激光打印机原理
1．激光打印机概述
无论是黑白激光打印机还是彩色激光打印机，其基本工作原理是相同的，它们都采用了类似复印机的静电照相技术，将打印内容转变为感光鼓上的以像素点为单位的点阵位图图像，再转印到打印纸上形成打印内容。与复印机惟一不同的是光源，复印机采用的是普通白色光源，而激光打印机则采用的是激光束。
在激光打印机中，打印控制器的作用是与计算机通过接口或网络进行通讯，接收计算机发送的控制和打印信息，同时向计算机传送打印机的状态。打印引擎在打印控制器的控制下将接收到的打印内容转印到打印纸上。因此打印控制器和打印引擎的性能和质量影响了整个打印机的性能和质量，这也是目前市场上采用相同引擎的激光打印机产品出现性能差异的重要原因。
所有的打印控制器都是一台功能完整的计算机，它基本都包括了通讯接口、处理器、内存和控制接口4大基本功能模块，一些高端机型还配置了硬盘等大容量存储器。通讯接口负责与计算机进行数据通讯；内存用以存储接收到的打印信息和解释生成的位图图像信息；控制接口负责引擎中的激光扫描器、电机等部件的控制和打印机面板的输入输出信息控制; 而处理器是控制器的核心，所有的数据通讯、图像解释和引擎控制工作都由处理器完成。
由于各打印机采用的控制方式和控制语言不同，对打印控制器的配置和性能要求也不同，如采用PCL和PostScript语言的打印机，由于计算机和打印机之间采用了标准的页面描述语言进行打印信息的传送，在打印机中要将接收到的来自计算机的使用标准语言描述的打印信息解释成打印引擎可以接收的光栅位图图像信息，打印控制器的性能和内存大小直接会对整个打印机的性能产生影响，因此这样的打印机对打印控制器中的处理器的速度和内存大小要求非常高。
而GDI打印机与采用页面描述语言的打印机有所不同，其在打印过程中，在计算机中完成打印内容到光栅位图图像信息的解释并直接传送到打印机中，因此打印机中的打印控制器主要是存储接收到的光栅位图图像，并控制打印引擎完成打印。由于不需要承担复杂的图像解释工作，GDI打印机对打印控制器的性能要求相对比较低。
2．黑白激光打印机的结构
附图 打印引擎的结构
打印引擎的结构见附图，它包括了激光扫描器、反射棱镜、感光鼓、碳粉盒、热转印单元和走纸机构等几大部分组成。
从功能结构上，激光打印机分为打印引擎和打印控制器2大部分。激光打印机的打印引擎由Canon、Minolta、Xerox、Brother、Samsung、Hitachi等少数几个引擎生产厂商提供。而打印机厂商则是向引擎厂商购买或者定制打印引擎，根据引擎设计控制器和打印驱动，从而完成整个打印机的设计和生产。这就是形成目前激光打印机领域的打印引擎和打印整机2级市场的原因。
激光打印机中最重要的元件是感光鼓，即有机图像传导机构（简称OPC），整个打印过程都以感光鼓为中心，周而复始地动作的。黑白激光打印机工作的整个过程可以说是充电、曝光、显像、转像、定影、清除及除像等七大步骤的循环
3． 黑白激光打印机工作原理
打印机属于外围设备，因此需要与计算机合作才能进行打印。在非网络环境中，打印机与计算机之间一般是通过一根打印电缆连接，这根电缆的一端是连接在打印机的电缆接口，而另一端则连接在计算机的打印端口，如LPT1。但在网络环境中，打印机则更多的是通过专用的打印服务器连接到网络。这两种连接方式的最大区别是打印数据的传输速度：当通过打印服务器与网络连接时，打印数据的传输速度要比通过打印电缆快上几百倍。
3．1充电在感光鼓附近设有一根屏蔽的电晕丝，当感光鼓开始转动时，高压电源对其加数千伏的高压，电晕丝开始电晕放电，此时，电晕丝周围的不导电空气被电离，变成能导电的导体，使感光鼓表面带上正（负）电荷。
