Точка + точка = линия

Максим Синяк

Конструктивные характеристики ФНА

Тип механизма протяжкифотоматериала

Конструкциясистемы развертки

Количествозаписывающих элементов

Источник излучения

Основные параметры ФНА

Размер точки, разрешение и линиатура

Повторяемость

Скорость экспонирования

Формат, максимальная экспонируемая площадь или ширина

Дополнительныепараметры и возможности

Растр и растрирование

Дефлектор

Развертывающее зеркало

Форма растровой точки

Одной из основных стадий в допечатных процессах было и остается получение цветоделенных растрированных фотоформ. И если раньше этот процесс требовал большого объема ручного труда, то сейчас основной упор делается на использование фотонаборных автоматов, мощных растрирующих процессоров и проявочных машин.

В течение длительного времени не только у нас, но и за рубежом велись дискуссии о корректном определении подобных устройств. Чтобы избежать бесплодных споров, воспользуемся наиболее употребляемым термином — будем называть устройство записи изображения на светочувствительный фотоматериал фотонаборным автоматом, или ФНА.

Структурно ФНА делится на три устройства: управляющее, развертывающее и регистрирующее. Управляющее устройство преобразует поступающую с компьютера информацию и вырабатывает сигналы управления развертывающим и регистрирующим устройствами. Развертывающее устройство осуществляет запись точечно-растровых строк на фотоматериале, тогда как регистрирующее производит перемещение фотоматериала.

Конструктивные характеристики ФНА

Как и любое механическое устройство, ФНА обладает рядом конструктивных характеристик, от которых во многом зависит качество конечной продукции.

К этим характеристикам относятся:

• тип механизма протяжки фотоматериала;
• конструкция системы развертки;
• количество записывающих элементов;
• тип источника излучения.

Тип механизма протяжкифотоматериала

Существуют три принципиальные конструкции ФНА, определяющие все остальные их характеристики и возможности. Их различают по типу механизма протяжки фотоматериала (развертки изображения) на плоскую (плоскостную), протяжку по внутреннему барабану (по внутренней поверхности цилиндра) и протяжку по внешнему барабану (по внешней поверхности цилиндра). Помимо этого некоторые компании применяют гибридный тип протяжки — виртуальный барабан. Принцип записи этого типа сочетает достоинства и недостатки как плоской протяжки, так и протяжки по внутреннему барабану.

Плоская протяжка. ФНА с плоской протяжкой фотоматериала являются на сегодняшний день самым дешевым и самым распространенным типом фотонаборных автоматов. В данном случае экспонируется плоско расположенный фотоматериал (рис. 1). При этом развертка лазерного луча по кадру осуществляется за счет непрерывной подачи фотоматериала, а развертка по строке — за счет вращения дефлектора.

Дефлектор — узел, выполненный в виде пирамиды или призмы с зеркальными гранями. Число граней дефлекторов высокопроизводительных ФНА может достигать 36.

Запись осуществляется лазерным источником излучения 1, луч которого проходит через механический затвор 2, собирающую линзу 3, акустооптический модулятор 4, телескопическую систему 8 и попадает на зеркальную призму 10. Отраженный от зеркальной призмы лазерный луч проходит через линзу 9, один из светофильтров, расположенных на турели 11, поляризатор 7 и линзу 14. Затем лазерный луч через перископическую призму 15 и объектив 16 попадает на одну из зеркальных граней вращающегося призменного дефлектора 17. Отраженный от дефлектора луч проходит обратно через объектив 16 и попадает на плоское, а затем на сферическое зеркало 5 и на фотоматериал 12. В качестве датчика начала строки используется фотоприемник 13.

Из-за особенностей конструкции, в частности из-за постоянного механического воздействия на пленку в процессе записи скрытого фотографического изображения, данный тип протяжки обеспечивает самые низкие, по сравнению с другими, показатели качества получаемой продукции. Кроме того, на точность (качество) получаемых фотоформ оказывают влияние температура и влажность окружающей среды. Из-за влияния климатических условий повторяемость записи фотоформ может ухудшаться на 5-8 микрон. Большинство фирм рекомендуют следующие рабочие режимы: температура 17-27 °С и относительная влажность 45-75%.

