Московский государственный университет печати

Олег Харин, Эмилис Сувейздис


         

Электрофотография

Учебное пособие


Олег Харин, Эмилис Сувейздис
Электрофотография
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление
1.

Предисловие

1.1.

Тема № 1. Введение

1.1.1.

1. Что такое электрофотография?

1.1.2.

2. Что такое современная электрофотография?

1.1.3.

3. Как выглядит дерево развития электрофотографии?

1.1.4.

4. Какой принцип изложения материала используется в данной работе?

1.1.5.

Специальная литература общего характера (тема № 1)

2.

Часть I. Процесс

2.1.

Тема № 2. История

2.1.1.

1. Ранее развитие электрофотографии

2.1.2.

2. Становление классической электрографии

2.1.3.

3. Истоки цветной электрографии

2.1.4.

4. Появление электрографической технологии цифровой печати

2.1.5.

5. Этапы позднего развития электрографии

2.1.6.

Литература по историческим вопросам развития электрофотографии (тема № 2)

2.2.

Тема № 3. Классическая электрофотография

2.2.1.

1. Суть классического варианта и характеристика его типовых этапов

2.2.2.

2. Разновидности классического варианта

2.2.3.

3. Реализация возможности классической электрографии

2.2.4.

Литература по вопросам классической электрофотографии (тема № 3)

2.3.

Тема № 4. Цифровая электрофотография

2.3.1.

1. Суть цифровой электрофотографии и ее отличие от классической

2.3.2.

2. Процесс лазерной записи - основа современной цифровой электрофотографии

2.3.3.

3. Реализованные возможности цифровой электрофотографии

2.3.4.

Литература по вопросу цифровой электрофотографии (тема № 4)

2.4.

Тема № 5. Фоторецепторы

2.4.1.

1. Назначение фоторецепторов и физическая основа их функционирования

2.4.2.

2. Основные типы фоторецепторов и их распространенность в современной аппаратуре

2.4.3.

3. Технология изготовления фоторецепторов

2.4.4.

4. Параметры фоторецепторов, применяемых в современной аппаратуре

2.4.5.

Литература по фоторецепторам (тема № 5)

2.5.

Тема № 6. Проявители

2.5.1.

1. Назначение проявителей и физическая основа их функционирования

2.5.2.

2. Основные типы проявителей и их распространенность в современной аппаратуре

2.5.3.

3. Технология изготовления и подготовки проявителей

2.5.4.

4. Параметры цветных проявителей, применяемых в современной аппаратуре

2.5.5.

Литература по проявителям (тема № 6)

2.6.

Тема № 7. Процесс лазерного экспонирования

2.6.1.

1. Сущность и физические основы процесса экспонирования

2.6.2.

2. Основные зависимости фоторазрядки ФР

2.6.3.

3. Характеристика созданного скрытого электростатического изображения

2.6.4.

4. Основные параметры процесса экспонирования

2.6.5.

Литература по процессу экспонирования (тема № 7)

2.7.

Тема № 8. Процесс проявления растровой структуры

2.7.1.

1. Сущность и физические основы процесса проявления

2.7.2.

2. Основные зависимости процесса проявления растровой структуры

2.7.3.

3. Магнитная кисть - наиболее распространенный метод проявления

2.7.4.

4. Метод жидкостоного проявления

2.7.5.

5. Основные параметры процесса проявления

2.7.6.

Литература по процессу проявления (тема № 8)

2.8.

Тема № 9. Оценка качества цифрового изображения

2.8.1.

1. Общая характеристика электрофотографического процесса

2.8.2.

2. Критерии оценки выходных параметров цифрового изображения

2.8.3.

3. Параметры энергетического преобразования информационного сигнала

2.8.4.

4. Пространственныо-частотные параметры

2.8.5.

5. Цветовые параметры

2.8.6.

Литература по вопросам оценки качества цифрового изображения (тема № 9)

2.9.

Заключение части I

2.9.1.

1. Резюме

2.9.2.

2. Контрольные вопросы по процессу

3.

Часть II. Технология

3.1.

Тема № 10. Цветосинтез

3.1.1.

1. Основы цветосинтеза и методы его реализации

3.1.2.

2. Стадии триадного цветосинтеза

3.1.3.

3. Технологические варианты цветосинтеза

3.1.4.

Литература по вопросу цветосинтеза (тема № 10)

3.2.

Тема 11. Варианты и возможности

3.2.1.

1. Обобщение вариантов технологии воспроизведения цветного ЭФГ-изображения

3.2.2.

2. Варианты цветного копирования физических оригиналов

3.2.3.

3. Варианты воспроизведения цветных документов компьютерной информации

3.2.4.

4. Аппаратурные возможности технологии современной цветной электрофотографии

3.2.5.

5. Альтернативные технологии воспроизведения цветного изображения

3.2.6.

