5 . Электронное оборудование для изготовления фотографических и печатных форм

5.1. Общие сведения

Увеличение объема цветной продукции и децентрализация печати газет способствовали быстрому развитию электронного оборудования: электронных цветоделительных машин, электрон­ных аппаратов для факсимильной передачи фотоформ газетных полос, электронного оборудования для монтажа цветных изобра­жений, а также электронных установок для непосредственного изготовления форм плоской и глубокой печати.

Широкое внедрение электронных установок для изготовле­ния иллюстрационных фотоформ показало, что они обладают существенными преимуществами и обеспечивают резкое сниже­ние стоимости печатных форм, сокращение длительности процес­са их изготовления, нормализацию формного производства, уве­личение его гибкости и маневренности, а также улучшение культуры производства. В процессе дальнейшего развития элек­тронные установки будут брать на себя все большую долю фото­репродукционного процесса и в недалеком будущем, по-видимо­му, полностью его заменят. Электронные установки совместно с лазерными устройствами позволят сразу получать печатную форму, минуя фоторепродукционные процессы. В настоящее же время электронное оборудование наиболее широко применяется при изготовлении цветоделенных иллюстрационных фотоформ.

Современный технологический процесс цветного репродуци­рования должен удовлетворять следующим основным требование ям: обеспечивать высокую производительность и надежность работы и вместе с тем иметь достаточную гибкость для быстрого, оперативного изменения параметров системы и качественной оценки их с целью получения оптимальной цветной репродукции с любого оригинала.

Применяемые на большинстве отечественных предприятий для изготовления откорректированных цветоделенных фотоформ способы фотомеханической корректуры путем одно- и двухсту­пенчатого фотомеханического маскирования удовлетворить этим требованиям полностью не могут, поскольку они основаны на многооперационном процессе цветокоррекции и требуют боль­ших затрат времени. Кроме того, необходимость в ряде случаев изготовления дополнительных масок, ограниченные пределы характеристических кривых фотоматериалов, трудности точного совмещения масок с основным изображением, неточность фото­процесса и ряд других причин не позволяют практически исполь-

зовать все потенциальные возможности фотомеханического маскирования. Поэтому для получения требуемого качества цве­токоррекции неизбежна дополнительная ручная ретушь, которая требует больших затрат времени и стоит очень дорого.

Наиболее полно вышеуказанным требованиям отвечают по­лучившие в последнее время большое развитие электронные цветоделительные машины. На этих машинах полностью откор­ректированные цветоделенные фотоформы изготавливаются не­посредственно с оригинала за одну операцию (не считая после­дующего проявления) и за очень короткое время.

Рис. 5.1. Принцип изготовления печатных форм с помощью электронных методов

В отличие от всех других способов, использующих репродук­ционную цветоделительную съемку, в цветоделительной машине изображение корректируется не все сразу, а поэлементно. Это обстоятельство и наличие регулировочной и измерительной аппаратуры позволяют при проведении цветокоррекции опера­тивно и выборочно влиять на передачу сюжетно важных цветов и тем самым учитывать особенности конкретного оригинала и требования издательства к его воспроизведению.

Все современные модели электронных цветоделительных машин построены по единой принципиальной схеме (рис. 5.1) и содержат следующие основные узлы: анализирующее устройство / (АУ)_у синтезирующее устройство 3 (СУ), электронный блок 2 (Э£), стол или цилиндр для закрепления оригинала и формного материала, а также устройство синхронизации движения 4 (УС).

112

из

В общем случае электронные установки, предназначенные для изготовления фотоформ или непосредственно печатных форм, имеют аналогичные принципиальные схемы построения. В основу работы этих установок положен принцип сканирования (развертки) световым лучом полиграфического оригинала.

Сканирование преследует две основные цели: 1) считывание информации об оптической плотности иллюстрационных ориги­налов и 2) запись на светочувствительном материале (фотоплен­ке или формной пластине) изображения, откорректированного с учетом требований полиграфического печатного процесса.

