ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ скрытого фотографического изображения текста и растрированных иллюстраций в допечатных процессах по технологии Computer-to-Film (рис

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ скрытого фотографического изображения текста и растрированных иллюстраций в допечатных процессах по технологии Computer-to-Film (рис. 26 ) применяются фотонаборные автоматы (ФНА). В современных фотонаборных автоматах для формирования изображения используется принцип сканирования световым лучом, сфокусированным на плоскости фотоматериала в пятно малого размера.

Принцип сканирования заключается в том, что световое пятно, последовательно перемещаясь по расположенным с определенным шагом вертикальным или горизонтальным линиям, постепенно обходит всю площадь поверхности фотоматериала, на которой должно быть записано изображение. При этом в результате модулирования интенсивности светового сигнала по принципу «да-нет» осуществляется экспонирование фотоматериала и тем самым запись скрытого фотографического изображения черно-белых отрезков и точек. Из этих элементов постепенно и формируется полное изображение шрифтовых знаков, штриховых и растрированных полутоновых иллюстраций, других графических элементов.

В качестве источника света в настоящее время в фотонаборных автоматах используется лазер. Основными достоинствами лазерного источника света, которые играют определяющую роль в применении его для записи изображения в ФНА, являются: монохроматичность излучения, малая расходимость и высокая интенсивность лазерного луча, возможность быстрого и достаточно простого управления лучом.

Монохроматичность излучения и его малая расходимость позволяют с помощью оптической системы сфокусировать лазерный луч в пятно размером, сопоставимым с длиной волны излучения. Причем чем меньше длина волны, тем пятно меньшего размера можно получить. В различных фотонаборных автоматах в зависимости от используемого типа лазера и конструкции оптической системы сканирующее световое пятно имеет размеры от 5,2 до 30 мкм.

Высокая интенсивность излучения позволяет записывать изображение с большой скоростью. Это обусловлено тем, что оптическая плотность изображения на фотопленке, полученная после ее проявления, зависит от экспозиции (произведения освещенности фотоматериала на время экспонирования). Высокая интенсивность лазерного луча создает значительную по величине освещенность фотоматериалов в сканирующем пятне, при которой требуемую экспозицию можно получить за очень короткое время экспонирования. Чем меньше времени требуется для экспонирования фотоматериала, тем с большей скоростью может перемещаться световое пятно по фотоматериалу и соответственно быстрее производится запись изображения.

Возможность быстрого и достаточно простого управления лазерным лучом также обеспечивает высокую скорость записи. Для управления лазерным лучом по интенсивности применяются электрооптические и акустооптические модуляторы, которые под действием электрических сигналов открывают или закрывают путь для прохождения лазерного луча. Максимальная частота переключения модулятора из одного состояния в другое достигает 100 МГц для электрооптических и 10 МГц для акустооптических модуляторов. Управление пространственным положением лазерного луча при развертке изображения в виде точечно-растровых строк осуществляют вращающиеся зеркальные дефлекторы с одной или несколькими отражающими гранями. Частота вращения зеркальных дефлекторов в современных фотонаборных автоматах достигает более 40000 об/мин. При этом за один оборот дефлектора записывается одна или несколько (по числу отражающих граней) точечно-растровых строк изображения.

В фотонаборных автоматах используются газовые и полупроводниковые лазеры - лазерные диоды. В качестве газовых лазеров применяются аргон-ионные и гелий-неоновые (He-Ne), которые имеют достаточно короткую длину волны - 488 и 633 нм соответственно. Из полупроводниковых лазеров в современных фотонаборных автоматах применяются лазерные диоды инфракрасного и видимого красного излучения (длина волны соответственно 780 и 670-680 нм). Чем меньше длина волны, тем более четкое пятно (точку) на фотоматериале можно получить при записи. Такие точки изображения, у которых оптическая плотность на краях очень резко изменяется от максимального значения до минимального, называют жесткими, а точки с более плавным изменением оптической плотности на краях - мягкими. При записи изображения с невысокими линиатурами растра (133, 150 lpi) влияние «жесткости» точки практически неуловимо, а с учетом погрешностей собственно печатного процесса и вовсе исчезает.