Литература по вопросу анализа вариантов и возможностей (тема № 11)

3.3.

Тема № 12. Сущность цифровой технологии

3.3.1.

1. Направления развития технологий цифровой печати

3.3.2.

2. Электрофотографическая технология цифровой печати

3.3.3.

3. Технологические особенности лазерной записи

3.3.4.

4. Возможности ЭФГ-технологии и ее место среди других технологий

3.3.5.

Литература по цифровым технологиям (тема № 12)

3.4.

Тема № 13. Компьютерная обработка

3.4.1.

1. Принципы допечатной цифровой обработки информации

3.4.2.

2. Оцифровка одноцветного изображения

3.4.3.

3. Оцифровка цветного изображения

3.4.4.

4. Компьютерная обработка цветного изображения и его воспроизведение

3.4.5.

Литература по компьютерной обработке (тема № 13)

3.5.

Тема № 14. Формирование растровой структуры

3.5.1.

1. Сущность цифрового метода формирования растровой струк

3.5.2.

2. Характеристика растровой структуры

3.5.3.

3. Модулирование точек в растровой структуре изображения и параметры качества

3.5.4.

Литература по растровой структуре (тема № 14)

3.6.

Тема № 15. Базовые структурные элементы

3.6.1.

1. Состав и общая характеристика базовых структурных элементов

3.6.2.

2. Взаимодействие базовых структурных элементов при построении изображения цифровой печати

3.6.3.

3. Критерии оценки качества базовых структурных элементов

3.6.4.

Литература по базовым структурным элементам (тема № 15)

3.7.

Тема №16. Реализация лазерного экспонирования

3.7.1.

1. Оптико-механическая развертка лазерного луча

3.7.2.

2. Линейка светоизлучающих диодов

3.7.3.

3. Другие варианты лазерной развертки

3.7.4.

4. Выбор режима лазерного экспонирования

3.7.5.

5. Работа в оптимальном режиме

3.7.6.

Литература по лазерному экспонированию (тема № 16)

3.8.

Тема № 17. Реализация цветного проявления

3.8.1.

1. Монохромные технологические узлы проявления

3.8.2.

2. Цветные технологические узлы проявления

3.8.3.

3. Сменные блоки узлов типа картриджа

3.8.4.

4. Выбор режима цветного проявления

3.8.5.

Литература по цветному проявлению (тема № 17)

3.9.

Тема № 18. Реализация вспомогательных этапов

3.9.1.

1. Узел зарядки

3.9.2.

2. Узел переноса

3.9.3.

3. Узел закрепления

3.9.4.

4. Узел очистки

3.9.5.

Литература по вспомогательным процессам (тема № 18)

3.10.

Тема № 19. Варианты схемного построения

3.10.1.

1. Общая характеристика структуры аппаратуры цифровой печати

3.10.2.

2. Варианты реализации и состав цветной аппаратуры

3.10.3.

3. Одноцилиндровый вариант

3.10.4.

4. Двухцилиндровый вариант

3.10.5.

5. Многоцилиндровый вариант

3.10.6.

6. Вариант ЭФГ-офсета

3.10.7.

Литература по схемному построению (тема № 19)

3.11.

Тема № 20. Эксплуатационные характеристики

3.11.1.

1. Эксплуатационные параметры и стоимость аппаратуры цифровой печати

3.11.2.

2. Себестоимость оттисков цифровой печати

3.11.3.

3. Тенденции изменения эксплуатационных характеристик аппаратуры

3.11.4.

4. Цифровая печать специального назначения

3.11.5.

Литература по эксплуатационным характеристикам (тема № 20)

3.12.

Заключение части II

3.12.1.

1. Резюме

3.12.2.

2. Контрольные вопросы по технологии

4.

Часть III. Аппаратура

4.1.

Тема № 21. Классификация и динамика развития аппаратуры

4.1.1.

1. Основные составные элементы цифровой фотографии

4.1.2.

2. Категории аппаратуры современной цветной электрофотографии

4.1.3.

3. Динамика выпуска аппаратуры

4.1.4.

Литература по основным категориям и динамике развития (тема № 21)

4.2.

Тема № 22. Хронология выпуска и формирование рынка

4.2.1.

1. Хронология выхода на рынок цветных аппаратов

4.2.2.

2. Анализ ежегодного прироста парка моделей цветной аппаратуры

4.2.3.

3. Формирование рынка цветной аппаратуры

4.2.4.

4. Аппаратура цифровой печати на фоне развития информатики

4.2.5.

Литература по хронологии выпуска аппаратуры (тема № 22)

4.3.

Тема № 23. Одноцветная аппаратура цифровой печати

4.3.1.

1. Категории одноцветной аппаратуры цифровой печати

4.3.2.

2. Одноцветные копировальные и выводные аппараты

4.3.3.

3. Одноцветные лазерные принтеры

4.3.4.

