История фотонабора: от рассвета до заката. Часть 3

Юрий Самарин, докт. техн. наук, профессор МГУП им. Ивана Федорова

Дальнейшее развитие фотонаборных автоматов, в которых большинство технологических операций (хранение информации о шрифтах, синтез и масштабирование знаков, развертка изображения, обработка текстовой информации и др.) осуществлялось электронными устройствами с использованием цифровых методов и систем управления, требовало применения источников света большей интенсивности, чем у ЭЛТ. Такими источниками света являются лазеры.
Первые лазерные фотонаборные автоматы «Лазеркомп» были выпущены компанией «Монотайп» уже в середине 1970 годов, а в начале 1980-х около 40 зарубежных фирм выпускали различные по своим характеристикам лазерные фотовыводные устройства. Поскольку лазерные фотонаборные автоматы записывали изображение не позначно, как автоматы предшествующих поколений, а поэлементно в виде точечно-растровых строк, то термин «фотонабор» стал всё чаще заменяться в литературе и разговорной практике специалистов термином «фотовывод».

В лазерных фотонаборных автоматах, или, как теперь говорят, в фотовыводных устройствах, вследствие использования цифрового представления изображения шрифтов и иллюстраций применяются два основных метода формирования растрированного изображения шрифтовых знаков.

Первый метод основан на формировании знаков из горизонтальных точечно­растровых строк, которые для соответствующих линий сканирования изображения содержат последовательность черных и белых отрезков для всех знаков в набираемой строке текста. В результате записи световым пятном таких точечно­растровых строк по горизонтали и перемещения регистрирующего материала по вертикали (или наоборот) на величину шага растра в моменты времени между окончанием и началом записи двух соседних строк формируется изображение текстовой полосы (рис. 1а). При этом световое пятно всегда сканирует максимально возможный для данного выводного устройства формат независимо от формата воспроизводимого на материале изображения.

Второй метод основан на формировании изображения знаков из пакета горизонтальных точечно­растровых строк. Этот метод отличается от первого тем, что запись осуществляется сразу несколькими параллельными световыми лучами (пакетом лучей). В этом случае текст на регистрирующем материале формируется в результате записи целой полоски изображения по горизонтали и перемещения материала по вертикали на ширину этой полоски (рис. 1б).

Лазерные выводные устройства могут записывать текст и иллюстрации. Для этого изображение иллюстраций (штриховых или растровых полутоновых) должно быть предварительно преобразовано в растровую форму и записано в память компьютера. Точки полиграфического растра иллюстрации, передающие тональность изображения, представляют собой совокупность микроточек, размер которых равен диаметру сканирующего пятна. На рис. 2 представлены две растровые точки элемента полутонового изображения, запись которых осуществляется так же, как и текста, в результате формирования точечно­растровых горизонтальных строк. Обычно растровые точки полутонового изображения представляют в виде «суперъячеек», состоящих из 16x16 микроточек.

Рис. 1. Формирование изображения шрифтовых знаков из горизонтальных точечно-растровых строк: а — при однолучевом сканировании; б — при многолучевом (пакетном) сканировании

Рис. 2. Формирование точек растра полутонового изображения из точечно-растровых строк

Значение оптической плотности, передаваемой растровой точкой, определяется процентом заполнения «суперъячейки» микроточками. При этом возможное число градаций серого составляет 256. На рис. 3 представлена растровая точка с 25­процентным заполнением суперъячейки при амплитудно­модулированном (рис. 3а) и частотно­модулированном растрировании (рис. 3б).

Рис. 3. Растровая точка с 25-процентным заполнением: а — при амплитудно-модулированном растрировании; б — при частотно-модулированном растрировании

Для воспроизведения на выводном устройстве изображения отдельной полосы издания или полноформатного оттиска на фотоматериале либо формном материале цифровую информацию о шрифтовых знаках и иллюстрациях, содержащихся в полосе, необходимо преобразовать в так называемую матрицу экспонирования (битовую карту). Матрица экспонирования представляет собой массив данных из нулей и единиц, сформированных в виде математической матрицы. При этом число столбцов и строк матрицы определяется горизонтальным l и вертикальным h форматами и разрешением R выводного устройства и равно lR и hR соответственно. Нули и единицы, которые служат элементами матрицы, характеризуют наличие (1) или отсутствие (0) изображения микроточек в растрированном с разрешением R изображении формата lxh.

