彩色雷射印表機及列印方法

2023-10-05 04:57:59

專利名稱：：彩色雷射印表機及列印方法
技術領域：
：本發明涉及一種雷射印表機，特別涉及一種彩色雷射印表機及其列印方法。
背景技術：
：目前市場上的中低檔彩色雷射印表機通常採用的一種結構原理，如圖1所示，該列印才幾10同時^f吏用四個感光鼓11和四個曝光才莫組(LSU)12。列印紙張依次通過四個感光鼓11，並將需要四個轉印滾輪(TransferRoller)將碳粉轉移到紙張上面。該結構使用四個感光鼓12和四個曝光模組(LSU)11,使得整機的體積大，成本高；且四次曝光，需要等待四倍於黑白列印的時間。另一種中低檔彩色雷射印表機常用的結構原理，如圖2所示，該印表機20採用碳粉傳送帶裝置21,分四次將四色碳粉依次轉印到傳送帶，再統一將彩色碳粉圖樣一次轉移到紙張上。其缺點是使用碳粉轉印裝置和部分傳動裝置，設計要求較高；且四次曝光，需要等待四倍於黑白列印的時間；以及對紙張傳送過程中對齊設計的要求很高，否則會造成套色誤差。而目前市場上的高檔彩色雷射印表機的結構原理，如圖3所示，印表機30釆用一隻外徑較大的感光鼓31,利用一個曝光模組(LSU)分別對感光鼓31曝光四次，將四色信息轉換成碳粉分布的潛像，再統一將彩色碳粉圖樣一次轉移到紙張上。其缺點是四次曝光，需要等待四倍於黑白列印的時間；對紙張傳送過程中對齊設計的要求很高，否則會造成套色誤差。因此提高彩色列印速度以及減少套色誤差、提高列印解析度是一個非常重要的課題。
發明內容本發明要解決的技術問題是，提供一種提高彩色列印速度以及減少套色誤差且解析度高的彩色雷射印表機。本發明要解決的另一技術問題是，提供上述彩色雷射印表機的列印方法。為解決上述技術問題，本發明提供一種彩色雷射印表機，其包括一感光鼓，一曝光模組以及一顯影模組，其中，該曝光模組包括一雷射光源以及一光源功率控制電路，提供具有能量幅度等級的光束，該顯影模組包括多個墨粉盒，每一墨粉盒中裝有一種顏色的碳粉，每一種顏色的碳粉顆粒攜帶一預定數目的電荷，每一墨粉盒與該感光鼓之間的距離與該墨粉盒內含碳粉所攜帶的電荷數目相關，墨粉盒內含碳粉所攜帶的電荷數目越大，該墨粉盒距離該感光鼓的距離越大，其中該墨粉盒與該感光鼓之間的距離是以該墨粉盒靠近該感光鼓一端設置的一顯影輥^"的表面至該感光鼓的表面的最近距離表達。優選的，該雷射光源包括四個並列組合的雷射二極體LD1、LD2、LD3及LD4，該四個雷射二^L管的最大輸出功率之比P4:P3:P2:Pl為192:48:12:4,其中LD1被控制提供四個級別的功率1/4Pl、2/4Pl、3/4Pl以及P1，該LD2、LD3及LD4被控制分別提供三個級別的功率1/3P2、2/3P2及P2;1/3P3、2/3P3及P3;1/3P4、2/3P4及P4。進一步的，該雷射二極體光源還包括一直流偏置雷射二極體，與該LD1、LD2、LD3及LD4並列組合。優選的，在內含碳粉所攜帶的電荷數目較大的墨粉盒與該感光鼓之間設置有一靜電場，提供一正向阻礙碳粉向該感光鼓運動的力從而藉以縮小該墨粉盒與該感光鼓之間的距離。。優選的，該墨粉盒與該感光鼓之間分別設置有一靜電場，以提供一阻礙或促進碳粉向該感光鼓運動的電場力並藉以調整該墨粉盒與該感光鼓之間的距離。本發明所提供的彩色雷射印表機的列印方法包括充電、曝光、顯影、轉印的步驟，其中，該曝光步驟是對感光鼓進行能量分級的曝光，藉由能量分級表達顏色信號。進一步的，該曝光步驟藉由一雷射光源完成，該雷射光源提供具有能量幅度等級的光束。