4. Обобщенные характеристики одноцветной аппаратуры ЦП

4.3.5.

Литература по одноцветным аппаратам цифровой печати (тема № 23)

4.4.

Тема № 24. А. Цветные цифровые копировальные аппараты

4.4.1.

1. Структура и основные функции цветных цифровых копировальных аппаратов

4.4.2.

2. Параметры аппаратуры и динамика ее производительности

4.4.3.

3. Конструктивные особенности аппаратуры

4.4.4.

Литература по цветным цифровым копировальным аппаратам (тема № 24)

4.5.

Тема № 25 В. Цветные копировально-выводные аппараты

4.5.1.

1. Структура и основные функции цветных копировально-выводных аппаратов

4.5.2.

2. Параметры аппаратуры и динамика ее производительности

4.5.3.

3. Конструктивные особенности аппаратуры

4.5.4.

Литература по цветным копировально-выводным аппаратам (тема № 25)

4.6.

Тема №26. С. Цветные лазерные принтеры

4.6.1.

1. Назначение, развитие и основные функции цветных лазерных принтеров

4.6.2.

2. Параметры принтеров и динамика их производительности

4.6.3.

3. Конструктивные особенности принтеров

4.6.4.

Литература по цветным лазерным принтерам (тема № 26)

4.7.

Тема № 27. D. Цветные цифровые печатные машины

4.7.1.

1. Назначение и отличительные особенности цветных цифровых печатных машин

4.7.2.

2. Параметры печатных машин и динамика их производительности

4.7.3.

3. Конструктивные особенности печатных машин

4.7.4.

Литература по цветным цифровым печатным машинам (тема № 27)

4.8.

Тема № 28. Е. Репрографические информационные системы оперативной печати

4.8.1.

1. Назначение и особенности репрографических информационных систем

4.8.2.

2. Оперативная цифровая печать как выходное звено РИС

4.8.3.

3. Информационные системы на базе ЭФГ-технологии цифровой печати

4.8.4.

4. Эффективность использования технологии цифровой печати

4.8.5.

5. Тенденции развития электрофотографических РИС

4.8.6.

Литература по репрографическим информационным системам оперативной печати (тема № 28)

4.9.

Тема № 29. <?xml version="1.0"?>
. Общий уровень развития аппаратуры

4.9.1.

1. Общий рост выпуска аппаратуры цифровой печати и лидирующие фирмы

4.9.2.

2. Сопоставление динамики производительности аппаратуры и лидирующие модели

4.9.3.

3. Основные структурные изменения лидирующих моделей аппаратуры

4.9.4.

4. Общие тенденции развития аппаратуры

4.9.5.

Литература по вопросам оценки общего уровня развития аппаратуры (тема № 29)

4.10.

Тема № 30. Вопросы стандартизации аппаратуры

4.10.1.

1. Номенклатура параметров аппаратуры

4.10.2.

2. Кодовые номера цветной аппаратуры

4.10.3.

3. Стандартизация параметров качества

4.10.4.

4. Стандартизация печати переменных данных

4.10.5.

Литература по вопросам стандартизации (тема № 30)

4.11.

Тема № 31. Карта развития цветной электрофотографии

4.11.1.

1. Составление карты развития цветной электрофотографии

4.11.2.

2. Характеристика этапов развития

4.11.3.

3. Принципы распределения аппаратуры ЦП по классам производительности

4.11.4.

Литература по карте развития цветной электрофотографии (тема № 31)

4.12.

Тема № 32. Цветная электрофотография начала нового века

4.12.1.

B. Копировально-выводные аппараты (тема № 25)

4.12.2.

C. Лазерные принтеры (тема № 26)

4.12.3.

D. Цифровые печатные машины (тема №28)

4.12.4.

Е. Репрографические информационные системы на базе цифровой аппаратуры (тема №28)

4.12.5.

<?xml version="1.0"?>
. Общее состояние аппаратуры (тема №29)

4.12.6.

Литература по цветной электрофотографии начала нового века (тема № 32)

4.13.

Заключение части III

4.13.1.

1. Резюме

4.13.2.

2. Контрольные вопросы по аппаратуре

5.

Приложение

5.1.

1. Основные этапы развития электрофотографии

5.2.

2. Словарь терминов

5.2.1.

