Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

капстановый фотонаборный лазерный сканирование

Для получения скрытого фотографического изображения текста и растрированных иллюстраций в допечатных процессах по технологии «соmрutеr-tо-fіlm» используются фотонаборные автоматы (ФНА). В современных ФНА для формирования изображения применяется принцип сканирования световым лучом, сфокусированным на плоскости фотоматериала в пятно маленького размера.

Описания страниц издания на фотонаборный автомат поступают с компьютерной линии подготовки издания. Эти данные из стандартного формата (в данный момент стандартом языка описания страниц является Adobe Postscript) переводятся во внутренний формат ФНА (так называемую битовую карту). Этот процесс называется растеризацией. После этого ФНА, используя внутренний формат, производит засветку (экспонирование) светочувствительного фотоматериала лучом лазера. Полученный экспонированный фотоматериал проявляется и закрепляется в специальной проявочной машине. После этого полученные фотоформы используются для изготовления печатных форм.

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

Источником света в современных ФНА служит лазер. Основными преимуществами лазерного источника света в использовании его для записи изображения в ФНА являются: монохроматичность излучения, незначительное расхождение и высокая интенсивность лазерного луча, возможность быстрого и довольно простого управления им.

Монохроматичность излучения и его малое расхождение дают возможность с помощью оптической системы сфокусировать лазерный луч в пятно размером, который сравним с длиной волны излучения. При этом чем меньше длина волны, тем меньшего размера пятно можно получить. В разных ФНА в зависимости от использованного типа лазера и конструкции оптической системы сканирования световое пятно имеет размеры от 5,2 до 30 мкм.

Высокая интенсивность излучения дает возможность записывать изображения с большой скоростью. Это обусловлено тем, что оптическая плотность изображения на фотоплёнке после ее проявки зависит от экспозиции (произведения освещенности фотоматериала на время экспонирования). Высокая интенсивность лазерного луча создает значительную освещенность фотоматериалов в сканирующем пятне, при которой необходимую экспозицию можно получить на протяжении очень короткого времени экспонирования. Чем меньшее время нужно для экспонирования фотоматериала, тем с большей скоростью может перемещаться световое пятно по фотоматериалу и соответственно быстрее осуществляется запись изображения.

Возможность быстрого и довольно простого управления лазерным процессом обеспечивает высокую скорость записи. Для управления лазерным лучом используются электро- и акустооптические модуляторы, которые под действием электрических сигналов открывают или закрывают путь для прохождения лазерного луча. Максимальная частота переключения модулятора с одного состояния в другое достигает 100 МГц для электрооптических и 10 МГц для акустооптических модуляторов. Управление пространственным положением лазерного луча при развёртке изображения в виде точечно-растровых строк осуществляют зеркальные дефлекторы, которые вращаются с одной или несколькими отражающими гранями. Частота вращения зеркальных дефлекторов современных ФНА превышает 40 000 об/мин. При этом за один оборот дефлектора записывается одна или несколько (в зависимости от отражающих граней) точечно-растрових строк изображения.

В ФНА используются газовые и полупроводниковые лазеры -- лазерные диоды. В качестве газовых применяются аргон-ионные (Аг+) и гелий-неоновые (Не-Nе) лазеры, которые работают на довольно короткой длине волны -- 488 и 633 нм соответственно. Из полупроводниковых лазеров в современных ФНА используются лазерные диоды инфракрасного и видимого красного излучений (длина волны соответственно 780 и 670…680нм). Чем меньше длина волны, тем более четкое пятно на фотоматериале можно получить во время записи. Такие пятна изображения, в которых оптическая плотность на краях очень резко изменяется от максимального значения до минимального, называют жесткими, а пятна с более плавным изменением оптической плотности на краях -- мягкими.

1. Схемы построения ФНА

В настоящее время лазерные ФНА имеют три принципиально разных схемы построения:

Фотоматериал располагается в плоскости и перемещается (непрерывно или дискретно), создавая развертывание изображения по вертикали. Эта развертка осуществляется непрерывно зеркальным дефлектором, который вращается. ФНА, построенные по этой схеме, называются автоматами ролевого или капстанового (от англ. cарstаn - вал) типа (рис. 1).

Рис. 1 Принципиальная схема ФНА капстанового типа

Формный материал располагается на внутренней поверхности неподвижного барабана, а развертывание изображения осуществляется по вертикали благодаря непрерывному вращению дефлектора с одной отражающей гранью (зеркало, прямоугольная призма или пентапризма), а по горизонтали благодаря перемещению дефлектора и оптической системы вдоль оси барабана.