При высоких же линиатурах печати жесткость луча начинает играть более принципиальную роль, так как для достижения таких линиатур требуется адекватное уменьшение диаметра сканирующего лазерного пятна.

Последние модели ФНА, за редким исключением, используют в качестве источника лазерный диод, работающий в спектре видимого красного света (670-680 нм). Достоинства лазерного диода состоят в том, что он очень устойчив к колебаниям температуры, а также не подвержен старению и имеет малые размеры; потребляет значительно меньше энергии. Широкое применение этого источника обусловлено двумя причинами. Во-первых, относительно недавно был разработан новый тип пленки под этот источник. Использование нового типа пленки и видимого красного источника теперь дает такие же результаты по качеству записи, как, например, гелий-неоновый источник света. Во-вторых, лазерный диод дешевле, нежели гелий-неоновый и аргоновый источники света.

Существуют и выпускаются модели ФНА, в которых установлен лазерный диод, работающий в инфракрасном спектре света 780 нм. Но из-за большей длины волны он проигрывает в качестве записи лазерному диоду, работающему в видимом красном спектре света.

Основным признаком, по которому фотонаборные автоматы относят к тому или иному типу, является схема построения, которая определяет характер размещения и транспортирования фотоматериала и способ развертки изображения. В настоящее время лазерные фотонаборные автоматы имеют три принципиально разные схемы построения:

1. Фотоматериал располагается в плоскости и перемещается (непрерывно или дискретно), осуществляя развертку изображения по вертикали. Горизонтальная развертка изображения производится непрерывно вращающимся многогранным, а иногда качающимся одногранным, зеркальным дефлектором. Фотонаборные автоматы, построенные по этой схеме, называются автоматами ролевого или капстанового (англ. capstan - вал) типа (рис. 4.1 ).

2. Формный материал располагается на внутренней поверхности неподвижного барабана или полубарабана, а развертка изображения осуществляется по вертикали за счет непрерывного вращения дефлектора с одной отражающей гранью (зеркало, прямоугольная призма или пентапризма) и по горизонтали за счет перемещения дефлектора и оптической системы вдоль оси барабана. После окончания записи фотоматериал перематывается из сдающей кассеты в приемную. ФНА, построенные по этой схеме, относятся к типу автоматов с внутренним барабаном (рис. 4.2 ).

3. Фотоматериал (листовой) располагается на внешней поверхности непрерывно вращающегося барабана, а развертка изображения осуществляется по вертикали за счет вращения барабана и по горизонтали за счет перемещения оптической системы вдоль образующей барабана. Такие фотонаборные автоматы относятся к ФНА с внешним барабаном (рис. 4.3 ).

Положение четырех страниц формата А4 при экспонировании с помощью ФНА капстанового типа всегда «книжное» (рис. 4.4, а ). В зависимости от конструкции барабанного ФНА положение страницы при экспонировании может быть «книжное» или «альбомное». В фотонаборных автоматах с барабанами большого диаметра или с короткой осью экспонирование выполняется только «книжное» (рис. 4.4, б ), в ФНА с малым диаметром барабана и длинной осью - «альбомное» (рис. 4.4, в ).

Основными достоинствами ФНА капстанового типа являются простота конструкции, достаточно высокая надежность, низкая цена. К другим достоинствам этих фотонаборных автоматов можно отнести возможность записи большого по длине участка пленки. Максимальная длина ограничивается только возможностями растрового процессора и реже емкостью приемной кассеты (когда она невелика). Определенным достоинством следует считать и относительно малые размеры.

Недостатки ФНА капстанового типа обусловлены построением оптической системы, погрешностями изготовления и работы вращающихся многогранных дефлекторов и механизма протяжки фотопленки.

Оптические системы в лазерных фотонаборных автоматах с плоскостной разверткой, т.е. в автоматах капстанового типа, в зависимости от взаимного расположения фокусирующего объектива и развертывающего изображение дефлектора бывают двух типов: с послеобъективной и дообъективной разверткой.

