彩色激光打印机及打印方法

摘要

本发明涉及一种激光彩色打印机，其包括一感光鼓，一曝光模组以及一显影模组，其中该曝光模组包括一激光光源以及一光源功率控制电路，提供具有能量幅度等级的光束；该显影模组包括四个墨粉盒，每一墨粉盒中装有一种颜色的碳粉，每一种颜色的碳粉颗粒携带一预定数目的电荷，且该电荷的预定数目依颜色的不同而呈一预定幅度等级。该彩色激光打印机通过对曝光模组的激光二极管光源进行能量分级而在曝光时可一次形成携带彩色信号的潜影，同时对四色碳粉分别携带不同数量级别的电荷，从而可一次完成彩色潜影的显影，因此只需要一次曝光和一次显影即可完成彩色图像的打印，不但提高打印速度，而且减少套色误差，分辨率高。

权利要求

1.一种彩色激光打印机，包括一感光鼓，一曝光模组以及一显影模组，其特征在于，该曝光模组包括一激光光源以及一光源功率控制电路，提供具有能量幅度等级的光束，该激光光源包括四个并列组合的激光二极管LD1、LD2、LD3及LD4，该四个激光二极管的最大输出功率之比P4∶P3∶P2∶P1为192∶48∶12∶4，其中LD1被控制提供四个级别的功率：1/4P1、2/4P1、3/4P1以及P1，该LD2、LD3及LD4被控制分别提供三个级别的功率：1/3P2、2/3P2及P2；1/3P3、2/3P3及P3；1/3P4、2/3P4及P4；

该显影模组包括多个墨粉盒，每一墨粉盒中装有一种颜色的碳粉，每一种颜色的碳粉颗粒携带一预定数目的电荷，每一墨粉盒与该感光鼓之间的距离与该墨粉盒内含碳粉所携带的电荷数目相关，墨粉盒内含碳粉所携带的电荷数目越大，该墨粉盒距离该感光鼓的距离越大，其中该墨粉盒与该感光鼓之间的距离是以该墨粉盒靠近该感光鼓一端设置的一显影辊轮的表面至该感光鼓的表面的最近距离表达。

2.如权利要求1所述的彩色激光打印机，其特征在于，该激光光源还包括一直流偏置激光二极管，与该LD1、LD2、LD3及LD4并列组合。

3.如权利要求1所述的彩色激光打印机，其特征在于，在内含碳粉所携带的电荷数目较大的一墨粉盒与该感光鼓之间设置有一静电场，以提供一正向阻碍碳粉向该感光鼓运动的电场力从而藉以缩小该墨粉盒与该感光鼓之间的距离。

4.如权利要求1所述的彩色激光打印机，其特征在于，该每一墨粉盒与该感光鼓之间分别设置有一静电场，以提供一阻碍或促进碳粉向该感光鼓运动的电场力并藉以调整该每一墨粉盒与该感光鼓之间的距离。

5.一种彩色激光打印机打印方法，包括充电、曝光、显影、转印的步骤，其特征在于，该曝光步骤是对感光鼓进行能量分级的曝光，藉由能量分级表达颜色信号，即一次曝光后形成一带有彩色信息的潜影，配合带有不同数目电荷的碳粉，即每一种颜色的碳粉颗粒携带一预定数目的电荷，且该电荷的预定数目依颜色的不同而呈一预定幅度等级，显影时选择地将不同颜色碳粉组合转移至感光鼓上，呈现彩色影像。

6.如权利要求5所述的彩色激光打印机打印方法，其特征在于该曝光步骤藉由一激光光源完成，该激光光源提供具有能量幅度等级的光束。

说明书

彩色激光打印机及打印方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激光打印机，特别涉及一种彩色激光打印机及其打印方法。

背景技术

[0002] 目前市场上的中低档彩色激光打印机通常采用的一种结构原理，如图1所示，该打印机10同时使用四个感光鼓11和四个曝光模组(LSU)12。 打印纸张依次通过四个感光鼓11，并将需要四个转印滚轮(Transfer Roller)将碳粉转移到纸张上面。该结构使用四个感光鼓12和四个曝光模组(LSU)11，使得整机的体积大，成本高；且四次曝光，需要等待四倍于黑白打印的时间。