Рис. 2 Принципиальная схема ФНА с внутренним барабаном

После окончания записи фотоматериал перематывается из подающей кассеты в приёмную. ФНА, построенные по этой схеме, принадлежат к типу автоматов с внутренним барабаном (рис. 2.).

3. Фотоматериал (флатовый) располагается на внешней поверхности барабана, который непрерывно вращается, а развертывание изображения осуществляется по вертикали благодаря вращению барабана и по горизонтали -- благодаря перемещению оптической системы вдоль образующей барабана. Такие ФНА принадлежат к автоматам с внешним барабаном (рис. 3.).

Рис. 3. Принципиальная схема ФНА с внешним барабаном

Расположение четырёх страниц формата А4 в процессе экспонирования с помощью ФНА капстанового типа всегда «книжное» (рис.4, а). В зависимости от конструкции барабанного ФНА размещение страницы во время экспонирования может быть «книжное» или «альбомное». В ФНА с барабанами большого диаметра или с короткой осью экспонирование осуществляется только «книжное» (рис. 4, б), в ФНА с малым диаметром барабана и длинной осью -- «альбомное» (рис. 4, в).

Рис. 4. Схемы размещения страниц А4 во время записи изображения

2. "Капстан"

Машины с пошаговой протяжкой фотоматериала, известные под собирательным именем "капстан", используют сам процесс транспортировки пленки для организации одного из направлений развертки. Каждому пробегу лазерного луча "поперек" пленки соответствует ее сдвиг на один шаг "вдоль". Величина шага зависит от разрешения. Проскальзывание между пленкой и приводными валами, а также неравномерность перемещения самого механизма, вызванная сопротивлением движению со стороны пленки, приводит к искажениям изображения и заметному несовмещению цветоделенных фотоформ. Чтобы уменьшить искажения, в более сложных моделях выводных устройств, применяют специальные антифрикционные материалы для изготовления поверхности приводных валов, устанавливают системы стабилизации натяжения фотоматериала и усилия прижима. В системах наиболее высокого качества используют петлеобразные буфера до и после зоны экспонирования - это позволяет практически полностью избавиться от неравномерности натяжения пленки.

Несмотря на такие усложнения, устройство транспортировки материала машин типа "капстан" считается наиболее простым и надежным, что обеспечивает относительно низкую стоимость системы в целом.

Оптический тракт основан на использовании многогранного (реже - плоского) зеркала, обеспечивающего "веерную" развертку модулированного лазерного луча в горизонтальной плоскости. Увеличение скоростей записи для аппаратов этого класса ограничивается в основном быстродействием модуляторов и (в меньшей степени) частотой вращения многогранного зеркала.

После развертывания лазерного луча в плоский веер его направление меняется так, чтобы плоскость развертки стала перпендикулярной плоскости пленки и направлению ее движения. Для компенсации нелинейности развертки в тракт лазерного луча вносится специальная корректирующая линза. После вращающегося многогранного зеркала (с плоскими гранями) перемещение лазерного луча происходит по линейному закону "угол поворота пропорционален времени", а перемещение следа лазерного луча на фотоматериале - по нелинейному закону "перемещение пропорционально тангенсу времени". Эта нелинейность тем значительнее, чем больше угол отклонения луча или, что то же самое, чем больше ширина зоны экспонирования и чем меньше расстояние от вращающегося зеркала до поверхности пленки. Однако даже при небольших углах отклонения для компенсации нелинейности развертки требуется установка линзы специальной формы. Качество ее изготовления, наряду с геометрическими параметрами тракта развертки лазерного луча (длиной пробега от зеркала до пленки), определяет такую важную характеристику машины, как нелинейность развертки.

Оптические системы в лазерных ФНА с плоскостной развёрткой, то есть в автоматах капстанового типа, в зависимости от взаимного расположения фокусирующего объектива и развёртывающего изображение дефлектора бывают двух типов: с после- и дообьективной разверткой.

Системы с послеобьективной разверткой характеризуются малогабаритными объективами простой конструкции, поскольку они всегда работают в параксиальной области и требуют корректирования лишь сферической аберрации. Тем не менее, в связи со сложностью конструкции оптической системы послеобьективная развёртка редко используется в ФНА капстанового типа, зато широко применяется в ФНА, где фотоматериал располагается на внутренней поверхности барабана.

Системы с дообьективной разверткой широко используются в ФНА с плоскостным расположением фотоматериала. Эти системы имеют сложные многокомпонентные линзовые или зеркальнолинзовые объективы, которые обеспечивают телецентричный ход лучей. Такие объективы компенсируют криволинейность поля изображения линии растра и неравномерность быстрого движения луча под разными углами в процессе сканирования, сканирующее пятно имеет разную форму: по бокам формата записи -- эллиптическую, а в центре -- круглую. А это влияет на качество изображения.

