，同样C、K转印单元上的青色、黑色碳粉再转印到相邻的一个转印单元上。这样，4种颜色的碳粉就被吸附到两个转印单元上了。同理，这两个转印单元上的碳粉又会被转印到相邻的一个最终的转印单元上，在这个转印单元上同时吸附了构成彩色图像的4种颜色的碳粉。这时候，打印纸张通过，将这个最终转印单元上的碳粉吸附，就构成真实的图像了。大家可以看到，采用4-2-1引擎打印时，4种颜色的成像、转印过程是同时进行的，所以彩色打印速度大大提高，达到了与黑白打印相同的速度。但是由于成本较高使得这种技术目前仍不能在入门级的激打产品上使用。
结 语
由于彩色激光打印机起步比普通打印机晚，而且技术系数要求更高，各厂商的开发力度和重心也不同，因此到目前为止，彩色激光打印机的价格也没有达到一个基本的稳定和平衡，真正取代传统喷墨打印机相信还需要一段时间。