專利名稱：：彩色激光打印機及打印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種激光打印機，特別涉及一種彩色激光打印機及其打印方法。
背景技術(shù)：
：目前市場上的中低檔彩色激光打印機通常采用的一種結(jié)構(gòu)原理，如圖1所示，該打印才幾10同時^f吏用四個感光鼓11和四個曝光才莫組(LSU)12。打印紙張依次通過四個感光鼓11，并將需要四個轉(zhuǎn)印滾輪(TransferRoller)將碳粉轉(zhuǎn)移到紙張上面。該結(jié)構(gòu)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，需要等待四倍于黑白打印的時間。另一種中低檔彩色激光打印機常用的結(jié)構(gòu)原理，如圖2所示，該打印機20采用碳粉傳送帶裝置21,分四次將四色碳粉依次轉(zhuǎn)印到傳送帶，再統(tǒng)一將彩色碳粉圖樣一次轉(zhuǎn)移到紙張上。其缺點是使用碳粉轉(zhuǎn)印裝置和部分傳動裝置，設(shè)計要求較高；且四次曝光，需要等待四倍于黑白打印的時間；以及對紙張傳送過程中對齊設(shè)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激光打印機的結(jié)構(gòu)原理，如圖3所示，打印機30釆用一只外徑較大的感光鼓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(zhuǎn)換成碳粉分布的潛像，再統(tǒng)一將彩色碳粉圖樣一次轉(zhuǎn)移到紙張上。其缺點是四次曝光，需要等待四倍于黑白打印的時間；對紙張傳送過程中對齊設(shè)計的要求很高，否則會造成套色誤差。因此提高彩色打印速度以及減少套色誤差、提高打印分辨率是一個非常重要的課題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種提高彩色打印速度以及減少套色誤差且分辨率高的彩色激光打印機。本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是，提供上述彩色激光打印機的打印方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種彩色激光打印機，其包括一感光鼓，一曝光模組以及一顯影模組，其中，該曝光模組包括一激光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(yù)定數(shù)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(nèi)含碳粉所攜帶的電荷數(shù)目相關(guān)，墨粉盒內(nèi)含碳粉所攜帶的電荷數(shù)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(shè)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(yōu)選的，該激光光源包括四個并列組合的激光二極管LD1、LD2、LD3及LD4，該四個激光二^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，該激光二極管光源還包括一直流偏置激光二極管，與該LD1、LD2、LD3及LD4并列組合。優(yōu)選的，在內(nèi)含碳粉所攜帶的電荷數(shù)目較大的墨粉盒與該感光鼓之間設(shè)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(yōu)選的，該墨粉盒與該感光鼓之間分別設(shè)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并藉以調(diào)整該墨粉盒與該感光鼓之間的距離。本發(fā)明所提供的彩色激光打印機的打印方法包括充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)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，該曝光步驟藉由一激光光源完成，該激光光源提供具有能量幅度等級的光束。由于該曝光模組能提供具有能量幅度等級的光束，因此一次曝光后即可形成帶有彩色信息的潛影，配合帶有不同數(shù)目電荷的碳粉，即每一種顏色的碳粉顆粒攜帶一預(yù)定數(shù)目的電荷，且該電荷的預(yù)定數(shù)目依顏色的不同^呈一預(yù)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(zhuǎn)移至感光鼓上，呈現(xiàn)彩色影像，后續(xù)的影像轉(zhuǎn)移、固定等程序則跟一般的黑白激光打印并無區(qū)別。因此，本發(fā)明提供的彩色打印機實際上跟黑白打印機一樣，只需要一次曝光和一次顯影，即可完成彩色圖像的打印，不但提高打印速度，而且減少套色誤差，分辨率高。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一款彩色激光打印機的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一款彩色激光打印機的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中一款高端彩色激光打印機的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖4是本發(fā)明第一實施方式提供的彩色激光打印機結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明第一實施方式提供的彩色激光打印機采用的激光光源示意圖；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(fā)明理論的一模型結(jié)構(gòu)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(jié)合圖示說明本發(fā)明一較佳方式所提供的彩色激光打印機100的基本結(jié)構(gòu)以及工作原理。請參閱圖4，該較佳實施方式的打印機100的結(jié)構(gòu)示意圖，該打印機100包括感光鼓110,充電單元120，曝光模組130，顯影模組140，轉(zhuǎn)印滾輪150，清除殘余石友粉顆粒的刮刀160。其中該曝光模組130包括一激光光源以及一光源功率控制電路，請參閱圖5,該激光光源包括四個并列組合的激光二極管131，該四個激光二極管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，該四個激光二極管131組合而成的激光光源，可提供具有能量幅度等級的光束135，該光束135經(jīng)透鏡132、133聚集后可經(jīng)由棱鏡134反射，以配合打印機內(nèi)部機構(gòu)而調(diào)整光束行進方向。