Плоскостные экспонирующие устройства типа capstan.

Фотовыводные устройства.

Для получения скрытого фотографического изображения текста и растрированных иллюстраций в допечатных процессах по технологии Computer-to-Film применяются фотовыводные устройства (ФВУ). В современных фотовыводных устройствах для формирования изображения используется принцип сканирования световым лучом, сфокусированным на плоскости фотоматериала в пятно малого размера.

Основным признаком, по которому фотовыводные устройства относят к тому или иному типу, является схема построения, которая определяет характер размещения и транспортирования фотоматериала и способ развертки изображения. В настоящее время лазерные фотовыводные устройства 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. Фотовыводные устройства, построенные по этой схеме, называются устройствами ролевого или капстанового (англ. capstan — вал) типа.
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. ФВУ, построенные по этой схеме, относятся к типу устройств с внутренним барабаном.
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 фотовыводные устройства относятся к ФВУ с внешним барабаном.

Растрирование.

Если рассмотреть отпечатанную черно-белую иллюстрацию через увеличительное стекло, то мы увидим, что иллюстрация состоит из точек разного диаметра, которые равноудалены друг от друга. Процесс перевода изображения в набор таких точек называется растрированием, а устройства, которые это делают, — растровыми процессорами. Зачастую это обычные персональные компьютеры, на которых устанавливается программа растрирования.

Растровый процессор – это вычислительное устройство, которое подготавливает изображение для вывода на реальный носитель с помощью фотовывода. Это вычислительное устройство может быть специализированное и тогда говорят об аппаратном RIPе. Или может быть сформировано на основе универсальной вычислительной технике и выполнять свои функции используя программные средства. Которые могут изменяться – тогда говорят о программном RIPе. В растровый процессор цифровые файлы поступают в форматах PS, EPS, TIFF, PDF.

После того как растровый процессор превратит иллюстрацию в набор точек, или, как говорят, отрастрирует изображение и сохранит его на жестком диске, можно производить запись этой отрастрированной иллюстрации на фотопленку. Точки, которые называются растровыми, имеют разный диаметр. Это необходимо для передачи различных оттенков черного цвета, или, как еще говорят, полутонов серого. Естественно, чем темнее оттенок черного, тем большего диаметра должна быть черная точка. Логично, что чем больше полутонов изображения можно записать на фотопленку, тем лучшее качество иллюстрации мы получим при печати и тем больше она будет соответствовать оригиналу.

Однако особенности языка PostScript, который используют для работы с многими выводными устройствами и, в частности, с фотовыводными устройствами, позволяют передать только 256 оттенков, или градаций. Поэтому растровая точка максимально может иметь 256 вариантов своего размера.

Создание растровой точки. Давайте представим себе, что мы создали шаблон из прозрачной пленки, который расчертили в виде мелкой сетки — как миллиметровую бумагу. Если мы теперь выделим на этой сетке квадрат со стороной в 16 клеточек, то мы получим область, в которой будет находиться 256 маленьких клеточек. Зачерняя (засвечивая на ФВУ) определенное количество клеточек в этой области, возможно создать 256 вариантов размера растровой точки. Маленький квадратик будем называть растровой ячейкой, а квадрат из 16 ячеек по горизонтали и 16 ячеек по вертикали будем называть суперячейкой. Записывая в ячейку микроточку, мы можем сформировать из микроточек растровую точку нужного нам размера.

Теперь представьте, что этот прозрачный шаблон мы наложили на нашу иллюстрацию и замерили значение полутона иллюстрации для каждой области, эквивалентной по размеру суперячейке. На самом деле, поскольку мы работаем с компьютерной формой иллюстрации, представленной в цифровой форме, то эти значения уже посчитаны и известны. Разбив весь диапазон имеющихся значений на 256 градаций, мы получим возможность адекватно отобразить иллюстрацию в виде набора растровых точек разного размера. Это и есть процесс растрирования, который осуществляет растровый процессор. Конечно, здесь мы его представили весьма схематично, но, чтобы понять основной принцип растрирования, этого достаточно.

Чтобы изображение передалось как можно четче и достовернее, логично стараться сделать шаг ячейки как можно меньше. Поскольку микроточка записывается на пленку выводным устройством, то шаг ячейки должен соответствовать способности ФВУ адресовать луч, которым производится засветка фотопленки. Такая характеристика у фотовывдного устройства называется разрешающей способностью. Все современные фотовывдные устройства имеют несколько переключаемых состояний, позволяющих изменять разрешающую способность.

Какой должна быть разрешающая способность, чтобы изображение при печати получилось четкое и качественное? Прежде чем ответить на этот вопрос, придется ввести еще одно понятие. Свойство человеческого глаза воспринимать напечатанное растрированное изображение таково, что оно вполне нормально воспринимается как целостное, если расстояние между растровыми точками (точнее между центрами растровых точек, поскольку точки могут быть разного диаметра) не превышает 250-300 микрон. В полиграфии считают количество строк, или линий растровых точек, на единицу длины, и называется такой параметр линиатурой растра. В России линиатуру растра принято считать в линиях на сантиметр, на Западе — в линиях на дюйм. Итак, теперь мы можем сказать, что для нормального воспроизведения полутоновых иллюстраций линиатура растра должна быть не менее 40 линий на сантиметр, или приблизительно 100 линий на дюйм. Следует заметить, что некоторое исключение составляет газетное производство, где линиатура, как правило, ниже, но этот недостаток вызван свойствами газетной бумаги. При производстве журналов и другой качественной черно-белой и цветной продукции используют линиатуру растра 60-70-80 линий на сантиметр.