由於該曝光模組能提供具有能量幅度等級的光束，因此一次曝光後即可形成帶有彩色信息的潛影，配合帶有不同數目電荷的碳粉，即每一種顏色的碳粉顆粒攜帶一預定數目的電荷，且該電荷的預定數目依顏色的不同^呈一預定幅度等級，因此顯影時可選擇地一次將不同顏色碳粉組合轉移至感光鼓上，呈現彩色影像，後續的影像轉移、固定等程序則跟一般的黑白雷射列印並無區別。因此，本發明提供的彩色印表機實際上跟黑白印表機一樣，只需要一次曝光和一次顯影，即可完成彩色圖像的列印，不但提高列印速度，而且減少套色誤差，解析度高。圖1是現有技術中一款彩色雷射印表機的結構原理示意圖；圖2是現有技術中另一款彩色雷射印表機的結構原理示意圖；圖3是現有技術中一款高端彩色雷射印表機的結構原理示意圖；圖4是本發明第一實施方式提供的彩色雷射印表機結構示意圖；圖5是本發明第一實施方式提供的彩色雷射印表機採用的雷射光源示意圖；圖6是援引的美國第5,666,589號專利提供的感光鼓感光特性圖；圖7是本發明理論的一模型結構示意圖；以及圖8是感光鼓表面潛壓下降之前有一段能量的"直流偏置，，示意圖。具體實施方式以下將結合圖示說明本發明一較佳方式所提供的彩色雷射印表機100的基本結構以及工作原理。請參閱圖4，該較佳實施方式的印表機100的結構示意圖，該印表機100包括感光鼓110,充電單元120，曝光模組130，顯影模組140，轉印滾輪150，清除殘餘石友粉顆粒的刮刀160。其中該曝光模組130包括一雷射光源以及一光源功率控制電路，請參閱圖5,該雷射光源包括四個並列組合的雷射二極體131，該四個雷射二極體131的最大輸出功率之比P4:P3:P2:P1為192:48:12:4，其中LD1被控制提供四個級別的功率1/4Pl、2/4Pl、3/4P1以及P1，該LD2、LD3及LD4被控制分別提供三個級別的功率1/3P2、2/3P2及P2;1/3P3、2/3P3及P3;1/3P4、2/3P4及P4，該四個雷射二極體131組合而成的雷射光源，可提供具有能量幅度等級的光束135，該光束135經透鏡132、133聚集後可經由稜鏡134反射，以配合印表機內部機構而調整光束行進方向。優選的，該雷射光源還包括一直流偏置雷射二極體，與該LD1、LD2、LD3及LD4並列組合。繼續參閱圖4，該顯影模組140包括四個墨粉盒141，每一墨粉盒141靠近感光鼓110的一端分別設置有一顯影滾輪142。優選的，至少一顯影輥輪142與該感光鼓110之間設置有一靜電場143。該每一墨粉盒中裝有一種顏色的碳粉，分別是黃(Y)、洋紅(M)、青(C)、黑(K)四色，每一種顏色的碳粉顆粒攜帶一預定數目的電荷，且該電荷的預定數目依顏色的不同而呈一預定幅度等級，例如四色碳粉所攜帶的電荷數之比為64:16:4:1。優選的，為了控制攜帶電荷數目不同的石友粉準確地^L吸附至感光鼓110上，防止帶電量大的碳粉被過量吸附至感光鼓上，將墨粉盒141與該感光鼓110之間的距離設計呈一定幅度等級，例如，Y、M、C、K四色碳粉攜帶的電荷數目之比為64:16:4:1,承載該四色碳粉的墨粉盒141與該感光鼓110之間的距離之比為4096:256:16:1。為了區分並更好地控制碳粉吸附，常常希望將各色碳粉攜帶電荷的數目幅度等級設計得較大，但是，相應的設計墨粉盒與感光鼓的距離時，可能導致帶電量最大的墨粉盒與感光鼓之間的距離過大，此時碳粉從墨粉盒被吸附至感光鼓時可能會受到較多因素的幹擾，從而導致實際操作的困難，為此可以在墨粉盒141與該感光鼓110之間設置靜電場，來解決這一問題。本實施例中，Y色碳粉帶電量最大，因此為了避免Y色墨粉盒141距離感光鼓110太遠，在墨粉盒141與該感光鼓110之間設置了靜電場143。