Системы с послеобъективной разверткой характеризуются малогабаритными объективами простой конструкции, так как всегда работают в параксиальной области и требуют корректировки лишь сферической аберрации. Трудность в использовании этого типа оптической системы в капстановых ФНА заключается в криволинейности поля изображения точечно-растровой строки, что требует дополнительных средств для компенсации этой криволинейности. При записи изображения на плоском поле погрешность, связанная с этим, может быть сведена к минимуму применением объектива с очень большим передним рабочим отрезком, что приведет к значительному увеличению протяженности оптической системы. Наибольшее распространение получил метод компенсации криволинейности поля изображения с помощью дополнительных зеркал или линз. В связи со сложностью конструкции оптической системы послеобъективная развертка редко используется в ФНА капстанового типа, но широко применяется в фотонаборных автоматах, где фотоматериал располагается на внутренней поверхности барабана.

Системы с дообъективной разверткой наиболее часто применяются в ФНА с плоским расположением фотоматериала. Эти системы имеют сложные многокомпонентные линзовые или зеркально-линзовые объективы, обеспечивающие телецентрический ход лучей. Сложность их конструкции объясняется необходимостью компенсировать внеосевые аберрации, поскольку объективы работают в широких наклонных пучках лучей, особенно при использовании дефлекторов с большим углом отклонения. Такие объективы компенсируют криволинейность поля изображения линии растра и неравномерность скорости движения луча вдоль растровой строки. В системах с дообъективной разверткой вследствие того, что лазерный луч попадает в фокусирующий объектив под разными углами в процессе сканирования, сканирующее пятно имеет разную форму: по краям формата записи - эллиптическую, а в центре - круглую. Это в свою очередь сказывается на качестве изображения.

Для поддержания межстрочного расстояния с высокой точностью в капстановых фотонаборных автоматах приходится применять исключительно прецизионные дефлекторы, процесс изготовления которых является очень сложным. Кроме того, как бы точно ни был изготовлен дефлектор, при его эксплуатации изнашиваются опоры вращения вала, что приводит к неизбежному биению оси вращения дефлектора. Поэтому для обеспечения нечувствительности процесса сканирования к угловым ошибкам дефлекторов, т.е. к малым отклонениям зеркальных граней дефлекторов от заданного положения, во многих ФНА применяются специальные системы коррекции пространственного положения луча. Простейшие из этих систем основаны на использовании цилиндрической или тороидальной оптики.

Привод протяжки пленки в фотонаборных автоматах капстанового типа, в которых используются приводные барабаны или лентопротяжные валики, должен обеспечивать пошаговое продвижение пленки по отношению к оптической системе. Каждому пробегу лазерного луча «поперек» пленки соответствует ее сдвиг на один шаг «вдоль». Величина шага зависит от разрешения и составляет 0,005-0,02 мм. Проскальзывание между пленкой и приводными валами приводит к искажениям изображения и несовпадению между двумя экземплярами одной и той же работы, проявляющемуся как отклонение размеров в направлении движения пленки.

Для уменьшения этих искажений используют специальные фрикционные материалы для поверхностей приводных валов, системы стабилизации натяжения фотоматериала и усилия прижима.

Главным требованием к механизму перемещения пленки является стабильность ее перемещения в зоне экспонирования. Различают стабильность средней скорости движения и стабильность мгновенной скорости по отношению к средней.

Под средней скоростью перемещения пленки принято понимать значение скорости, рассчитанное как фактическое перемещение пленки за 1 мин или сравнимый с 1 мин интервал времени. Под нестабильностью средней скорости перемещения пленки понимают среднее значение отклонения средних скоростей перемещения от номинальной скорости движения пленки, наблюдаемое, как правило, в пределах одного рулона пленки.

Под мгновенной скоростью понимается скорость движения пленки в конкретный момент времени, т.е. производная от перемещения пленки по времени. Под нестабильностью мгновенной скорости понимается среднее значение отклонения мгновенной скорости от средней скорости, действующей в данный момент времени, наблюдаемое, как правило, в течение 1 мин или в течение того периода, за который производится измерение средней скорости.

