http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook113/01/part-007.htm Электронные устройства полиграфического оборудования: Ч. 2. Лазеры в полиграфии

6.1. Указать и пояснить законы фотохимии, непосредственно определяющие процессы формирования скрытого изображения на фотоматериале.

В рамках фотохимии рассматриваются химические реакции, происходящие под действием света . Существенное значение в этом направлении имеет закон Гротгуса (первый закон фотохимии): химическую реакцию в веществе может вызвать только поглощенная часть падающего на него света. Другими словами, только лучи, поглощенные веществом, вызывают в нем химические превращения.

Закон Бунзена - Росно (второй закон фотохимии) формулируется как закон взаимозаместимости: количество продукта фотохимической реакции определяется общим количеством энергии излучения, падающего на фотохимическую систему, т.е. произведением мощности (интенсивности) Ф излучения на время действия (выдержку) t, вне зависимости от соотношения Ф и t. Этот закон подчеркивает взаимное влияние на фотохимический эффект интенсивности света (освещенности, поверхностной плотности потока излучения) Е и времени t действия света через обобщенный параметр (экспозицию, количество освещения) Н = Et. При этом фотохимический эффект не изменяется для различных значений E_i, t_i, если сохраняется неизменным произведение Н = E_it_i (например, E₁t₁ = E₂t₂ = ... = E_nt_n).

Согласно закону Эйнштейна молекула вещества при поглощении кванта света переходит из основного в возбужденное состояние, в котором она и вступает в химическую реакцию. Таким образом, в фотохимическом превращении каждый поглощенный веществом фотон готовит к реакции (возбуждает) одну молекулу этого вещества.

6.2. Представить базовые сведения о фотоматериалах, используемых для регистрации и получения черно-белых изображений.

Фотографические материалы чувствительны к свету и по-разному реагируют на оптическое излучение различной интенсивности и длительности. Такие материалы состоят из ряда тонких слоев, последовательно нанесенных на подложку (стеклянную пластину, полимерную пленку, бумагу). Базовым является эмульсионный слой, в котором распределены микрокристаллы (зерна) светочувствительного вещества (галогенида серебра). Предохранение эмульсионного слоя от механических повреждений, скрепление с подложкой, нейтрализацию самопроизвольного скручивания, статического электричества, ореолов отражения обеспечивают защитный, противозарядный, противоореольный слои, специальные подслои и противослои.

Фотографической эмульсией служит взвесь микрокристаллов галогенида серебра в водном растворе желатины. Микрокристаллы в негативных эмульсиях состоят из бромида серебра (AgBr), как правило, с примесью йодида серебра (AgI). В позитивных эмульсиях могут содержаться бромид, бромид-йодид, бромид-хлорид (AgCl) и хлорид серебра. Толщины эмульсионных слоев обычных фотопленок и фотобумаг относительно невелики (5-25 мкм).

6.3. Рассмотреть строение и свойства эмульсионных микрокристаллов , формирующих скрытое (латентное) изображение.

Кристаллическая решетка галогенида (например, бромида) серебра, показанная на рис. 6.1 , является кубической решеткой ионного типа. В такой кристаллической структуре каждый атом брома притягивает один электрон атома серебра и становится отрицательно заряженным ионом (анионом), а возникающий таким образом положительно заряженный ион (катион) серебра взаимодействует (путем электростатического притяжения) с ионами брома. В кубической решетке (рис. 6.1 ) каждый ион серебра (показанный зачерненным кружком) окружен шестью ионами брома Br^-, а каждый ион брома (представленный светлыми кружками) - шестью ионами серебра Ag⁺.

Структура реальных кристаллов не является строго периодической и имеет нарушения (дефекты). В эмульсионных микрокристаллах дефекты возникают в процессе изготовления фотоэмульсий, что связано с трещинами, сдвигами, микровкраплениями металлического серебра и сульфида (сернистого) серебра. Дефекты решетки являются потенциальными ямами или ловушками и способны удерживать попавшую в них частицу. В фотоматериалах дефекты структуры способны накапливать атомы серебра, освободившиеся под действием света, и создавать центры скрытого (латентного) изображения.