[0003] 另一种中低档彩色激光打印机常用的结构原理，如图2所示，该打印机20采用碳粉传送带装置21，分四次将四色碳粉依次转印到传送带，再统一将彩色碳粉图样一次转移到纸张上。 其缺点是使用碳粉转印装置和部分传动装置，设计要求较高；且四次曝光，需要等待四倍于黑白打印的时间；以及对纸张传送过程中对齐设计的要求很高，否则会造成套色误差。

[0004] 而目前市场上的高档彩色激光打印机的结构原理，如图3所示，打印机30采用一只外径较大的感光鼓31，利用一个曝光模组(LSU)分别对感光鼓31曝光四次，将四色信息转换成碳粉分布的潜像，再统一将彩色碳粉图样一次转移到纸张上。 其缺点是：四次曝光，需要等待四倍于黑白打印的时间；对纸张传送过程中对齐设计的要求很高，否则会造成套色误差。

[0005] 因此提高彩色打印速度以及减少套色误差、提高打印分辨率是一个非常重要的课题。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是，提供一种提高彩色打印速度以及减少套色误差且分辨率高的彩色激光打印机。

[0007] 本发明要解决的另一技术问题是，提供上述彩色激光打印机的打印方法。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供一种彩色激光打印机，其包括一感光鼓，一曝光模组以及一显影模组，其中，该曝光模组包括一激光光源以及一光源功率控制电路，提供具有能量幅度等级的光束，该显影模组包括多个墨粉盒，每一墨粉盒中装有一种颜色的碳粉，每一种颜色的碳粉颗粒携带一预定数目的电荷，每一墨粉盒与该感光鼓之间的距离与该墨粉盒内含碳粉所携带的电荷数目相关，墨粉盒内含碳粉所携带的电荷数目越大，该墨粉盒距离该感光鼓的距离越大，其中该墨粉盒与该感光鼓之间的距离是以该墨粉盒靠近该感光鼓一端设置的一显影辊轮的表面至该感光鼓的表面的最近距离表达。

[0009] 优选的，该激光光源包括四个并列组合的激光二极管LD1、LD2、LD3及LD4，该四个激光二极管的最大输出功率之比P4∶P3∶P2∶P1为192∶48∶12∶4，其中LD1被控制提供四个级别的功率：1/4P1、2/4P1、3/4P1以及P1，该LD2、LD3及LD4被控制分别提供三个级别的功率：1/3P2、2/3P2及P2；1/3P3、2/3P3及P3；1/3P4、2/3P4及P4。 进一步的，该激光二极管光源还包括一直流偏置激光二极管，与该LD1、LD2、LD3及LD4并列组合。

[0010] 优选的，在内含碳粉所携带的电荷数目较大的墨粉盒与该感光鼓之间设置有一静电场，提供一正向阻碍碳粉向该感光鼓运动的力从而藉以缩小该墨粉盒与该感光鼓之间的距离。。

[0011] 优选的，该墨粉盒与该感光鼓之间分别设置有一静电场，以提供一阻碍或促进碳粉向该感光鼓运动的电场力并藉以调整该墨粉盒与该感光鼓之间的距离。

[0012] 本发明所提供的彩色激光打印机的打印方法包括充电、曝光、显影、转印的步骤，其中，该曝光步骤是对感光鼓进行能量分级的曝光，藉由能量分级表达颜色信号。进一步的，该曝光步骤籍由一激光光源完成，该激光光源提供具有能量幅度等级的光束。

[0013] 由于该曝光模组能提供具有能量幅度等级的光束，因此一次曝光后即可形成带有彩色信息的潜影，配合带有不同数目电荷的碳粉，即每一种颜色的碳粉颗粒携带一预定数目的电荷，且该电荷的预定数目依颜色的不同而呈一预定幅度等级，因此显影时可选择地一次将不同颜色碳粉组合转移至感光鼓上，呈现彩色影像，后续的影像转移、固定等程序则跟一般的黑白激光打印并无区别。 因此，本发明提供的彩色打印机实际上跟黑白打印机一样，只需要一次曝光和一次显影，即可完成彩色图像的打印，不但提高打印速度，而且减少套色误差，分辨率高。