По принципу действия СУ подразделяют на:

механические гравировальные устройства;

термомеханические гравировальные устройства;

устройства для воспроизведения электронным или лазерным лучом;

фотографические устройства точечного экспонирования, про­дукцией которых могут быть полутоновые или растровые изо­бражения, откорректированные цветоделенные изображения.

При сканировании иллюстрационного оригинала оптическое устройство концентрирует свет на поверхности J оригинала (рис. 5.1). Освещаемая поверхность больше, чем сканирующее пятно. В пределах сканирующего пятна производится интеграция яркости. Разрешающая способность зависит от величины развер­тывающего элемента (РЭ).

Сканирование производится построчно. Оригинал и обраба­тываемый формный материал закрепляются на цилиндре либо на плоском столе. При неизменном масштабе воспроизведения (1:1) сканирующая (анализирующая) и синтезирующие систе­мы размещаются, как правило, на единой оси или на общей на­правляющей. Изменение масштаба обеспечивается тем, что РЭ и воспроизводящий инструмент синтезирующего устройства за одно и то же время проходят различный путь.

5.2. Анализ оригинала

Любой оригинал может быть представлен в виде совокуп­ности элементов, отличающихся между собой по яркости и цвету или коэффициенту отражения (оптической плотности). Размер такого элемента должен быть достаточно малым, чтобы разре­шающая способность зрительного анализатора не замечала не­равномерности яркости в пределах отдельно взятого элемента, а также всего изображения, представляющего собой дискретную структуру. С помощью развертывающего элемента производится выделение площадки для электронно-оптического преобразова-

114

ния. В любой момент времени электронно-оптические преобразо­вания свет — сигнал и сигнал — свет (электроимпульс) произ­водятся в пределах одного элемента разложения.

Я, (а)

1.0

^диаф

В качестве РЭ могут быть использованы тонкий световой или лазерный луч, сфокусированный электронный пучок, а также отверстие (диафрагма). Основными параметрами РЭ являются формы, размеры и функция прозрачно­ сти (рис. 5.2, а). Функция прозрачности ■ _а /?(а, р) для отверстия прямоугольной формы определяется по формуле

(5.1)

0,5

я=.

2h_D

-Л ° <Ъ а

*-^2ьр-Ч

где (Тдиаф — площадь отверстия диафраг­мы; о — площадь освещенной части диафрагмы.

Рис. 5.2. Прямоугольный развертывающий элемент

формы, его функция

От размера РЭ и функции прозрач­ности /?(<х, р) (координаты отсчитывают-ся от центра РЭ) зависит разрешающая способность анализирущего и синтези­рующего устройств. Если в качестве РЭ применяется отверстие прямоугольной прозрачности равна (рис. 5.2, а, б):

-£_р<а<Ь_р

_А_р<р<А_р;

— b_p>a>b_p

-/i_p>p>/?_p.

(5.2)

/?(а, Р)= 1,0 при /? (а, Р)=0 при

Ha практике известны три способа построения светооптиче-ских систем формирования растрового элемента:

совмещение физической апертуры (диафрагмы) с изображе­нием;

проецирование диафрагмы на изображение;

проецирование изображения на диафрагму.

Наиболее распространен третий способ формирования раст­рового элемента. На рис. 5.3 изображена схема оптической системы с выделением растрового элемента на оптическом изо­бражении оригинала. Конденсор 2 образует на анализируемом оригинале 3 изображение осветителя ). Объектив 4 проецирует освещенный фрагмент изображения на полевую диафрагму 5, Которая формирует растровый элемент. Форма сканирующего пятна соответствует форме диафрагмы, а его размеры связаны

115

(5.3)

с размерами диафрагмы и линейным увеличением объектива 4 соотношением:

& = -2L и h

V

где b и h — размеры растрового элемента; V — линейное увеличение объектива;

fop и ftp — размеры сторон и диафрагмы.

Возможность применения диафрагм малых размеров и боль­ших увеличений проецируемого на нее изображения позволяет получить более высокое пространственное разрешение по срав-

ФЭУ

Гт\

Рис. 5.3. Светооптическая система АУ

нению с первыми двумя способами. Этот способ также выгодно отличается от других возможностью визуального контроля ска­нирующей диафрагмы и изображения в процессе анализа.