Из-за изменения в процессе записи средней скорости движения пленки вследствие изменения сил, действующих на пленку, проскальзывания пленки, ее растяжения ухудшается качество выводимых пленок.

Нестабильность мгновенной скорости перемещения пленки возникает из-за локальных отклонений размеров и формы элементов механизма перемещения от идеальных. Типичные примеры - эксцентриситет или некруглость ведущих валиков, изменение толщины пленки.

Из-за эксцентриситета тянущих валиков изменяется скорость перемещения фотоматериала. А это в свою очередь приводит к изменению расстояния между растровыми строками и, следовательно, к изменению оптической плотности изображения. На участке, где скорость увеличивается, что соответствует максимальному радиусу эксцентрика, расстояние между растровыми строками увеличивается. Вследствие этого происходит растягивание изображения и уменьшение оптической плотности. На участке, где скорость уменьшается, что соответствует минимальному радиусу эксцентрика, расстояние между растровыми строками уменьшается. Это приводит к сжатию изображения и увеличению оптической плотности на данном участке.

Фотонаборные устройства типа «капстан» можно охарактеризовать как простые и экономичные устройства для выпуска продукции, не требующей высокой линиатуры (152-200 lpi), при средней производительности. Основным недостатком капстановых выводных устройств является относительно низкая повторяемость (40-50 мкм для наиболее простых моделей, 25 мкм для высокоточных).

Фотонаборные автоматы, работающие по принципу «внутренний барабан», сегодня являются наиболее популярными (см. рис. 4.2 ). Автоматы работают следующим образом. Пленка из подающей кассеты поступает на внутреннюю поверхность полого полубарабана. Там пленка фиксируется при помощи вакуумной системы, создающей разрежение на барабане под пленкой (так, например, сделано в автомате Herkules Pro), или системы механических прижимных валов.

Вакуумная система фиксации фотоматериала с точки зрения качества позиционирования предпочтительнее, чем механическая. Она обеспечивает очень плотное прилегание фотоматериала по всей поверхности внутреннего барабана, но является узлом с большей вероятностью отказа, чем механическая система. Ставить тот или иной тип системы фиксации в соответствие с форматом вывода представляется необоснованным. Например, в автоматах фирмы Heidelberg Prepress ФНА Quasar формата 52 см имеет механическую систему фиксации. Herkules Pro формата 74 см - вакуумную, а самый большой в этом ряду Signasetter формата 102 см также оснащен механической системой.

После размещения и фиксации фотоматериала на внутреннем барабане лазер и оптическая система, расположенные на каретке точно на оси барабана, перемещаются вдоль этой оси. При этом модулированный лазерный луч отклоняется поперек направления движения при помощи вращающейся призмы. После экспонирования фиксация пленки снимается и материал протягивается, поступая в приемную кассету.

Привод вращения сканирующей призмы осуществляется электродвигателем, который также расположен на каретке. В большинстве последних моделей ФНА этого типа привод призмы реализован с применением воздушных подшипников.

Способ передвижения источника света вдоль оси барабана имеет разные технические реализации. Например, каретка с лазерным источником перемещается вдоль специальных направляющих на магнитной подвеске или механическим червячным приводом.

Важным обстоятельством при записи изображения является то, что расстояние от сканирующей призмы до фотоматериала всегда постоянно, так как луч находится в центре цилиндра и попадает на пленку под углом 90°, следовательно, геометрия пятна всегда идеальна и представляет собой окружность.

Одной из проблем автоматов с внутренним барабаном является высокая точность его изготовления, которая должна быть обеспечена в пределах 2 мкм, и точность в соосности барабана с оптической осью, вдоль которой перемещается каретка с лазером.

При работе ФНА этого типа необходимо также обеспечить его работу без световых бликов, что означает устранение возможности экспонирования на пленке отраженного от поверхности барабана луча, при котором возникает наведенная засветка материала. Можно для этого применять барабан с ограниченным углом разворота, но это уменьшает достижимый формат экспонирования.