附图说明

[0014] 图1是现有技术中一款彩色激光打印机的结构原理示意图；

[0015] 图2是现有技术中另一款彩色激光打印机的结构原理示意图；

[0016] 图3是现有技术中一款高端彩色激光打印机的结构原理示意图；

[0017] 图4是本发明第一实施方式提供的彩色激光打印机结构示意图；

[0018] 图5是本发明第一实施方式提供的彩色激光打印机采用的激光光源示意图；

[0019] 图6是援引的美国第5,666,589号专利提供的感光鼓感光特性图；

[0020] 图7是本发明理论的一模型结构示意图；以及

[0021] 图8是感光鼓表面潜压下降之前有一段能量的“直流偏置”示意图。

具体实施方式

[0022] 以下将结合图示说明本发明一较佳方式所提供的彩色激光打印机100的基本结构以及工作原理。

[0023] 请参阅图4，该较佳实施方式的打印机100的结构示意图，该打印机100包括感光鼓110，充电单元120，曝光模组130，显影模组140，转印滚轮150，清除残余碳粉颗粒的刮刀160。

[0024] 其中该曝光模组130包括一激光光源以及一光源功率控制电路，请参阅图5，该激光光源包括四个并列组合的激光二极管131，该四个激光二极管131的最大输出功率之比P4∶P3∶P2∶P1为192∶48∶12∶4，其中LD1被控制提供四个级别的功率：1/4P1、2/4P1、3/4P1以及P1，该LD2、LD3及LD4被控制分别提供三个级别的功率：
1/3P2、2/3P2及P2；1/3P3、2/3P3及P3；1/3P4、2/3P4及P4，该四个激光二极管131组合而成的激光光源，可提供具有能量幅度等级的光束135，该光束135经透镜132、133聚集后可经由棱镜134反射，以配合打印机内部机构而调整光束行进方向。 优选的，该激光光源还包括一直流偏置激光二极管，与该LD1、LD2、LD3及LD4并列组合。

[0025] 继续参阅图4，该显影模组140包括四个墨粉盒141，每一墨粉盒141靠近感光鼓110的一端分别设置有一显影滚轮142。 优选的，至少一显影辊轮142与该感光鼓110之间设置有一静电场143。 该每一墨粉盒中装有一种颜色的碳粉，分别是黄(Y)、洋红(M)、青(C)、黑(K)四色，每一种颜色的碳粉颗粒携带一预定数目的电荷，且该电荷的预定数目依颜色的不同而呈一预定幅度等级，例如四色碳粉所携带的电荷数之比为
64∶16∶4∶1。

[0026] 优选的，为了控制携带电荷数目不同的碳粉准确地被吸附至感光鼓110上，防止带电量大的碳粉被过量吸附至感光鼓上，将墨粉盒141与该感光鼓110之间的距离设计呈一定幅度等级，例如，Y、M、C、K四色碳粉携带的电荷数目之比为64∶16∶4∶1，承载该四色碳粉的墨粉盒141与该感光鼓110之间的距离之比为
4096∶256∶16∶1。

[0027] 为了区分并更好地控制碳粉吸附，常常希望将各色碳粉携带电荷的数目幅度等级设计得较大，但是，相应的设计墨粉盒与感光鼓的距离时，可能导致带电量最大的墨粉盒与感光鼓之间的距离过大，此时碳粉从墨粉盒被吸附至感光鼓时可能会受到较多因素的干扰，从而导致实际操作的困难，为此可以在墨粉盒141与该感光鼓110之间设置静电场，来解决这一问题。 本实施例中，Y色碳粉带电量最大，因此为了避免Y色墨粉盒141距离感光鼓110太远，在墨粉盒141与该感光鼓110之间设置了静电场143。该静电场
143由上下两块金属板构成，金属板的对称面与碳粉转移通道的中心面重合，保证碳粉不会偏离预定的运动方向。 静电场143产生的电场力起到正向阻碍碳粉向感光鼓110运动的作用，阻碍的效果保证设计的碳粉数量刚好可以转移到感光鼓110表面预定的位置。

[0028] 从图4中可看出，虽然该Y色墨粉盒141的电荷数目大于M色墨粉盒141，但是该Y色墨粉盒141与感光鼓110的距离还小于M色墨粉盒141与感光鼓110之间的距离，这就是由于静电场143调节的结果。 同样对M色墨粉盒141与感光鼓110之间也可设置静电场，从而减小该M色墨粉盒与感光鼓110之间的距离。 如果必要，可以将四个墨粉盒141与该感光鼓110的距离设计得相等，然后在墨粉盒141与感光鼓110之间分别设置一强度不同的静电场，完全由该静电场来控制带电数目不同的碳粉准确地被吸附至感光鼓110上。 此时，静电场强度根据电荷数目的幅度等级设计呈一定的幅度等级。