3. Определение основных параметров

Список сокращений

Указатели
189   указатель иллюстраций
Структура элементов изображения при цветосинтеза Схема аддитивного (а) и субтрактивного (б) цветосинтеза Стадии триадного метода цветосинтеза Различия между традиционной технологией CMY (а) и технологией вычитания серой компоненты GCR (б) Схема рассеяния и абсорбции света в трехслойной структуре цветного ЭФГ-изображения на бумажной основе Схема наиболее распространенных вариантов косвенного метода получения цветного ЭФГ-изображения Схема изготовления цветной копии с цветного оригинала методом субтрактивного цветосинтеза (вариант проявления «позитив-позитив») Схема изготовления цветной копии с цветного оригинала методом субтрактивного цветосинтеза (вариант проявления «позитив-позитив») Схема изготовления цветных документов методом субтрактивного цветосинтеза (вариант проявления «негатив-позитив») Схема изготовления цветных документов методом субтрактивного синтеза (вариант проявления «негатив-позитив»). Элкографическое печатающее устройство (а), схема записи изображения на цилиндре (б) и график зависимости оптической плотности точки от длительности импульса (в) [11] Общая технологическая схема (а), схема одной печатной секции (б) и схема записи изображения (в) цифровой печатной машины CPS 700 фирмы «Осе» [14] Варианты технологий цифровой печати Характерные информационные и материальные потоки при цифровой печати категории Computer-to-Print Электрофотографическая технология цифровой печати Технологии цветной цифровой печати на фоне классических вариантов многотиражной печати Место различных технологий печати в поле координат «качество-тиражность» [14] Принцип реализации системы компьютерного управления цветом в процессе воспроизведения цветного изображения с использованием профилей устройств Использование профилей ICC в автоматической системе Color Matching Management [9] Схема цифрового метода копирования оригинала Принципы формирования растровой структуры изображения при цифровой печати Схема одного из вариантов расположения матриц возбуждения при повороте растровой структуры Связь между количеством полутонов N, разрешающей способностью R и линиатурой растра L Схема воспроизведения косых линий точечной структуры при симметричном (а, б) и несимметричном (в, г) разрешении [11, 12] Определение несущей пространственной частоты N по функции передачи модуляции [1] Принципиальная схема лазерного экспонирования с оптико-механической разверткой Принципиальная схема лазерного экспонирования с использованием линейки LED Принципиальная схема лазерного экспонирования, объединяющая линейку LED с оптико-механической разверткой [8] Фоторазрядная кривая (а) и два варианта (б) ее использования: до полуспада потенциала (слева) и до пятикратного полуспада потенциала (справа) Выбор режима лазерного экспонирования Распределение потенциала скрытого электростатического изображения [12] при однократном (а) и многократном (б) импульсе высвета в режиме насыщения Форма зарядного рельефа двух соседних точек при различной плотности облучения ФР [16] Растровое поле при различном механическом разрешении [14] Качество символов в зависимости от механического разрешения [14] Типичная конструкция узла проявления магнитной кистью с использованием двухкомпонентного проявителя Типичные конструкции узлов проявления с использованием однокомпонентного магнитного (а) и немагнитного (б) проявителя Принципиальные схемы блоков узлов цветного проявления Конструкция одного узла жидкостного проявления из блока узлов фирмы «lndigo» Принципиальная схема картриджа Принципиальная схема цветного лазерного принтера с картриджем четырехсекционного типа [5] Зависимость нормализованной оптической плотности DH от соотношения «заряд/масса» Q/M [1] Зависимость соотношения Q/M от концентрации тонера Ct, при соотношении радиусов «носитель/тонер» равным 20 и при различной концентрации трибоэлектрических добавок С [7] Зависимость соотношения Q/M от соотношения поверхностей «тонер и носитель» [В] Зависимость оптической плотности D от потенциала переноса DV [1] при частоте переменного поля 2 кГц и его потенциале Зависимость удельной массы перенесенного тонера (М/А) от удельного заряда частиц (Q/M) [9] Схема заряженного состояния ЭФГ-фоторецептора Принципиальная схема электризаторов типа коротрон (а) и типа скоротрон (б) Зависимость максимального потенциала зарядки ФР Uc от напряжения коронирующего электрода Vk при различном потенциале управляющей сетки Vc [2] Узел одностадийного индукционного переноса Узел двухстадийного индукционного переноса Адгезионный двухстадийный перенос в аппаратуре ЭФГ-офсета Узел термосилового закрепления Энергетическая циклограмма узла закрепления [7] Конструкция узла закрепления современного типа [6] Узел ракельной очистки фирмы «Саnоn» [1] Узел очистки меховым валиком [8] Базовая структура ЭФГ-устройства Принципиальные схемы вариантов реализации цветного ЭФГ-процесса в аппаратуре Примеры одноцилиндрового (а) и двухцилиндрового (б) вариантов цветной аппаратуры Технологическая схема варианта ЭФГ -офсета [5] Структурно-технологическая схема варианта ЭФГ -офсета типа One-in-One [6] Рост стоимости моделей ЭФГ-аппаратов (К) с увеличением их производительности (S) Изменение общего затрачиваемого времени (а) и суммарной стоимости (б) двухсторонней цветной печати всего тиража формата A3 при увеличении количества получаемых оттисков [9, 11 ] Стоимость PА3 изготовления двухстороннего цветного документа формата A3 (4+4) в зависимости от тиража печатной продукции Nt [11, 14] Стоимость односторонней цветной печати [8] формата А4 для двух типов аппаратов при различной их загрузке Стоимость односторонней цветной печати [7] документов формата А4 для лазерных принтеров при различной степени покрытия тонером печатного листа (Cn) Стоимость одного листа одноцветного оттиска PA4 в зависимости от производительности аппаратуры VТ [12] Годовой рост производительности S для аппаратуры, использующей различные технологии [12] Тенденция изменения соотношения P/S (цена/производительность) для цветной аппаратуры [12]

