Фотонаборные автоматы
Введение
Фотонабор - процесс изготовления
фотоформ (в виде диапозитивов или
негативов) полос печатных изданий
для последующего изготовления печатных
форм. Выполняется с помощью
История фотонабора началась в 1898 году с предложения У. Фризе-Грина вместо набора литер изготавливать шрифтовые символы с помощью фотографии и травления. В 1944 году во Франции была создана первая фотонаборная машина. К 1950 году наблюдается серийное производство фотонаборных машин. Оборудование совершенствуется, технологические возможности расширяются.
Ранее существовали выводные устройства, которые были способны выводить только текстовую информацию, - на английском языке они назывались typesetter (дословно «шрифтонаборное устройство»). В русском варианте появился термин «фотонаборный автомат». С разработкой языка PostScript появились выводные устройства, способные выводить совместно и текст, и полутоновые изображения. Таким устройствам на западе дали новое название «imagesetter» (дословно «устройство для вывода изображений»). В отечественной же терминологии продолжали и продолжают до сих пор пользоваться термином «фотонаборный автомат».
Главной и единственной задачей ФНА является запись (экспонирование) на фотоплёнку предварительно отрастрированного изображения. В качестве записывающего элемента в ФНА используется лазерный источник света.
- Классификация фотонаборных автоматов
Основным признаком, по которому фотонаборные автоматы относят к тому или иному типу, является схема построения, которая определяет характер размещения и транспортирования фотоматериала и способ развертки изображения. В настоящее время лазерные фотонаборные автоматы имеют три принципиально разные схемы построения:
- ролевое или капстановое
- с внутренним барабаном
- с внешним барабаном
По типу лазера ФНА можно разделить на:
- устройства с газовыми лазерами
- твердотельными
- полупроводниковыми (лазерными диодами).
Тип лазера определяется в основном физико-химическими свойствами и чувствительностью экспонируемых материалов. В устройствах используются следующие типы лазерных источников света:
- аргон-ионный (Ar+) голубой лазер с длиной волны 488 нм;
- гелий-неоновый (He-Ne) красный лазер с длиной волны 633 нм;
- полупроводниковый красный лазер (IR) с длиной волны 635, 650, 660, 670 нм;
- полупроводниковый инфракрасный лазер (IR) с длиной волны 780, 830, 1050, 1064 нм;
- твердотельный зеленый лазер на иттрий-алюминиевом гранате с двойной частотой (FD:YAG) с длиной волны 532 нм;
- твердотельный лазер на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (ND:YAG) с длиной волны 1064 нм;
- полупроводниковый фиолетовый лазер (IR) с длиной волны 400-410 нм;
Чаще всего используются полупроводниковые лазеры. Это объясняется следующими достоинствами:
1. Миниатюрностью: теоретическая минимальная длина резонатора близка к 10 мкм, а площадь его поперечного сечения
2. Высоким КПД преобразования
энергии накачки в излучение,
приближающимся у лучших
3. Удобством управления:
низкие напряжения и токи
Полупроводниковым лазерам присущи и определенные недостатки, из них принципиальными можно считать следующие:
1. Невысокая когерентность излучения (в сравнении, например, с газовыми лазерами.
2.Большая угловая расходимость.
3. Эллиптический астигматизм.
4.резкое уменьшение мощности излучения при повышении температуры.
В устройствах для изготовления флексографских печатных форм и форм глубокой печати методом прямой возгонки формного материала могут применяться мощные СО2-лазеры с длиной волны 10,6 мкм. Но широкое применение СО2-лазеров для выпуска высококачественной продукции невозможно. Дело в том, что при длине волны излучения 10,6 мкм его практически невозможно сфокусировать в пятно диаметром меньше 50 мкм, а следовательно, устойчивое воспроизведение элементов размером 15-20 мкм оказывается проблематичным.
Известны выводные устройства, в которых используется несколько одинаковых лазеров для записи изображения. Например, в фотовыводном устройстве FujiFilm Luxel F9000 может быть установлено от одного до трех лазеров.
- Капстановые ФНА
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 (Рис. 1.1.1).
Рис. 1.1.1. Лазерное фотонаборное устройство плоскостного типа.
Положение четырех страниц формата А4 при экспонировании с помощью ФНА капстанового типа всегда «книжное» .
Основными достоинствами ФНА капстанового типа являются простота конструкции, достаточно высокая надежность, низкая цена. К другим достоинствам этих фотонаборных автоматов можно отнести 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 ФНА капстанового типа обусловлены построением оптической системы, погрешностями изготовления и работы вращающихся многогранных дефлекторов и механизма протяжки фотопленки.