[0029] 以上主要是对该彩色激光打印机100的基本结构介绍，其具体工作原理，以下分四部分详细说明：

[0030] (1)感光鼓感光特性的灰阶区分应用原理；

[0031] (2)四碳粉模型；

[0032] (3)4激光二极管联合实现256级功率输出的设计；

[0033] (4)在墨粉盒和感光鼓之间引入一个静电场的设计。

[0034] 首先介绍(1)感光鼓感光特性的灰阶区分应用原理，请参阅图6，援引美国第5,666,589号专利及相关感光鼓的感光特性图示来作说明，定义γ值，γ＝E0/(E0-Eind)，式中，E0代表曝光阈值能量面密度的饱和值；Eind代表光束对感光鼓曝光的阈值能量面密度。

[0035] 优选地，选择斜率尽量小的曲线来实现能量幅度等级控制，因为斜率越小，则曝光能量的区分越容易，分阶越多，所能控制的碳粉的精度也越高。

[0036] 该较佳实施例中，对激光光束功率作出256级区分，使得可以对感光鼓实现256级曝光效果，产生256阶灰度。 这样的一个光斑可吸收四个碳粉颗粒。

[0037] 其次介绍(2)四碳粉模型，这个模型概念是：每个光斑是实现黄、青、洋红以及黑色(即Y、M、C、K四色)混合的最小单元。

[0038] 基于目前通用的激光打印机传输单色碳粉的模式，碳粉通过电场力被吸附，电场力F的表达式如下：F＝ΔU*Q/d，其中，ΔU是从显影滚轮表面到感光鼓表面的电位差；Q为碳粉的带电量；d是从显影滚轮表面到感光鼓表面的距离。 推导：

[0039] FY＝ΔU*QY/dY；

[0040] FM＝ΔU*QM/dM；

[0041] FC＝ΔU*QC/dC；

[0042] FK＝ΔU*QK/dK。

[0043] 这种设计需要光斑尽量小，如果光斑直径是碳粉颗粒直径的两倍，则需要在一个感光鼓曝光点内对应3～10粒碳粉(吸附一层碳粉，大约在3～5粒碳粉；吸附两层碳粉，大约在6～10粒吸附)。 本实施例我们以感光鼓每个1200dpi曝光点可以吸附一层碳粉为研究模型，每个曝光点可以吸附4粒碳粉。

[0044] 令每粒碳粉携带的电量Q为一个单位，碳粉从显影滚轮传输到感光鼓的距离d为一个单位，两者之间的电位差ΔU为一个单位，传输的电场力F也为一个单位。 例如，本实施例中，Y色的碳粉颗粒带电量为64个电荷单位，M色碳粉颗粒带电量为16个电荷单位，C色碳粉颗粒带电量为4个电荷单位，K色碳粉颗粒带电量为1个电荷单位。 一个曝光点需要实现吸附Y、M、C、K色碳粉的数量分别是2、0、1、1粒，则需要造成的潜压是133个电压单位。

[0045] 当感光鼓依次转到Y、M、C、K色显影滚轮表面时，根据电场力吸附相应数量的碳粉，每个碳粉需要一个单位的电场力才会被吸附，F＝ΔU*Q/d。

[0046] 请参阅图7，为更好地说明该理论，具体定义一模型，该模型中一感光鼓210到显影滚轮221、222、223、224的表面距离d的比值dY∶dM∶dC∶dK为4096∶256∶16∶1。 当感光鼓依次转动到Y、M、C、K色显影滚轮时，根据电场力F的大小，吸附相应的碳粉；当碳粉被吸附之后，由于本身的带电量又形成了新的电场力，决定了下一种碳粉被吸附的数量：最初，感光鼓转动到Y色显影滚轮时ΔU＝133，FY＝133*64/4096，整除得2。 因为可以吸附2粒电量为64个单位的Y色碳粉，所以剩余电量产生的电场还具有吸附5个单位电量的能力，即吸附2粒Y色碳粉后，ΔU’＝
133-64*2＝5；当感光鼓依次转动到M色显影滚轮时，FM＝5*16/256，整除得0。 即电场力不够1个单位，所以M色碳粉不能被吸附；当感光鼓依次转动到C色显影滚轮时，FC＝5*4/16，整除得1，正好有1粒C色碳粉被吸附，剩余电量为5-4＝1；当感光鼓依次转动到K色显影滚轮时，FK＝1*1/1，整除得1，正好有1粒K色碳粉被吸附，无剩余电量，即完成了YMCK色碳粉为2、0、1、1组合的曝光吸附过程。

