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更小的艺术:桌面激光打印的技术变革

来源:中关村在线

  发布:星之球科技

关键词:激光打印 激光技术

2018-04-01

 说到打印复印,对中国用户来说并不陌生。很多人会想当然的认为商用打印就是激光打印,然而并不是这样。这里面的技术变革值得我们探究,从复印机到今天的激光打印机、彩色激光打印机经历了哪些历程?
 

更小的艺术:桌面激光打印的技术变革


激光打印技术的起源
复印机诞生的很早,最初用的是光化学反应。再到后来用的光电系统成像,但是要说明的是,这个过程是没有计算参与的,而且只能单功能复印。当时的复印机只有感光鼓这个部件上和今天的打印机差不多。
 
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施乐的914复印机,注意,只能复印
复印的过程其实就是让感光鼓充电之后曝光,然后形成电荷在感光鼓上的图样、附着碳粉、加热定影。到了1969年,施乐的研发人员GaryStarkweather突发奇想,能不能用当时刚量产不久的激光器直接在感光鼓上绘制图形?
 
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体积巨大的早期激光打印机
到了1971年,Gary去了施乐在PalaAuto的研发中心,开始专门研究用激光在感光鼓上直接成像的技术。到了1972年Gary与施乐的两位同事,在一台施乐复印机的基础之上加了控制系统和字符生成器,构成了施乐的第一台激光打印机9700。不过历时第一台却被IBM3800抢走了,导致施乐损失了不少市场。
 
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1974年Saxton在NewYork杂志的广告
但是说到专利,在美国专利局能检索到的最早的名为“LaserPrintingSystem”(US3751587A)的专利,却是一个名为SaxonIndInc的公司,Saxon复印机由于没有进入过中国市场,所以并不为中国用户所知,七八十年代当年这个公司在美国的复印机市场相当有实力,并且有不少独有的专利。科技企业几十年即沧海桑田,这个在佛罗里达州的企业现在已经是施乐的一部分了。

小型化——佳能不朽的经典
施乐也好、IBM也罢,这些早期的激光打印机速度非常快(在今天也是生产级产品的速度),但是问题在于,它们太大了。而且对于企业来说,不仅仅是不一定有地方安放,也用不着这么快。
 
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XeroxStar8100还是太大,而且要17000美元
有需求就有创新的动力。施乐很快在1981年推出了XeroxStar8100激光打印机,它适合办公室使用,但是……价格实在太贵,在那个年月要价17000美元,放到今天起码是要翻翻的,这就是虽然更小,但是企业无福消受。
 
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佳能CX引擎的一部分示意图,PIC:printerworks.com
佳能看到了机会。在1980年代早期,为了打开美国市场,佳能推出了一个纯粹的打印引擎——CanonCXOEM。这个产品不包含耗材及栅格化、驱动这些电路,预留了一个37针的接口,任何企业都可以买这个引擎贴自己的标,最重要的是佳能的这个引擎本身同过新申请的专利实现了小型化,成品打印机可以放在桌子上使用!小型化的引擎不含碳粉的OEM价格仅为1000美元!当时购买这个引擎生产打印机的非常多,很多都已经淹没在历史里面,但是有两个企业,最终成就了霸业。
成就霸业的惠普与苹果
前文我们说了,佳能提供的CX机芯只要1000美元,但是这个机芯连电源都不提供,加上PCB控制、计算定影的电路,要比纯机芯的成本贵出一大截。当时有两个公司成就霸业,第一个要说的就是苹果。
 
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苹果的LaserWriter
苹果当时用CX机芯开发出来的打印机叫做LaserWriter,这个名字和今天苹果喜欢叫Apple+X或是i+X的命名方式区别极大。苹果的产品自然只能在当时的Macintoshi系统上用。苹果给AppleWriter做了一个极其关键的优化:Gamma值。苹果显示器的Gamma是1.8(不同于windows系统的2.2),这个打印机也是,所以相当于有了一个免费的“输出匹配管理”,这对于出版来说极其重要。
 
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惠普的LaserJet
另外一个成就霸业的就是惠普。当时惠普也给CX引擎开发了驱动电路,并命名为LaserJet。惠普的LaserJet是世界上第一台能放到桌面打印的激光打印机,并且使用的是单页纸(IBM3800这种大机器用连续纸),一举奠定了惠普在桌面打印领域的霸主地位。其实苹果只是发布时间稍晚,都是同一年-1984年。

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CX引擎苹果LaserWriter的控制电路
 
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同样佳能CX引擎,惠普的控制电路
1985年,苹果为LaserWriter配置了Postscript打印语言,使用三阶贝塞尔曲线绘制字体,奠定了苹果在出版领域的霸主地位。可以说在iPod发布之前比较黯淡的日子里,苹果基本就是靠出版领域生存,和今天的市值地球第一完全不是一码事。而惠普则为自己的打印机推出了独有的PCL语言,这也成为今天惠普激打产品质量卓越的看家本领。
彩色激光打印的开端
最早推出面向桌面的彩色激光打印机,其实还是苹果,这台产品名字叫做ColorLaserPrinter12/600PS,当时要价7000美元,时间是1995年。可以说桌面的彩色激光打印到现在的时间也不过20年,甚至比我们使用移动通信的时间还要短。
 