Оптические системы в лазерных фотонаборных автоматах с плоскостной разверткой, т.е. в автоматах капстанового типа, в зависимости от взаимного расположения фокусирующего объектива и развертывающего изображение дефлектора бывают двух типов: с послеобъективной и дообъективной разверткой.
Системы с послеобъективной разверткой характеризуются малогабаритными объективами простой конструкции, так как всегда работают в параксиальной области и требуют корректировки лишь сферической аберрации. Трудность в использовании этого типа оптической системы в капстановых ФНА заключается в криволинейности поля изображения точечно-растровой строки, что требует дополнительных средств для компенсации этой криволинейности. При записи изображения на плоском поле погрешность, связанная с этим, может быть сведена к минимуму применением объектива с очень большим передним рабочим отрезком, что приведет к значительному увеличению протяженности оптической системы. Наибольшее распространение получил метод компенсации криволинейности поля изображения с помощью дополнительных зеркал или линз. В связи со сложностью конструкции оптической системы послеобъективная развертка редко используется в ФНА капстанового типа, но широко применяется в фотонаборных автоматах, где фотоматериал располагается на внутренней поверхности барабана.
Системы с дообъективной разверткой наиболее часто применяются в ФНА с плоским расположением фотоматериала. Эти системы имеют сложные многокомпонентные линзовые или зеркально-линзовые объективы, обеспечивающие телецентрический ход лучей. Сложность их конструкции объясняется необходимостью компенсировать внеосевые аберрации, поскольку объективы работают в широких наклонных пучках лучей, особенно при использовании дефлекторов с большим углом отклонения. Такие объективы компенсируют криволинейность поля изображения линии растра и неравномерность скорости движения луча вдоль растровой строки. В системах с дообъективной разверткой вследствие того, что лазерный луч попадает в фокусирующий объектив под разными углами в процессе сканирования, сканирующее пятно имеет разную форму: по краям формата записи - эллиптическую, а в центре - круглую. Это в свою очередь сказывается на качестве изображения.
Для поддержания межстрочного расстояния с высокой точностью в капстановых фотонаборных автоматах приходится применять исключительно прецизионные дефлекторы, процесс изготовления которых является очень сложным. Кроме того, как бы точно ни был изготовлен дефлектор, при его эксплуатации изнашиваются опоры вращения вала, что приводит к неизбежному биению оси вращения дефлектора. Поэтому для обеспечения нечувствительности процесса сканирования к угловым ошибкам дефлекторов, т.е. к малым отклонениям зеркальных граней дефлекторов от заданного положения, во многих ФНА применяются специальные системы коррекции пространственного положения луча. Простейшие из этих систем основаны на использовании цилиндрической или тороидальной оптики.
Привод протяжки пленки в фотонаборных автоматах капстанового типа, в которых используются приводные барабаны или лентопротяжные валики, должен обеспечивать пошаговое продвижение пленки по отношению к оптической системе. Каждому пробегу лазерного луча «поперек» пленки соответствует ее сдвиг на один шаг «вдоль». Величина шага зависит от разрешения и составляет 0,005-0,02 мм. Проскальзывание между пленкой и приводными валами приводит к искажениям изображения и несовпадению между двумя экземплярами одной и той же работы, проявляющемуся как отклонение размеров в направлении движения пленки.
Для уменьшения этих искажений используют специальные фрикционные материалы для поверхностей приводных валов, системы стабилизации натяжения фотоматериала и усилия прижима.
Фотонаборные устройства типа «капстан» можно охарактеризовать как простые и экономичные устройства для выпуска продукции, не требующей высокой линиатуры (152-200 lpi), при средней производительности. Основным недостатком капстановых выводных устройств является относительно низкая повторяемость (40-50 мкм для наиболее простых моделей, 25 мкм для высокоточных).
- ФНА с внутренним барабаном
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 (Рис.1.2.1).
Рис. 1.2.1.Лазерное фотонаборное устройство с «внутренним барабаном»
Фотонаборные автоматы, работающие по принципу «внутренний барабан», сегодня являются наиболее популярными . Автоматы работают следующим образом. Пленка из подающей кассеты поступает на внутреннюю поверхность полого полубарабана. Там пленка фиксируется при помощи вакуумной системы, создающей разрежение на барабане под пленкой (так, например, сделано в автомате Herkules Pro), или системы механических прижимных валов.