優(yōu)選的，該激光光源還包括一直流偏置激光二極管，與該LD1、LD2、LD3及LD4并列組合。繼續(xù)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(shè)置有一顯影滾輪142。優(yōu)選的，至少一顯影輥輪142與該感光鼓110之間設(shè)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(yù)定數(shù)目的電荷，且該電荷的預(yù)定數(shù)目依顏色的不同而呈一預(yù)定幅度等級，例如四色碳粉所攜帶的電荷數(shù)之比為64:16:4:1。優(yōu)選的，為了控制攜帶電荷數(shù)目不同的石友粉準(zhǔn)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(shè)計呈一定幅度等級，例如，Y、M、C、K四色碳粉攜帶的電荷數(shù)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(qū)分并更好地控制碳粉吸附，常常希望將各色碳粉攜帶電荷的數(shù)目幅度等級設(shè)計得較大，但是，相應(yīng)的設(shè)計墨粉盒與感光鼓的距離時，可能導(dǎo)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干擾，從而導(dǎo)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(shè)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(shè)置了靜電場143。該靜電場143由上下兩塊金屬板構(gòu)成，金屬板的對稱面與碳粉轉(zhuǎn)移通道的中心面重合，保證碳粉不會偏離預(yù)定的運動方向。靜電場143產(chǎn)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(shè)計的碳粉數(shù)量剛好可以轉(zhuǎn)移到感光鼓110表面預(yù)定的位置。從圖4中可看出，雖然該Y色墨粉盒141的電荷數(shù)目大于M色墨粉盒141，但是該Y色墨粉盒141與感光鼓110的距離還小于M色墨粉盒141與感光鼓IIO之間的距離，這就是由于靜電場143調(diào)節(jié)的結(jié)果。同樣對M色墨粉盒141與感光鼓110之間也可設(shè)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(shè)計得相等，然后在墨粉盒141與感光鼓110之間分別設(shè)置一強度不同的靜電場，完全由該靜電場來控制帶電數(shù)目不同的碳粉準(zhǔn)確地被吸附至感光鼓110上。此時，靜電場強度根據(jù)電荷數(shù)目的幅度等級設(shè)計呈一定的幅度等級。以上主要是對該彩色激光打印機100的基本結(jié)構(gòu)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(qū)分應(yīng)用原理；(2)四碳粉模型；(3)4激光二極管聯(lián)合實現(xiàn)256級功率輸出的設(shè)計；(4)在墨粉盒和感光鼓之間引入一個靜電場的設(shè)計。首先介紹(1)感光鼓感光特性的灰階區(qū)分應(yīng)用原理，請參閱圖6，援引美國第5,666,589號專利及相關(guān)感光鼓的感光特性圖示來作說明，定義Y值，y=￡?！丁?。-￡'"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(yōu)選地，選擇斜率盡量小的曲線來實現(xiàn)能量幅度等級控制，因為斜率越小，則曝光能量的區(qū)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，對激光光束功率作出256級區(qū)分,使得可以對感光鼓實現(xiàn)256級曝光效果，產(chǎn)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(xiàn)黃、青、洋紅以及黑色(即Y、M、C、K四色)混合的最小單元。基于目前通用的激光打印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(dǎo)Fy=AU*QY/dY;FM=AU*QM/dM;FC=AU*Qc/dc;FK=AU*QK/dK。這種設(shè)計需要光斑盡量小，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(nèi)對應(yīng)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?shù)礁泄夤牡木嚯xd為一個單位，兩者之間的電位差A(yù)U為一個單位，傳輸?shù)碾妶隽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(xiàn)吸附Y(jié)、M、C、K色碳粉的數(shù)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(dāng)感光鼓依次轉(zhuǎn)到Y(jié)、M、C、K色顯影滾輪表面時，根據(jù)電場力吸附相應(yīng)數(shù)量的碳粉，每個碳粉需要一個單位的電場力才會被吸附，F(xiàn)=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(dāng)感光鼓依次轉(zhuǎn)動到Y(jié)、M、C、K色顯影滾輪時，根據(jù)電場力F的大小，吸附相應(yīng)的碳粉；當(dāng)碳粉被吸附之后，由于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(shù)量最初，感光鼓轉(zhuǎn)動到Y(jié)色顯影滾輪時AU=133，F(xiàn)Y=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，所以剩余電量產(chǎn)生的電場還具有吸附5個單位電量的能力，即吸附2粒Y色碳粉后，AU，=133-64*2=5;當(dāng)感光鼓依次轉(zhuǎn)動到M色顯影滾輪時，F(xiàn)M=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(dāng)感光鼓依次轉(zhuǎn)動到C色顯影滾輪時，F(xiàn)c=5*4/16,整除得1，正好有1粒C色碳粉被吸附，剩余電量為5-4=1;當(dāng)感光鼓依次轉(zhuǎn)動到K色顯影滾輪時，F(xiàn)K=1*1/1，整除得l，正好有1粒K色碳粉被吸附，無剩余電量，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)四個激光二極管聯(lián)合實現(xiàn)256級功率輸出的設(shè)計首先，激光二極管功率控制的精度越高，則色彩的分辨率也越高。