6.4. Рассмотреть механизм образования черно-белого изображения на фотоматериале .

Под действием света на кристалл галогенида (например, бромида) серебра энергия hn каждого фотона освобождает один электрон е, отрывая его от иона брома:

Атом брома выходит на поверхность микрокристалла, поглощается желатиной фотоэмульсии и теряет химическую активность.

Электрон, освобожденный квантом света, продвигается в объеме кристаллической решетки до встречи с центром светочувствительности. Захватив такой электрон, центр получает отрицательный заряд, притягивает положительно заряженный ион серебра, нейтрализует его и превращает в атом серебра:

Таким образом, весь фотохимический процесс протекает согласно химической реакции

При освещении (экспонировании) фоточувствительного слоя в центре светочувствительности группируется значительное число атомов серебра, которые в совокупности создают участок скрытого изображения на поверхности и внутри эмульсионного микрокристалла.

Далее фотоматериал подвергают химической обработке: проявлению и фиксированию. В результате металлическое серебро восстанавливается, ранее освещенный светочувствительный слой чернеет, формируя видимое черно-белое изображение, а остатки неразложившихся галоидных солей удаляются.

6.5. Выделить параметр и характеристики, позволяющие количественно оценить степень почернения освещенного фотоматериала .

Основным параметром служит оптическая плотность

здесь τ - коэффициент пропускания; Ф - падающий поток света; Φ_τ - поток света, проходящего через исследуемое место почернения фотоматериала.

Воздействие света на фотоматериал (экспонирование) характеризуется количеством освещения (экспозицией)

которое зависит от импульса освещенности E(t) и времени его действия t (в пределах экспонирования t₁ и t₂). Если освещенность Е неизменна, то Н = Еt.

Характеристическая кривая D = φ(lgH), представленная на рис. 6.2 , показывает (в полулогарифмическом масштабе) зависимость оптической плотности светочувствительного слоя конкретного фотоматериала от экспозиции. Участок кривой до точки а называется зоной вуали; в этой области при проявлении наблюдается почернение фотослоя, ранее не подвергавшегося воздействию света. В зоне вуали оптическая плотность D₀ минимальна. Точка а является порогом почернения, а соответствующее количество освещения - пороговым.

Характеристическая кривая имеет четко выраженные нижний (аб) и верхний (вг) криволинейные участки, причем в точке г оптическая плотность достигает максимального значения D_max. Крутой прямолинейный участок (бв) характеристической кривой D = φ(lgH) несложно описать аналитически:

здесь γ - коэффициент контрастности, характеризующий оптические свойства конкретного фотоматериала; H_i - экспозиция, полученная пересечением линейного участка кривой с осью абсцисс (в так называемой точке инерции).

6.6. Указать принципиальные различия вещественных и цифровых шрифтоносителей, применяемых в фотонаборных машинах и автоматах .

В фотонаборной технике на фотоматериале должны формироваться скрытые изображения весьма разнообразных текстов и иллюстраций с тонкой и нестандартной структурой (представляющих в совокупности мощный, во многом уникальный поток текстовой и изобразительной информации). Однако реальные функциональные и технические возможности фотонаборных машин и автоматов заметно различаются и существенно зависят от вида шрифтоносителя. Доминируют два подхода с использованием вещественных (естественных, аналоговых) и искусственных (формализованных, дискретно сформированных, цифровых) шрифтоносителей (в достаточно широкой и обобщенной трактовке этого понятия).

В фотонаборных автоматах с вещественными шрифтоносителями используются фотопленки и диапозитивы, содержащие строки текста, заголовки, колонцифры, таблицы, математические и химические формулы, служебную информацию. Каждый шрифтоноситель предназначен для набора текста шрифтом определенной гарнитуры. Активно применяются групповые шрифтоносители, изображающие (несущие) комплекты знаков. В процессе фотонабора знаки вещественного шрифтоносителя оптически проецируются на светочувствительный материал.