Вакуумная система фиксации фотоматериала с точки зрения качества позиционирования предпочтительнее, чем механическая. Она обеспечивает очень плотное прилегание фотоматериала по всей поверхности внутреннего барабана, но является узлом с большей вероятностью отказа, чем механическая система. Ставить тот или иной тип системы фиксации в соответствие с форматом вывода представляется необоснованным. Например, в автоматах фирмы Heidelberg Prepress ФНА Quasar формата 52 см имеет механическую систему фиксации. Herkules Pro формата 74 см - вакуумную, а самый большой в этом ряду Signasetter формата 102 см также оснащен механической системой.
После размещения и фиксации фотоматериала на внутреннем барабане лазер и оптическая система, расположенные на каретке точно на оси барабана, перемещаются вдоль этой оси. При этом модулированный лазерный луч отклоняется поперек направления движения при помощи вращающейся призмы. После экспонирования фиксация пленки снимается и материал протягивается, поступая в приемную кассету.
Привод вращения сканирующей
призмы осуществляется электродвигателем,
который также расположен на каретке.
В большинстве последних
Способ передвижения источника света вдоль оси барабана имеет разные технические реализации. Например, каретка с лазерным источником перемещается вдоль специальных направляющих на магнитной подвеске или механическим червячным приводом.
Важным обстоятельством при записи изображения является то, что расстояние от сканирующей призмы до фотоматериала всегда постоянно, так как луч находится в центре цилиндра и попадает на пленку под углом 90°, следовательно, геометрия пятна всегда идеальна и представляет собой окружность.
Одной из проблем автоматов с внутренним барабаном является высокая точность его изготовления, которая должна быть обеспечена в пределах 2 мкм, и точность в соосности барабана с оптической осью, вдоль которой перемещается каретка с лазером.
При работе ФНА этого типа необходимо также обеспечить его работу без световых бликов, что означает устранение возможности экспонирования на пленке отраженного от поверхности барабана луча, при котором возникает наведенная засветка материала. Можно для этого применять барабан с ограниченным углом разворота, но это уменьшает достижимый формат экспонирования.
Фотонаборные автоматы с внутренним барабаном позволяют записывать изображение с растром до 305 lpi и обеспечивают повторяемость ±5 мкм по всему формату.
- ФНА с внешним барабаном
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 (Рис.1.3.1)
В зависимости от конструкции
барабанного ФНА положение
В фотонаборных автоматах с внешним барабаном фотопленка закрепляется на поверхности барабана эмульсией наружу. В процессе записи барабан вращается и фотопленка экспонируется лазерным лучом, направленным по нормали к поверхности барабана и перемещающимся параллельно его оси .
Рис.1.3.1.. Лазерное фотонаборное устройство с «внешним барабаном»
В современных ФНА с
внешним барабаном практикуется
многолучевая запись изображения, когда
одновременно экспонируется несколько
(шесть, восемь, двенадцать и более)
рядом расположенных точечно-
ФНА с внешним барабаном экспонируют лист фотопленки, длина которого точно равна длине окружности барабана. Это исключает возможность последовательного вывода изображений небольшого формата, что снижает гибкость использования такого устройства. Кроме того, пленка на барабане фиксируется вакуумной системой. С учетом большой частоты вращения барабана такая система является узлом повышенного риска отказов. К тому же фиксация пленки на внешнем барабане - процесс довольно длительный. Действительно, пленку нужно отмотать из кассеты (или подать лист из кассеты, если автомат листовой), обрезать ее по требуемой длине, пропустить вокруг барабана, обжать ее, включить вакуумный прижим и зафиксировать пленку, привести барабан в исходную позицию. Лишь после этого можно начинать экспонирование. Снятие пленки с барабана также требует определенного времени. Все это приводит к тому, что при чрезвычайно высокой скорости собственно экспонирования фотонаборные автоматы с внешним барабаном по производительности несколько уступают автоматам с внутренним барабаном.
При кажущейся простоте внешнего барабана он довольно сложен и дорогостоящ по следующим причинам:
- Чтобы разместить лист фотопленки, например формата А2 (420х588 мм), диаметр барабана должен быть не менее 135 мм. На самом деле его диаметр больше. Кроме того, требуется подвести вакуумную систему и обеспечить ее работу во время вращения барабана.