Достоинством данного типа протяжки является возможность записи материала неограниченной длины (теоретически существует ограничение только по длине пленки в подающей кассете).

Протяжка по внутреннему барабану. При протяжке этого типа фотоматериал закрепляется при помощи создания вакуума на внутренней поверхности цилиндра. Строго говоря, речь идет о части поверхности цилиндра. Ее размер подбирают таким образом, чтобы избавиться от «паразитического» влияния отражения лазерного луча от поверхности фотоматериала и дополнительной подсветки противоположной стороны пленки.

Поддержание вакуума производится путем отвода воздуха через микроканалы на поверхности цилиндра. Запись производится на неподвижный фотоматериал, что обеспечивает высокую точность позиционирования пятна лазера. Вдоль оси барабана поступательно движется каретка, несущая на себе зеркало или призму, которые разворачивают лазерный луч по направляющим цилиндра (рис. 2). В некоторых конструкциях источник излучения и развертывающий механизм устанавливают на одной каретке. В том и другом случае луч лазера направлен строго в определенную точку зеркала. Средняя скорость вращения развертывающего зеркала — около 40 тыс. об./мин.

ФНА с рассматриваемым типом протяжки включает лазерный источник излучения, который вместе с оптической системой расположен на оптической головке 8. Она транспортируется кареткой 9 по направляющей вдоль оси цилиндра 3, установленного на основании 4. При этом лазерный луч 12 за счет вращения зеркальной призмы оптической головки 8 экспонирует фотоматериал 11. Фотоматериал подается на внутреннюю поверхность цилиндра из подающей кассеты 1. Перемотку фотоматериала из кассеты 1 в приемную кассету 7 осуществляют пары транспортирующих валиков 2. Для отрезания экспонированного участка фотоматериала служит гильотинный нож 6. С помощью пробойника 5 осуществляется пробивка штифтовых приводочных отверстий. Для уменьшения вибраций ФНА используют специальные амортизаторы 10.

Одним из основных факторов, обеспечивающих высокое качество получаемых фотоформ, является технология изготовления барабана. Он обычно имеет значительную массу для придания жесткости и стабильности системе. Для того чтобы свести к минимуму вибрацию фотоматериала в процессе записи, барабан закрепляется на специальных демпфирующих опорах.

Протяжка по внешнему барабану. Это, вероятно, самый старый способ закрепления материала и записи изображения. Он восходит к электронным цветоделителям-цветокорректорам, где происходило считывание информации с изображения и одновременно производилась ее обработка и запись на фотоматериал (рис. 3).

Устройства с записью по внешней поверхности цилиндра отличаются от предыдущего типа тем, что экспонируемый материал при помощи вакуумного прижима закрепляется на внешней стороне цилиндра (рис. 4). Запись происходит при вращении цилиндра и одновременном движении луча по направляющей вдоль цилиндра. Оптический путь луча лазера очень короткий и остается постоянным при вращении барабана. Для ускорения развертки вращение барабана производится с высокой скоростью. Во время вращения барабана возникают весьма значительные механические колебания всего ФНА. Для предотвращения негативных явлений, связанных с появлением динамических нагрузок, применяется датчик колебаний, следящий за расстоянием между записывающей головкой и светочувствительным материалом.

Фотоматериал поступает из подающих кассет 2 и 3, благодаря проводящей системе 4, и закрепляется на внешней стороне цилиндра 5 либо механически, либо при помощи вакуума. Запись производится лазерным источником излучения 1. С экономической точки зрения на подобных ФНА лучше всего экспонировать полный формат, нежели отдельные полосы. После записи фотоматериал «снимается» с цилиндра механизмом 6 и в зависимости от используемого процесса попадает в приемную кассету 8 или, благодаря системе разделения 7, направляется в проявочную машину.