В фотонаборных системах с цифровыми шрифтоносителями скрытое фотографическое изображение текста и растрированных изображений постепенно формируется из отдельных элементов (точек и черно-белых отрезков). Для этого световой луч, сфокусированный на плоскости фотоматериала в пятно весьма небольшого размера, сканируется по всей площади регистрирующего (записывающего) фотоматериала. Световое пятно, интенсивность которого модулируется (управляется) по принципу «да - нет», последовательно перемещается по вертикальным (или горизонтальным) линиям с определенным шагом, засвечивая фотоматериал. В результате формируется полное изображение шрифтовых знаков, штриховых и растрированных полутоновых иллюстраций, других графических материалов.

Использование цифровых шрифтоносителей существенно расширяет функциональные и технические возможности фотонаборных машин и автоматов. Цифровой способ представления графического изображения позволяет длительно хранить в запоминающих устройствах большого объема и четко записывать на фотоматериал (без принципиальных ограничений) разнообразную текстовую и изобразительную информацию.

6.7. Рассмотреть методы формирования растрированных изображений шрифтовых знаков.

Активно используются три метода . В рамках первого метода шрифтовые знаки формируются из горизонтальных точечно-растровых строк однолучевым сканированием фотоматериала (рис. 6.3, а ). Второй метод позволяет сформировать изображения шрифтовых знаков из пакета горизонтальных точечно-растровых строк многолучевым сканированием материала.

При использовании третьего метода шрифтовые знаки формируются с помощью микрорастра. При этом каждый знак записывается вертикальными точечно-растровыми линиями (рис. 6.3, б ).

6.8. Определить условия, пояснить возможности эффективного применения лазеров в фотонаборной технике.

Лазер в процессе формирования скрытого изображения на фотоматериале служит быстродействующим источником управляемого оптического излучения, создающего интенсивное пятно света небольших размеров. Короткие длины волн и малая расходимость монохроматического лазерного излучения позволяют сформировать весьма компактное (5-30 мкм) пятно света. Согласно в фотонаборных автоматах успешно применяются газовые (аргоновые с длиной волны λ = 499 нм и гелий-неоновые с λ = 633 нм) лазеры и лазерные диоды видимого красного (λ = 670-680 нм) и инфракрасного (λ =780 нм) диапазонов.

Высокоскоростное управление лазерным излучением обеспечивают акустооптические (до 10 МГц) и электрооптические (до 100 МГц) модуляторы. Переключение лазерных диодов с нано- и субнаносекундным быстродействием обеспечивают малоинерционные транзисторы и цифровые электронные микросхемы.

Важно также учитывать , что частота вращения зеркальных дефлекторов в современных фотонаборных автоматах достигает 40000 об/мин. При этом за один оборот дефлектора записывается одна или несколько (по числу отражающих граней) точечно-растровых строк изображения.

6.9. Рассмотреть и количественно определить разрешение лазерных фотонаборных автоматов .

Разрешение (или разрешающая способность) оценивается количеством точек, которое лазер воспроизводит на единицу длины (сантиметр или дюйм) фотоматериала. Запись лазерным лучом в фотонаборном автомате жестко связана с системами синхронизации и развертки, поэтому конкретная разрешающая способность фиксирована и при изменении системных (аппаратных) условий изменяется скачкообразно.

Приняты и широко используются определенные (дискретные) значения разрешающей способности (числа N₁ точек на сантиметр, N₁/см, или числа N₂ точек на дюйм, N₂/дм = 2,54 N₁/см). Стандартизованы и технически обеспечены величины N₁/N₂ = 500/1270; 667/693; 800/2032; 1000/2540; 1333/3387; 1600/4064; 2000/5080. Используются также значения N₁/N₂ = 480/1219; 540/1372; 945/2400; 960/2438.

6.10. Используя структурную схему (рис. 6.4 ) лазерной фотонаборной машины , пояснить функциональный состав лазерного сканирующего устройства.

Лазерная фотонаборная машина содержит в первом (укрупненном) приближении два устройства: электронное управляющее и лазерное сканирующее. Управляющее устройство осуществляет ввод и обработку текстовой и изобразительной информации. Цифровая информация об изображении сверстанной полосы издания или ее фрагмента передается в растрированной форме.