    Тема №10. Цветосинтез

    Тема №11. Варианты и возможности

    Тема №12. Сущность цифровой технологии

    Тема №13. Компьютерная обработка

    Тема №14. Формирование растровой структуры

    Тема №15. Базовые структурные элементы

    Тема №16. Реализация лазерного экспонирования

    Тема №17. Реализация цветного проявления

    Тема №18. Реализация вспомогательных этапов

    Тема №19. Варианты схемного построения

    Тема №20. Эксплуатационные характеристики

Технология цветной электрофотографии основана на известном [1] процессе цветосинтеза, когда в результате совмещения (наложения) нескольких разноцветных структура воспроизводится вся цветовая гамма изображения. Суть такого процесса излагается в следующей последовательности:

    1. Основы цветосинтеза и методы его реализации

    2. Стадии триадного цветосинтеза

    3. Технологические варианты цветосинтеза

Как известно [1 - 3], любой цвет может быть получен в результате сложения трех регулируемых зональных цветовых потоков основных цветов: красного, зеленого и синего (RGB). Различаются три метода такого цветосинтеза (рис. 10.1):

    - аддитивный синтез;

    - субтрактивный синтез;

    - автотипный синтез.

Структура элементов изображения при цветосинтеза

Рис. 10.1. Структура элементов изображения при цветосинтеза: а) аддитивный метод; б) субтрактивный метод; в) автотипный метод: К - красный тонер (цвет); С - синий; 3 - зеленый; Ж - желтый; П - пурпурный; Г - голубой; Ч - черный; Б - белый: <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- площадь красных, синих и зеленых точек растра; <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- коэффициенты светопропускания желтых, пурпурных и голубых точек растра. В скобках указаны английские обозначения цветов: G - green; R - red; В - blue; С - cyan; М - magenta; Y- yellow; К - black; W - white

В случае аддитивного цветосинтеза элементы изображения имеют сложную однослойную структуру. Каждый из этих элементов состоит из растровых точек различной величины, проявляемых тремя основными цветами и рассматриваемых с такого расстояния, когда растровая структура изображения становится незаметной. Глаз наблюдателя в этом случае воспринимает усредненный сигнал от всей площади. Меняя величину или количество растровых точек каждого цвета, можно изменять соотношение основных цветов и синтезировать любой результирующий цвет <?xml version="1.0"?>
(рис. 10.2, а).

Схема аддитивного (а) и субтрактивного (б) цветосинтеза

Рис 10.2. Схема аддитивного (а) и субтрактивного (б) цветосинтеза: (обозначения - на рис. 10.1) <?xml version="1.0"?>
- интенсивность цвета при аддитивном синтезе; <?xml version="1.0"?>
- интенсивность цвета при субтрактивном синтезе

В случае субтрактивного цветосинтеза формируемые элементы изображения имеют многослойную структуру. Они состоят в общем случае) из трех элементарных слоев, образуемых тонерами дополнительных цветов: пурпурного, голубого и желтого (CMY). Каждому такому элементарному слою тонеров необходимы свойства двухзональных светофильтров [ 1 ]: прозрачность в двух спектральных зонах и регулируемое светопропускание - в третьей.

В зависимости от соотношения коэффициентов светопропускания (толщин) этих элементарных слоев могут быть получены регулируемые мощности излучения основных цветов и передан любой цвет оригинала <?xml version="1.0"?>
(рис. 10.2, б).

Автотипный синтез - это комбинация из аддитивного и субтрактивного методов. Элемент изображения сложной структуры (как в случае аддитивного метода) образуется из растра дополнительных цветов (как в случае субтрактивного метода). Растровые элементы составляют комбинацию однослойных и многослойных структур. В случае многослойных структур действует механизм субтрактивного синтеза, а результирующий цвет всей сложной системы обусловливается аддитивным синтезом ее элементов (как однослойных, так и многослойных) [2, 3].

Перечисленные методы получения полноцветного изображения, используя только три цвета тонеров, называются триадными методами. Эти методы широко применяются в фотографии и в полиграфии. Триадному методу характерны следующие стадии (рис. 10.3):

    1) аналитическая или цветоделительная стадия, цель которой - выделение с помощью цветоделительных светофильтров отдельных составляющих цветного оригинала и образование трех цветоделенных оптических изображений. При выводе компьютерной информации роль цветоделенных изображений играют отдельные информационные массивы;

    2) градационная стадия, цель которой - регистрация в цветах триады, выделенных на предыдущей стадии цветоделенных оптических изображений с возможными их преобразованиями (превращение негатива в позитив или наоборот, изготовление печатных форм или цветоделенных негативов, растрирование или маскирование изображения и т. д.);

    3) стадия синтеза, цель которой - сложение воспроизведенных ранее составляющих и получение изображения, содержащего все цвета оригинала или всю гамму цветовых кодов выводимой информации.

