Эволюция выводных устройств допечатных систем

Ю.Н.Самарин, канд. техн.наук, МГУП

За последние три десятилетия в допечатных процессах произошли значительные изменения, вызванные неуклонно растущим объемом информации, подлежащей репродуцированию полиграфическим способом. Таким образом, основной задачей допечатной техники является сегодня обеспечение потребностей общества в получении текстовой и изобразительной информации при высоком качестве ее воспроизведения.

Еще в 1970 году ученые Баттелевского научно-исследовательского института (США) пришли к выводу, что условием успешного развития полиграфии является внедрение новейших способов электронной обработки информации и использование электронных вычислительных машин для управления как отдельными процессами, так и производством в целом. Примерно в середине 70-х годов в полиграфии, и в первую очередь в сфере допечатного оборудования, стала активно внедряться лазерная технология обработки материалов.

В общем случае проникновение электроники в полиграфическое производство происходило за счет количественного роста и поэтапного качественного изменения ее роли и выполняемых функций.

На первом этапе электроника помогает управлять существующим «классическим» технологическим процессом. Применительно к металлическому строкоотливному набору это означает использование ЭВМ для автоматического управления набором. При этом ЭВМ также берет на себя функции переноса слов. По данным на 1970 год, в Европе для управления набором использовалось около 250 ЭВМ общего и специального назначения. Автоматизация строкоотливного набора позволила увеличить скорость набора до 16 газетных строк в минуту.

На втором этапе электроника уже непосредственно участвует в технологическом процессе, осуществляя часть технологических операций. Примером такого проникновения электроники являются фотонаборные машины. Для хранения комплектов шрифтов в этих машинах служат «вещественные» шрифтоносители, а проецирование знаков на регистрирующий материал и развертка их по строке осуществляются оптико-механическим способом. Электроника используется здесь главным образом для выбора знака и управления развертывающими устройствами (о расчете переноса и выключки можно уже не упоминать, поскольку они остаются общими для всех этапов развития набора). Применение электроники на этом этапе позволяет значительно расширить технологические возможности фотонабора. Появляется возможность дальнейшего увеличения скорости набора.

В первые годы развития фотонабора использование электроники для осуществления части технологических операций является прогрессивным направлением. Однако со временем оно, как показал анализ развития фотонаборных машин, исчерпывает свои возможности. Увеличение скорости набора либо приводит к ограничению технологических возможностей машины (например, к малому числу одновременно используемых комплектов шрифтов, к невозможности смешивания в строке шрифтов различных гарнитур и кеглей, к малому формату набора, к малому диапазону кеглей и т.д.) либо, при сохранении достаточно широких технологических возможностей, — к резкому увеличению стоимости фотонаборной машины. При этом все равно не удается осуществлять набор со скоростью более 100 знаков в секунду. Все эти недостатки электронно-механического фотонабора и невозможность дальнейшего его развития в таких областях, как верстка изображения с включением в текст различных оформительских элементов и штриховых и тоновых изображений, обусловили необходимость перехода к следующему этапу использования электроники.

Основные технические параметры различных типов фотонаборных машин

На третьем этапе электроника выполняет основные операции технологического процесса. Обусловленный этим качественный скачок устраняет ограничения предыдущего этапа и открывает широкие возможности для дальнейшего развития технологии набора. В фотонаборной технике этому этапу соответствует появление высокоскоростных электронных фотонаборных систем, основными признаками которых являются электронная генерация знаков (и любого изображения вообще) и электронный вывод изображения на экран электронно-лучевой трубки.

Наиболее существенно на качество фотоформы и на ее размеры влияли такие параметры ЭЛТ, как разрешающая способность и минимальный диаметр пятна. Качественный набор книжно-журнальной продукции обеспечивали трубки с диаметром пятна 20-25 мкм и разрешением около 10 тыс. линий на экран. Фотонаборные автоматы с меньшей линиатурой развертки применялись в основном для набора газет.

Применение электронного кодирования изображения обусловило возможность автоматического использования огромного числа гарнитур шрифтов, поскольку плотность записи информации очень велика, а ввод информации о шрифтах в оперативную память занимает доли секунды. С развитием средств передачи информации и созданием банков данных вся информация о шрифтах может храниться в одном месте и по мере необходимости передаваться потребителям по каналам связи. Комплектование систем электронного фотонабора устройствами для сканирования изображения позволяет оперативно вводить в память системы информацию об изображении любых добавочных знаков, оформительских элементов или штриховых и тоновых иллюстраций.