Лазерное сканирующее устройство (в достаточно общем виде) содержит лазер с блоком питания, модулятор лазерного излучения, телескоп, дефлектор, фокусирующий объектив, кассету с механизмом привода, системы синхронизации процессов сканирования и коррекции пространственного положения лазерного луча, электронный блок управления. В состав такого устройства могут входить светофильтры, зеркала, призмы, бленды, другие оптические элементы.

На вход лазерного сканирующего устройства подается цифровая информация о сверстанной полосе или отдельном ее фрагменте (например, иллюстрации). На выходе в результате сканирования получают изображение полосы (или ее фрагмента), зарегистрированное на фотоматериале или печатной форме.

6.11. Рассмотреть схему (рис. 6.5 ), пояснить принцип действия лазерного сканирующего устройства фотонаборной машины «Лазеркомп Мк2и» .

Устройство (рис. 6.5 ) содержит гелий-неоновый лазер 1, генерирующий луч диаметром 0,8 мкм, акустооптический модулятор 2, светочувствительные фильтры 3, зеркально-линзовый телескоп 4, увеличивающий диаметр лазерного луча до 40 мкм. Дальнейшее оптическое преобразование лазерного пучка осуществляется призмой 5, поворачивающей оптический луч, объективом 6, корректирующим положение оптического луча в лазерной системе, поворотным зеркалом 7. Базовую роль в процессе сканирования лазерного луча играет пятигранный пирамидальный дефлектор 8, вращающийся с частотой 300 об/мин. Согласно зеркальные грани дефлектора наклонены к его оси под углом 45° с точностью до 10" . Объектив 9 после дефлектора фокусирует (в пятно диаметром 25 мкм) лазерный луч на фотоматериале 10. Время записи изображения полноформатной газетной полосы с линиатурой 394 лин/см составляет 1,5-2 мин.

6.12. Пояснить схему (рис. 6.6 ) и принцип действия лазерного сканирующего устройства фотонаборной машины «Дигисет ЛС 210» .

В устройстве гелий-неоновый лазер 1 генерирует оптический пучок, проходящий через электрооптический модулятор 2 и две телескопические системы 3 и 4, уменьшающие расходимость лазерного луча. Зеркало 5 изменяет направление лазерного луча и ориентирует его на зеркальную грань вращающегося (развертывающего) призменного дефлектора 6. Далее оптическим путем лазерного луча управляют объектив 7 и зеркало 8. Фотоматериал, подаваемый из кассеты 9, размещен на подвижной плите 10. Начало и окончание процесса записи контролируют фотоэлектрические датчики 11 и 12. По завершении записи полосы фотоматериал сматывается в приемную кассету 13 и отрезается.

6.13. Указать составные части, пояснить принцип действия оптической схемы лазерной фотонаборной машины типа ФЛП, предназначенной для вывода сверстанных полос на фотоматериал.

Рассматриваемое устройство записывает точечно-растровые строки на фотоматериале и состоит из лазера, формирующей системы, дефлектора и фокусирующего объектива. По сигналам управления лазерный пучок модулируется акустооптическим устройством, а развертка изображения точечно-растровой строки осуществляется вращающимся зеркальным дефлектором. Оптическая схема ФЛП представлена на рис. 6.7 .

Источником когерентного оптического излучения с длиной волны 442 нм служит гелий-кадмиевый лазер 1. На пути лазерного луча действуют нейтральные светофильтры 2, отражающие зеркала 3, 12, 13 и полупрозрачное зеркало 8, телескопические системы 4, 5 и 7, 10, акустооптический модулятор 6, фокусирующий объектив 11, трехгранное зеркало 14, собирающее лазерный луч на плоскости фотоматериала 17, пятигранный вращающийся дефлектор 15. Держатель (турель) светофильтров 2 содержит диск с девятью нейтральными светофильтрами различной оптической плотности, что позволяет изменять освещенность в плоскости фотоматериала 17. Фотоэлемент 9 оценивает и регулирует мощность лазерного излучения. Фотоэлектрический датчик 16 преобразует угловые перемещения дефлектора 15 в электрические сигналы, оценивающие размеры таких перемещений. Начало и конец точечно-растровой строки на фотоматериале контролируют зеркало 18 и фотоприемник 19.