Данный тип протяжки фотоматериала позволяет достичь максимального совмещения и получить высокое качество фотоформ формата А1 и выше.

Следует отметить еще одно очень важное различие ФНА с барабанной и плоской типами протяжек. Выводные устройства с плоской протяжкой имеют систему развертки, находящуюся по центру движущейся фотопленки, поэтому, в особенности по краям фотоматериала, возникают незначительные, но сказывающиеся на качестве выводимого материала отклонения в геометрии точки и ее положении. Фотопленка же в барабанных устройствах находится в неподвижном состоянии, и лазерный луч всегда попадет на пленку под прямым углом, что позволяет получать фотоформы высокого качества. В таблицах приведены характеристики некоторых моделей ФНА с различными механизмами протяжки.

Конструкциясистемы развертки

В ФНА для формирования изображения используется принцип растровой записи. При растровой записи лазерный луч последовательно перемещается (разворачивается) по близко расположенным прямым линиям с быстрым переходом от конца одной линии записи к началу следующей. При этом интенсивность лазерного луча модулируется электрическим сигналом.

В общем случае система развертки ФНА состоит из лазера, модулятора лазерного излучения, телескопической системы, дефлектора, фокусирующего объектива, кассеты с механизмом привода, систем синхронизации процесса записи и коррекции пространственного положения лазерного луча, а также электронных модулей обработки информации и управления.

Модуляторы предназначены для управления интенсивностью лазерного луча по принципу «да-нет». Дефлекторы преобразуют неподвижный модулированный световой пучок в одномерный растр. Системы синхронизации осуществляют синхронизацию и коррекцию положения лазерного луча в плоскости изображения. Потребность в системе синхронизации возникает из-за непостоянства скорости движения луча вдоль растровой строки вследствие неизбежности колебаний электрического напряжения, управляющего оптико-механическим дефлектором, износа механических деталей, неточностей в изготовлении отдельных поверхностей зеркальных многогранников и т.д.

Телескопические системы применяются для расширения лазерного пучка и уменьшения его расходимости. Они преобразуют параллельные пучки, входящие в систему, в те же параллельные пучки на выходе из нее. Фокусирующий объектив позволяет изменять диаметр лазерного луча и уменьшать его расходимость.

От качества исполнения развертывающих элементов зависят такие характеристики ФНА, как размер точки и скорость экспонирования.

Количествозаписывающих элементов

В большинстве существующих экспонирующих систем используется всего один записывающий элемент, то есть луч лазера, прошедший через систему развертки, фокусировки и т.д. Но при выводе больших форматов, например 750×1100 мм, для увеличения скорости вывода применяется система, где с помощью набора призм и линз луч лазера разбивается на пучок лучей. После этого экспонирование происходит посредством не одного, а нескольких лучей — шести, восьми и т.д. Например, в ФНА Pagesetter 160 компании Luscher используются 24 лазерных диода, а в Tanto 6120 компании Dainippon Screen для записи информации задействуются 120 лазерных диодов.

Наибольшее распространение метод записи несколькими лучами нашел в технологии «компьютер-печатная форма». Например, автомат Aurora компании Optronics имеет 8, а Platesetter 3244 компании Creo — 480 записывающих элементов.

Однако при применении такого способа записи резко возрастают требования к самому источнику излучения и к оптической системе. Лазер должен быть достаточно мощным и иметь определенные спектральные характеристики, чтобы обеспечивать необходимую устойчивую форму точки на фотоформе. Это необходимо для изготовления качественной печатной продукции.

Источник излучения

При экспонировании фотоматериала качество получаемых фотоформ во многом зависит от типа применяемого лазера.

Различают четыре основных типа источников излучения: светодиоды, полупроводниковые, газовые и твердотельные лазеры. Последние в ФНА практически не применяются, а следовательно, рассматриваться в данной статье не будут.

