5.8. Принципиальная схема ана­лизирующего устройства

Для освещения непрозрач­ ных оригиналов используется источник света 23, который конденсором 24 проецируется на плоскость оригинала. Тре­ буемая равномерность освеще­ ния обеспечивается в этом слу- зае за счет некоторой расфоку­ сировки системы, которая на­ блюдается вследствие непер­ пендикулярности плоскости оригинала к оптической оси

конденсора, а иногда и производится специально. Величина и равномерность освещения непрозрачных оригиналов могут быть повышены за счет использования одновременно нескольких (до четырех) осветительных систем, установленных с разных сторон, что практически и имеет место в различных моделях цветодели­тельных машин.

Освещенный на оригинале участок объективом 7 изобража­ющей системы проецируется на плоскость полевой диафрагмы 20 К Диафрагма 20 меньше изображения светового пятна в ее

125

¹ Диафрагма 20 называется полевой потому, что она ограничивает поле изображения в отличие от устанавливаемых внутри объектива апертурных диафрагм, которые ограничивают величину светового потока.

п лоскости, поэтому через нее проходит световая энергия, отра­женная не от всего освещенного участка оригинала, а только от некоторой его центральной части, которая и является разверты­вающим элементом. Форма выделяемого развертывающего эле­мента определяется формой полевой диафрагмы, размеры же его (dp. а)— размерами диафрагмы и масштабом изображающей системы Vu. с, т. е. увеличением, с которым работает объектив 7. Размеры развертывающего элемента (d_v. _э) зависят от ли-ниатуры анализа L_a и соответственно от шага анализирующего устройства £_а.у, которые, в свою очередь, определяются линиа-турой синтеза L_c и масштабом репродукции. Строго говоря, что­бы все точки анализируемого изображения находились в одина­ковых условиях и чтобы разрешающая способность анализа в продольном и поперечном направлениях была одинаковой, вы­деляемый на оригинале развертывающий элемент должен пред­ставлять собой квадрат со стороной, равной t_a. у. Однако выпол­нение этого условия при плавном изменении масштаба репро­дукции требует плавного изменения размеров полевой диафраг­мы, что связано с большими конструктивными и технологически­ми осложнениями. В связи с этим на практике, отступая от вышеуказанного условия, полевую диафрагму выполняют обычно круглой и размеры ее меняют ступенчато, устанавливая их та­ким образом, чтобы диаметр развертывающего элемента был равен или несколько меньше (до 2—3 раз) шага t_a. _y анализи­рующего устройства. Зрительно заметных искажений на воспро­изводимом изображении при этом не наблюдается.

Ступенчатость изменения размеров развертывающего эле­мента обеспечивается использованием сменных полевых диаф­рагм различного диаметра, устанавливаемых на поворотном револьверном диске.

Для выравнивания световых потоков, проходящих через диафрагмы различных размеров, на этих диафрагмах устанавли­ваются серые нейтральные компенсационные светофильтры, ко­эффициент поглощения которых изменяется пропорцион^ально площади диафрагмы. Наличие таких фильтров сокращает коли­чество регулировок в электронном блоке.

Прошедшая через диафрагму 20 (рис. 5.8) световая энер­гия в виде расходящегося светового пучка двумя полупрозрач­ными зеркалами 19 и 18 разделяется на три части. В наиболее простом исполнении полупрозрачные зеркала представляют со­бой хроматически нейтральные светоразделительные элементы, частично пропускающие и частично отражающие световую энер­гию независимо от ее спектрального состава. В этом случае первое полупрозрачное зеркало 19 должно отражать одну треть упавшей на него световой энергии и две трети пропускать. У вто-

126

рого зеркала 18 отраженная и пропускаемая части световой энергии должны быть равны. При таком разделении количество световой энергии всех длин волн во всех трех каналах будет одинаковым.

Рассмотренный вариант не является оптимальным. В каж­дом канале не нужен свет всех длин волн, так как установленные в различных каналах цветоделительные светофильтры пропус­кают световой поток во всех областях спектра — длинноволно­вый, средневолновый и коротковолновый.