該靜電場143由上下兩塊金屬板構成，金屬板的對稱面與碳粉轉移通道的中心面重合，保證碳粉不會偏離預定的運動方向。靜電場143產生的電場力起到正向阻礙碳粉向感光鼓IIO運動的作用，阻礙的效果保證設計的碳粉數量剛好可以轉移到感光鼓110表面預定的位置。從圖4中可看出，雖然該Y色墨粉盒141的電荷數目大於M色墨粉盒141，但是該Y色墨粉盒141與感光鼓110的距離還小於M色墨粉盒141與感光鼓IIO之間的距離，這就是由於靜電場143調節的結果。同樣對M色墨粉盒141與感光鼓110之間也可設置靜電場，從而減小該M色墨粉盒與感光鼓110之間的距離。如果必要，可以將四個墨粉盒141與該感光鼓110的距離設計得相等，然後在墨粉盒141與感光鼓110之間分別設置一強度不同的靜電場，完全由該靜電場來控制帶電數目不同的碳粉準確地被吸附至感光鼓110上。此時，靜電場強度根據電荷數目的幅度等級設計呈一定的幅度等級。以上主要是對該彩色雷射印表機100的基本結構介紹，其具體工作原理，以下分四部分詳細i兌明(1)感光鼓感光特性的灰階區分應用原理；(2)四碳粉模型；(3)4雷射二極體聯合實現256級功率輸出的設計；(4)在墨粉盒和感光鼓之間引入一個靜電場的設計。首先介紹(1)感光鼓感光特性的灰階區分應用原理，請參閱圖6，援引美國第5,666,589號專利及相關感光鼓的感光特性圖示來作說明，定義Y值，y=￡。《￡。-￡'"J,式中，EO代表曝光閾值能量面密度的飽和值；Eind代表光束對感光鼓曝光的閾值能量面密度。優選地，選擇斜率儘量小的曲線來實現能量幅度等級控制，因為斜率越小，則曝光能量的區分越容易，分階越多，所能控制的碳粉的精度也越高。該較佳實施例中，對雷射光束功率作出256級區分,使得可以對感光鼓實現256級曝光效果，產生256階灰度。這樣的一個光斑可吸收四個石灰粉顆粒。其次介紹(2)四碳粉才莫型，這個模型概念是每個光斑是實現黃、青、洋紅以及黑色(即Y、M、C、K四色)混合的最小單元。基於目前通用的雷射印表機傳輸單色碳粉的模式,碳粉通過電場力被吸附，電場力F的表達式如下F=AU*Q/d,其中，AU是從顯影滾輪表面到感光鼓表面的電位差；Q為碳粉的帶電量；d是從顯影滾輪表面到感光鼓表面的距離。推導Fy=AU*QY/dY;FM=AU*QM/dM;FC=AU*Qc/dc;FK=AU*QK/dK。這種設計需要光斑儘量小，如果光斑直徑是碳粉顆粒直徑的兩倍，則需要在一個感光鼓曝光點內對應3-10粒碳粉(吸附一層碳粉，大約在3~5粒碳粉；吸附兩層碳粉，大約在610粒吸附)。本實施例我們以感光鼓每個1200dpi曝光點可以吸附一層碳粉為研究模型，每個曝光點可以吸附4粒碳粉。令每粒碳粉攜帶的電量Q為一個單位，碳粉從顯影滾輪傳輸到感光鼓的距離d為一個單位，兩者之間的電位差AU為一個單位，傳輸的電場力F也為一個單位。例如，本實施例中，Y色的石灰粉顆粒帶電量為64個電荷單位，M色碳粉顆粒帶電量為16個電荷單位，C色碳粉顆粒帶電量為4個電荷單位，K色碳粉顆粒帶電量為1個電荷單位。一個曝光點需要實現吸附Y、M、C、K色碳粉的數量分別是2、0、1、l粒，則需要造成的潛壓是133個電壓單位。當感光鼓依次轉到Y、M、C、K色顯影滾輪表面時，根據電場力吸附相應數量的碳粉，每個碳粉需要一個單位的電場力才會被吸附，F=AU*Q/d。請參閱圖7，為更好地說明該理論，具體定義一模型，該模型中一感光鼓210到顯影滾輪221、222、223、224的表面距離d的比值dY:dM:dc:(k為4096:256:16:1。