Преобразование информации об изображении в матрицу экспонирования (рис. 4) осуществляет RIP (растровый процессор). Различают аппаратные, программные и аппаратно­программные RIP.

Рис. 4. Схема подготовки матрицы экспонирования

Первые допечатные системы обеспечивали низкое качество растрирования.

Современные фотовыводные устройства экспонируют фотоматериал с разрешением 1200­5080 dpi, а формовыводные устройства — формные пластины с разрешением 900­6000 dpi, что обеспечивает получение соответственно фотоформ и печатных форм высокого качества.

Лазерные фотовыводные (фотонаборные) автоматы структурно можно разделить на управляющее и лазерное сканирующее устройства.

Управляющее устройство осуществляет ввод информации об изображении полосы или полноформатного печатного листа издания в виде матрицы экспонирования и формирует сигналы управления исполнительными устройствами и механизмами сканирующего устройства. Эти сигналы управляют модуляцией лазерного луча, разверткой изображения при экспонировании фотографического или формного материала, перемещением материала, контролируют синхронную работу исполнительных устройств.

Управляющее устройство состоит из интерфейса, осуществляющего прием цифровых данных матрицы экспонирования от растрового процессора системы допечатной подготовки изданий; основного контроллера, организующего работу всех электронных и электромеханических узлов автомата; блока памяти для хранения данных настройки лазерного выводного устройства на определенный режим работы и промежуточного хранения информации об изображении в процессе его записи; блока управления, который непосредственно вырабатывает сигналы управления исполнительными механизмами и системами.

Первые лазерные фотонаборные автоматы имели управляющее устройство, которое осуществляло обработку текстовой, иллюстративной и шрифтовой информации с целью получения цифровой информации об изображении сверстанной полосы издания или ее фрагмента (например, блока или гранки текста) в растрированной форме, то есть в виде последовательности длин черных и белых отрезков вдоль линий сканирования фотоматериала.

В качестве устройств ввода информации использовались накопители на гибких магнитных дисках, а также устройства сопряжения с каналом связи для организации работы фотонаборного автомата в линию с ЭВМ системы обработки текста и иллюстраций.

Основой управляющего устройства этих лазерных фотонаборных автоматов служила персональная электронно­вычислительная машина (ПЭВМ), которая выполняла обработку текста и шрифтовой информации, в том числе формирование строк заданного формата, расчет выключки строк, верстку полос, масштабирование шрифтовых знаков из базового кегля в кегль набора, трансформацию знаков для получения выделительных начертаний и т.п.

Для хранения информации о начертании большого количества знаков, иллюстраций, текста и программ обработки текста требуются значительные объемы памяти. Поэтому лазерные фотонаборные автоматы оснащались запоминающими устройствами на жестких магнитных дисках типа «винчестер».

С появлением аппаратных, а затем программных и аппаратно­программных быстродействующих RIP, выполняющих с высокой скоростью преобразование текста, графики и растрированных полутоновых иллюстраций в матрицу экспонирования, функции по обработке текстовой информации и ее хранению полностью переданы станциям верстки или обработки полноформатного оттиска системы допечатной подготовки изданий.

Лазерное сканирующее устройство представляет собой сложный комплекс оптико­механических узлов, объединенных электронными блоками управления их работой. В общем случае лазерное сканирующее устройство состоит из лазера с блоком питания, модулятора лазерного излучения, телескопа, дефлектора, фокусирующего объектива, механизма транспортирования материала, систем синхронизации процесса сканирования и коррекции пространственного положения лазерного луча.

На вход лазерных сканирующих устройств подаются электрические сигналы из управляющего устройства. На выходе в результате сканирования получают изображение полосы, ее фрагмента или полноформатного оттиска, зарегистрированных на фотоматериале или печатной полиэстровой форме.

В состав лазерных сканирующих устройств могут входить также светофильтры, полевые диафрагмы, поворотные полупрозрачные или полностью отражающие зеркала и призмы, бленды и другие элементы. Лазеры, модуляторы, дефлекторы, системы синхронизации и коррекции, оптические элементы в зависимости от назначения, схемы построения и требований, предъявляемых к сканирующему устройству, могут быть различными по принципу действия и конструктивному исполнению.

Одним из первых лазерных фотовыводных устройств был появившийся в 1972 году автомат «Лазеркомп Мк2и» фирмы «Монотайп» (Великобритания), записывающий изображение полноформатной газетной полосы с разрешением 1000 dpi за 1,5­2 мин (рис. 5).