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最早的彩色激光打印机-苹果的LaserWriter12/600PS
苹果的第一台彩色激光打印机也是使用佳能的引擎。之前我们介绍过,当时内存昂贵,最开始的激光打印机只有1M内存,刚刚好在有四边留白的情况下能够装下一个光栅化之后的300dpi精度A4页面。苹果的这款A4激光打印机,由于使用了600dpi精度,所以具有12MB的打印内存,这应该是优化之后的结果,因为CMYK每个颜色均分只有3MB内存。
 
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泰克采用了喷蜡的技术
早期推出彩色激光打印机的还有泰克(后来被施乐收购)、OMS等品牌,但是打印引擎的核心却是日本企业为主。除了苹果、惠普这两大佳能引擎用户,施乐等品牌使用的是日立、松下(Mitsushita)的引擎、美国本土的引擎只有泰克自己的,并且是喷蜡的固体墨水技术产品。

硅油增亮
今天我们的彩色激光打印机都是碳粉打印,靠的是定影器的热能来升华碳粉的蜡质。不过前面说的打印技术里面,有相当多的彩色激光打印使用的是我们今天看不到的产品:硅油定影。
 
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合适的打印碳粉用的蜡并不是那么容易得到
 
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如果你手边有彩色激光打印机,可以看到蜡质的打印效果
蜡质说起来简单,就是石油的长链烃馏分,但如果要达到人们设想的性能,要么能够分馏出恰好合适的物质,要买就需要各种催化重整成需要的材料。打印用的我们今天都是使用200度左右会升华的蜡质辅助定影,原厂拼命的降低定影温度来进行利润保护,因为温度越低的蜡质材料越难找到,一不小心就会侵犯专利,而且这些专利基本都不在打印设备掌握,都是石化相关的能源企业为主,授权给打印设备企业制造碳粉的时候使用。
 
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大量使用的定影硅油,1000ml大约能用2万页
使用蜡质碳粉打印之后,会发现纸面上有一层反光层,这就是蜡质,用来提升打印的表现。我们普通打印纸都是没有表面涂层的,直接把碳粉打印到纸面上并不好看,必须增加光泽提升视觉感受。在激光打印的早期,人们使用的办法就来自彩色复印机,使用的是硅油。硅油一旦涂抹到纸张上,就会浸泡、渗入,造成整张纸都有油亮的光泽。
硅油定影的产品笔者本人在2003年前后,还测试过,当时是某品牌贴牌的,速度很慢,关键是和当时已有的碳粉蜡质对比之下,硅油彩色激光打印显得非常的油腻,效果并不怎么样,被蜡质碳粉淘汰也就在情理之中了。
激光还是LED?
如果熟悉激光打印的原理,绘制到激光打印机内部,有个多边镜,它的作用就是在通过转动来改变激光的角度,这样激光光束就能照射到感光鼓的所有区域来进行放电显影。多一个能转的零件,在早期不是特别成熟的时候,会提高故障率。
 
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激光打印与LED打印的不同
 
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中村修二因为蓝光LED获得了诺贝尔物理学奖
到了九十年代中期,当时恰好是中村修二发明了高效率的蓝色发光二极管的时代,日亚化学靠这个专利赚的盆满钵满。通过阵列式的LED,也可以在感光鼓上去掉电荷。而行列的LED器件体积要比激光器小、成本也更低,OKI、施乐都采用了这一技术。
 
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LED打印机与生俱来就小巧
 
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早期的LED在高精度打印的时候容易暴露问题
但是LED不是没有自己的问题。早期的LED的问题不少,首先是LED本身的精度不高,最高只有600dpi;并且LED打印边缘会出现锯齿、彩色打印会出现颜色错误,变成了双刃剑:选择小巧安静,就要接受LED打印的低质量,要买就去忍受激光打印的大体积、高噪音。
 
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加了一层滤镜提高光点精度
当然这种问题难不倒打印企业。比如施乐与日本电器硝子(NipponElectronicGlass)合作进行了技术改良,合作推出了全新的Hi-Q打印曝光头,提供了和激光技术一样的画质,最早应用在施乐的大型机器上,现在已经普及到了小型化的打印机。
 
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滤镜改善了打印质量
激光打印技术,在打印精度提高到1200dpi之后基本就停止研发了,因为更高的精度也不具备实际上的意义,目前也找不到比含蜡碳粉更好的定影方式,所以今天的彩色激光打印都是围绕使用体验、解决方案等方向入手研发。