Скорость вывода информации во всех моделях электронных фотонаборных систем с электронной генерацией знаков превышает 300 знаков в секунду, а в отдельных моделях достигает нескольких тысяч знаков в секунду. С удешевлением малогабаритных ЭВМ экономичность электронных фотонаборных систем быстро возрастала.

Наступление третьего этапа «электронизации» полиграфии привело к появлению ряда принципиально новых технологических возможностей, позволяющих объединить полиграфические процессы в систему получения, обработки и передачи информации. На этом этапе уже четко прослеживался системный подход к решению технологических задач. Само название «система электронного фотонабора», принятое в то время, отражает тот факт, что технологический процесс фотонабора выполняется с помощью ряда технически и технологически стыкующихся между собой устройств-модулей, объединенных в единую систему. Огромным преимуществом модульного принципа конструирования оборудования является возможность варьировать в широких пределах целевую направленность системы в соответствии с потребностями каждого потребителя или в зависимости от изменяющихся условий производства. Многие системы фотонабора, созданные в 70-е годы, позволяли на основе базового варианта, состоящего из двух-трех единиц оборудования и предназначенного для простого текстового набора небольшого формата и с малым числом гарнитур шрифтов, создавать системы, включающие десять и более модулей и обеспечивающие выполнение широкого круга технологических задач.

Широкое использование электроники, в том числе ЭЛТ, в качестве источника света, а также цифрового способа представления и хранения шрифтов позволило заметно расширить такие наиболее важные характеристики фотонаборных устройств, как ассортимент и кегельность шрифтов для одновременного набора, максимальный формат набора и производительность.

В таблице приведены основные технические параметры, характеризующие различные типы фотонаборных автоматов. Для каждого типа автоматов даны не только диапазоны возможных значений технического параметра, но и средние значения, полученные при рассмотрении характеристик практически всех известных моделей фотонаборных автоматов (6 оптико-механических, 41 электронно-механический, 8 электронно-лучевых с вещественным и 43 — с цифровым шрифтоносителем).

Дальнейшее развитие фотонаборных автоматов требовало применения источников света большей интенсив ности, чем у ЭЛТ. Такими источниками света стали лазеры. Первые лазерные фотонаборные автоматы «Лазеркомп» были выпущены фирмой «Монотайп» уже в середине 1970-х годов, а в начале 1980-х уже около 40 зарубежных фирм выпускали различные по своим характеристикам лазерные фотовыводные устройства. По-скольку лазерные фотонаборные автоматы записывали изображение не позначно, как автоматы предыдущих поколений, а поэлементно — в виде точечно-растровых строк, то термин «фотонабор» стал все чаще заменяться в литературе и в разговорной практике специалистов термином «фотовывод».

Применение маломощных (до 10 мВт) газовых и полупроводниковых лазеров в сочетании с цифровыми методами представления, хранения и обработки текстовой и изобразительной информации обеспечило возможность записи фотоформ форматом газетной полосы (А2) и даже полноформатного печатного листа с большой производительностью и высоким разрешением. Применение лазеров с мощностью излучения от 0,1 до 20-30 Вт и создание новых светочувствительных и термочувствительных материалов сделало реальной и практически осуществимой запись печатных форм для офсетной, высокой, флексографской и даже глубокой печати в формовыводных устройствах или непосредственно на формных цилиндрах печатных машин.

Анализ развития выводных устройств для изготовления фотографических и печатных форм показывает, что их усовершенствование шло по следующим направлениям: повышение скорости записи изображения и производительности выводных устройств; расширение технологических возможностей выводных устройств; повышение производительности процесса обработки текстовой и изобразительной информации для ее вывода из системы допечатной подготовки изданий. Эти направления развития выводных устройств во многом взаимосвязаны и разрабатываются параллельно. Конечной их целью было повышение производительности процесса изготовления печатной формы.