Рис. 5. Схема лазерного сканирующего устройства фотонаборного автомата «Лазеркомп Мк2и»

Устройство работало следующим образом. Луч гелий­неонового лазера 1 диаметром 0,8 мм модулируется акустооптическим модулятором 2. Для настройки интенсивности лазерного луча в соответствии со светочувствительностью применяемого фотоматериала служат ослабляющие фильтры 3. Зеркально­линзовый телескоп 4 увеличивает диаметр лазерного луча до 40 мм. Далее луч поворачивается призмой 5, проходит корректирующий объектив 6, отражается от поворотного зеркала 7 и попадает на зеркальную грань пятигранного пирамидального дефлектора 8, который вращается с частотой 3000 об./мин. Зеркальные грани дефлектора наклонены к его оси под углом 45° с точностью до 10". Расхождение в наклоне соседних граней не превышает 3,5", а несоседних — 5".

Перед каждой гранью дефлектора расположен стеклянный юстируемый клин (на схеме не показан), который компенсирует погрешности изготовления пирамиды. Система клиньев является системой коррекции пространственного положения луча и позволяет позиционировать линии горизонтального растра на фотоматериале с точностью 25 мкм. Установленный после дефлектора объектив 9 фокусирует лазерный луч на плоскости фотоматериала 10 в пятно диаметром 25 мкм. В автомате применена система синхронизации на основе круговых шкал, связанных с вращающимся дефлектором. Объектив 6 корректирует положение лазерного луча в оптической системе, который может сместиться за счет тепловых колебаний. Растровая строка записывается во время протяжки фотоматериала между двумя остановками стартстопного его перемещения. Время вывода полосы формата А2 составляет 1,5­2 мин.

Управляющее устройство автомата «Лазеркомп Мк2и» построено на базе компьютера с памятью 256 Кбайт. Ввод информации осуществляется непосредственно при работе в линию с системой обработки текста от гибких магнитных дисков, перфоленты, магнитной ленты или устройства автоматического кодирования изображений. Имеется шрифтовое запоминающее устройство на одном или двух магнитных дисках емкостью по 80 Мбайт для хранения до тысячи гарнитур. Достаточно большой базовый кегль (96 пт) позволяет проработать все элементы рисунка знака. Рисунок каждого кегля шрифта в диапазоне 4­256 пт генерируется заново. Знаки могут быть расширены или сужены до 50%, наклонены до 14°, повернуты на 90, 180 или 270°.

В фотонаборном автомате «Дигисет ЛС210» фирмы «Хелл» (ФРГ), который появился несколько позже «Лазеркомпа», для записи изображения с разрешением 650­1300 dpi также применено лазерное сканирующее устройство с дообъективной разверткой (рис. 6), но в качестве дефлектора используется восьмигранная зеркальная призма. В этой машине пучок, создаваемый лазером 1, проходит через акустооптический модулятор 2 и две телескопические системы 4 и 5, которые уменьшают расходимость лазерного пучка. При этом зеркало 6 изменяет направление оптической оси и направляет пучок на зеркальную грань вращающегося (3000 об./мин) от электродвигателя 13 призменного дефлектора 3. Отраженный от зеркальной грани дефлектора пучок проходит через объектив 7, отклоняется зеркалом 8 и попадает на фотоматериал, расположенный на подвижной плите 12.

Рис. 6. Схема лазерного сканирующего устройства фотонаборного автомата «Дигисет ЛС210»

Объектив 7 служит для фокусирования лазерного пучка в пятно малых размеров, а вращающийся дефлектор обеспечивает перемещение этого пятна вдоль строк текста на фотоматериале. Таким образом осуществляется развертка изображения в плоскости фотоматериала. Синхронизация работы модулятора и дефлектора выполняется по методу динамической авторегулировки. Для определения моментов начала и окончания процесса записи служат фотоэлектрические датчики 9 и 11. В процессе записи каждой растровой строки плита 12 с фотоматериалом перемещается с помощью ходового винта, приводимого в движение электродвигателем 15, на величину межстрочного расстояния. По окончании записи всей полосы фотоматериал сматывается в приемную кассету 14 и отрезается. При этом неэкспонированный фотоматериал подается из кассеты 10 и располагается на поверхности подвижной плиты 12.