Поскольку разрешающую способность фотовыводных устройств обычно дают в точках на дюймах — DPI (Dots Per Inch), а линиатуру растра в LPI (Lines Per Inch), то формула может быть представлена в следующем виде:

DPI²/LPI² = количество полутонов.

Допустим, что мы хотим отпечатать журнал с линиатурой растра 60 лин/см, что приблизительно равно 150 лин/дюйм, и, естественно, иметь 256 полутонов. Тогда, подставив цифры в формулу, получим, что разрешающая способность ФВУ должна быть равна 2400 точек/дюйм.

Источника света.

В качестве источника света в настоящее время в фотовыводных устройствах используется лазер. Основными достоинствами лазерного источника света, которые играют определяющую роль в применении его для записи изображения в ФВУ, 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 ФВУ в зависимости от используемого типа лазера и конструкции оптической системы сканирующее световое пятно имеет размеры от 5,2 до 40 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 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 фотовыводных устройствах достигает более 40 000 об/мин. При этом за один оборот дефлектора записывается одна или несколько (по числу отражающих граней) точечно-растровых строк изображения.

В фотовыводных устройствах используются газовые и полупроводниковые лазеры — лазерные диоды. В качестве газовых лазеров применяются аргонионные (Ar ⁺) и гелий-неоновые (Не-Nе), которые имеют достаточно короткую длину волны — 488 и 633 нм соответственно. Из полупроводниковых лазеров в современных ФВУ 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 ФВУ 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 ФВУ, 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.

Фотовыводные устройства.

Для получения скрытого фотографического изображения текста и растрированных иллюстраций в допечатных процессах по технологии Computer-to-Film применяются фотовыводные устройства (ФВУ). В современных фотовыводных устройствах для формирования изображения используется принцип сканирования световым лучом, сфокусированным на плоскости фотоматериала в пятно малого размера.

Основным признаком, по которому фотовыводные устройства относят к тому или иному типу, является схема построения, которая определяет характер размещения и транспортирования фотоматериала и способ развертки изображения. В настоящее время лазерные фотовыводные устройства 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. Фотовыводные устройства, построенные по этой схеме, называются устройствами ролевого или капстанового (англ. capstan — вал) типа.
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. ФВУ, построенные по этой схеме, относятся к типу устройств с внутренним барабаном.
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 фотовыводные устройства относятся к ФВУ с внешним барабаном.

Плоскостные экспонирующие устройства типа capstan.

Схема оптической системы экспонирующих устройств типа capstan основана на использовании многогранного дефлектора, обеспечивающего развертку модулированного лазерного луча в горизонтальной плоскости. Управление световым потоком в соответствии с изображением, которое должно быть получено на пленке (модуляция), осуществляется либо перекрытием светового потока быстродействующим оптоэлектронным прибором — модулятором, либо прямым включением/выключением источника света (в случае использования лазерных диодов). Быстродействие модуляторов и (в меньшей степени) частота вращения многогранного зеркала являются основными факторами, ограничивающими увеличение скорости записи для этого класса аппаратов.

 

Для обеспечения линейности развертки в тракт лазерного луча вносится специальная корректирующая линза. После вращающегося многогранного зеркала перемещение лазерного луча происходит по линейному закону «угол поворота пропорционален времени», а перемещение следа лазерного луча — 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 нелинейность развертки требует компенсации за счет применения линзы специальной формы. Качество ее изготовления наряду с геометрическими параметрами тракта развертки лазерного луча определяет такую важную характеристику капстановых машин, как нелинейность развертки.

Система транспортировки пленки в отличие от других типов выводных устройств, выполняет дополнительную функцию — обеспечение второго направления развертки. Тракт протяжки пленки в машинах типа capstan должен обеспечивать пошаговое продвижение пленки по отношению к оптической системе. Величина шага зависит от разрешения и составляет 0,008-0,02 мм. Наличие проскальзывания между пленкой и приводными валами приводит к искажениям изображения и несовпадению между двумя экземплярами одной и той же работы, проявляющимся как отклонение размеров в направлении движения пленки. Для минимизации этих искажений в более сложных моделях выводных устройств используются специальные фрикционные материалы для поверхностей приводных валов, системы стабилизации натяжения фотоматериала и усилия прижима. Несмотря на это, система транспортировки материала рассматриваемых машин является наиболее простой и весьма долговечной, в ней содержится минимальное количество прецизионных элементов, что обеспечивает относительно низкую стоимость всей системы.

Как правило, в машинах типа capstan используется одна сменная подающая кассета, позволяющая загружать фотоматериал разной ширины. Экспонированная пленка либо помещается в приемную кассету для последующего проявления в режиме offline, либо образует петлю в специальном буфере и после обрезки передается в проявочный процессор. В последнем случае выводное устройство не может начать следующий сеанс экспонирования, пока полностью не освободит выходной буфер. Для ускорения выгрузки пленки в проявочный процессор может использоваться вспомогательный буфер-контейнер, обеспечивающий быструю выгрузку экспонированной пленки и записывающего устройства и относительно медленную подачу ее в проявочную машину. Использование буферизации позволяет поднять общую производительность системы в 1,2-1,7 раза. Разрешение для машин этого класса невелико и составляет 1000-2500 dpi (лучших моделей — 3000 dpi).