- Чтобы обеспечить требуемую скорость записи, необходимо вращение барабана с достаточно большой скоростью. Раскрутить тяжелый барабан и удерживать стабильную высокую скорость не так просто. Нужен мощный двигатель, появляются очень высокие требования к подшипникам и распределению массы барабана с целью избежания его биения. Сама конструкция должна быть тяжелой и устойчивой.
- При вращении барабана пленка стремится сорваться с поверхности барабана и необходим вакуум, чтобы прочно удерживать ее на месте.
- Поскольку перед записью пленка должна быть порезана на листы, то ее дальнейшее хранение в специальных кассетах и проявление из таких кассет приносит дополнительные неудобства по сравнению с рулонной пленкой.
При использовании многолучевой записи в ФНА с внешним барабаном удается снизить частоту его вращения и избежать вышеперечисленных проблем, однако усложняется управление пучком лазерных лучей. Это связано с невозможностью обеспечить одинаковую интенсивность всех лучей, что приводит к некоторой неоднородности получаемого изображения, которую можно обнаружить при снижении оптической плотности на экспонированной фотопленке до 3,2-3,4 D. Достоинство у ФНА с внешним барабаном всего одно - источник света находится очень близко к фотоматериалу и луч всегда попадает на него под углом 90°. Естественно, геометрия записываемой точки и ее «жесткость» практически идеальные.
Ввиду большого количества
недостатков и высокой
- Основные технические характеристики ФНА
Основными техническими характеристиками фотонаборных автоматов являются формат записи, разрешение и размер пятна, линиатура растра, повторяемость, скорость записи.
2.1.Формат
Различают максимальный формат и формат экспонирования. Этот параметр ФНА должен соответствовать формату используемой печатной машины или перекрывать его. В ином случае придется применять ручной монтаж пленки, что для цветной печати приведет к снижению ее качества.
2.2.Разрешение и размер точки
Под разрешением (разрешающей способностью) понимается количество точек, воспроизводимых лазерным лучом, на единицу длины (обычно на дюйм) фотоматериала. Поскольку запись лазерным лучом связана с синхронизацией движения либо пленки, либо развертки луча, разрешающая способность не может плавно изменяться. Все ФНА имеют несколько фиксированных значений разрешающей способности. Эти фиксированные значения все производители фотонаборных автоматов делают приблизительно одинаковыми, поскольку они должны удовлетворять требованиям теории растрирования. Вот наиболее часто встречающиеся значения: 1270, 1693, 2032, 2540, 3387, 4064, 5080 dpi. Используются и другие значения разрешения, например 1219, 1372, 2400, 2438 и т.д. Разрешение во многом определяется конструкцией сканирующей и оптической систем, применяемым лазером и программным обеспечением. Использование специальных алгоритмов растрирования и различных программно-аппаратных усовершенствований, предлагаемых производителями, во многих случаях позволяет обеспечить достаточно хорошее качество при разрешении 2400 dpi. Разрешение выше 2400 позволяет достичь высокого результата при более высоких линиатурах растра, которые во многих странах считаются стандартом.
Идеально, если бы диаметр
точки (пятна) изменялся при каждом
изменении разрешающей
Как правило, все ФНА с внутренним барабаном имеют несколько переключаемых размеров точки. Чтобы достичь этого, требуется усложнять механизм и оптическую систему ФНА. Поэтому хотя размер точки и изменяется, он не всегда соответствует идеально требуемому. Более дешевые и простые ФНА капстанового типа имеют всего один или два размера точки.
2.3.Линиатура растра
Этот параметр в большинстве случаев характеризует не сам фотонаборный автомат, а растровый процессор. Диапазон допустимых линиатур, как правило, жестко связан с разрешением (если разрешение составляет r dpi, то линиатура растра Lin = r/16 lpi). Исключения возможны как в сторону чрезмерного увеличения линиатуры за счет использования «запланированной нелинейности», так и путем простого ограничения допустимой линиатуры.
Практически требования к линиатуре определяются характером печатной продукции. Для журнальной продукции линиатура обычно составляет 133-150, реже 175 lpi, для рекламной иногда достигает 200 lpi. Следует заметить, что предел различимости растровой структуры оттиска невооруженным глазом находится на уровне 200 lpi.
2.4.Повторяемость
При изготовлении пленок для последующей цветной печати производится растрирование и вывод на ФНА четырех цветоделенных пленок для голубой, пурпурной, желтой и черной краски. Как правило, все четыре цвета выводятся последовательно друг за другом. Естественно, при печати совокупность цветных растровых точек должна правильно передать изображение. Если происходит довольно сильное смещение, то изображение теряет правильную цветопередачу и геометрические размеры.