Отечественная промышленность в середине 80­х годов прошлого века освоила выпуск фотонаборных автоматов ФЛП 300.

В оптико­механической системе фотонаборного автомата ФЛП 300 (рис. 7) в качестве источника света использовался аргоновый лазер 1, пучок света из которого, отразившись от зеркала 2, попадал в телескоп 3. Телескоп уменьшал диаметр пучка, согласуя его размеры с модулятором 4. Выходящий из модулятора световой пучок отражался от зеркала 5 и попадал во второй телескоп 15 и 12, расширявший световой пучок и уменьшавший его расходимость. Между компонентами 15 и 12 телескопа было установлено зеркало 11, которое изменяло направление светового пучка. Расширенный вторым телескопом световой пучок направлялся зеркалом 13 на зеркальную грань вращающегося призменного дефлектора 7, установленного на оси электродвигателя. Дефлектор осуществлял развертку светового пятна, сфокусированного зеркально­линзовым объективом 10, в точечно­растровую строку на фотоматериале 9. Для изменения направления выходящего из объектива светового пучка и отклонения его на фотоматериал служила призма 14. Датчиком начала отсчета при записи точечно­растровой строки являлся фотоэлемент 8. Для изменения освещенности в плоскости фотоматериала применялся набор светофильтров 6.

В настоящее время известно более 200 моделей фотовыводных устройств, основу которых составляют сканирующие устройства. Точность и быстродействие работы лазерного сканирующего устройства во многом определяют качество изображения, получаемого на экспонированных фотографических материалах, а также производительность выводного устройства.

Рис. 7. Оптическая схема устройства для вывода сверстанных полос ФЛП 300

Основным признаком, по которому лазерное сканирующее устройство и лазерное выводное устройство в целом относят к тому или иному типу, является схема построения, которая определяет характер размещения и транспортирования экспонируемого материала и способ развертки изображения. Современные лазерные выводные устройства по схеме построения принципиально подразделяются на два основных типа: плоскостной и барабанный.

В плоскостном фотовыводном устройстве материал 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. Фотовыводные устройства, построенные по этой схеме, называют устройствами ролевого или капстанового (англ. capstan — вал) типа (рис. 8).

Рис. 8. Лазерное фотовыводное устройство плоскостного типа

Барабанные фотовыводные устройства подразделяются на устройства, выполненные по технологиям «внутренний барабан» и «внешний барабан». В первом случае экспонируемый материал располагается на внутренней поверхности неподвижного барабана (рис. 9), 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. По окончании записи в фотовыводных устройствах фотоматериал перематывается из сдающей кассеты в приемную.

Рис. 9. Лазерное выводное устройство с «внутренним барабаном»

Во втором случае фотоматериал (листовой) располагается на внешней поверхности непрерывно вращающегося барабана (рис. 10), а развертка изображения осуществляется по вертикали за счет вращения барабана и по горизонтали за счет перемещения оптической системы вдоль образующей барабана.

Рис. 10. Лазерное выводное устройство с «внешним барабаном»

Анализ 200 различных моделей фотовыводных устройств, представленных за последние 10 лет на мировом рынке полиграфического оборудования, показывает, что доля плоскостных устройств в них составляет 50%. При этом доля барабанных устройств, построенных по технологии «внутренний барабан», составляет соответственно 36%, а процент барабанных устройств, построенных по технологии «внешний барабан», — всего 8%.

Основными достоинствами фотовыводных устройств плоскостного (ролевого) типа являются простота конструкции, весьма высокая надежность, низкая цена, а также 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 фотовыводных устройств плоскостного типа обусловлены построением оптической системы, погрешностями изготовления и работы вращающихся многогранных дефлекторов и механизма протяжки фотопленки.

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

Фотовыводные устройства, работающие по принципу «внутреннего барабана», сегодня являются наиболее популярными и позволяют записывать изображение с растром до 305 lpi, обеспечивая повторяемость ±5 мкм по всему формату.

Вследствие многочисленных недостатков и высокой стоимости фотовыводные устройства с внешним барабаном сейчас используются редко, несмотря на то что они позволяют записывать изображение с разрешающей способностью до 50x80 dpi.

Развитие технологии computer­to­plate (CtP), которая предусматривает прямое экспонирование не фотоматериала, а формного материала, привело к тому, что фотовыводные устройства практически больше не производятся и технология фотонабора применяется всё реже.

КомпьюАрт 7'2012