静电成像原理及其应用

静电成象原理及其应用1、充电（1）原理充电就是使感光鼓接受一定极性和数量电荷的过程。使感光鼓带电的方法有感应摩擦、电荷转移等几种，为了使鼓表面均匀带上数百伏特的电位，通常采用直流电晕放电的方法。电晕放电是在细线形状的导体和感光鼓之间附加电压，将靠近细线的空气电离而使其放电。因为放电电流为数微安，所以可采用图2-5所示的电极布置。感光体高压电源电晕丝(c)(b)(a)图2-5补助栅护罩电晕丝（b）是在电晕丝和感光鼓之间设有细线，加上适当电压，控制电晕电流。这种装置叫做可控电晕充电器，它的结构较为复杂。现大多采用（a）和（c）那样的充电器。电晕丝是使用直径为0.1mm左右的钨丝，外施数千伏的直流电压使之放电。放电过程在放电过程中，感光鼓底基和位于其表面附近的电晕丝之间施加有几千伏的电压。由金属丝发出的电晕使鼓表面附近的空气分子—大多数是CO2电离，暗充电步骤称为鼓的敏化。充电速度取决于电晕丝上所施加的电压。一般来说，电晕电压应维持在5千伏左右。电晕充电既可以使鼓充正电，也可以使其充负电，这得要由光导层的特性来决定。将感光鼓置于暗处，对感光膜层均匀地充上一层电荷，由于光电导材料硒是属于P型半导体，接受正电荷比较容易，因此，硒光导体表面充的是正电荷。在充电阶段，当电晕器加上高压后，在高压电场的作用下，电晕器开始放电，使电晕丝周围的空气产生电离，正极性的离子在电场作用下，向光导体表面运动，由于光导层与空气接触的自由界面起着阻挡层作用，使电晕离子不能穿越光导层，而只能沉积在光导体的表面，于是在光导体表面分布了一层正电荷。与此同时，根据电荷感应原理，在光导体与导电底基的界面处导电底基一侧，被感应出等量的反极性电荷，如图2-6所示。--------------+++++++++图2-6SeAl光导体与导电底基界面对这种反极性电荷必须具有阻挡作用。在硒半导体中，空穴为多数载流子，电子为少数载流子。因此，硒膜层与导电底基之间的界面就阻挡少数载流子—电子进入硒光导膜层中。最后，光导体表面就具有一定的表面电位。光导体的充电过程也称为光导体的敏化。随着充电时间的延长，表面电荷越积越多，表面电位也相应升高，由于表面电位的升高，使光导体表面到电晕丝之间电场强度梯度减小，导致了电晕电流的减小；相反，光导体自由界面到导电底基之间的电场强度梯度增加，导致光导层泄漏电流的增加，当电晕电流与泄漏电流达到动态平衡时，表面电位就达到某一稳定值，称为饱和电位。饱和电位的大小与电晕放电器和光导层的性能有关。当电晕放电器的能力足够强时，光导体的表面电位就能一直升高，最后达到一定最大值，称为极限电位。如果超过这个值，光导层就会被击穿。因此，极限电位的值取决于光导膜层本身的击穿强度。暗衰当充电停止后，表面电位不再升高，相反会出现一个暗衰的过程，暗衰的速率取决于通过光导层暗电流的大小。在光导层内，除了存在着电子—空穴对以外，还存在着少量的自由载流子，这些自由载流子可能是由于光导体内部由于热运动（热噪动）而释放出来的载流子，也可能是光导层与空气接触的自由界面处注入的载流子。通常，上述界面所形成的阻挡层具有的壁垒不可能是无限高的，总是有很高能量的少数载流子越过壁垒进入光导膜层中，或者在隧道效应的作用下，使少数载流子进入光导膜层中。由于这些少数载流子的存在，在它们的迁移过程中，空穴—电子不断被复合，使表面电位逐渐下降，形成暗衰过程，如果少数载流子的浓度增加，电子—空穴的复合速度就会加快，那么，暗衰的速度也就加快。（2）充电对复印质量的影响影响复印品质量的因素很多，但主要是与光导体表面的静电潜象有关，而静电潜象的好坏又与光导体表面的电位高低和均匀与否有关，即与充电的质量有关。①静电复印对充电的基本要求：要使光导体表面具有足够的、适当极性的表面电位。要使光导体表面电位分布均匀。②充电不良对复印质量的影响：原稿清晰、反差好，但复印不出图象来，其原因可能是光导体没充电所致。