Более совершенными в этом смысле являются дихроические полупрозрачные зеркала, обладающие свойством отражать и пропускать световую энергию избирательно по спектру. В этом случае зеркало 19 должно, например, отражать свет только в длинноволновой (красно-оранжевой) части спектра, т. е. в той области, в которой располагается кривая пропускания свето­фильтра 12. Весь остальной свет зеркало 19 пропускает. Зерка­ло 18 отражает свет только в средневолновой (желто-зеленой) части спектра, которой соответствует кривая пропускания свето­фильтра 15, и соответственно пропускает свет только в коротко­волновой (сине-фиолетовой) части спектра, которой соответству­ет пропускание светофильтра 17. При таком распределении све­товая энергия используется гораздо рациональнее.

Разделенные потоки световой энергии через цветоделитель­ные светофильтры 12, 15 и 17 (красный, зеленый и сине-фиолето­вый) в виде расходящихся пучков направляются на катоды фото­приемников 13, 14 и 16. Размер светового пятна на катоде фото­приемника зависит от размера полевой диафрагмы, апертуры, фокусного расстояния и увеличения объектива 7, а также удале­ния фотоприемника от полевой диафрагмы ^х. В ряде случаев для обеспечения оптимальных размеров этого пятна между фото­приемниками с полевой диафрагмой дополнительно устанавлива­ется рассеивающая или собирательная оптика.

Попавшая в фотоприемники световая энергия преобразуется в электрические сигналы, величина которых соответствует (в первом приближении) тем количествам красок, которые необхо­димы для воспроизведения анализируемого в данный момент участка оригинала на репродукции.

Второй дополнительный развертывающий элемент формиру­ет на оригинале полевая диафрагма 9, за которой установлен светофильтр 10 и фотоприемник И. Объектив 7 фокусирует лучи света в плоскость диафрагмы 9 с помощью полупрозрачного зер-

¹ В оптимальном варианте световое пятно должно занимать примерно 2/3 площади катода фотоприемника с тем, чтобы износ его был по возможно­сти равномерным.

127

кала 21, отражающего некоторую часть попадающей на него световой энергии и пропускающего остальную. Диафрагма 9, так же как и диафрагма 20, расположена в фокальной плоскости объектива 7, т. е. в той плоскости, в которой объектив дает рез­кое изображение оригинала. Размеры диафрагмы 9 выбирают таким образом, чтобы диаметр дополнительного развертывающе­го элемента был больше диаметра основного элемента в 2—3 ра­за. Необходимое при этом выравнивание световых потоков от основного и дополнительного элементов обеспечивается подбо­ром соответствующего коэффициента отражения зеркала 21.

Для визуального наблюдения оригинала, необходимого при настройке машины, используют поворотное зеркало 22, с помо­щью которого объектив 7 проецирует освещенный участок ориги­нала на рассеивающий экран 8. Крестообразные метки на экра­не отмечают тот участок изображения, который при отводе зер­кала 22 спроецируется на полевую диафрагму 20.

Наводка изображающей системы на резкость, необходимая при изменении толщины оригинала, производится вертикальным перемещением объектива 7 с помощью микрометрической регу­лировки. Установленная резкость контролируется визуально по изображению на экране 8.

Для удовлетворительного анализа изображения требуется получение высокой резкости изображения в плоскости полевой диафрагмы 20 (рис. 5.8) и хорошая фокусировка источника све­та на оригинале. Кроме того, для обеспечения правильного функционирования анализирующей системы предъявляются по­вышенные требования к стабильности электрического питания осветительных ламп и фотоумножителей. Это вызвано тем, что любое изменение в их работе приводит к изменениям электриче­ских сигналов анализирующей системы, воспринимаемым маши­ной в качестве информации оригинала.