Детально конструкция и принцип действия оптического устройства ФЛП рассматриваются в учебнике . Там же представлено оптико-механическое устройство лазерной фотонаборной машины ФЛП 300, которая по сравнению с рассмотренной схемой (рис. 6.7 ) имеет лишь некоторые конструктивные отличия. К тому же в устройстве ФЛП 300 источником когерентного оптического излучения служит аргоновый лазер.

6.14. Рассмотреть схему лазерного сканирующего устройства автомата Linotronic 300.

Такой автомат входит в серию фотонаборных систем капстанового типа, разработанных фирмой Linotype-Hell. В устройствах капстанового (от англ. capstan - вал) или ролевого типа фотоматериал располагается в плоскости и перемещается, осуществляя развертку по вертикали; при этом горизонтальная развертка изображения обеспечивается вращающимся многогранным зеркальным дефлектором.

Лазерное сканирующее устройство автомата Linotronic 300 строится по схеме, представленной на рис. 6.8 . Источником оптического излучения (с длиной волны 633 нм) служит гелий-неоновый лазер 1. Детали и условия дальнейшего управления лазерным излучением характерны для фотонаборных автоматов капстанового типа: собирающая линза 3, акустооптический модулятор 4, сферическое 5 и плоское 6 зеркала, телескопическая система 8, линзы 9 и 14, призма 10, призменный дефлектор 17, который вращается электродвигателем 18. Дополнительно введены механический затвор 2, поляризатор 7, комбинация светофильтров на турели 11, перископическая призма 15, объектив 16. Изображение записывается на фотоматериале 12. Начало сканирования фиксируется фотоприемником 13.

Схема транспортирования фотоматериала в автомате Linotronic 300 детально рассматривается в учебном пособии .

6.15. Рассмотреть схему, пояснить принцип действия сканирующего устройства фотонаборных автоматов Linotronic 830 и 930.

Такие автоматы, разработанные фирмой Linotype-Hell, строятся как системы с внешним барабаном . Схема сканирующего устройства рассматриваемых автоматов (рис. 6.9 ) содержит растровый процессор 1, буферное запоминающее устройство 2, лазер 4, систему полупрозрачных зеркал 5, акустооптические модуляторы 6 с блоком электронного управления 3, пучок волоконных световодов 7, записывающую фотоголовку (объектив) 8, фотопленку 9, закрепленную (вакуумным способом) на вращающемся барабане.

Используется аргон-ионный лазер 4, выходной луч которого расщепляется зеркалами 5 на восемь лучей одинаковой интенсивности. Мощность (яркость) каждого такого луча модулируется «своим» акустооптическим устройством. Растрированная цифровая информация об изображении формируется (на битовых картах) процессором 1, накапливается запоминающим устройством 2 и передается на блок 3, который управляет по электрическим каналам акустооптическими модуляторами 6.

Выходные лазерные лучи модуляторов 6 через волоконные световоды 7 поступают в фотоголовку 8, причем выходные торцы световодов сформированы (вытянуты) в линию, параллельную оси внешнего барабана. Восьмиканальный световод 7 через объектив 8 в каждом такте проецирует и записывает на фотопленку 9 восемь субэлементов (пикселов) растрированного изображения.

6.16. Рассмотреть техническую возможность, построить схему многоканального записывающего устройства фотонаборного автомата с одним частотно-модулированным акустооптическим дефлектором лазерного луча.

Принцип действия акустооптических дефлекторов рассматривался в заданиях 3.56-3.58. Частота f управляющего электрического напряжения и, как следствие, частота ν_s возбужденного ультразвука непосредственно влияют на угол отклонения оптического луча в акустооптической среде. Такой дефлектор применяется в сканирующем устройства фотонаборного автомата. Фрагмент схемы устройства приведен на рис. 6.10 .