Применение длинноволновых полупроводниковых и светодиодных источников заметно упрощает схему построения ФНА. Однако эти источники имеют малую мощность, а это приводит к получению «мягкой» точки, площадь которой при копировании на формный материал уменьшается. Длина волны этих лазеров — от 660 нм (красные) до 780 нм (инфракрасные).

Использование мощных газовых коротковолновых или полупроводниковых лазеров с длиной волны от 470 до 650 нм позволяет получать растровую точку с более стабильной характеристикой — «жесткую» точку. У таких точек степень почернения на краях и в центре различаются на очень малую величину. Примером таких источников являются гелий-неоновые (He-Ne) и аргоновые (Ar) лазеры с длиной волны соответственно 650 и 488 нм.

Использование газовых коротковолновых лазеров наряду с положительными имеет и отрицательные стороны. Например, значительно усложняется конструкция ФНА, поскольку необходима специальная система охлаждения, контроля, управления работой и охлаждения лазерного устройства. Это, в свою очередь, резко увеличивает цену ФНА.

Основные параметры ФНА

Описанные выше конструктивные характеристики определяют основные параметры ФНА, по которым оцениваются производительность и качество получаемых фотоформ. К ним можно отнести:

• размер точки, разрешение и линиатура;
• повторяемость;
• скорость экспонирования;
• формат, максимальная экспонируемая площадь или ширина;
• дополнительные параметры и возможности.

Размер точки, разрешение и линиатура

Эти характеристики во многом определяются типом лазера, развертывающими и фокусирующими элементами, а также используемым растрирующим процессором (Raster Image Processor, RIP).

Основной задачей RIP является перевод информации, например о сверстанной полосе издания, в битовую форму. Проще говоря, растрирующий процессор в зависимости от установок линиатуры, углов растрирования и формы растровой точки формирует двухмерную матрицу из элементарных элементов, размер которых в идеале соответствует размеру пятна лазерного луча.

В отношении ФНА употребляются два понятия: линейный или нелинейный. В линейных ФНА математически рассчитанное значение оптической плотности совпадает с реально получаемой на фотоматериале.

Теоретически такое совпадение возможно в случае, если диаметр лазерного луча четко соотносится с установленным разрешением ФНА при выполнении условия:

где RES — разрешающая способность (т./дюйм), а 2,54 — переводной коэффициент из дюймов в сантиметры. При невыполнении этого условия, фотонабор становится нелинейным, то есть для получения необходимого значения оптической плотности необходимо вносить предыскажения в процесс растрирования. Нелинейность тем больше, чем выше несоответствие разрешения вывода с диаметром лазерного луча. Нелинейность приводит к увеличению растровой точки, искажению градационной кривой, потерям времени на линеаризацию (калибровку) ФНА и в конечном счете — к большой вероятности появления брака.

Однако на современном этапе, благодаря повышению вычислительной мощности компьютеров, данная зависимость во многом утратила свой первоначальный смысл. Применяемые алгоритмы растрирования позволяют формировать растровую точку таким образом, чтобы фотонаборный автомат долгое время «удерживал» точку без повторной калибровки.

Существует элементарная математическая зависимость линиатуры получаемого полиграфического растра от разрешающей способности ФНА:

где L — линиатура (лин./см), n — коэффициент, определяемый количеством элементов растровой ячейки (например, при 256 градациях серого n=16, то есть 16×16).

На российском рынке представлены модели ФНА с возможностью изменения диаметра лазерного луча. Это особенно важно для сохранения линейности в процессе работы с несколькими разрешениями при выполнении различных видов работ. Например, при изготовлении фотоформ для бланочной продукции вывод может осуществляется с низкой разрешающей способностью на высокой скорости.

Из всего вышесказанного можно сделать вполне однозначный вывод: чем меньше точка ФНА, тем большую разрешающую способность, а следовательно линиатуру растра, можно получить.

Повторяемость

Повторяемость (при многокрасочной печати) — параметр ФНА, относящийся к механике. На практике он показывает величину расхождения геометрических размеров цветоделенных растрированных фотоформ.