Для преобразования двухмерной функции распределения яркости или оптической плотности в электрический сигнал — одномерную функцию времени — необходима развертка — после­довательное во времени перемещение РЭ по определенному за­кону. Законы разверток отличаются между собой по виду траек­тории центра РЭ (прямолинейные, криволинейные) и по скоро­сти движения РЭ (с постоянной или переменной скоростью). Наиболее широкое применение в системах переработки изобра­жений (СПИ) получили прямолинейные растровые развертки с постоянной скоростью.

116

В настоящее время в зависимости от вида анализируемых изображений применяют неуправляемую, функциональную или управляемую развертку.

При сканировании управляемым прямоугольным растром параметры развертки (шаг сканирования, размер растр-элемента и скорость) не изменяются в процессе анализа изображения. Этот метод развертки является наиболее простым и характери­зуется универсальностью щля решения широкого класса задач по анализу изображений.

Функциональное сканирование предусматривает перемеще­ние РЭ по определенному закону, например сканирование по прямой с определенным углом наклона, сканирование по окруж­ности, по спирали или другой кривой. Этот метод более сложен для реализации и обладает меньшей универсальностью.

Управляемая развертка осуществляется с переменным ша­гом, и все параметры развертки не постоянны, а могут изме­няться в процессе анализа изображения. Этот метод позволяет осуществить на отдельных, наиболее информативных участках изображения режим микросканирования, т. е. режим с более высоким пространственным разрешением и скоростью фотоме-трирования.

Требования к развертке. В зависимости от линиатуры синте­за и масштаба репродуцирования развертке подвергается N эле­ментов оригинала. Развертка должна производиться с минималь­ной потерей времени на холостые ходы. Увеличение этого вре­мени приводит к потере четкости воспроизводимого изображе­ния. Скорость развертки должна быть постоянной, так как в противном случае возможны искажения изображения. Развертка при анализе и синтезе должна производиться по одинаковому закону, но при этом значения линейных скоростей могут значи­тельно отличаться между собой в зависимости от масштаба репродуцирования.

Развертка определяет последовательность во времени про­цессов анализ-а и синтеза изображений. Эти процессы должны быть синхронными. Однако прежде чем рассмотреть вопросы синхронизации разверток, целесообразно проанализировать осо­бенности построчной развертки, применяемой в электронных ус­тановках (системах) переработки изображений.

Пусть анализируемое изображение вписывается в прямо­угольную рамку с размерами В и Н (рис. 5.4). Размеры развер­тывающего элемента соответственно 2Ь_Р и 2/i_p, и в начале цикла развертки он находится, например, в верхнем левом углу. Сово­купность элементов изображения, пройденных РЭ в направлении °си #, называется строкой. По достижении правой границы изо­бражения РЭ мгновенно возвращается к левому краю и одно-

117

Ъ'иг

в ременно смещается вниз по оси у на величину б, называемую шагом развертки. Шаг развертки б —это расстояние между центрами двух соседних строк в направлении оси у. После сме­щения на шаг б производится развертка следующей строки и т д Если строки плотно прилегают друг к другу, то б=2Л_р. Как правило, форма РЭ принимается квадратной и тогда 8=2Ь_Р=

0	2Ьр			в,		тх
^pJ"	Грэ"
						*, t
	(—--
					(5
	—			_Н—*~Ux
:Н, Л/	к
\	r.t

= 2/г_р. Это обеспечивает одина­ковую четкость в направлении осей х и у.

Число элементов в строке определяется выражением

tf.= -f- (5.4)

где В — длина строки.