Масштабирование изображений. Современные электронные цветоделители-цветокорректоры, гравировальные машины и чер­но-белые скеннеры осуществляют масштабирование оригиналов в достаточно широких пределах. Применяется в основном два способа масштабирования: электромеханическое и электронное.

Электромеханическое масштабирование. Наиболее распро­страненным вариантом этого способа масштабирования являет­ся изменение масштаба путем установки формного цилиндра нужного диаметра и изменения скорости развертки оригинала и репродукции в направлении строки и кадра.

Масштаб репродуцирования при этом определяется соотно­шением (5.19) и (5.20):

128

формного и оригинального ци-

где О_ф и £>_ор — диаметры линдров; />_а.у и L_c.y — линиатуры анализа и синтеза.

Данный вариант электромеханического масштабирования является ступенчатым и применяется главным образом в черно-белых скеннерах. Число ступеней масштабирования определяет­ся количеством сменных цилиндров и набором скоростей раз­вертки.

Более прогрессивным является плавное электромеханиче­ское масштабирование с применением пантографа. Однако они более сложны в изготовлении и не обеспечивают высоких ско­ростей сканирования.

Электронное масштабирование обеспечивает высокие ско­рости сканирования, непрерывность изменения масштаба и удобство обслуживания.

Схема замкнутой репродукционной системы с электронным изменением масштаба в направлении строчной развертки пред­ставлена на рис. 5.9. Видеосигнал £/_ан(т) с анализирующей го­ловки 1 поступает в устройство аналоговой обработки 2, где осуществляются логарифмирование, градационная и цветовая коррекция. Затем откорректированный сигнал поступает в аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП), где преобразуется в цифровой код. Цифровой сигнал вводится в оперативное запо­минающее устройство 4 (ОЗУ), из которого он может быть вы­веден в определенное время. Время хранения информации в ОЗУ может быть равно суммарному времени сканирования од­ного или нескольких элементов разложения, его обработки в аналоговых и цифровых преобразователях, записи кодов в ОЗУ и обратного преобразования сигнала.

+ Ввод и вывод информации из ОЗУ осуществляется по так­товым импульсам анализа /ан.стр и синтеза /син.стр устройством управления 5 (УУ) ОЗУ. Устройство управления, кроме управ­ляющих сигналов, формирует также коды адресации.

Преобразование цифрового сигнала в аналоговый С/_Син(т) для синтеза производится в цифроаналоговом преобразовате­ле 6 (ЦАП), который и поступает на вход видеоусилителя син­теза 7, где формируется напряжение или ток, необходимые для управления модулятором записи СУ 8.

Масштаб записи изображения по строке определяется отно­шением диаметров цилиндров анализа £)_ан и синтеза D_cvm и от­ношением скоростей вывода и ввода информации в ОЗУ.

(5.21)

129

I/ ^син /ан.стр

^стр ~~ П ' f

^lJan /син.стр

Зак. 1076

И зменение масштабов в широком диапазоне обеспечивает­ся за счет изменения соотношения /_ан.стр//син.ст_Р, т. е. соотноше­ния скоростей ввода и вывода информации.

В направлении кадровой развертки масштаб записи опреде­ляется отношением скоростей перемещения анализирующей и синтезирующей головкой вдоль оси цилиндров. При идентичном

син.стр

Рис. 5.9. Функциональная схема электронного масштабиро­вания

исполнении приводы анализирующего и синтезирующего уст­ройств, масштаб в направлении кадра равен отношению син­хронизирующих частот кадровой развертки:

/син.кадр

''кадр

^ан

(5.22)

кадр

Формирование тактовых частот управления приводами ана­лизирующего И СИНТеЗИруЮЩеГО уСТрОЙСТВ (/ан.кадр; /син.кадр;

/ан.стр; /син.стр) происходит в устройстве синхронизации 11 (УС). Это устройство через блок строчной развертки 12 (БСР) и при­воды 9 и 10 анализирующего и синтезирующего устройств обес­печивает синфазность и синхронность вращения цилиндров ана-

лиза и синтеза, а также тактовых частот. От устойчивой и на­дежной работы устройства синхронизации зависит эффектив­ность всего репродукционного процесса, выполняемого на ЭЦК. К преимуществам электронного (цифрового) масштабиро­вания следует отнести их хорошее сочетание с цифровыми ме­тодами электронной цветокоррекции и электронного растриро­вания изображений.