3．2感光 当计算机向打印机发出打印命令之后，首先这些数据需要打印机语言进行“翻译”，即将这些数据转化成打印机能读得懂的语言。这个“翻译”过程就是由打印机语言来完成的。这个翻译过程的准确与否决定了最终的打印效果，因此打印机语言在整个打印过程中占有相当重要的地位。对于HP LaserJet激光打印机来说，HP PCL打印机命令语言翻译成对应的文字代码或图形的点阵图样，然后HP PCL再把这些代码上图样输送到激光打印机的最重要部件之一──激光器。激光器的形状有些类似于一台微型的放映机，它将激光束发送到一块多边的旋转镜上。激光器收到打印机语言传来的点阵图样后，便迅速地作出“开”与“关”的响应，而多边旋转镜的作用则是将激光反射到一个经过充电的旋转鼓上。激光可以消除静电，因此旋转鼓上那些经过激光照射的点就不再带有静电。
鼓表面被照射到的地方（即有文字或图像的地方）变成良导体，电荷流向地，也就是说被照射的地方电荷消失；文字或图像以外的地方未被激光照射，仍保留有电荷；这样以来在感光鼓表面就形成了不可见的文字或图像的电子潜像。这时激光打印机的旋转鼓上已经形成了一个看不见的图像：那些不带有静电的点实际上就是最终打印图像的“隐形图”。“隐形图”已经有了，下一步就是对这个“隐形图”进行上色。激光打印机的上色装置通常被称为硒鼓，它的主要功能是用来盛装碳粉。碳粉本身也带有静电，因此当旋转鼓经过硒鼓时，后者的碳粉颗粒便会吸附在前者表面那些不带有静电的点上。由于旋转鼓表面其它地方都还带有静电，因此带有同样静电的碳粉颗粒便不会在这些地方被吸附。
3．3显影 显影也既是“显像”，就是用载体和着色剂（单成分或双成分墨粉）对电子潜像进行“着色”，墨粉带有电荷，由于静电的作用，墨粉就会被吸附在感光鼓表面电子潜像区，使电子潜像变成可见的图像。
图4 墨粉被吸附在感光鼓表面，形成墨粉影像。
3．4 转印 转印的原理也是静电感应作用。转印电极使纸张带有与墨粉图像极性相反的电荷，当纸张通过转印辊时，经显影后的图像就会转印到纸张上。
3．5定影 定影就是固定图像的过程。图像从感光鼓上转印到纸上时，是吸附在纸面上的，并未被固定。当纸张从定影辊和压力辊之间经过时，受到定影辊内加热电极的烘干和压力辊的挤压作用，使墨粉融化渗入纸张纤维中，形成可永久保存的记录。 3. 6消影 在转印过程中，墨粉从感光鼓表面转印到纸上时，鼓面上多少会残留一些墨粉，为了消除这些残留的墨粉，在纸张下面安装了放电灯泡，其作用是消除感光鼓表面上的电荷，以便进一步彻底清扫残留墨粉。
4. 彩色激光打印机原理
4.1 彩色激光打印机与黑白激光打印机区别
彩色激光打印机的基本结构与黑白激光打印机相同，在打印控制器、接口、控制方式和控制语言方面完全相同，因此在数据传输、数据解释和打印控制流程方面也基本一样。
4．1．1 结构区别
从彩色激光打印机的结构上看，彩色激光打印机的耗材（需定期更换的部件）有：4个颜色的碳粉盒、1个感光鼓或感光带、1个充电单元、1个定影器、1个调和油盒和1个废墨瓶，其中碳粉盒是更换频率最高的耗材，感光鼓或感光带也是更换频率较高的耗材，同时也是价格最高的耗材。
但相对于彩色喷墨打印机，彩色激光打印机耗材的寿命非常长，从而使它的单页打印成本大大降低。
彩色激光打印机与黑白激光打印机最大的区别是在引擎结构上，彩色激光打印机采用了C（Cyan，蓝色）M（Magenta，品红）Y（Yellow，黄色）K（Black，黑色）4色碳粉来实现全彩色打印，因此对于一页彩色内容中的彩色要经过CMYK调和实现，一页内容的打印要经过CMYK的4色碳粉各1次打印过程。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。
