影印机是根据半导体的光导电性、物质间的摩擦生电等原理而设计的。发明人卡尔逊巧妙地结合这些似乎不相干的原理，居然发展为影响近代文明深远的新技术。虽然影印机仍在逐年改进，但是基本步骤仍然类似四十年前卡尔逊的设计。

历史

影印机对现代人的生活影响深远，它的操作原理是很有趣的。在本文中，较为仔细深讨影印机的基本原理，但是仍然省略它许多机械设计上的细节。

影印机是在1938年就由卡尔逊（C.Carlson）和他合作人科尼（O.Kornei）发展出来的。数十年来，虽然影印机有多方面的改进，但是现代影印机的几个基本步骤仍然脱离不了卡尔逊当初的构想。其方法是将影像照光后，投射于光导电体（photoconductor）上而形成一带电荷的潜像（latent image），再用具相反电荷的色粒（troner），即俗称碳粉，使其显影，然后将这些成像的色粒转移并定影于白纸上。

1938年十月二十二日，卡尔逊和助手首次在纽约证实了这个构想是可行。他们以硫作为光导体，涂布在锌板上，在暗室中以手帕摩擦硫的表面使带电，将一块玻璃板用墨水写上「10-22-38 Astoria」几个字，置于硫黄板上，放在白热灯下曝光。这时字迹已在硫黄上形成带电荷的潜像。然后在硫黄上洒一层一种石松属植物的花粉，再小心地将不带电处所不吸附的花粉去除，此时硫黄层上由花粉形成的字型清晰可见，最后将字型转移到蜡纸上，加热而完成定影手续。

大部分的公司对这个实验结果并不重视，直到1946年一个非商业性的研究机构──巴特莱纪念所（Battelle Memorial Institute）开始发展这种干印技术，隔年该所与Haloid公司（即后来的Xerox全录公司）订约研究制造影印机。此后影印技术不断发展，今日这种干式的影印技术已广泛地用于各办公室及图书馆里。

光导电体

影印机的主角是光导电体。光导电体在光的照射下，由绝缘体变成导电体。它是一光敏感物，在黑暗中其电阻甚大，不会导电；在照光后分子的自由电子增加，电阻减小，可导电。如硒、砷、碲等无机物及其合金均为光导电体，现代是用硒代替最初卡尔逊所用的硫黄。

在影印机中能接受影像的光导体装置叫「光承受体」（photoreceptor），一般是在金属基层（metal substrate）如铝上涂布一层光导电体如硒，就简称为硒筒。硒筒之形状各机形可能不同，一般如平板状、带状或筒状。光导电体的厚度约数十微米（µm），且需具高的光敏感性（photosensitivity）、安定性及电荷移动性（charge mobility）。早期只用一层光导电体兼具电荷的生成与输送功能，现在已发展出机能性的多层结构。例如硒上附有氧化硒层，是正电荷的存在层，输送电荷是在下方的纯硒层，最下层的铝和硒层间又有氧化铝的夹层，使得电荷储存和传递功能更趋独立而完善。

带电

当初卡尔逊是以手帕摩擦光导电体硫黄使其带电，而现代的影印机是在黑暗中以放电管（corotron）造成空气分子如氮分子的正离子，正离子移动至硒筒表面抓取电子，而使得硒筒表面因失去电子而带正电荷。在黑暗中硒为绝缘体，故电荷可保存在其表层。

曝光

当初卡尔逊是利用光透过有字迹的玻璃板把潜像呈现在硫黄上，而现代是利用光照射待印文件时，空白部分反光，而有字迹部分吸光，经透镜及反射镜将这些反射光投射在硒筒上。此时硒层被光照射的地方成了导体，使得照光而产生的电子中和了储存在表层（氧化硒层）的正电荷。

电子来自表层下方，也使得下方留下正电荷的电子洞（electron hole）。这也就是说原来表层正电荷向下层移动，这种移动是一个连锁步骤，直到正电荷移到硒筒下层的金属基层。当正电荷移动至金属基层的界面时，接地的基层可以提供电子，然后借放电（discharge）使基层变成中性，不带电荷。

上述的电子传递过程，只是硒筒受光照射处的局部变化；而未受到光线照射的部分，因为仍为绝缘体，所以表层仍然带正电荷。一个有趣而重要的现象是，硒筒表层的电荷并不右左移动而破坏潜像。当光源被移去后，可在硒筒上得到和原来影像对应的潜像。原像里黑色的部分在潜像上对应的是带正电荷的区域，而白色区域则不带电。

显像

当初卡尔逊是利用花粉吸附到带正电荷的潜像上而显影。一般之显像剂包括微小的色粒及较大的载体（carrier beads）；色粒是由热塑性树脂含黑色碳粉末所构成，直径约10微米。载体之成分为钢、玻璃或亚铁盐（ferrite），直径约100～500微米。知道猫皮和玻璃棒摩擦，会使猫皮带正电而玻璃棒带负电。同样地，显影剂的设计是当载体和色粒混合搅拌时，由于摩擦生电使得载体带正电，色粒带负电，两者相吸；同时，后者准备移动到带正电荷的潜像上。

一般常用的显影法有瀑式（cascading）及磁刷式（magnetic brush）两种。瀑式法是将显影剂以吊筒撒过硒筒表面，当载体磙下时，它所携带的色粒可被带正电荷的潜像吸引而留在硒筒上。磁刷式法则利用磁性磙筒上吸有磁性的载体，而载体吸有色粒，结果载体和色粒在磙筒表面成链状或须状分布，其作用如同软刷。当磙筒刷过硒筒表面时，色粒使转移到硒筒上带电部分而显像。

转印

转印之作用是将硒上色粒所形成的影像再转移至纸上，当然需减小硒筒（带正电）对色粒（带负电）之吸力。这时利用放电器使纸带正电，以便自硒筒上夺取色粒。将色粒所形成影像转印纸上后，色粒和纸间只有静电吸力。此时若用手指摩擦会轻易去除影像，所以需要下一步的定影，使其间产生稳定结合。当初卡尔逊的定影是将花粉在硫黄表层所成影像转印到蜡纸上时，借蜡和花粉稳定附着力。

定影

色粒是由含黑色粉末的热塑性树脂所构成，定影是利用加热方式将树脂由固态变成熔融态，使其流入纸的纤维中，再凝固成固态后成永久键结。定影的方法有热融合（oven fusing）、辐射融合（radiant fusing）、加热加压融合（heat and pressure roll fusing）及以三氯乙烯（trichloroethylene）蒸气溶解树脂的蒸气融合法（vapor fusing），也可将热融合及辐射融合合并使用。

清除

清除包括三步骤：

（一）减小硒筒对残馀色粒的吸引力。

（二）以机械方法除去残馀色粒。

（三）照光使带正电荷的潜像部分也产生放电现象。以上即完成了影印过程，清除后的硒筒可再接受新的表面电荷，重复此循环。