激光二極管是一種對溫度變化很敏感的半導(dǎo)體器件，激光二極管一開始工作，溫度就開始升高，電能就更多地轉(zhuǎn)化為熱能，從而激光的出射能量減少。為了保持預(yù)定的激光出射功率，電路就要通過一個伺服系統(tǒng)來調(diào)整注入激光二極管的電流值(升溫時需要調(diào)高電流)。通過精巧的電路設(shè)計，可以滿足激光二極管功率精度的要求，這屬于較成熟的現(xiàn)有技術(shù)。還可以通過其它方式來控制激光二極管出射功率，例如可以增加溫度補償組件來調(diào)節(jié)激光二極管的工作溫度實現(xiàn)功率控制，這也是現(xiàn)有技術(shù)。目前對激光二極管功率控制可以精確到千分之一，可以保證激光二極管功率的波動誤差不會造成對K色碳粉的吸附數(shù)量的影響。在前面提到的四碳粉模型中，最大需要激光光源輸出功率分256級，從而使感光鼓曝光產(chǎn)生256級殘余電位差。對于目前的激光光源，要想調(diào)制幅度區(qū)分幾十個等級是困難的事情，為此，本實施方式設(shè)計了采用4支激光二極管分擔(dān)功率輸出的方案，4支激光二極管的最大輸出功率之比P4:P3:P2:Pl為192:48:12:4。前三支激光二極管的輸出功率采用幅度調(diào)制，分為3級，依次為1/3P4、2/3P4、P4;1/3P3、2/3P3、P3;1/3P2、2/3P2、P2;功率最小的激光二極管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，其余類推，如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>這樣，以最大的輸出需要256為例，實現(xiàn)方式為:256=192+48+12+4。在曝光方面，四支激光二極管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，四支激光二才及管分別為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(xiàn)。實際上，根據(jù)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激光二極管，特別輸出這個"偏置"功率PO。其中，Px由LDlLD4組合實現(xiàn)，再加上PO就是真正所需的曝光功率。該第五支激光二極管與前四支激光二極管并列組合即可。最后介紹(4)在墨粉盒和感光鼓之間引入一個靜電場的設(shè)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激光打印機的4000多倍，這是無法想象的事。為此，在墨粉盒與感光鼓之間設(shè)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(diào)節(jié)到可以接受的范圍，同時利用反向電場滿足理論沒計的參數(shù)。對M色碳粉夾，也可以使用同樣的方法。該靜電場設(shè)計部分在介紹打印機100結(jié)構(gòu)時已有較詳細的說明，可結(jié)合參考。本發(fā)明提供一種全新的彩色激光打印機概念，通過對曝光模組的激光二極管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(shù)量級別的電荷，從而區(qū)分碳粉顏色實現(xiàn)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打印，不但提高打印速度，而且減少套色誤差，分辨率高。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。權(quán)利要求1.一種彩色激光打印機，包括一感光鼓，一曝光模組以及一顯影模組，其特征在于，該曝光模組包括一激光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(yù)定數(shù)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(nèi)含碳粉所攜帶的電荷數(shù)目相關(guān)，墨粉盒內(nèi)含碳粉所攜帶的電荷數(shù)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(shè)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(quán)利要求1所述的彩色激光打印機，其特征在于，該激光光源包括四個并列組合的激光二極管LD1、LD2、LD3及LD4，該四個激光二極管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(quán)利要求2所述的彩色激光打印機，其特征在于，該激光光源還包括一直流偏置激光二極管，與該LD1、LD2、LD3及LD4并列組合。4.如權(quán)利要求1所述的彩色激光打印機，其特征在于，在內(nèi)含碳粉所攜帶的電荷數(shù)目較大的一墨粉盒與該感光鼓之間設(shè)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(quán)利要求1所述的彩色激光打印機，其特征在于，該墨粉盒與該感光鼓之間分別設(shè)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并藉以調(diào)整該墨粉盒與該感光鼓之間的距離。6.—種彩色激光打印機打印方法，包括充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印的步驟，其特征在于，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(quán)利要求6所述的彩色激光打印機打印方法，其特征在于該曝光步驟藉由一激光光源完成，該激光光源提供具有能量幅度等級的光束。全文摘要本發(fā)明涉及一種激光彩色打印機，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激光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(yù)定數(shù)目的電荷，且該電荷的預(yù)定數(shù)目依顏色的不同而呈一預(yù)定幅度等級。該彩色激光打印機通過對曝光模組的激光二極管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(shù)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打印，不但提高打印速度，而且減少套色誤差，分辨率高。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(yōu)先權(quán)日2008年5月21日發(fā)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