Процессор 1 через промежуточный (согласующий) блок 2 фотонаборного (записывающего) устройства управляет высокочастотным генератором 3 электрического напряжения. Изменяется частота выходных колебаний такого генератора, причем генератор в зависимости от уровня управляющего напряжения (на выходе блока 2) формирует выходные сигналы с шестью различными частотами - (в диапазоне 200-250 МГц). Лазерный луч 6, падающий на акустооптическую среду 5, в зависимости от частоты f отклоняется дифракционной решеткой 4 дефлектора 7 на различные углы α. Поэтому выходные (дифрагированные) лучи 8 далее распространяются по различным направлениям (вертикально отклоняются в разной степени). При фокусировке оптических лучей на фоточувствительный барабан удается получить шесть пишущих пучков лазерного излучения с использованием одного акустооптического дефлектора.

Необходимое строчное сканирование фотоматериала одновременно по шести параллельным каналам обеспечивается с использованием вращающегося многогранного зеркального дефлектора.

6.17. Указать технические особенности применения лазеров в фотонаборных автоматах фирмы Heidelberg Prepress .

Эта фирма выпускает серию автоматов Herkules, автоматы Quasar, Signasetter и Drysetter. Общим для всех указанных автоматов является лазерное экспонирование фотоформы, неподвижно (вакуумным способом) закрепленной на внутренней поверхности полого незамкнутого цилиндра (по принципу «внутренний барабан»).

Этот принцип наглядно иллюстрируется схемой сканирующей системы фотонаборного автомата Herkules, представленной на рис. 6.11 . Лазерный луч 2 формируется оптической головкой 1, отклоняется зеркалом 3 и экспонирует фотоматериал 4. Зеркало 3 вращается приводом 5 и обеспечивает сканирование лазерным лучом фотоматериала 4 по внутреннему радиусу барабана. При этом оптическая головка 1 перемещается вдоль оси симметрии барабана, что позволяет экспонировать всю поверхность фотоматериала. Интенсивность лазерного луча 2 модулируется в соответствии с оптической плотностью фрагментов растрированного (записываемого) изображения.

В фотонаборных автоматах Herkules и Quasar источником света служит полупроводниковый лазер (лазерный диод) с длиной волны в диапазоне 670-680 нм. В автомате Signasetter использован гелий-неоновый лазер. Источником оптического излучения фотонаборного автомата Drysetter служит лазер, действующий в инфракрасном диапазоне.

Существенной особенностью автомата Drysetter является «сухой» процесс изготовления фотоформ. Обработка фоточувствительного материала осуществляется без химических реактивов. Сканирующая система автомата строится и действует по схеме (рис. 6.11 ). При этом рулонный материал сложной (четырехслойной) структуры чувствителен к инфракрасному излучению, но не реагирует на дневной свет (т.е. успешно экспонируется без специального затемнения).

Детально принципы построения и действия лазерных фотонаборных автоматов фирмы Heidelberg Prepress представлены в учебном пособии .

6.18. Пояснить схему преобразования лазерного луча в оптической головке фотонаборного автомата Herkules.

Оптическая головка входит в состав сканирующей системы (рис. 6.11 ) и строится по схеме , представленной на рис. 6.12 . Собственно оптическая головка 1 содержит семь элементов: полупроводниковый лазер (лазерный диод) 2, линзы 3 и 4, турели 5 и 6, затвор 7 и объектив 8. Цилиндрическая линза 3 уменьшает расходимость лазерного пучка. Фокусировку лазерного луча обеспечивает линза 4, которая может перемещаться вдоль оптической оси в пределах 9 мм. Турель 5 с шестью поглощающими светофильтрами позволяет регулировать мощность проходящего лазерного излучения. Турель 6 с шестью апертурными диафрагмами дает возможность изменять диаметр лазерного пучка.

Лазерный луч, сформированный оптической головкой, далее отражается от зеркала (призмы) 9 и направляется к поверхности фотоматериала 11 под углом 93,2° . Зеркало 9 вращается электродвигателем 10.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 253; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!