为了精简机构和节省成本，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、感光鼓、定影单元等4色共用1套系统。因此在打印过程中，打印纸要在引擎中走4个完全相同的流程，只是在4个流程中分别实现一种颜色碳粉的转印，这也是目前大多数彩色激光打印机的彩色打印速度一般是黑白打印速度的四分之一的一个重要原因。
4．2彩色激光打印机的感光方式
彩色激光打印机使用的感光单元有2种形式，一种是在黑白激光打印机中使用的感光鼓方式，另一种是感光带方式。 感光鼓方式较为简单，当处理一种颜色时，墨粉被吸附在感光鼓表面不动，接下来第二种颜色的墨粉再直接叠加到上面，之后是第三种、第四种，直到CMYK四种颜色墨粉统统都被吸附到感光鼓表面为止。然后，所有墨粉被一起转印到打印纸上加热固定。
感光带方式则与之不同，它在感光鼓旁边额外增加了一条转印胶带，处理某种颜色的墨粉时，墨粉会先从感光鼓转移到这条胶带上放置。然后感光鼓表面清洁完毕后处理下一种颜色的墨粉，同样，第二种墨粉也转移叠加到转印胶带上。CMYK四种墨粉处理完毕之后，再从转印胶带统一转移到打印纸上加热固定。这两种方案不仅在实现技术上不同，对应打印机的组成结构也有些不同，但在最终处理上都是一致的。墨粉被一次性转移到打印纸上，并非分别转移，毕竟这么做会导致不同颜色无法混合充分，彩色打印效果不佳。
图 6 基于感光鼓技术的打印引擎
4．3彩色激光打印机原理在打印控制器方面，由于打印内容中包含了色彩信息，同样打印一页内容，计算机在彩色激光打印机上打印生成的数据要比黑白激光打印机的大很多，这就对打印控制器 的性能提出了更高的要求，因此一般彩色激光打印机的打印控制器内部处理器的速度 ，GDI 方式对于打印机性能的影响越来越小，却可以大幅度降 低彩色激光打印机的成本，也使彩色激光打印机的价格开始下降，为彩色激光打印机 配比（每种单色中允许有 256 级浓度），同时还允许 一个位置叠加多个不同颜色的墨粉。而在最后阶段，这些墨粉会被加热后熔在一 ，这说明黄色墨粉与青色墨粉已经被加热熔合为一体了。相比之 下，传统技术放大后的像素点则是不同比例黄色、青色墨粉的混合，墨粉比例不同决 定颜色的偏向。 4．3彩色激光打印机原理在打印控制器方面，由于打印内容中包含了色彩信息，同样打印一页内容，计算机在彩色激光打印机上打印生成的数据要比黑白激光打印机的大很多，这
要比黑白激光打印机高，而配置内存也要比黑白激光打印机大。 彩色激光打印机目前比较流行的打印语言是PCL和PostScript，近年来，随着彩色激光打印机在普通商务办公领域的应用，这些用户对于图形和色彩的精度要求相对没有一些专业用户那样严格，因此GDI方式也开始在一些低端彩色激光打印机中得到了应用。随着PC性能的提高 的普及奠定了基础。 如今的彩色激打不仅能够控制墨粉的有、无和具体数量，还能够控制激光照射时间的长短，来决定某个像素点的浓淡在同起，形成真正的彩色像素点。 例如，我们将一个绿色的像素点按照图8的模式同等放大，我们看到的就是一个纯粹的绿色像素点
图8 放大数千倍的单个像素。
可以看到不同色彩和比例的墨粉排列填充，
但它们并没有混合为一种颜色。
因此，中高端彩色激打的彩色打印品质相当出色，达到数码彩扩及热升华打印的水准，将喷墨打印技术远远抛在后头。这也是彩色激打越来越受到企业单位宠爱的主要原因之一.