Стадии триадного метода цветосинтеза

Рис. 10.3. Стадии триадного метода цветосинтеза: а - при копировании цветных оригиналов; б - при выводе цветных документов. <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- цветоделительные светофильтры

Меняя толщину элементарных слоев (двухзональных светофильтров) или их комбинацию, могут быть получены все цвета и их полутона: например, сумма желтого и пурпурного - красный, сумма голубого и пурпурного - синий, а всех трех - черный.

Изменение параметров (площади или толщины) компонентов позволяет реализовать переходные цвета. Для увеличения контрастности изображения, при воспроизведении черного цвета часто дополнительно используют черный тонер (система CMYK).

В полиграфии (особенно при печатании картографических документов) цветное (многоцветное) изображение иногда получают методом прямого цветового кодирования. Этот метод распространен и при записи компьютерной информации. Каждой информационной категории элементов изображения (например, обозначению рек, дорог или других условных знаков на карте) придается определенный индивидуальный цвет, который печатается соответствующей краской. Таким образом, количество циклов печатания соответствует количеству цветов на многоцветном документе. Субъективный или аддитивный синтез цветов здесь не применяется.

Цвет является важным фактором при восприятии информации человеком. Анализ предназначения цвета в печатной продукции и оценка его отдельных функций* [8] показывает, что наличие цвета в изображении прежде всего увеличивает (усиливает) субъективные параметры восприятия** [5, 6].

(*Функции цвета при цифровой печати [8]:

    1. Коммуникативные:

      а) различительная;

      б) выделительная;

      в) противопоставительная;

      г) разделительная;

      д) объединяющая

    2. Символические (по группам символов):

      а) ассоциативная;

      б) ассоциативно-кодовая;

      в) кодовая.

      3. Выразительные)

(**Увеличение субъективных параметров восприятия при использовании цветного изображения [5, 6]:

    - внимание - на 13%;

    - читаемость - на 39-41%;

    - безошибочность восприятия - на 39%;

    - однозначность - на 84%;

    - понятливость - на 12%;

    - запоминание - на 15-18%;

    - освоение - от 16 до 78% (для учебного материала))

Кроме того, цвет оказывает более далекие последствия, которые существенны в области распространения коммерческой продукции и восприятия потенциальным покупателем ее рекламируемых качеств*.

(*Улучшение восприятия рекламируемых качеств при использовании цветного изображения [5, 6]:

    - сбережение времени - на 70%;

    - побуждение к действию - на 26 - 56%;

    - продажу рекламируемых изделий - на 42%)

Таким образом, создание аппаратуры, предназначенной для воспроизведения цветного изображения, стимулируется не только повсеместным расширением потоков цветных информационных материалов (документов-оригиналов и компьютерных документов), но и существенными преимуществами восприятия цветного изображения.

В настоящее время (прежде всего в полиграфии) используется большое разнообразие технологий, среди которых наиболее популярны следующие [7]:

    I. Традиционная технология CMY (или CMYK);

    II. Технология вычитания серой компоненты GCR (Gray Component Replacement);

    III. Технология семикрасочного цветоделения высокой точности Hi-Fi (High-Fidelity).

1. Традиционная технология CMY (CMYK) используется в офсетной печати, а также в цветной электрофотографии [3]. Она основана на лазерном экспонировании (темы № 7, 26) и проявлении сформированной растровой структуры изображения (темы № 8, 17). В основе технологии лежит цветоделение изображения за тремя светофильтрами: синим, зеленым и красным или вывод трех массивов компьютерной информации. Выделенные составляющие изображения впоследствии печатаются (а для ЭФГ-процесса - проявляются) желтой, пурпурной и голубой краской (тонером).

Результирующий цвет элементов изображения зависит от соотношения составляющих C:M:Y триады, которое подбирается с учетом профиля устройства вывода (тема № 13) и установленной программы управления цветом. На рис. 10.4, а условно обозначены различные уровни этих составляющих: минимальный для голубого (М), средний для пурпурного (С) и максимальный для желтого (Y) цвета. Для проработки теневых участков полутонового изображения отдельно используется четвертая краска (тонер) черного цвета (К). Черный цвет используется и при одноцветном режиме функционирования аппаратуры.