Разрешение машин этого класса невелико и составляет 1000-2500 точек на дюйм (у лучших моделей - например, FT-R3050 - до 3000 точек/дюйм). Их быстродействие соизмеримо с быстродействием машин с внутренним барабаном (хотя этот параметр во многом зависит от конкретной модели устройства) и находится в пределах 100-1700 мм/мин при разрешении около 1000 dpi.

Основными преимуществами ФНА капстанового типа является простота конструкции, довольно высокая надежность, невысокая цена. К другим преимуществам этих ФНА можно отнести возможность записи большого по длине участка пленки. Максимальная длина ограничивается только возможностью растрового процессора и меньшая -- ёмкостью приёмной кассеты (если она небольшая). Определенным преимуществом можно считать также относительно небольшие размеры ФНА.

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

К основным недостаткам таких машин можно отнести сравнительно низкую повторяемость (40-50 мкм для наиболее простых моделей, 25 мкм для самых качественных) и заметную нелинейность.

Сложность изготовления корректирующей оптики и требование малого угла отклонения луча не позволяют производить системы экспонирования данного типа для форматов больше А2 (максимальная ширина зоны экспонирования - около 50 см). Большая часть подобных устройств имеет ширину поля записи 300-400 мм. В целом машины типа "капстан" можно охарактеризовать как простые и экономичные устройства для продукции "бизнес-класса", которая не требует высокой линиатуры (152...200 линий/дюйм) при средней производительности, имеющие низкую и среднюю производительность.

3. "Внутренний барабан"

Фотонаборные автоматы, которые работают по принципу «внутреннего барабана» (см. рис. 2.), сегодня являются самыми популярными.

Пленка из подающей кассеты подается на внутреннюю поверхность полубарабана, где фиксируется с помощью вакуумной системы или системы механических прижимных валиков. Вакуумная система фиксации фотоматериала лучше механической, поскольку она обеспечивает плотное его прилегание по всей поверхности внутреннего барабана.

Модулированный лазерный луч фокусируется и выводится точно на ось неподвижного барабана, на внутренней поверхности которого находится светочувствительный фотоматериал. Направленный вдоль оси барабана луч попадает на единственный подвижный элемент оптической системы - записывающую головку, создающую одно из направлений развертки за счет перемещения вдоль оси барабана, второе - за счет отражения лазерного луча под углом 90^о от вращающегося зеркала или пентапризмы. Повернутый с помощью вращающегося зеркала лазерный луч рисует на внутренней поверхности барабана спиральную линию.

Основным ограничителем быстродействия машин с внутренним барабаном является вращающееся зеркало. По сравнению с четырех-, пяти- или двенадцатигранным зеркалом в "капстане", зеркало (спиннер) в машинах с внутренним барабаном должно вращаться в четыре, пять или двенадцать раз быстрее для достижения той же скорости записи. Для самых быстрых машин этого класса скорость вращения приближается к 40000 об/мин, что требует специальной "плавающей" подвески (магнитной или пневматической) для сокращения износа спиннера. Тем не менее, скорость вращения спиннера и необходимость ее стабилизации - основная проблема, ограничивающая быстродействие систем с внутренним барабаном.

Точность и повторяемость изображения зависят от способа крепления пленки на внутренней поверхности барабана и качества регулировки оптической системы. В машинах типа Dolev-250, прижим пленки к внутренней поверхности барабана достигается распределением усилия с подающего вала системы транспортировки за счет упругости пленки. Возможные в механическом тракте деформации пленки определяют относительно низкую повторяемость изображения: 20-25 мкм. Для больших форматов используется значительно более сложный механизм крепления пленки с использованием вакуумного прижима.

Системы, близко повторяющие приведенную на рисунке схему оптического тракта, весьма критичны к точности совпадения направления лазерного луча с осью барабана. Так, в машине Dolev-450 для обеспечения декларируемой погрешности не более 25 мкм требуется выдержать угол направления лазерного луча с точностью до 0,11 угловых минут. При нарушении положения регулирующего зеркала (например, при транспортировке) повторяемость и линейность развертки могут существенно ухудшиться. Регулировка направления луча требует специального оборудования и высокой квалификации.

Большая длина пути, проходимого лазерным лучом вдоль оси барабана, требует жесткого обеспечения чистоты воздуха в помещении, где расположено оборудование. Вероятность попадания пылинки в лазерный луч пропорциональна как количеству пыли в воздухе, так и длине пути света. А такое попадание приводит либо к потере микроэлементов изображения (за счет перекрытия луча), либо к рассеиванию луча и образованию паразитной вуали на пленке.