Фотонаборные автоматы с внутренним барабаном позволяют записывать изображение с растром до 305 lpi и обеспечивают повторяемость ±5 мкм по всему формату.

В фотонаборных автоматах с внешним барабаном фотопленка закрепляется на поверхности барабана эмульсией наружу. В процессе записи барабан вращается и фотопленка экспонируется лазерным лучом, направленным по нормали к поверхности барабана и перемещающимся параллельно его оси (см. рис. 4.3 ).

В современных ФНА с внешним барабаном практикуется многолучевая запись изображения, когда одновременно экспонируется несколько (шесть, восемь, двенадцать и более) рядом расположенных точечно-растровых строк. При этом в качестве источника света может быть использован один лазер, луч которого специальной оптической системой или акустооптическим модулятором расщепляется на несколько лучей, или несколько лазерных диодов, лучи которых сведены в линейную матрицу. За счет многолучевой записи и большой частоты вращения барабана ФНА этого типа имеют высокую производительность.

ФНА с внешним барабаном экспонируют лист фотопленки, длина которого точно равна длине окружности барабана. Это исключает возможность последовательного вывода изображений небольшого формата, что снижает гибкость использования такого устройства. Кроме того, пленка на барабане фиксируется вакуумной системой. С учетом большой частоты вращения барабана такая система является узлом повышенного риска отказов. К тому же фиксация пленки на внешнем барабане - процесс довольно длительный. Действительно, пленку нужно отмотать из кассеты (или подать лист из кассеты, если автомат листовой), обрезать ее по требуемой длине, пропустить вокруг барабана, обжать ее, включить вакуумный прижим и зафиксировать пленку, привести барабан в исходную позицию. Лишь после этого можно начинать экспонирование. Снятие пленки с барабана также требует определенного времени. Все это приводит к тому, что при чрезвычайно высокой скорости собственно экспонирования фотонаборные автоматы с внешним барабаном по производительности несколько уступают автоматам с внутренним барабаном.

При кажущейся простоте внешнего барабана он довольно сложен и дорогостоящ по следующим причинам:

• Чтобы разместить лист фотопленки, например формата А2 (420х588 мм), диаметр барабана должен быть не менее 135 мм. На самом деле его диаметр больше. Кроме того, требуется подвести вакуумную систему и обеспечить ее работу во время вращения барабана.

• Чтобы обеспечить требуемую скорость записи, необходимо вращение барабана с достаточно большой скоростью. Раскрутить тяжелый барабан и удерживать стабильную высокую скорость не так просто. Нужен мощный двигатель, появляются очень высокие требования к подшипникам и распределению массы барабана с целью избежания его биения. Сама конструкция должна быть тяжелой и устойчивой.

• При вращении барабана пленка стремится сорваться с поверхности барабана и необходим вакуум, чтобы прочно удерживать ее на месте.

• Поскольку перед записью пленка должна быть порезана на листы, то ее дальнейшее хранение в специальных кассетах и проявление из таких кассет приносит дополнительные неудобства по сравнению с рулонной пленкой.

При использовании многолучевой записи в ФНА с внешним барабаном удается снизить частоту его вращения и избежать вышеперечисленных проблем, однако усложняется управление пучком лазерных лучей. Это связано с невозможностью обеспечить одинаковую интенсивность всех лучей, что приводит к некоторой неоднородности получаемого изображения, которую можно обнаружить при снижении оптической плотности на экспонированной фотопленке до 3,2-3,4 D. Достоинство у ФНА с внешним барабаном всего одно - источник света находится очень близко к фотоматериалу и луч всегда попадает на него под углом 90°. Естественно, геометрия записываемой точки и ее «жесткость» практически идеальные.

Ввиду большого количества недостатков и высокой стоимости ФНА с внешним барабаном сейчас встречаются редко, несмотря на то что они позволяют записывать изображение с разрешающей способностью до 5000 dpi.

Основными техническими характеристиками фотонаборных автоматов являются формат записи, разрешение и размер пятна, линиатура растра, повторяемость, скорость записи.