 Различия между традиционной технологией CMY (а) и технологией вычитания серой компоненты GCR (б)

Рис. 10.4. Различия между традиционной технологией CMY (а) и технологией вычитания серой компоненты GCR (б): Min - условный уровень для голубого тонера М; <?xml version="1.0"?>
- условный уровень для пурпурного тонера С; Мах - условный уровень для желтого тонера Y <?xml version="1.0"?>
C <?xml version="1.0"?>
M <?xml version="1.0"?>
- пересчитанные значения уровней С, М, Y; Min (К) - условный уровень эквивалентной замены части триады <?xml version="1.0"?>
+ <?xml version="1.0"?>
+ <?xml version="1.0"?>
черным тонером К<?xml version="1.0"?>

II. Технология вычитания серой компоненты GCR предусматривает алгоритмическое (программное) вычитание той части элементов триады, которая результирует ахроматический «серый» цвет, с ее эквивалентной заменой на черный тонер.

Суть данной технологии показана на рис. 10.4, б. Ахроматическая часть тонеров CMY соответствует уровню Min. Алгоритм процесса цветоделения* можно представить в виде выражений (10.1)

(*Алгоритм процесса цветоделения GCR: <?xml version="1.0"?>
- (обозначения - на рис. 10.4))

Таким образом, для триадного проявления цветными тонерами остается только та часть соответствующих составляющих, которая выступает над уровнем Min. При частичной эквивалентной замене трех цветных красок на одну черную ниже этого уровня, достигается экономия цветных тонеров и улучшается качество изображения - увеличивается его контраст. Однослойные и бинарные элементы изображения получаются обычным методом.

III. Технология семикрасочного цветоделения Hi-Fi позволяет делать вычитание и замену не только «серой» компоненты для ахроматических изображений, но и проводить замен двух триадных тонеров изображения бинарной структуры на один тонер основных цветов RGB. Например, структура пурпурного и желтого тонеров заменяется одним красным цветом. Это позволяет исключить влияние очередности процесса наложения триады, точности совмещения и спектральной чистоты компонентов. Увеличивается интенсивность синего, зеленого и красного цвета, а также увеличивается цветовое пространство воспроизводимых цветов.

Прямое семикрасочное цветоделение изображений за соответствующим числом цветоделительных светофильтров невозможно. Поэтому процесс происходит в две стадии [7]:

    а) на первой стадии осуществляется обычное оптическое цветоделение за тремя светофильтрами;

    б) на второй стадии происходит дополнительное программное цветоделение, позволяющее разделить трехкрасочный (CMY) цвет изображения на семь составляющих (CMYK + RGB), каждая из которых может быть отпечатана (или проявлена) соответственно голубой, пурпурной, желтой, черной, красной, зеленой или синей красками (тонерами). Алгоритмы семикрасочного цветоделения фирмами-разработчиками программ обычно не раскрываются.

В практике многоцветной печати, для расширения цветоохвата, все чаще используются не четыре краски (как в I варианте), но также и несколько дополнительных красок (развитие II и III вариантов). При этом аппаратурно внедряются следующие технологии [10]:

    - использование смесевых красок по стандартам Pantone (применяются 14 базовых цветов и их смешение в различной пропорции, получая до 1114 цветов палитры);

    - развитие технологии Hexachrome с шестью независимыми цветами (с получением более 2 тыс. цветов палитры);

    - появление новой технологии семицветной печати Opaltone Seven Color Press с возможностью получения до 3 тыс. цветов.

В аппаратуре цветной электрофотографии наиболее широкое применение получил I вариант технологии CMYK. В современных моделях аппаратов применяются принципы II варианта. III вариант Hi-Fi остается перспективным вариантом для новых разработок, так как он требует увеличения узлов проявления (и количества тонеров) до семи.

При реализации упомянутых технологических вариантов в аппаратуре окончательное изображение обычно получается на бумажной основе. В данном случае параметры цветности зависят не только от степени поглощения и рассеяния света в элементарных слоях CMY (в зависимости от толщины и параметров тонеров и интенсивности их закрепления), но и от коэффициента отражения от белой бумаги (рис. 10.5).

Схема рассеяния и абсорбции света в трехслойной структуре цветного ЭФГ-изображения на бумажной основе

Рис. 10.5. Схема рассеяния и абсорбции света в трехслойной структуре цветного ЭФГ-изображения на бумажной основе: <?xml version="1.0"?>

Проведенные исследования [9] показывают, что при отражении от белой бумаги, и с учетом двойного прохождения света через все элементарные слои, отраженная интенсивность* выражается соотношением (10.2). Установлено [9], что для трехслойной структуры минимализированное рассеяние света в элементарных слоях уступает отраженному свету от белой бумаги - основа <?xml version="1.0"?>
CMY. Именно этот свет и определяет цветовые параметры изображения.