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。而以HP公司的ColorLaserJet 4550和ColorLaserJet 8550为代表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。
5．网络打印工作原理
网络打印是伴随着网络技术的发展而发展起来的打印机领域的一项技术，它利用网络连接代替了传统的打印机与计算机之间直接接口连接，利用网络数据传输实现打印机和计算机间的双向数据交换，严格地讲，网络打印机技术实际上是一种接口替代技术。
5．2网络打印的基本模式
在网络打印方式下，打印服务器起到了一个关键作用，它实现了打印机与网络之间的连接，负责通过网络接收来自计算机的打印数据并传送到打印机，并将打印机的状态信息传送到计算机；另外打印服务器还要管理来自不同计算机的打印任务队列。
网络打印基本模式
网络打印下，由于打印机直接与网络连接，因此所有接入网络的计算机都可以访问并使用打印机，而无需任何中间环节。
在打印机的打印工作过程中，数据传输速率是影响打印速度的一个比较重要的因素，尤其是一些高性能的激光打印机产品或彩色打印机，打印过程中需要向打印机传送的数据量非常大，数据传输速率对打印速度的影响非常明显。由于网络数据传输的速率要比传统的并口或USB接口的传输速率高很多，因此网络打印最直接的优势是其速度。《微电脑世界》评测实验室在多年的打印机产品评测过程发现，一些高性能的黑白激光打印机和彩色激光打印机，在打印一些大的复杂（包含复杂图形、高精度图像、多个特殊字体）文档、彩色文档时，网络打印可以明显表现出其速度优势。
由于具有传输速率快的优势，打印机可以采用解释生成数据量比较大的标准页面描述语言PCL和PostScript，进一步提高打印质量。因此网络打印机也从侧面影响了打印质量。
另外，网络打印在打印机设备管理、用户文件管理等方面要比传统的打印方式有着非常明显的优势。
由于使用网络打印技术后，多个计算机可以共享同一台打印机，它们在共享打印机基本打印性能的同时，也可以共享打印机的一些附加功能。像自动双面打印、保密打印、表格打印、硬字库、自动装订、分纸器等相对高端的功能
或配置由于通过网络实现多用户共享，使其单用户成本大大降低，一定程度上可以节省用户投资，提高打印机的应用水平。5．2 网络打印方式
目前网络打印的实现方式有2种，一种是通过内置式打印服务器的方式，另一种是采用外置式打印服务器的方式。外置式打印服务器更像是一个接口转换器，它一端接入网络，而另一端要连接打印机的并口或USB接口，这种方式可以实现一些普通打印机的网络打印，安装方式简单，实现成本低，也可以实现打印机的集中管理，但无法体现网络打印的速度优势；而采用内置式打印服务器的打印机中的网络打印性能差距也非常大，像HP和Xerox公司的网络激光打印机产品，其打印机专门对其网络接口进行了一些优化设计，可以真正体现网络打印的速度优势。
一个完善的网络打印系统除了打印机外，还必须具备打印服务器（内置或外置）、网络接口和网络管理软件。其中的网络管理软件的设计水平不仅影响打印机的性能，也将很大程度上影响到网络打印机的使用水平。一个好的网络打印管理软件像HP Web JetAdmin可以实现从网络管理、打印管理一直到耗材管理的方方面面。
随着IPP(因特网打印协议)协议的推出，一些支持IPP协议的网络打印机可以实现本地网络、远程网路和因特网环境下的共享打印，而网络管理也实现了基于Web的管理方式，在计算机或其他终端设备上无需安装专门的管理软件，就可以通过IE等浏览器实现网络打印机的监控和管理。
6．打印机语言
6．1 PostScript语言