Проконтролировать повторяемость цветоделенных фотоформ можно на монтажном столе путем совмещения приводочных крестов. Максимальная величина расхождения между крестами и будет величиной повторяемости ФНА. Необходимо учитывать, что на процесс получения фотоформ влияет достаточно много факторов: процесс химикофотографической обработки, рабочие условия экспонирования и обработки, а также качество самой пленки. Величину повторяемости в отношении своего оборудования производители указывают, основываясь на результатах стендовых испытаний. Ее значение определяют исходя из точности позиционирования пятна лазера на поверхности материала, что фактически означает погрешность изготовления оптико-механических частей ФНА.

Если цветоделенные пленки будут иметь ошибку порядка 25-40 микрон, то осуществить точную приводку красок при печати будет невозможно, поэтому производители стараются максимально снизить значение ошибки. Это тем более актуально, что полиграфическая продукция все чаще печатается не в четыре, а в большее количество красок.

Лучшей повторяемости удается достичь в устройствах барабанного типа с прецизионным позиционированием лазерного луча. При этом возможна работа с использованием частотно-модулированного растрирования.

Скорость экспонирования

С большой долей уверенности можно сказать, что первое, что спрашивают покупатели при выборе ФНА: какова производительность этого оборудования? В рекламных материалах пользователь может найти лишь цифры физической скорости экспонирования. Не стоит обольщаться увиденными величинами, поскольку существуют такие параметры, как время передачи файла в растровый процессор и время растрирования изображения.

Если время прохождения информации по сети или по интерфейсу, как правило, составляет несколько секунд, то время растрирования изображения — очень неоднозначный параметр. На его значение влияют целый ряд факторов, например объем файла и его внутреннее содержание, формат выводимых фотоформ и мощность самого растрирующего устройства.

Скорость записи (экспонирования) определяется длиной (для ФНА с плоским типом протяжки) или площадью (для ФНА с барабанным типом протяжки) материала, засвеченного лазерным источником излучения в единицу времени. При этом не учитывается время подготовительно-заключительных операций: загрузки пленки, перемотки в приемную кассету, замены фотоматериала.

В значительной степени на скорость оказывает влияние разрешение записи: наибольшее значение скорости достигается при наименьшем значении разрешающей способности, что объясняется в основном оптико-механическими особенностями конструкции ФНА.

Формат, максимальная экспонируемая площадь или ширина

Перечисленные в подзаголовке этого раздела параметры обычно используются при планировании загрузки оборудования и сопоставления производительности различных ФНА.

Большое значение при выборе ФНА играет его формат, но максимальное преимущество перед конкурентами получает тот, кто становится обладателем верно подобранного и правильно сконфигурированного растрового процессора, позволяющего делать электронный спуск полос.

Сейчас ведущие компании разрабатывают свои выводные устройства с таким расчетом, чтобы формат выводимого фотоматериала соответствовал формату популярных моделей печатных машин.

Дополнительныепараметры и возможности

Для повышения конкурентоспособности ФНА компании-производители закладывают в свои изделия возможности расширения, называя это «факультативными параметрами». Подобные расширения увеличивают функциональные возможности оборудования, повышают его технологическую гибкость и удобство эксплуатации.

Одной из важных опций является возможность использования в некоторых моделях специального формного материала, который экспонируется прямо в ФНА, превращая его в устройство «компьютер-печатная форма».

На большинстве ФНА нового поколения, с использованием барабанного типа протяжки материала, установлены системы пробивки штифтовых приводочных отверстий. Это позволяет облегчить длительные и трудоемкие операции ручного совмещения цветоделенных фотоформ. Обычно компании, производящие ФНА, предлагают несколько вариантов пробивки отверстий для различных печатных машин.

В целях сокращения времени изготовления фотоформ многие производители совмещают проявочные машины с выводными узлами ФНА (принцип on-line). Таким образом можно получить полностью проявленные и высушенные фотоформы за один технологический цикл.

КомпьюАрт 4'2002