Если время развертки Т_Ху то скорость и частота строчной развертки будут:

(5.5)

Рис. 5.4. Построчная прямолинейная развертка

(5.6)

F_r=-L-

В направлении оси у осуществляется кадровая развертка. На высоте изображения Я укладываются N_y элементов или но­минальное число строк разложения:

N„=H/6=Z. (5.7)

Скорость и частота кадровой развертки в зависимости от времени развертки кадра равна

v„=H/T_y; (5.8)

F_V = \IT„. (5.9)

Периоды и частоты кадровой и строчной разверток связаны ^соотношениями:

T_y = Z.T_x и F_x = ZF_y. (5.10)

Результирующая скорость движения РЭ определяется выра­жением

(5.11)

v = Vvl+v*.

Развертка вдоль строки осуществляется всегда с большей скоростью, чем кадровая, и поэтому при Z> 1 можно считать

vczv*

118

5.3. Способы развертки оригинала

Принципиальные схемы разверток. Узлы сканирования дол­жны удовлетворять следующим основным требованиям:

обладать высокой скоростью перемещения луча по полю изображения;

иметь минимальный размер растрового элемента формируе­мого изображения;

Сигнал

обеспечивать минимальные координатные погрешности, воз­никающие в развертке при сканировании изображения и опреде­ляющие резкость задаваемых и реализуемых разверткой коорди­нат положения растр-элемента на изображении;

с=/ ориг||инал f( . zA

Кадр ^-У_у

Рис. 5.5. Оптико-механический способ раз­вертки (барабанная развертка)

иметь большую яркость источника излучения;

обеспечивать стабильность светового потока источника из­лучения.

В электронных устройствах по переработке изображений применяют три основных способа развертки: оптико-механиче­ский, электронно-механический и электронный. В каждом из этих способов развертка может быть осуществлена перемещени­ем оригинала относительно неподвижного РЭ или, наоборот, пе­ремещением РЭ относительно неподвижного оригинала.

В полиграфии наиболее широко применяются оптико-меха­нические развертки, в которых осуществляется механическое перемещение РЭ вдоль строки (по оси х) ив направлении кадра (по оси у).

Сущность оптико-механического способа развертки наибо­лее удобно рассмотреть на примере барабанной развертки, имею­щей широкое применение. Анализируемый оригинал (рис. 5.5)

119>

укрепляют на барабане 1, вращающемся с постоянной скоростью п. Один оборот барабана соответствует времени развертки одной строки. Освещение элементарной площадки оригинала осущест­вляет источник света 3 через конденсор 2. Объектив 6 проециру­ет освещенный элемент на плоскость полевой диафрагмы 5 ко­торая и формирует РЭ. Форма и размер РЭ определяется поле­вой диафрагмой 5 и зависит от линиатуры синтеза.

Рис. 5.6. Плоскостная развертка с качающимся зеркалом

Рис. 5.7. Оптическая схема анализирующего устройства с лазером

света 3 отражается от неподвижного зеркала 8 и оптической системой 4 проецируется на качающееся зеркало. Это зеркало имеет специальный привод, который обеспечивает поворот его на определенный угол. Отраженный от качающегося зеркала световой поток освещает оригинал 6, укрепленный на «бесконеч­ной» ленте 7. После этого отраженный от оригинала свет снова попадает на качающееся зеркало 5 и оптическая система 4 про­ецирует элемент развертки в плоскость полевой диафрагмы 2. При качании зеркала осуществляется развертка по строке и све­товой поток, соответствующий одному элементу разложения, по­падает в ФЭУ /. Отраженный от оригинала свет проходит через небольшое отверстие в неподвижном зеркале 8.

П од линиатурой анализа и синтеза понимается количество линий развертки, приходящихся на 1 мм изображения. Линиа-тура, или плотность развертки, определяется по формуле

L = l/6; (5.12)

где б — размер РЭ, мм.

Через диафрагму 5 световой поток, соответствующий одно­му элементу разложения, попадает на фотоэлектронный умно­житель (ФЭУ) 4, который преобразует отраженный световой по­ток в электрический сигнал.

За один оборот барабана анализируется одна строка. К на­чалу следующего оборота барабан с оригиналом или осветитель с лампой при помощи ходового винта перемещается вдоль обра­зующей на ширину строки. При барабанной развертке, как пра­вило, след от РЭ на оригинале представляет собой винтовую линию. Таким образом, развертка в направлении вращения ба­рабана является разверткой по строке, а вдоль образующей — кадровой разверткой.