5.4. Синтезирующие устройства электронных установок

Синтезирующие устройства для регистрации изображения включают записывающие, развертывающие, синхронизирующие и фазирующие устройства. В электронных установках для изго­товления фотографических и печатных форм находят примене­ние следующие виды регистрации изображений: фотографиче­ский, электрофотографический, электростатический, электротер­мический, электромеханический, лазерный и др.

Наиболее универсальным и обеспечивающим высокое ка­чество воспроизведения изображений при самых различных ско­ростях сканирования является фотографический метод. Он поз­воляет осуществить прием позитивных или негативных изобра­жений непосредственно на фотографическую пленку, а в случае применения лазеров возможна регистрация изображения на печатной форме или даже непосредственное ее изготовление на специальном формном материале. Полутоновые градации вос­производятся либо в яркостной шкале, либо передачей и воспро­изведением раетрированных изображений. Сигнал из АУ после логарифмирования, усиления и коррекции поступает в управ­ляющую систему синтезирующего устройства, где обеспечивает­ся управление яркостью модулятора света и формирование оптической системой развертывающего элемента на поверхности фотоматериала. Высокие скорости сканирования потребовали разработки новых синтезирующих устройств. Особенностью со­временного направления в развитии регистрирующих ycrpoftctB является применение для записи полутоновых черно-белых изображений лазерной техники.

Синтезирующие устройства электронных установок предна­значены для преобразования электрических сигналов с выхода электронного блока в соответствующие им по величине световые потоки и формирования на светочувствительном материале ра­стровых элементов записи определенных размеров и формы.

Устройство электрооптической синтезирующей системы. Си­стема состоит из модулятора света, с помощью которого элект­рические сигналы преобразуются в световые потоки, и оптиче-

130

5*

131

с кой системы, формирующей на фотоматериале световой элемент требуемой величины и формы. Принципиальная схема СУ пред­ставлена на рис. 5.10.

Газосветная лампа / с помощью конденсора 2 освещает диафрагму 5, формирующую воспроизводящий растровый эле­мент. Изображение диафрагмы с большим уменьшением и вы­сокой резкостью проецируется двухлинзовым объективом 4 на фотопленку 5. Для регулиро­вания уровня освещения объ­ектив снабжается ирисовой диафрагмой 9.

Для обеспечения нормаль­ной работы растровый эле­мент, сформированный на фо­томатериале, должен иметь форму квадрата со стороной, равной шагу записи, т. е. шагу синтезирующего устройства /_C.y=10/L_c. (Для линиатуры 100 лин/см эта величина со­ставляет 100 мкм, для 200 лин/см — соответственно 50 мкм, для 400 лин/см — 25 мкм.) В случае несоблюде­ния этого условия при записи изображения отдельные участ­ки фотоматериала либо будут экспонироваться дважды, либо совсем не будут экспониро­ваться. И то и другое недопу­стимо.

Рис. 5.10. Принципиальная схема синтезирующего устройства

Необходимую при записи стыковку строк обеспечивают микрометрической регулиров­кой 10 полевой диафрагмы 3. Резкость растрового элемента устанавливают перемещением изображающего объектива. Этой регулировкой пользуются, например, при изменении толщин фо­томатериала. Требуемый уровень освещенности растрового эле­мента, который должен быть согласован с чувствительностью применяемого фотоматериала и скоростью записи, обеспечива­ется соответствующим изменением апертуры изображающего объектива 4, т. е. его диафрагмированием. Последнее §сиолъ-

зуют и для компенсации старения газосветной лампы, уровень свечения которой уменьшается в процессе эксплуатации.