PostScript是一种与设备无关的打印机语言，即在定义图像时可以根本不考虑输出设备的特性(如打印机的分辨率、纸张大小等)，而且它对文本和图形实行同样的处理过程，这就给处理字体带来了极大的灵活性。由于PostScript的设备无关特性，在输出到特定输出设备，譬如对分辨率、纸张大小、进纸盒进行选择时，PostScript通过打印机描述(PostScript Printer Description )文件来实行各种打印机的不同特性。PPD文件主要提供以下与打印机有关的特定信息: 默认/最高分辨率，是否支持半色调监控，用户设定的监控信息，页面大小定义，页面可打印区域，默认字体(通常为Courier)，是否支持双面打印等等。每一种不同的PostScript打印机都分别对应有专门的PPD文件。在Adobe公 司的网站http//:www.adobe.com/上提供了各种主流的PPD文件。通过PS驱动程序，各种不同的应用软件将各自的数据转换成PostScript格式。从打印引擎的工作原理可知，打印机只能接受位图格式，当打印机控制器将PostScript转换成位图格式时，由于PostScript十分复杂，一般的打印控制器难以胜任，通常由打印机中专门的光栅图像处理器(Raster Image Processor)来完成这一转换过程。
由于使用PostScript打印机对打印控制器的要求都比较高，另外PostScript是Adobe公司的注册产品，打印机厂商在其产品中使用PostScript语言要支付Adobe公司一笔费用，就像PC厂商支付给Microsoft公司的操作系统费用一样，因此使用PostScript的打印机的成本要比使用其他语言和控制方式的打印机要高。因此目前也出现了一些PostScript仿真，像HP公司的一些激光打印机中使用的PostScript仿真,可以和Adobe公司的PostScript完全兼容，也无需再支付Adobe公司相应的费用。6．2 PCL语言
正是Adobe公司的对PostScript语言的收费方式，给HP公司的PCL( Printer Command Language，打印机控制语言)语言提供了发展空间，PCL语言是HP公司于70年代针对其激光打印机产品推出的一种打印机页面描述语言。HP公司的市场策略与Adobe完全不同，其他厂商可以在他们的打印机产品中自由模仿或使用PCL语言。正是PCL语言的开放性，降低了使用PCL语言的打印机产品的成本，从而使其在打印机产品中的普及程度远远高于PostScript语言。
PCL语言最初也是为点阵打印机设计的，PCL3是第一个得到广泛应用的版本，但它只支持一些简单的打印任务。PCL4虽然还只能应用在个人打印机中，但增加了对图形打印的支持，但由于解释工作比较简单，PCL4比后期的PCL5和PCL6对打印控制器的要求要低很多。
PCL5是HP公司为它的激光打印机LaserJetⅢ设计的，它提供了一些与PostScript语言相似的功能，开始支持矢量字库和矢量图形描述，实现了WYSIWYG（What You See Is What You Get, 所见即所得）, PCL5中也使用了各种压缩技术来减小数据量，加快数据传输。 PCL5e 开始支持双向数据通讯，从而使打印机可以向计算机发送打印机的状态信息。PCL5c增加了对彩色打印的支持。
1996年HP公司发布了PCL6，它更加灵活，是一个目标朝向的控制语言，使处理多图形的文件的速度大大加快，实现了更好的WYSIWYG，因此可以更好地处理Web页面。
6．3 Postscript ,PCL 两种语言的比较
《微电脑世界》曾经对多款使用PCL语言和PostScript语言的黑白和彩色激光打印机进行了测试。我们发现，使用PCL语言的打印机在处理文本或一些常见办公应用软件下的文档时具有非常明显的速度优势，在这些应用下，在打印质量方面与使用PostScript语言的打印机也没有差距。使用PostScript语言的打印机在常见办公应用下的打印速度要慢一些，但在处理PDF文件或在Photoshop等软件下打印大的图形图像文件时具有一定的速度优势，同时其在图形表现准确度、色彩表现准确度和一些字库表现准确度方面也比PCL语言有优势，另外PostScript语言既可以在PC机平台使用，也可以在苹果机平台下使用。
从以上比较可以看出，PCL语言比较适合一些普通的商务办公应用，而PostScript语言更加适合对图形和色彩准确度要求比较高的专业应用。这也是目前许多打印机产品同时提供PCL和PostScript两个版本的驱动的一个重要原因。
6.4 GDI方式与页面描述语言的比较