В плоскостной развертке (рис. 5.6), как правило, используют качающееся зеркало. В этом случае световой поток от источника

Период качания зеркала соответствует развертке одной строки. Кадровая развертка осуществляется механическим дви­жением «бесконечной» ленты.

Недостатком таких систем является необходимость введения специального устройства в оптическую систему для компенсации расфокусировки изображения в плоскости диафрагмы при край­ них положениях качающегося зеркала. ¹

При сканировании штриховых изображений, высоколиниа-турных растровых иллюстраций возникает проблема получения интенсивного светового потока, обеспечивающего необходимое соотношение сигнал — помеха в нагрузке фотопреобразователя. В этом случае в системах сканирования целесообразно приме­нять лазерные устройства. На рис. 5.7 приведена схема анали­зирующего устройства с лазером. Оптическая система из сфери­ческих 2 и цилиндрических 7 линз формирует луч лазера 1 почти круглого сечения. Развертка осуществляется с помощью двух зеркальных гальванометров: 4 — в вертикальном направлении и 3 — в горизонтальном направлении. Отраженный от оригинала свет зеркалом 5 направляется на фотопреобразователь 6.

121

120

для анализирующего устройства

_^--ъ-ъ

-а

Основные соотношения для барабанной развертки. Разме­ры элементарного участка, выделяемого при анализе оригинала, определяются величиной деталей, различаемых глазом. Иссле­дования разрешающей способности глаза показали, что две мельчайшие точки, находящиеся на расстоянии 0,1 мм друг от друга, являются предельно разрешимыми. Поэтому в электрон­ных цветоделительных машинах при воспроизведении оригина­лов в натуральную величину за минимальную принята линиатура разложения изображения, равная 100 лин/см.

Практика показала, что высокое качество изображения мо­жет быть получено со значительно меньшими линиатурами — 54, 60 и 80 лин/см. Такие линиатуры применяются для высо­кокачественного репродуцирования при иллюстрационной печати.

В случае же обеспечения больших увеличений необходимо увеличивать линиатуру разложения (анализа) изображения. Ли­ниатура анализа изображения является функцией линиатуры синтеза и величины изменения формата фотоформ:

L^L_C'V₉ (5.13)

где V—коэффициент изменения масштаба.

В существующих машинах применяется несколько фиксиро­ванных линиатур развертки, перекрывающих диапазоны масшта­ба. В зависимости от линиатуры развертки анализирующая си­стема выделяет на оригинале элементарные участки разных диа­метров.

Линиатура анализа L_a, лин/см Диаметр РЭ, мкм

100 100 200 50

400 25

800 12,5

В случае формирования РЭ при помощи диафрагмы ее раз­мер определяется по формуле

Я^и.сА.э, (5.14)

где dp. _э — диаметр РЭ, в мм; V_u. с — коэффициент увеличения изображающего объектива.

Требуемые линиатуры синтеза и анализа обеспечиваются установкой соответствующих скоростей перемещения анализи­рующего и синтезирующего устройств. Величины этих скоростей определяются, исходя из того, чтобы шаги этих перемещений были равны:

122

для синтезирующего устройства

^с * L

t_v--. (5.16)

При вращении цилиндров со скоростью п (об/мин) скорости перемещения анализирующего и синтезирующего устройств бу­дут равны:

t_a х П 1 П

V»

*а.у '

60 6 L_CV ф_Л7^

to v П 1 П

60 6 L_c

Линейные скорости анализа и_а и синтеза v_c при прочих равных условиях зависят от диаметров цилиндра оригиналодер-жателя D_op и цилиндра, несущего фотоматериал £ф, и могут быть определены как

v=, ^nD°*ⁿ и у = ^л°^фП. (5.18)