Параметры осветительной системы подбирают таким обра­зом, чтобы проекция светящегося тела в плоскости полевой диа­фрагмы полностью заполнила светом отверстие с минимальным перекрытием. Светоотдача при этом будет максимальной.

Дополнительный канал для контроля состояния записыва­ющей фотоголовки образован лампой накаливания 5, конден­сором 8 и отклоняющим зеркалом 7. Лампа позволяет записы­вать контрольные полосы двух различных плотностей: большой и малой. Зеркало 7 перекрывает световой поток лампы 1 и на­правляет свет от нее на диафрагму. Этот канал необходим для регулярного контроля работы записывающей фотоголовки и обеспечения ее стабильной работы.

Лазерные синтезирующие устройства по принципу дейст­вия можно подразделить на два основных класса. К первому от­несем устройства, экспонирующие светочувствительные материа­лы: фотографические, селеновые, диазосоединения и др. Подоб­ные синтезирующие устройства формируют на светочувстви­тельном носителе информации микроштриховую растровую структуру. Как правило, в них используются маломощные газо­вые лазеры.

Синтезирующие устройства второго класса служат для гра­вирования микроштриховых изображений сфокусированным ла­зерным лучом на специальных носителях информации. В этих устройствах используются мощные твердотельные или углекис-логазовые лазеры, способные гравировать (выжигать) растро­вые элементы непосредственно на пластмассовых и металличе­ских пластинах или на специально нанесенных на них слрях.

На рис. 5.11 изображена принципиальная схема лазерного синтезирующего устройства второго класса, воспроизводящего изображение методом гравирования. В этом устройстве исполь­зован мощный твердотельный лазер, активным элементом кото­рого является кристалл алюмоиттриевого граната с введением атомов неодима. Излучение такого лазера лежит в инфракрас­ной области, т. е. является тепловым.

Запись изображения лазерным лучом производится на би­металлическом материале с дюралево-полистирольной основой и нанесенной на нее пленкой висмута. Лазерный луч удаляет с поверхности носителя информации висмут в соответствии с рас­пределением оптической плотности на оригинале.

Для этого световые импульсы, генерируемые лазером / (рис. 5.11), модулируются по амплитуде в световом модулято­ре 2_У на управляющий вход которого поступает видеосигнал из усилителя записи. Оптическая система, включающая конден-

132

133

- сор 3, объектив 5 и дихроическое зеркало 6, формирует на носи­теле информации 7 синтезирующую апертуру. Зеркальный галь­ванометр 4 осуществляет развертку изображения по строке и кадру. Для этого зеркало 4 отклоняется в двух взаимно перпен­дикулярных направлениях.

Мощное лазерное излучение пробивает висмутовое покры­тие, и носитель информации оказывается состоящим из множе­ства мелких отверстий (растровых элементов).

_{\ \J°}

Рис. 5.11. Лазерное синтезирующее устрой- \ уу ство \у

Размер отверстий зависит от интенсивности светового излу­чения, т. е. от амплитуды управляющего видеосигнала. В итоге на носителе информации формируется типичная автотипная ра­стровая структура, воспроизводящая полутоновый оригинал.

С полученной таким образом репродукции можно получить методом копирования фотоформу или спроецировать ее на эк­ран. Для этого в оптической системе имеется дополнительная ветвь, включающая проекционную лампу 5, объектив 9 и эк­ран 10. Дихроическое зеркало 6, отражающее инфракрасные лучи лазера, в то же время пропускает видимый спектр проек­ционной лампы.

В последние годы в СССР и за рубежом появились лазер­ные гравировальные автоматы, в том числе и дистанционные, предназначенные для получения печатных форм. Отечественный лазерный автомат марки ЛГА успешно прошел испытания в Подольской районной типографии и предназначен для изготов­ления печатных форм районных газет.

Лазерные гравировальные автоматы. Лазерные гравиро­вальные автоматы появились в начале 70-х гг. Для них был также разработан специальный формный материал, состоящий

из алюминиевой подложки, двух полимерных слоев (нитроцел-люлозного и полиметилметакрилатного) и тонкого слоя меди.