目前在激光打印机产品主要有2种控制方式：采用PostScript、PCL标准页面描述语言的打印机和Windows GDI(Graphical Device Interface，图形设备接口)位图打印机。
PostScript和PCL是两种标准化的页面描述语言，其工作流程都是首先在计算机端将打印内容解释成标准的页面描述文件然后传送到打印机控制器中，在打印控制器中再将页面描述文件解释成可以打印的光栅图像，从其工作流程看，此两种方式中都对打印机中的打印控制器有很高的要求，同时要求打印机内部有足够的内存。但它们的共同优势是标准化和与设备无关性，对计算机系统资源占用少，而其最新版本中都提高了对字库、图形和图像的解释能力，因此对于打印质量要求较高的产品，大都采用了此两类语言。但相对来说，由于对打印控制器性能的高要求，一定程度上会增加机器成本，尤其是PostScript对打印控制器的性能要求更高。
目前这2种语言主要应用在一些中高端激光打印机产品中，也有一些低端的激光打印机产品使用PCL语言。
GDI目前更多的是应用在一些较低端的产品中。GDI充分利用计算机的计算能力和资源，分担大部分本来需要打印机控制器完成的工作。使用计算机与标准页面描述语言的区别是此种解释方式减少了将打印内容解释成页面描述文件，再将页面描述文件解释成光栅图像的过程，而是在计算机中直接将打印内容解释成了可以直接打印的光栅位图，因此大大降低了对打印控制器性能和内存的要求。由于其对打印控制器要求的降低，一定程度上也降低了打印机成本。但从另一方面增加了计算机系统资源的占用，打印机的性能一定程度上要依赖于计算机的性能。
与PostScript和PCL的标准语言相比，GDI是一种非标准的方式，各打印机厂商实现的方式和解释成的位图格式有很大的区别，而对打印控制器的要求也各不相同，表现出的性能也有很大差异。近年来，随着Microsoft Windows操作系统的流行，由Microsoft开发的一种基于Windows的标准GDI打印机方式被普遍采用，这种方式与纯粹的GDI方式有一定差别，它的目的是降低打印过程中对计算机资源的占用，采用特殊的解释和压缩方式，减小了计算机将打印内容解释成位图的工作量和传送给打印机的数据量，但同时要求打印机端具有一定的运算和存储能力，来分担一部分计算机的工作。目前市场上销售的一些激光打印机新产品大都采用了这种或类似于这种的GDI方式。
正是基于上述原因，目前的GDI激光打印机也开始在内部配置高性能的处理器和较大容量的内存，但存储器容量和处理器性能不再像PCL或PostScript打印机那样对于打印机的性能产生直接的影响。因为采用什么样的处理器和多大内存，厂商大都根据自己采用的压缩和解释方式确定，以保证其能够充分发挥引擎性能。
《微电脑世界》评测实验室在对多款采用页面描述语言的激光打印机和GDI激光打印机的测试中发现，在低端面向个人的打印机中，随着PC性能的大幅度提高，GDI方式已经完全能够满足激光打印机性能的要求，并且随着PC性能的提升，打印机性能也相应提升，也就相当于打印控制器的升级。就目前主流配置的PC来说，采用GDI方式的激光打印机较之相同引擎速度的采用页面描述语言的产品，已经表现出了一定的速度的优势，相信随着PC性能的进一步提升，这种速度优势还会明显。
在低端的面向个人用的激光打印机产品中，GDI方式在打印质量方面也没有任何差距，完全可以满足个人用户的办公需求。不过在我们实验室2001年3月份组织的彩色激光打印机评测中，GDI方式的打印机在色彩方面的表现与PCL和PostScript还有一定的差距。
测试中我们发现，虽然从原理上看，GDI方式要对PC资源有一定占用，但实际应用中，GDI打印机与采用PCL语言的打印机对PC资源占用相差没有像想象中的那样大，在目前的一些主流配置的PC上，实际应用中几乎察觉不到打印机对PC性能的影响。 15 of 15
另外我们还发现，由于复杂的解释工作是由计算机完成的，GDI打印机的控制器和内存容量并不像使用PCL或PostScript语言的打印机那样重要。例如我们测试过的HP LaserJet 1000激光打印机的标配内存只有1MB，丝毫没有影响其打印性能。