复印品上粗线条和较大的字能复印出来，而较为细的线条和较小的字则复印不出来，这可能是充电电压不足所致。原因在于光导体表面充电不足而造成表面电位低，因而静电潜象就不好。复印品的字迹浅，图象不清，这说明复印品本身吸色粉量较少。其原因是充电电压过低，光导体表面的电位极低，静电潜象的电位差（反差）非常小，所以很难吸附色粉。复印品的底灰较大，有时出现黑白圆斑点，这是复印品吸粉量多所致。其原因是充电电压较高（光导体的表面电位较高），所以，当曝光不足时，复印品上就会出现这种底灰大，反差小的现象。复印品上出现横向一条深、一条浅或不清晰的现象，这是因为充电电压不匀所致。当充电电压不均时（时高时低），导致光导体表面电位的不匀。所以，复印品的图象也就不会均匀。严重的会出现复印品上横向的一段深、一段浅，其深浅的宽度及间隔与充电电压不匀的频率是一致的。也有的表现为一整段不清晰。充电不良对复印质量的影响复印品上出现横向的一端不清或色浅的现象，这是由于充电电极的两端与光导体的距离不一致造成的。因为相同的充电电压，由于两端的距离的不同，造成了光导体表面的电位高低也不同。因而形成了复印品横向两端深浅不一致的现象。③电晕丝直径的大小及距离光导体表面的远近对充电的影响电晕丝直径较粗时，需要充电电压高一些。电晕丝直径较细时，需要充电电压低一些。电晕丝距离光导体表面近，则电压高（指光导体表面所获得电压值）。电晕丝距离光导体表面远，则电压低。电晕丝与光导体表面的距离不平行时，则会出现光导体表面电位的不均匀，即近端电压高，远端电压低，从而出现图象一端深而清晰，一端浅而不清晰。④充电电极的屏蔽板要接地：充电电极的屏蔽板如果接地不良，会影响充电电位的稳定性，使光导体表面的电位波动，从而影响复印品的质量。⑤环境对充电的影响：复印质量的好坏，与环境的温度和湿度有关。静电复印机在室温5~35℃左右及湿度在80%以下都能够正常地进行充电并复印出良好的复印品来。如果室内的温、湿度太高，将会影响复印品的质量。其中尤以温度的变化对复印品质量的影响较大，当温度超过39℃时，充电就不能正常的进行，可能会复印不出图象来。如果湿度达到95%时，则必须降低充电的电压，方能复印出字迹来。其原因在于：湿度大了，空气中的水分子密度增加了，空气容易电离，如果不降低电压，可能出现充电电位太高，而使复印品密度过大，出现底灰。2、曝光（1）原理光导体一经曝光，必须很快放电，否则就会影响复印速度。另一方面，如果在复印中需要不同的灰密度，那么当残余电位与不同的光强度相对应时，就能提供所需的曝光范围。曝光另一种重要特性是光谱响应或光敏性。图2-7表示了某些典型材料的光敏性。无机材料在蓝光谱区是很敏感的，而有机光导体则在红光谱区是很敏感的。对于现在的复印技术来说，都是以硒或硫化镉为基础的。图2-7光谱特性曲线400500600700SeZnS：CdS有机光导体波长（nm）曝光通过在均匀带电的感光体上照射光象，在感光体上就形成静电潜象。光源的亮度由感光体的感度、曝光时间（复印速度）、镜头的焦距值等所决定。同时，还需要根据镜头的cos4Ø法则考虑边缘光量的降低来安排光的分布。曝光另外，在光学系统方面，有狭缝扫描式和全曝光式。全曝光式用氙灯等光源，在平面感光体上瞬间形成潜象，适用于高速设备。隙缝扫描式可以设计成小型的，有如图2-8所示的各种方式。图中（e）是使用折射率不同的不均匀介质的纤维镜头排列作为成象器件，应用在原稿台移动式的光学系统中。同样，使用几个短焦距的微型镜头排列等也被实际应用。图2-8（a）原稿台移动式（b）镜移动（C）镜旋转式原稿灯感光体rR/2图2-8（d）镜头移动式（e）纤维镜头排列在曝光的时候，当光能量超过光导体的禁带宽度时，满带中的电子被激发到导带，电子和空穴的激活能分别为0.33ev和0.2ev（电子伏特）。因此，当入射光射入硒膜层时，在硒膜层内就有一吸收入射光光子的吸收层，在这吸收层内，由于光子的激发而释放出电子-空穴对，形成众多的自由载流子，这种自由载流子称为光生载流子，它们在电场的作用下运动，形成光电流，如图2-9所示。