當感光鼓依次轉動到Y、M、C、K色顯影滾輪時，根據電場力F的大小，吸附相應的碳粉；當碳粉被吸附之後，由於本身的帶電量又形成了新的電場力，決定了下一種碳粉被吸附的數量最初，感光鼓轉動到Y色顯影滾輪時AU=133，FY=133*64/4096，整除得2。因為可以吸附2粒電量為64個單位的Y色碳粉，所以剩餘電量產生的電場還具有吸附5個單位電量的能力，即吸附2粒Y色碳粉後，AU，=133-64*2=5;當感光鼓依次轉動到M色顯影滾輪時，FM=5*16/256，整除得O。即電場力不夠l個單位，所以M色碳粉不能被吸附；當感光鼓依次轉動到C色顯影滾輪時，Fc=5*4/16,整除得1，正好有1粒C色碳粉被吸附，剩餘電量為5-4=1;當感光鼓依次轉動到K色顯影滾輪時，FK=1*1/1，整除得l，正好有1粒K色碳粉被吸附，無剩餘電量，即完成了YMCK色碳粉為2、0、1、l組合的曝光吸附過程。以下再說明(3)四個雷射二極體聯合實現256級功率輸出的設計首先，雷射二極體功率控制的精度越高，則色彩的解析度也越高。雷射二極體是一種對溫度變化很敏感的半導體器件，雷射二極體一開始工作，溫度就開始升高，電能就更多地轉化為熱能，從而雷射的出射能量減少。為了保持預定的雷射出射功率，電路就要通過一個伺服系統來調整注入雷射二極體的電流值(升溫時需要調高電流)。通過精巧的電路設計，可以滿足雷射二極體功率精度的要求，這屬於較成熟的現有技術。還可以通過其它方式來控制雷射二極體出射功率，例如可以增加溫度補償組件來調節雷射二極體的工作溫度實現功率控制，這也是現有技術。目前對雷射二極體功率控制可以精確到千分之一，可以保證雷射二極體功率的波動誤差不會造成對K色碳粉的吸附數量的影響。在前面提到的四碳粉模型中，最大需要雷射光源輸出功率分256級，從而使感光鼓曝光產生256級殘餘電位差。對於目前的雷射光源，要想調製幅度區分幾十個等級是困難的事情，為此，本實施方式設計了採用4支雷射二極體分擔功率輸出的方案，4支雷射二極體的最大輸出功率之比P4:P3:P2:Pl為192:48:12:4。前三支雷射二極體的輸出功率採用幅度調製，分為3級，依次為1/3P4、2/3P4、P4;1/3P3、2/3P3、P3;1/3P2、2/3P2、P2;功率最小的雷射二極體LD1的最大輸出功率分為4級，依次為1/4Pl、2/4Pl、3/4Pl、Pl。將LD1的1/4P1定為輸出功率的單位l。滿足LD4的P4是LD1的1/4Pl的192倍，其餘類推，如下表所示tableseeoriginaldocumentpage9這樣，以最大的輸出需要256為例，實現方式為:256=192+48+12+4。在曝光方面，四支雷射二極體都以最大輸出功率工作；在感光鼓吸附碳粉方面，按照256x64/4096=4，所以可以吸附4粒Y色碳粉。再以133為例，133=128+0+4+1。在曝光的方面，四支雷射二才及管分別為2/3*P4+1/3*P2+1/4*P1;在感光鼓吸附碳粉方面，可以按照前面四墨粉盒模型中介紹的方式實現。實際上，根據前述說明的感光鼓感光特性曲線，在感光鼓表面潛壓下降之前，有一段能量的"直流偏置"，如圖8所示。因此在一較佳實施例中還可引入第五支雷射二極體，特別輸出這個"偏置"功率PO。其中，Px由LDlLD4組合實現，再加上PO就是真正所需的曝光功率。該第五支雷射二極體與前四支雷射二極體並列組合即可。最後介紹(4)在墨粉盒和感光鼓之間引入一個靜電場的設計在該較佳實施例中，因為Y色碳粉從墨粉盒運動到感光鼓的理論距離是目前通用雷射印表機的4000多倍，這是無法想像的事。為此，在墨粉盒與感光鼓之間設計一個反向電場，用來解決距離的困擾。可以通過試驗，將兩者的距離調節到可以接受的範圍，同時利用反向電場滿足理論沒計的參數。