Развитие выводных устройств с целью повышения их производительности связано с поиском новых, более эффективных средств и методов выполнения таких технологических операций, как хранение информации о шрифтовых знаках, поиск знака для его вывода, масштабирование знака, развертка знака по строке, экспонирование фотографического или формного материала.

В развитии средств и методов хранения информации о шрифтах прослеживается тенденция к переходу от применения индивидуальных вещественных шрифтоносителей в оптико-механических машинах к групповым вещественным шрифтоносителям в электронно-механических и некоторых электронно-лучевых фотонаборных автоматах, а затем — к цифровым шрифтоносителям в электронно-лучевых и лазерных выводных устройствах (рис. 1). При создании цифровых шрифтоносителей первоначально используется метод кодирования знаков в виде серии длин черных и белых отрезков вдоль линий сканирования, а впоследствии — методы представления информации о начертании знаков в виде векторов, кривых второго и третьего порядка, аппроксимирующих контур знака. Эта тенденция привела к повышению производительности фотонаборных автоматов за счет сокращения времени поиска знака и вывода его на главную оптическую ось для экспонирования. При этом для каждого нового поколения шрифтоносителей использовались более прогрессивные методы поиска знаков (рис. 2). Применение цифровых шрифтоносителей позволило осуществить цифровой поиск информации о начертании шрифтовых знаков и сократило его время, которое стало зависеть от быстродействия ЭВМ и его запоминающих устройств.

Развитие средств и методов масштабирования изображения знаков следует тенденции перехода от оптического к электронному, а в дальнейшем — к цифровому способу (рис. 3). Оптическое масштабирование, применяемое в оптико-механических и электронно-механических фотонаборных машинах и автоматах, требовало дополнительных затрат времени при смене кегля набора, который выполнялся установкой на оптической оси других объективов или перемещением вдоль оси элементов оптической системы. Переход к электронному способу масштабирования (резистивному или частотному) в электронно-лучевых фотонаборных автоматах значительно сократил время, необходимое для смены кегля набора, но требовал применения прецизионных электронных устройств изменения электрического напряжения отклонения электронного луча или частоты генерации изображения. При этом чем больше возможных кеглей набора было в автомате, тем сложнее были сами эти электронные устройства. Цифровой способ масштабирования, который используется в лазерных выводных устройствах, реализуется в ЭВМ и заключается в пересчете координат характерных точек контура знака. Этот пересчет выполняется с большой скоростью. Цифровой способ масштабирования позволяет использовать практически неограниченное количество кеглей набора.

В развитии средств и методов развертки изображения знаков по строке наблюдается тенденция перехода от оптико-механической к электронно-механической познаковой развертке, затем — к электронно-механической и электронной микрорастровой, а впоследствии — к электронно-механической строчнорастровой развертке (рис. 4). Оптико-механическая развертка, реализованная в оптико-механических фотонаборных машинах, вследствие инерционности механических устройств занимала значительное время. Электронно-механическая познаковая и зонная развертка осуществлялась за счет перемещения или вращения оптических элементов и сокращала время вывода. В настоящее время применяется электронно-механическая строчнорастровая развертка, позволяющая сформировать методом сканирования изображение шрифтовых знаков и иллюстраций из точечно-растровых строк в пределах всего формата выводного устройства.

Одним из наиболее важных направлений развития выводных устройств в плане повышения их производительности является поиск эффективных средств экспонирования (источников света и методов его модуляции) фотографического, а впоследствии и формного материала (рис. 5). В оптико-механических фотонаборных машинах в качестве источников света использовались лампы накаливания, а модуляция светового потока при экспонировании фотоматериала осуществлялась с помощью механических или электромеханических фотозатворов. Частота модуляции света этими затворами не превышала 100 Гц. В электронно-механических фотонаборных автоматах применялись импульсные лампы, управлявшиеся электронными устройствами. Возможность модуляции света в этом случае достигала порядка тысячи поджигов лампы в секунду (1000 Гц), что позволило увеличить скорость фотографирования. Использование ЭЛТ высокого разрешения в электронно-лучевых фотонаборных автоматах позволило управлять записью микрорастрового изображения с частотой модуляции светового пятна на экране 2-4 МГц, а концентрация светового потока в пятно малого размера дала возможность уменьшить время экспонирования. Тем самым достигалась очень высокая скорость синтеза знаков на экране ЭЛТ и соответственно на фотоматериале. Еще большей, чем ЭЛТ, интенсивностью светового излучения обладают лазеры. Использование маломощных газовых лазеров в фотовыводных устройствах, благодаря высокой интенсивности экспонирующего излучения и его модуляции с частотой порядка 100 МГц электрооптическими или акустооптическими модуляторами, позволило записывать широкоформатное изображение на фотоматериал с высокой скоростью. Широкое применение в фотовыводных устройствах нашли сегодня полупроводниковые лазеры (лазерные диоды), модуляция излучения которых не требует специальных устройств — модуляторов и осуществляется подачей тока возбуждения с частотой того же порядка. Для записи изображения на формную пластину в формовыводных устройствах применяют мощные газовые, твердотельные или полупроводниковые лазеры, генерирующие излучение в видимой или инфракрасной области спектра.