Формат. Различают максимальный формат и формат экспонирования. Этот параметр ФНА должен соответствовать формату используемой печатной машины или перекрывать его. В ином случае придется применять ручной монтаж пленки, что для цветной печати приведет к снижению ее качества.

Разрешение и размер точки. Под разрешением (разрешающей способностью) понимается количество точек, воспроизводимых лазерным лучом, на единицу длины (обычно на дюйм) фотоматериала. Поскольку запись лазерным лучом связана с синхронизацией движения либо пленки, либо развертки луча, разрешающая способность не может плавно изменяться. Все ФНА имеют несколько фиксированных значений разрешающей способности. Эти фиксированные значения все производители фотонаборных автоматов делают приблизительно одинаковыми, поскольку они должны удовлетворять требованиям теории растрирования. Вот наиболее часто встречающиеся значения: 1270, 1693, 2032, 2540, 3387, 4064, 5080 dpi. Используются и другие значения разрешения, например 1219, 1372, 2400, 2438 и т.д. Разрешение во многом определяется конструкцией сканирующей и оптической систем, применяемым лазером и программным обеспечением. Использование специальных алгоритмов растрирования и различных программно-аппаратных усовершенствований, предлагаемых производителями, во многих случаях позволяет обеспечить достаточно хорошее качество при разрешении 2400 dpi. Разрешение выше 2400 позволяет достичь высокого результата при более высоких линиатурах растра, которые во многих странах считаются стандартом.

Идеально, если бы диаметр точки (пятна) изменялся при каждом изменении разрешающей способности. При этом размер точки (диаметр пятна) должен быть обратно пропорционален разрешению (если диаметр пятна d выразить в микрометрах, а разрешение r - в точках на дюйм, d = 25400/r). Создатели современных ФНА стремятся к этому. Если такое удается, то фотонаборный автомат называют линейным.

Как правило, все ФНА с внутренним барабаном имеют несколько переключаемых размеров точки. Чтобы достичь этого, требуется усложнять механизм и оптическую систему ФНА. Поэтому хотя размер точки и изменяется, он не всегда соответствует идеально требуемому. Более дешевые и простые ФНА капстанового типа имеют всего один или два размера точки.

Линиатура растра. Этот параметр в большинстве случаев характеризует не сам фотонаборный автомат, а растровый процессор. Диапазон допустимых линиатур, как правило, жестко связан с разрешением (если разрешение составляет r dpi, то линиатура растра Lin = r/16 lpi). Исключения возможны как в сторону чрезмерного увеличения линиатуры за счет использования «запланированной нелинейности», так и путем простого ограничения допустимой линиатуры.

Практически требования к линиатуре определяются характером печатной продукции. Для журнальной продукции линиатура обычно составляет 133-150, реже 175 lpi, для рекламной иногда достигает 200 lpi. Следует заметить, что предел различимости растровой структуры оттиска невооруженным глазом находится на уровне 200 lpi.

Повторяемость. При изготовлении пленок для последующей цветной печати производится растрирование и вывод на ФНА четырех цветоделенных пленок для голубой, пурпурной, желтой и черной краски. Как правило, все четыре цвета выводятся последовательно друг за другом. Естественно, при печати совокупность цветных растровых точек должна правильно передать изображение. Если происходит довольно сильное смещение, то изображение теряет правильную цветопередачу и геометрические размеры.

Повторяемость характеризуют максимальным несовмещением точек по формату на определенном количестве подряд выведенных фотоформ. Современные фотонаборные автоматы имеют очень хорошие показатели по этому параметру. Например, у барабанных ФНА практически стандартом стало значение ± 5 мкм, а у ФНА капстанового типа этот параметр находится в пределах 25-40 мкм.

Скорость записи. Все современные автоматы обладают очень высокой скоростью записи растрированного изображения, которая зависит от конструкции (частота вращения дефлектора, скорость перемещения фотоматериала или записывающей головки) и используемого для вывода значения разрешения. Чем больше значение разрешения, тем меньше скорость записи. Скорость записи выражают в количестве сантиметров экспонированного фотоматериала максимальной ширины для конкретного ФНА в минуту (см/мин).