對M色碳粉夾，也可以使用同樣的方法。該靜電場設計部分在介紹印表機100結構時已有較詳細的說明，可結合參考。本發明提供一種全新的彩色雷射印表機概念，通過對曝光模組的雷射二極體光源進行能量分級而形成攜帶彩色信號的潛影，同時對四色碳粉分別攜帶不同數量級別的電荷，從而區分碳粉顏色實現一次完成彩色潛影的顯影，因此只需要一次曝光和一次顯影，即可完成彩色圖像的列印，不但提高列印速度，而且減少套色誤差，解析度高。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。權利要求1.一種彩色雷射印表機，包括一感光鼓，一曝光模組以及一顯影模組，其特徵在於，該曝光模組包括一雷射光源以及一光源功率控制電路，提供具有能量幅度等級的光束，該顯影模組包括多個墨粉盒，每一墨粉盒中裝有一種顏色的碳粉，每一種顏色的碳粉顆粒攜帶一預定數目的電荷，每一墨粉盒與該感光鼓之間的距離與該墨粉盒內含碳粉所攜帶的電荷數目相關，墨粉盒內含碳粉所攜帶的電荷數目越大，該墨粉盒距離該感光鼓的距離越大，其中該墨粉盒與該感光鼓之間的距離是以該墨粉盒靠近該感光鼓一端設置的一顯影輥輪的表面至該感光鼓的表面的最近距離表達。2.如權利要求1所述的彩色雷射印表機，其特徵在於，該雷射光源包括四個並列組合的雷射二極體LD1、LD2、LD3及LD4，該四個雷射二極體的最大輸出功率之比P4:P3:P2:Pl為192:48:12:4,其中LD1^皮控制提供四個級別的功率1/4Pl、2/4Pl、3/4P1以及P1，該LD2、LD3及LD4被控制分別提供三個級別的功率1/3P2、2/3P2及P2;1/3P3、2/3P3及P3;1/3P4、2/3P4及P4。3.如權利要求2所述的彩色雷射印表機，其特徵在於，該雷射光源還包括一直流偏置雷射二極體，與該LD1、LD2、LD3及LD4並列組合。4.如權利要求1所述的彩色雷射印表機，其特徵在於，在內含碳粉所攜帶的電荷數目較大的一墨粉盒與該感光鼓之間設置有一靜電場，以提供一正向阻礙碳粉向該感光鼓運動的電場力從而藉以縮小該墨粉盒與該感光鼓之間的3巨離。5.如權利要求1所述的彩色雷射印表機，其特徵在於，該墨粉盒與該感光鼓之間分別設置有一靜電場，以提供一阻礙或促進碳粉向該感光鼓運動的電場力並藉以調整該墨粉盒與該感光鼓之間的距離。6.—種彩色雷射印表機列印方法，包括充電、曝光、顯影、轉印的步驟，其特徵在於，該曝光步驟是對感光鼓進行能量分級的曝光，藉由能量分級表達顏色信號。7.如權利要求6所述的彩色雷射印表機列印方法，其特徵在於該曝光步驟藉由一雷射光源完成，該雷射光源提供具有能量幅度等級的光束。全文摘要本發明涉及一種雷射彩色印表機，其包括一感光鼓，一曝光模組以及一顯影模組，其中該曝光模組包括一雷射光源以及一光源功率控制電路，提供具有能量幅度等級的光束；該顯影模組包括四個墨粉盒，每一墨粉盒中裝有一種顏色的碳粉，每一種顏色的碳粉顆粒攜帶一預定數目的電荷，且該電荷的預定數目依顏色的不同而呈一預定幅度等級。該彩色雷射印表機通過對曝光模組的雷射二極體光源進行能量分級而在曝光時可一次形成攜帶彩色信號的潛影，同時對四色碳粉分別攜帶不同數量級別的電荷，從而可一次完成彩色潛影的顯影，因此只需要一次曝光和一次顯影即可完成彩色圖像的列印，不但提高列印速度，而且減少套色誤差，解析度高。文檔編號B41J2/47GK101320235SQ20081002828公開日2008年12月10日申請日期2008年5月21日優先權日2008年5月21日發明者戚志恩,毅蔡,哲霍,濤韓申請人:旭麗電子(廣州)有限公司;光寶科技股份有限公司