Повторяемость характеризуют максимальным несовмещением точек по формату на определенном количестве подряд выведенных фотоформ. Современные фотонаборные автоматы имеют очень хорошие показатели по этому параметру. Например, у барабанных ФНА практически стандартом стало значение ± 5 мкм, а у ФНА капстанового типа этот параметр находится в пределах 25-40 мкм.
2.5.Скорость записи
Все современные автоматы обладают очень высокой скоростью записи растрированного изображения, которая зависит от конструкции (частота вращения дефлектора, скорость перемещения фотоматериала или записывающей головки) и используемого для вывода значения разрешения. Чем больше значение разрешения, тем меньше скорость записи. Скорость записи выражают в количестве сантиметров экспонированного фотоматериала максимальной ширины для конкретного ФНА в минуту (см/мин).
3.Пример фотонаборного автомата(DRYSETTER)
Фотонаборный автомат DrySetter реализует так называемую «сухую» технологию вывода пленок. С его применением из процесса создания цветоделенных пленок исключаются какие бы то ни было химические реактивы. Помимо экологических преимуществ этот автомат отличают еще и высокие технические параметры.
Принцип функционирования автомата DrySetter в значительной мере напоминает работу Herkules Pro. Рулонный материал, чувствительный к инфракрасному излучению, располагается по внутренней поверхности барабана, по оси которого движется лазер с отклоняющей призмой и ряд за рядом экспонирует материал (Рис.3.1,а).
Материал состоит из четырех слоев: полиэстровой основы, слоя угольного порошка, чувствительного к лазеру слоя и прозрачной защитной пленки. После экспонирования на участках, засвеченных лазером, угольный порошок прилипает к верхней защитной пленке. На неэкспонированных участках порошок остается прикрепленным к основе (рис. 3.2 ). Комплекс DrySetter состоит из двух устройств - экспонирующего автомата и отделителя/ламинатора (рис. 3.1, б ).
Рис. 3.1. Принципиальные схемы: а - фотонаборного автомата DrySetter; б - отделителя/ламинатора
По кинематике такой комплекс напоминает фотонаборный автомат с проявочной машиной типа on-line. После экспонирования по конвейеру материал попадает в отделитель/ламинатор, в котором он и разделяется на две части, затем основа с оставшимся порошком покрывается защитной ламинирующей пленкой. Фотоформа готова.
Рис. 3.2. Схема «сухого» процесса получения фотоформ
Помимо экологической
чистоты «сухой» процесс
Уникальная пленка для «сухой» технологии Dry Film разработана фирмой Polaroid Graphics Imaging. Помимо Dry Film для работы также необходима и специальная защитная пленка, используемая в ламинаторе.
Заключение
Появление на рубеже 80-х годов прошлого века фотонаборных автоматов для производства цветоделенных фотоформ привело к качественному скачку в полиграфической отрасли, на порядок возросли: качество, скорость, удобство, простота. Выводные устройства первых поколений, предназначенные для работы на фотоматериале, были ориентированы на текстовый сигнал и соответственно назывались фотонаборными автоматами (ФНА). Интеграция средств обработки текста и иллюстраций привела к появлению фотовыводных устройств, формирующих на фотоматериале растровое изображение полосы издания в целом, содержащей как текст так и иллюстрации, но в специальной литературе и полиграфической практике за ними осталось старое название – ФНА. В допечатной стадии классического полиграфического процесса, основанного на создании промежуточных растровых изображений на фотопленке (растровых фотоформ), ФНА в комплексе с растровым процессором (RIP) занимает ключевое место. От качества работы ФНА зависят основные параметры полиграфического оттиска.Они бывают капстановые, с внутреннем и внешним барабаном.
Несмотря на то, что большинство производителей отказалось от выпуска фотонаборных автоматов, они до сих пор являются составной частью полиграфического производства.
- Фотонный и фононный газы
- Фотообои в интерьере
- Фотопериодическая реакция
- Фотоприемные устройства
- Фотопроводимость
- Фоторегуляторные и фотодеструктивные процессы в биологических средах
- Фотосинтез
- Фотоколориметрический метод анализа
- Фотоколориметрлік талдау әдістері
- Фотолитография
- Фотометрический метод
- Фотометрический метод анализа. Фотометрия
- Фотометрический метод анализа. Фотометрия
- Фотометр планшетный