[0047] 以下再说明(3)四个激光二极管联合实现256级功率输出的设计：

[0048] 首先，激光二极管功率控制的精度越高，则色彩的分辨率也越高。

[0049] 激光二极管是一种对温度变化很敏感的半导体器件，激光二极管一开始工作，温度就开始升高，电能就更多地转化为热能，从而激光的出射能量减少。 为了保持预定的激光出射功率，电路就要通过一个伺服系统来调整注入激光二极管的电流值(升温时需要调高电流)。通过精巧的电路设计，可以满足激光二极管功率精度的要求，这属于较成熟的现有技术。 还可以通过其它方式来控制激光二极管出射功率，例如可以增加温度补偿组件来调节激光二极管的工作温度实现功率控制，这也是现有技术。 目前对激光二极管功率控制可以精确到千分之一，可以保证激光二极管功率的波动误差不会造成对K色碳粉的吸附数量的影响。

[0050] 在前面提到的四碳粉模型中，最大需要激光光源输出功率分256级，从而使感光鼓曝光产生256级残余电位差。

[0051] 对于目前的激光光源，要想调制幅度区分几十个等级是困难的事情，为此，本实施方式设计了采用4支激光二极管分担功率输出的方案，4支激光二极管的最大输出功率之比P4∶P3∶P2∶P1为192∶48∶12∶4。前三支激光二极管的输出功率采用幅度调制，分为3级，依次为：1/3P4、2/3P4、P4；1/3P3、2/3P3、P3；1/3P2、2/3P2、P2；功率最小的激光二极管LD1的最大输出功率分为4级，依次为1/4P1、2/4P1、3/4P1、P1。 将LD1的1/4P1定为输出功率的单位1。 满足LD4的P4是LD1的1/4P1的192倍，其余类推，如下表所示：

[0052]Px 3/4*Px 2/3*Px 1/2*Px 1/3*Px 1/4*Px
LD4 192 128 64
LD3 48 32 16
LD2 12 8 4
LD1 4 3 2 1

[0053] 这样，以最大的输出需要256为例，实现方式为：

[0054] 256＝192+48+12+4。在曝光方面，四支激光二极管都以最大输出功率工作；在感光鼓吸附碳粉方面，按照256×64/4096＝4，所以可以吸附4粒Y色碳粉。

[0055] 再以133为例，133＝128+0+4+1。 在曝光的方面，四支激光二极管分别为：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绍的方式实现。

[0056] 实际上，根据前述说明的感光鼓感光特性曲线，在感光鼓表面潜压下降之前，有一段能量的“直流偏置”，如图8所示。 因此在一较佳实施例中还可引入第五支激光二极管，特别输出这个“偏置”功率P0。 其中，Px由LD1～LD4组合实现，再加上P0就是真正所需的曝光功率。 该第五支激光二极管与前四支激光二极管并列组合即可。

[0057] 最后介绍(4)在墨粉盒和感光鼓之间引入一个静电场的设计：

[0058] 在该较佳实施例中，因为Y色碳粉从墨粉盒运动到感光鼓的理论距离是目前通用激光打印机的4000多倍，这是无法想象的事。 为此，在墨粉盒与感光鼓之间设计一个反向电场，用来解决距离的困扰。 可以通过试验，将两者的距离调节到可以接受的范围，同时利用反向电场满足理论设计的参数。对M色碳粉夹，也可以使用同样的方法。该静电场设计部分在介绍打印机100结构时已有较详细的说明，可结合参考。

[0059] 本发明提供一种全新的彩色激光打印机概念，通过对曝光模组的激光二极管光源进行能量分级而形成携带彩色信号的潜影，同时对四色碳粉分别携带不同数量级别的电荷，从而区分碳粉颜色实现一次完成彩色潜影的显影，因此只需要一次曝光和一次显影，即可完成彩色图像的打印，不但提高打印速度，而且减少套色误差，分辨率高。

[0060] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。