++++++图2-9光+电子朝光导层的表面运动，与光导层表面的正电荷中和，而空穴则通过整个光导层，到达光导层与导电底基界面处，与界面处的负电荷中和。这样，光导体的表面电荷迅速下降。光导体是半导体的一种，由半导体理论可知，载流子的迁移过程，是不断被复合和释放的过程。在光导层内部，总是存在各种陷阱。这些陷阱有深的、也有浅的，光生载流子在迁移过程，有一部分将被陷阱俘获，如果落在浅的陷阱中，则有可能被释放出来，如果落在较深的陷阱中，它就不能被释放，使得电荷中和的速率下降。因此，表面电位不可能呈现出雪崩式的直线下降，而随着放电速度的减慢，表面电位也逐渐缓慢下降。由于深陷阱的存在，使表面电荷不能完全被中和，总有残余的电荷存在，此时光导体表面仍具有一定的电位，称为残余电位。入射光越强，光子所具有的能量越高，激发出来的电子-空穴对越多，光生载流子也就越多，这就意味着放电速度加快，表面电位下降速度也就越快。由于光子能量增大，它能把较深陷阱中的载流子激发出来，因此最后在光导层表面的残余电位就越小。反之亦然。每种光导体材料都具有一定的光谱灵敏度，对某些区域的光比较敏感，对一些区域的光不敏感。充电后的光导体在无光照射的区域，则仍保持原来充电后的状态，表面电荷除了暗衰时损失一些外，将保持不变。光导体表面电荷的多少，与光强成正比。入射光越强，留在光导体表面的电荷越少，这样在光导体表面就形成了电荷密度的差异。这种差异与曝光时的光学图象（原稿）相对应。图象的暗区，在光导体表面相应的部位保留的电荷多，电位也高；在图象的明区，光导体上相应的部位所保留的电荷少，表面电位也低。这样，在光导体表面就形成了一个眼睛看不见的、但是与光学图象一致的、由电荷所组成的图象-静电潜象。曝光（2）应用由曝光灯照射的图象首先被安装在全速灯架上的1号反射镜所反射，然后该象又被安装在半速灯架上的2号和3号反射镜反射。由3号反射镜反射过来的象又通过镜头入射到4号反射镜上，而4号反射镜又将它成象在鼓表面。密封玻璃防止了机腔内的灰尘进入光学系统。紧贴着镜头右边的遮光片，具有特殊的形状，它能减弱通过镜头中央的光强，以补偿象边缘通常发生的光损失。曝光纵向长度的放大和缩小是通过全速和半速灯架的扫描速度的变化来实现的，鼓的速度是不变的。若灯架的扫描速度变快，将使纵向长度变小；反之，灯架速度变慢，长度将被放大。横向尺寸的放大和缩小是通过改变镜头的位置实现的。①4号反射镜的角度4号反射镜在移动过程中，灯架上的一个固定螺丝在一个楔形斜面上滑动，这就使得4号反射镜在向右移动的过程中，以顺时针方向绕轴旋转，而在鼓表面成象。4号反射镜的角度在移动过程中保持不变的话，图象就不会在鼓的适当位置上形成。②象间/象边缘消电灯在施乐、佳能等型号的复印机中，都设置有象间/象边缘消电灯，它有两个作用：第一，对感光鼓表面上两个图象之间的区域消电（即象间区域的消电）。第二，进行缩小复印时，对感光鼓的边缘区域消电（即象边缘消电）。当象间/象边缘消电灯被用来对象间电荷消电时，即在曝光灯对原稿扫描结束熄灭后间隔一个瞬间，七段灯全部发光对硒鼓直接曝光。曝光灯再次发光对原稿进行扫描时，消电灯熄灭，从而达到对硒鼓面上二个图象之间消电的目的。在选用不同的放大和缩小倍率时，这些灯的发光时间是不同的。电路板对这些灯何时发光及发光时间进行控制。象间/象边缘消电灯当象间/象边缘消电灯被用来对象边缘电荷消电时，只有其中的部分灯发亮，这些灯在整个复印过程中都发光，而哪些段的灯应该发光，则取决于纸的尺寸和所采用的缩小倍率。3、显影（1）原理目前最普遍的是采用干式双组份显影系统。这种显影方式使用的载体可以是导电的，也可以是绝缘的。总的来说，将来的趋势是朝着更小粒径发展，即采用一种电阻率小于色调率的绝缘微粒载体。单组份磁刷显影系统尽管只需要简单的显影机构，以及由于所谓“疲劳”混合而不需要更换载体，可是对它的使用仍然是受限制的增长。然而，它能保持图象质量稳定，能适用于高速复印