Изготовление печатной формы в аппаратуре происходит а два этапа. Сначала производится сканирование выклеенного ма­кета полосы, составленного из гранок текста и растровых иллю­страций с линиатурой растра 34 лин/см. Сканирование осуще­ствляется гелиево-неоновым лазером. Из анализирующего уст­ройства аналоговый видеосигнал поступает в видеопроцессор, где формируется цифровой сигнал для управления аргоновым лазером синтезирующего устройства основной секции и углекис-логазовым лазером секции выпаривания.

Под действием излучения аргонового лазера происходит ис­парение меди, в результате чего оголяется полимерный слой. Первый этап образования медной маски, повторяющей ориги­нал, продолжается около 2 мин. Одновременно из видеопроцес­сора сигнал поступает в ЗУ специализированной мини-ЭВМ, предназначенной для управления секцией выпаривания.

На втором этапе, который длится 4 мин, углекислогазовый лазер выпаривает до необходимой глубины полимерный слой. При этом глубина пробелов в светах растровых иллюстраций со­ставляет около 200 мкм.

Принцип формирования печатных элементов на форме в этой аппаратуре основан на том, что медь чувствительна к спектру излучения аргонового лазера и устойчива к тепловому излучению углекислогазового лазера, под воздействием которо­го испаряется пластмасса. Тиражестойкость получаемых таким образом форм — около 200 тыс. экземпляров.

В нашей стране также разработан лазерный гравироваль­ный автомат для репродуцирования штриховых и полутоновых изображений. В нем использован отпаянный углекислогазовый лазер типа ЛГ-25Б. Для записи изображения используют мате­риал, представляющий собой алюминиевую фольгу с полимер­ным покрытием, непрозрачным для лазерного излучения. Под действием мощного (Р=20 Вт) инфракрасного лазерного излу­чения происходит разрушение (испарение) полимерного слоя, благодаря чему и образуются печатные элементы на форме.

Развертка анализируемого и синтезируемого изображений осуществляется по строке вращением барабанов, а по кадру — поступательным перемещением оптических кареток.

Электромеханические синтезирующие системы работают по принципу использования электромагнитного поля, создаваемого током, поступающим в виде электрических сигналов с выхода функционального усилителя видеосигналов.

В современных гравировальных автоматах применяются два типа режущих систем — электродинамическая (с подвижной сиг-

134

135

нальной катушкой) и электромагнитная (с подвижным якорем). Первые обычно применяют при гравировании клише с линейной структурой печатающих элементов, вторые — при точечном гра­вировании. Системы существенно различаются по жесткости возвратных пружин. Системы второго типа для обеспечения вы­сокой собственной частоты, необходимой при точечном гравиро­вании, имеют пружины значи­тельно более жесткие, чем пер­вые, и требуют поэтому приме­нения электронных усилителей большой мощности.

Рис. 5.12. Схема СУ электромехани­ческого типа

Система первого типа (рис. 5.12) устроена и работа­ет следующим образом. Резец 7 в державке 8 закреплен на тонком стержне <?, жестко сое­диненном с сигнальной катуш­кой J?, имеющей обмотку 1. Все это устройство установле­но на плоских пружинах 5 и 9. Катушка возбуждения 6 пита­ется постоянным током, вели­чину которого можно изменять в зависимости от линиатуры и формного материала. В обмот­ку 1 подается ток с выхода усилителя электронного блока, который создает магнитное по­ле вокруг обмотки 1. При вза­имодействии полей сигнальной катушки 2 и катушки возбуж­дения 6 возникает электромагнитная сила, пропорциональная тональности оригинала, которая, преодолевая упругость пружин 5 и 5, заставляет сигнальную катушку 2 вместе с державкой и с резцом 7 перемещаться. Катушка возбуждения 6 размещена в пазу неподвижного якоря 4.