百篇科普系列（78）—彩色复印的原理

  复印机给人类带来很多方便，一份文件怎么就一模一样的复印出来了，彩色复印时的色彩又是怎么弄出来的？

  黑白静电复印机是集静电成像技术、光学技术、电子技术和机械技术于一体的办公设备。它采用的成像方法有很多，大家普遍采用的是静电复印法。

  用复印机复印黑白文档的大致原理是：用激光扫描黑白文档，把扫描光（带有文档的影像）聚焦在硒鼓上，让硒鼓表明产生由静电荷形成的“静电潜影”，也就是“虚像文档”，然后让“虚像文档”粘上碳粉，再将硒鼓上的碳粉固着于复印纸上，成为复制文档。

  在黑白静电复印中，硒鼓即感光鼓，是关键性部件，硒鼓是怎么形成与原文档一样的“虚像文档”的？

  硒鼓的真名是感光鼓，就是做成圆筒状的具有感光性能的印刷版。开始用硒做感光材料，把它蒸镀在金属辊的表面上，称为硒鼓；由于硒比黄金还贵， 20世纪80年代以后，感光材料有的采用硫化铬无机感光材料，有的采用有机感光材料，这样的感光鼓既便宜，污染又比较小。但是由于大家都已经习惯了，因此还是把感光鼓叫做“硒鼓”。

  硒鼓的用途是非常的广泛的，彩色激光打印机、彩色复印机和彩色印刷中都要使用到。

  激光打印机所使用的感光鼓，通常能分为三层结构。第一层是保护层，用于保护感光层；第二层是感光层，是采用真空蒸镀的方法把感光材料薄薄的覆盖在鼓的表面上；第三层是防反射层。感光鼓的基材是铝薄板做成的圆形滚筒。结构如下图。

  步骤一，布电。在黑暗中让感光鼓置于电场中，让感光鼓表面均匀分布一层电荷，这些电荷能较久地保存。这是由半导体感光材料的特性造成的。

  步骤二，曝光。用激光扫描文件，用光学元件聚焦，产生极细的光束把文件的明暗表现照射到感光鼓上；滚筒上未暴光区（文件有墨迹的地方）会维持原有电位,有强光照射的区域（文件的空白处）电荷会被中和而电位下降,这个区域是可以吸附碳粉的。经过曝光，感光鼓上的电荷分布就形成了与文件对应的静电潜影。静电潜影有“浓”、“淡”的差别。

  步骤三，显影。显影“碳粉”是带电荷的有机颗粒，“碳粉”的电荷极性与感光鼓的电极性相反；感光鼓滚过“碳粉”槽，“碳粉”被吸附在感光鼓上；静电潜影就显示出真实影像了；墨迹浓的地方吸引的“碳粉”多，墨迹淡的地方吸引的“碳粉”少；感光鼓上出现了与原稿浓淡一致的不同灰度层次的“碳粉”图像。

  步骤四，转印。让复印纸一面紧贴感光鼓，复印纸另一面施加与“碳粉”极性相反的静电（与感光鼓相同的电极性），于是感光鼓上的“碳粉”图像就被吸附到复印纸上，从而完成了图像的转印。

  步骤五，分离。由于静电的吸附作用，复印纸可能会贴在感光鼓上，也采用静电的方法，让复印纸从感光鼓上分离出来。

  步骤六，定影。粘附在纸上的“碳粉”要固定，采用加热与加压相结合的方式实现定影。

  步骤七，清洁。清理感光鼓表面的残留，静电复印机中一般都会采用刮板、毛刷或清洁辊等装置对感光鼓表面的残留进行清除。

  步骤八，消电。消除感光鼓表面残余电荷，一般用电晕装置对感光鼓进行反极性充电。

  前面介绍的是模拟形式的黑白复印，这里介绍的数字式黑白复印。顾名思义，数字式黑白复印就是把文件图像信号变换为数字信号，再用数字信号完成静电复印工作。

  首先要把文件图像信号通过激光扫描转变为数字信号。用激光扫描文件，可以一行一行的扫描；利用光学系统聚焦到感光器上，感光器件是和数码相机同类的，只不过用于扫描和复印的感光器件尺寸大些，结构也简单些；于是原稿的光学模拟图像信号可进行光电转换，就转变为离散的数字信号了；扫描全部完成后，待复印的文件就完全被数字化了；将数字化结果存储在一个数字文件中，必须要知道，这是个离散的数字图像文件。整个扫描过程和存储过程类似于数码照相机的感光数字化过程，但更加容易实现，因为这里的感光器尺寸要大一些，更容易制作。

  再就是计算机利用离散数字图像的强弱信息调制另一个扫描激光。用这种调制激光扫描感光鼓，感光鼓上密密麻麻的离散点形成静电潜影，这也是离散的。当然，像素点密集，将来的复印效果不会影响视觉效果。

  数字式黑白静电复印机，实际上由两部分所组成，一是图像扫描仪，它把黑白的模拟图像转换为“离散的数字图像”；二是一般的静电复印机，它把数字图像电信号转换为硒鼓上的“离散的静电潜影”，再转换为纸质上的图像信号。

  （1）数码复印机只需对原稿进行一次性扫描，存入复印机存储器中，需要复印的份数页数可以人为调整，工作效率高。

  （2）数码复印有256灰度级别，能充足表现复印件的清晰整洁，还支持文稿、图片/文稿、图片、复印稿、低密度稿、浅色稿等多种情形。

  （3）数码复印能提供强大的图像编辑功能，例如：自动缩放、单向缩放、转换文字、自动启动、双面复印、组合复印、重叠复印、图像旋转、黑白反转等多种编辑效果。

  （4）数码复印能直接传送书本、杂志、钉装文件；还可以与局域网连接，实行网络快速传送和打印。

  在彩色静电复印中，关键是彩色如何体现，彩色强度如何数字化。参考彩色照相的原理就不难理解彩色复印的原理和实现过程：

  （1）首先对彩色图像采取了激光扫描，分色，并转换为电信号，再综合处理得到每个像素点的色彩数字，每个像素点有4个分色数字；即，红色、绿色、蓝色、黑色，因为复印的需要，增加了黑色。相应的，“彩色碳粉”也有4种颜色。

  （2）再就是彩色复印。用整幅图像所记录的“红色的数字”去调制激光并照射感光鼓，感光鼓吸附“红色粉末”，得到一个只有红色的影像，将其转移到“转印带”上；再分别用绿色、蓝色、黑色的数字调制激光并照射感光鼓，转移到转印带上；共静电复印4次，就在转印带上得到一幅完整的彩色复印图像；最后把转印带上的图像转移到纸上，做定型处理即可。

  （2）不需要过多的担心表现色彩不细腻，因为扫描的像素很高，“彩色碳粉”很细小，每个像素点处的每种色彩都有很多等级分划，所以能非常细腻地表现很丰富的色彩。

  （3）因为彩色激光打印机有一个重复四次的步骤，所以彩色打印的速度明显慢于黑白打印的速度，彩色复印的花费也高些。