一秒鐘超過千萬發的雷射 – i創科技

一秒鐘超過千萬發的雷射


雷射印表機並不是一個簡單的設備,各位可以慢慢地從我的文章中看出這是一個相當精密的儀器。我們能夠自己設計而且製造這種設備,實在也不是一件容易的事。

photo credit: John Sheldon via Flickr. CC BY 2.0

 

首先,我們要解決一個問題,那就是我們常常要送好幾張紙到印表機的光學系統,可是印的時候當然是一張一張地印,所以我們要怎麼做呢?請看圖一。

圖一

我們的紙張其實受到兩個轉輪的影響,轉輪B是送紙的轉輪,轉輪A是擋紙的轉輪。轉輪B的摩擦力要比轉輪A的摩擦力大。如果有兩張紙,上面那張紙就被擋住了,下面一張可以進去。如果只有一張紙,那也沒有關係,因為下面轉輪的摩擦力比較大,所以紙張還是進去了。大家不要小看這個問題,因為摩擦力的大小是很重要的,兩個轉輪的摩擦力究竟該多大,是要經過很多實驗和計算才決定的,決定以後要請一個廠商製造合乎這種規格的轉輪。我們應該感到驕傲的是,我們的轉輪是國人自己的工廠製造的。也就是說,我們的工廠可以製造合乎摩擦力規格的轉輪。

我們的印表機紙張上當然會有圖案或文字,我們的印刷並不是一個一個字印刷的,而是一行一行印刷的。一張紙可以分成7200行,如圖二所示。

圖二

我們可以看出來最上面的一行有一些點,最下面一行的點數比較多。每一行有5000個點。現在我們要講的是,到底這些小黑點是如何形成的。其實這些小黑點都是碳粉落在紙張上,請看圖三。

圖三

雷射印表機裡有一個碳粉匣,也有一個感光鼓。碳粉匣(顯影滾輪)的表面有300伏特的電壓,感光鼓的表面電壓相當高,所以碳粉是不會無緣無故地落下來的。可是,如果感光鼓上面的某一點被雷射所打到,它的電位會降到150伏特,因為顯影滾輪的電位是300伏特,高於感光鼓上被雷射打到某點的電位,帶正電碳粉粒當然會從高電位處掉到低電位處。所以感光鼓上就有一個碳粉點。我們要知道,雷射是在感光鼓上不斷地擊射,所以很多碳粉會掉下來。最後的結果就是感光鼓上有一行上面有很多碳粉。

碳粉如何跑到紙張上呢?請看圖四

圖四

 

我們可以從圖四看出,雷射先打到感光鼓的某一點,這一點的電壓會變成150伏特,感光鼓順時針轉動,碳粉匣的電壓是300伏特,所以碳粉會掉到這一點。因為感光鼓繼續轉動,碳粉最後會跑到紙張上去。

這事情還沒結束,因為我們必須要用一種熱壓的機制將碳粉牢牢地壓到紙張上。這個熱壓的機制也是用了一個轉輪,可是這個轉輪上的溫度高達180℃。這是很可怕的溫度,當使用者打開印表機的時候,溫度要立刻降下來,否則會使人受傷。這個熱壓的機制也是我們自己設計的。

目前我們的機器,一秒鐘可以處理一張紙。這張紙上下7200行,左右5000行,一共有3600萬點,雷射必須在一秒鐘內擊發3600萬次。從任何一個角度來看,這都是一件不容易的事。

一個雷射印表機最重要的就是要有一個積體電路來控制所有的操作,這個積體電路大致上來講要做以下的事情。

  1. 印表機的光學系統,將紙張上的影像送到積體電路。
  2. 積體電路開始影像處理,比方說,我們國家的印表機的光學系統可以允許你送紙的時候是斜的,可是印出來時完全是正的。這是因為軟體將一個斜的影像變成正的,而且也使得它變得非常清晰。
  3. 積體電路會指揮雷射根據影像擊發。
  4. 積體電路也要控制所有儀器內的馬達,一個印表機,單單轉輪就差不多有十個之多,它們都是由馬達控制的。

從以上幾點看來,要做好一架雷射印表機,首先需要的當然是機械工程師,舉凡機構設計、馬達控制、轉輪規格等等,都是他們的事。再者是電機工程師,因為印表機裡面有相當多的線路都要由他們負責。第三是光學專家,因為我們要取像必須先有光學系統。第四則是軟體工程師,他們要負責積體電路裡面的很多控制及影像處理的工作。

印表機要多久才能設計完成是大家難以想像的,這一架雷射印表機花了這家公司的工程師長達十年的努力。很多細節都要一一克服,但是最後還是成功了。我們要知道,這種設備很難有山寨版,很多小的細節只有這家公司的工程師知道,就算你將設備拆開,你也不知道當初是如何設計出來的。

我們會做這種設備,我們當然也應該鼓勵他們往更精密的半導體製造設備邁進,那些設備更加值錢。在我看來,他們應該有這種能力。

 

 

(本文經作者同意授權轉載「我們已能設計並製造雷射印表機」)

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關於作者


李家同
研究領域為符號邏輯、演算法設計分析、平行計算方法、生物資訊等相關研究,並在這些領域發表超過一百篇以上之國際論文。近年則從事時事評論和英文學習書籍寫作。

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