60 ^с 60

Скорость синтеза v_c зависит от продольного (вдоль строки) размера записывающего элемента, максимальной его яркости и чувствительности примененного фотоматериала. В различных моделях машин эта скорость находится в пределах 3—6 м/с. Скорость анализа v_a зависит от скорости синтеза v_c и масштаба репродукции V_u который определяется как

^=-52-=-?!*-. (5.19)

op

v_a D₍

Масштаб V\ определяет изменение размеров репродукции по отношению к оригиналу только в продольном направлении (т. е. в направлении развертки). Масштаб V₂, определяющий изменение размеров репродукции в поперечном направлении (т. е. перпендикулярно направлению развертки), зависит от ско­ростей и_а. у и у_с. у перемещения анализирующего и синтезирую­щего устройств и определяется как

V_e==i!Ј^ = iЈi.=-^JL. (5.20)

^иа.у ^а.у ^с.у

Для обеспечения нормальной репродукции должно быть со­блюдено равенство: Vi = V₂, так как в противном случае воспро-

123

изводимое изображение будет трансформировано (растянуто или сжато в каком-либо направлении).

В наиболее совершенных моделях цветоделительных машин диапазон изменения масштаба репродукции находится в преде­лах от двукратного уменьшения до двадцатикратного увели-чения.

Анализирующее устройство электронных установок выпол­няет последовательное освещение и выделение на оригинале элементарного участка (так называемого развертываемого или сканируемого элемента), воспринимает информацию о средней плотности и цвете деталей оригинала, лежащих в пределах этого участка, разделяет эту информацию на цветовые компоненты, т. е. все, что относится к операции цветоделения и превращения этой информации в электрические сигналы. Кроме того, для вы­полнения операции искусственного повышения визуальной четко­сти изображения анализирующее устройство одновременно с первым выделяет на оригинале второй дополнительный развер­тывающий элемент, размеры которого в 2—3 раза больше пер­вого.

Анализирующее устройство состоит из осветительной, изо­бражающей и цветоделительной систем, фотоприемников и уст­ройства для визуального наблюдения выделяемого участка ори­гинала.

Осветительная система создает на оригинале освещенное пятно, внутри которого изображающая система выделяет раз­вертывающие элементы (основной и дополнительный). Световая энергия, отраженная от этих элементов (или прошедшая сквозь них), подвергается необходимым цветоделительным преобразо­ваниям и проецируется на катоды фотоумножителей. В процессе анализа развертывающие элементы двигаются по оригиналу. При этом на фотоумножитель попадают потоки, величина которых изменяется во времени в зависимости от средней плотности и цвета тех элементов оригинала, которые в данный момент нахо­дятся в пределах развертывающих элементов. В соответствии с величинами изменяющихся световых потоков фотоумножители вырабатывают электрические сигналы, которые усиливаются и корректируются электронным блоком и в дальнейшем управля­ют работой синтезирующего устройства.

В цветоделительных машинах применяются анализирующие устройства, в которых развертывающий элемент выделяется не на самом оригинале, а на его оптическом изображении. Такая система (рис. 5.8) устроена и работает следующим образом.

Репродуцируемый оригинал 6 (прозрачный или непрозрач­ный) закрепляют на наружной поверхности прозрачного цилин­дра 5 с помощью липкой ленты. Для освещения прозрачных ори-124

г иналов используется осветительная система, расположенная внутри цилиндра и состоящая из источника света 1 (ламп нака­ливания с точечным светящимся телом), конденсоров 2, 4 и зер­кала 3. Конденсор 2 с необходимым увеличением проецирует светящееся тело лампы 1 в зрачок конденсора 4_У полностью за­полняя его светом. Зеркало 3 поворачивает оптическую ось си­стемы для обеспечения рациональной конструктивной компонов­ки. Конденсор 4 с большим уменьшением проецирует рав­номерно освещенный зрачок конденсора 2 на рабочую по­верхность оригинала, образуя на ней световое пятно. Исполь­зование оптики в осветитель­ной системе позволяет сосре­доточить большое количество световой энергии на освещае­мом участке оригинала и обес­печить равномерное ее распре­деление по площади этого участка.

^-»

Рис.