Развитие средств и методов выполнения основных технологических операций обеспечило при создании каждого нового типа выводных устройств повышение производительности по сравнению с предшествующим типом устройств. На рис. 6 представлена диаграмма значений средней скорости записи фотографического или формного материала, выраженная в размере экспонируемой площади материала в секунду, оптико-механических (ОМ ФНА), электронно-механических (ЭМ ФНА), электронно-лучевых с вещественным шрифтоносителем (ЭЛВ ФНА) и электронно-лучевых с цифровым шрифтоносителем (ЭЛЦ ФНА) фотонаборных автоматов, а также в лазерных выводных устройствах (ЛВУ) для изготовления фотографических и печатных форм, в том числе в печатных машинах (ЦПМ). Из диаграммы видно, как повышается скорость записи у каждого нового поколения фотонаборных автоматов. Скорость записи лазерных фотовыводных устройств примерно в три раза меньше, чем электронно-лучевых фотонаборных автоматов с цифровым шрифтоносителем, а производительность процесса вывода выше. Это объясняется тем, что лазерные фотовыводные устройства имеют больший формат и обладают возможностью записи текста совместно с иллюстрациями. Такая запись фотоматериала исключает из общего процесса изготовления печатной формы трудоемкую операцию ручного монтажа, занимающую больше времени, чем сам вывод изображения. Кроме того, современные лазерные фотовыводные устройства агрегатируются с проявочной машиной для фотохимической обработки экспонированного фотоматериала. При этом сокращается межоперационное время между выводом и проявкой. Лазерные формовыводные устройства, обладающие мощными источниками излучения, в среднем записывают изображение быстрее, чем фотовыводные. При этом производительность процесса изготовления печатных форм значительно выше не только за счет скорости записи, но и за счет устранения операции копирования фотоформы и межоперационных затрат времени. Запись изображения на формном цилиндре печатных машин осуществляется, как правило, с меньшей скоростью, чем в формовыводных устройствах. Однако в этом случае устраняются межоперационные затраты времени на транспортирование, установку формы в печатной машине, а также сокращается время приладки.

Расширение технологических возможностей выводных устройств в процессе их развития также имело целью повышение общей производительности процессов изготовления фотографических и печатных форм. Это достигалось путем устранения ручных операций по монтажу полноформатных фотоформ из диапозитивов, содержащих текст и иллюстрации, а также операций по их изготовлению. В конечном счете создание широкоформатных формовыводных устройств сделало ненужной операцию изготовления фотоформ. Развитие технологических возможностей выводных устройств сначала шло по пути увеличения ассортимента знаков и шрифтов для одновременного набора и кегля набора, затем — использования единого (цифрового) способа представления текстового и графического изображения и наконец — записи формных материалов. Одновременно с этим расширялись форматные возможности выводных устройств — от вывода отдельной фотогранки или книжной полосы до полноформатного печатного листа.

Повышение производительности выводных устройств требовало разработки новых технологических и программных методов, эффективных алгоритмов обработки текстовой и изобразительной информации с целью подготовки для вывода изображения, полностью идентичного будущему печатному оттиску. Эта задача решалась во взаимосвязи с развитием способов записи и возможностей выводных устройств в процессе создания систем допечатной подготовки изданий, автоматизирующих основные операции по обработке текстовой и изобразительной информации.

КомпьюАрт 12'2004