В более сложных моделях "доставка" лазерного луча к вращающемуся зеркалу осуществляется световодом, либо источник света размещают непосредственно на записывающей головке. В этом случае требование точного попадания луча на ось барабана несколько смягчается, однако соблюдение точнейшей соосности движения записывающей головки и оси барабана остается принципиальным для обеспечения линейности развертки.

Как и в машинах с пошаговой протяжкой пленки, регулировка размеров пятна лазерного луча достигается изменением интенсивности либо сменой апертур. В первом случае при низких разрешениях увеличение размера точки приводит к некоторому размыванию ее краев ("мягкая точка"). Еще более неприятным оказывается паразитное отражение лазерного луча от пленки на внутренней поверхности барабана. Для уменьшения этого эффекта многие фирмы-изготовители используют внутренний барабан, являющийся лишь половиной полого цилиндра, либо применяют специальные экраны.

Фотонаборные аппараты с внутренним барабаном дают возможность записывать изображения с растром до 305 линий/дюйм и обеспечивают повторяемость ±5 мкм по всему формату.

В целом выводные устройства с внутренним барабаном охватывают наиболее широкий диапазон характеристик. "Младшие" модели этого класса имеют качество и быстродействие, близкие к лучшим моделям "капстановых" машин, проигрывая им в цене и надежности. Наиболее сложные модели, типа Dolev-800 или Avantra-44, обеспечивают работу на больших форматах и качество, пригодное для выполнения любых видов работ при соответствующей цене и сложности конструкции.

4. "Внешний барабан"

В отличие от двух рассмотренных выше схем экспонирования, основанных на использовании одного лазерного луча, в экспонирующих устройствах с расположением пленки на внешней поверхности вращающегося барабана используется одновременная запись несколькими десятками лучей (в модели DT-R3100 таких лучей 80, в модели DT-R3075 - 120). В ФНА с внешним барабаном фотоплёнка закрепляется на поверхности барабана эмульсией наружу. Фотонаборные аппараты с внешним барабаном экспонируют лист фотопленки, длина которого точно равняется длине окружности барабана.

В качестве источника света используется матрица лазерных диодов, проецируемая на пленку с помощью фокусирующего объектива. Попадание "следов" отдельных лучей на одну линию достигается соответствующей синхронизацией включения строк диодной матрицы.

Размер пятна лазерного луча устанавливается для каждого разрешения в пределах 1000-4000 dpi (для моделей других фирм разрешение может быть еще больше) перемещением оптической системы, при этом изображение источников света фокусируется точно на поверхности пленки соответствующим выбором положения фокусирующего объектива. Постоянное поддержание лазерного луча в фокусе при небольшой его интенсивности увеличивает срок службы и обеспечивает более "жесткую" растровую точку, чем другие типы выводных устройств. Настройка параметров оптической системы выполняется с пульта оператора с помощью специальных тестов, что позволяет отказаться от каких-либо механических регулировок.

Благодаря большому числу лучей за один оборот цилиндра с закрепленной на ней пленкой экспонируется множество строк изображения, то есть полоса шириной порядка 1 мм (при разрешении 2400 dpi). При достаточно малой скорости вращения цилиндра (до 600 об/мин) большое количество лучей обеспечивает наибольшую (по сравнению с другими классами устройств) скорость экспонирования.

Крепление пленки на поверхности цилиндра осуществляется за счет вакуума, что обеспечивает плотное ее прилегание к поверхности барабана. Практически точность формирования изображения определяется лишь точностью изготовления самого барабана и винтовых передач, которая обеспечивается достаточно легко.

Величина гарантированной точности 5 мкм определяется, главным образом, размером пятна лазера и разрешением. Отсутствие длинных оптических путей снижает чувствительность оборудования к чистоте воздуха и к микроотклонениям в оптической системе.

Машины с внешним барабаном работают на пленку фиксированных форматов, поэтому оснащаются системой автоматического размещения страниц на листе пленки. Несмотря на это, эффективность использования фотоматериала при выводе разнородной малоформатной продукции несколько ухудшается.

В целом машины с расположением пленки на внешней поверхности вращающегося барабана считаются наиболее точными и производительными аппаратами (с разрешающей способностью до 5000 линий/дюйм).

Они представлены в спектре выводных устройств относительно малым количеством моделей форматов А2 и более и стоят несколько дороже других типов машин. Это предполагает их использование для сложных художественных работ и другой продукции, когда скорость вывода и качество исполнения оправдывают любые капиталовложения.

Размещено на Allbest.ru