(*Отраженная интенсивность для трехслойного образца выражается [9]: <?xml version="1.0"?>
(10.2) - (обозначения - на рис. 10.5))

В случае использования в качестве воспринимающей основы прозрачных пленок имеется определенная специфика. Пленки с цветным изображением обычно помещаются в диаскопических проекторах для просмотра на экране. Уже было показано (тема № 9), что в этом случае цветовые элементы на пленках должны обладать гомогенной структурой, оцениваемой коэффициентом рассеяния Каллье на уровне Q <?xml version="1.0"?>
4 - 6. Только тогда элементы изображения на экране будут выглядеть цветными. В противном случае большое диффузное рассеяние света на этих элементах не позволяет получить на экране цветного изображения.

Для достижения такого значения коэффициента Каллье цветная пленка обычно содержит пластическое покрытие, в которое при интенсивном термосиловом закреплении внедряются перенесенные частицы тонера [11].

Пленки с черно-белым или цветным изображением также могут быть использованы в качестве оригинал-макета для подготовки форматной полосы при выпуске газет [12]. В этом случае строгая гомогенизация элементов изображения не требуется.

    1. Шашлов Б. Н. Цвет и цветоделение. - М.: Мир кн., 1995. - 315 с.

    2. Артюшин Л. Ф., Артюшина Е. Н. Цветоделение для полиграфистов. - М: Книга, 1987. - 111 с.

    3. Харин О., Сувейздис Э. Цветная электрофотография. - М.: Воен. изд., 1996. - 227 с.

    4. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. - М: Изд-во МГУП, 1999. - 435 с.

    5. Xerox Colour Changes Everything. The Xerox 5775 Digital Colour Copier/ Printer, «Rank Хеrох», 1991.

    6. //Byte - 1995. № 7. - P. 42.

    7. Каныгин H. // КомпьюАрт - 1998. № 7. - С. 28-31.

    8. Лаптева И. // КомпьюАрт. - 2001. № 8. - С. 38-43.

    9. Osamu Ide // J. of Imaging Sc. and Technol. - 2002. № 4. - P. 344-349.

    10. Лаптева И. // КомпьюАрт. - 2003. № 1. - С. 56-60.

    11. Lottes А. / International conference IS and T,s NIP 13: Proc. 1997. - P. 406-409.

    12. Богомолова E., Гурко В. // КомпьюАрт. - 1998. № 12. - С. 45-47.

В уточненной и расширенной форме название данной темы предусматривает анализ наиболее распространенных вариантов технологии воспроизведения цветного ЭФГ-изображения и обобщение реализованных в аппаратуре возможностей современной цветной электрофотографии и альтернативных технологий. При этом выделяются следующие основные вопросы:

    1. Обобщение вариантов технологии воспроизведения цветного ЭФГ-изображения

    2. Варианты цветного копирования физических оригиналов

    3. Варианты воспроизведения цветных документов компьютерной информации

    4. Аппаратурные возможности технологии современной цветной электрофотографии

    5. Альтернативные технологии воспроизведения цветного изображения

Воспроизведение цветного электрографического изображения происходит [1, 2] по прямому или косвенному методу цветной электрофотографии (темы № 3, 4) на фоторецепторах (тема № 5) однократного или многократного применения.

Цветное (многоцветное) изображение на ФР однократного применения получается прямым методом. Сформированное на ФР (ЭФГ-бумаге или ЭФГ-пленке) скрытое электростатическое изображение многократно проявляется жидкими проявителями, после чего полученное цветное (многоцветное) изображение подвергается произвольному или специальному закреплению.

Во всех практически реализованных случаях прямого метода* изображение воспроизводится аналоговым или цифровым способом. Были выпущены отдельные модели аппаратуры [1, 2], однако данное направление широкого развития не получило.

(*Реализация прямого метода [1, 2]: аппаратура изготовления многоцветных карт на фотополупроводниковой бумаге и аппаратура изготовления цветных (многоцветных) диапозитивов на органических электрофотографических пленках (для систем отображения информации))

Цветное (многоцветное) изображение на ФР многократного применения, получаемое при косвенном методе формируется путем многократного переноса одноцветных, цветоделенных изображений с ФР на бумагу. В последнее время находит применение и другой косвенный методРеализация косвенного метода [1, 2]: цифровая копировальная аппаратура, копировально-выводная аппаратура, лазерные принтеры, цифровые печатные машины, основанный на одноразовом переносе цветного изображения, получаемого непосредственно на ФР. Проявление обычно происходит сухими проявителями по схеме «позитив-позитив», хотя при выводе компьютерной информации чаще используется схема «негатив-позитив». Цвета получаются методом субтрактивного (автотипного) цветосинтеза или методом последовательного цветового кодирования (при изготовлении карт) (тема № 10).

Современная электрофотография в основном использует ФР многократного применения и косвенный метод получения цветного изображения (с его промежуточным накоплением либо на ФР, либо на воспринимающей основе).

Именно по этому направлению работает почти вся аппаратура цифровой печати, поэтому дальнейший анализ ограничивается рассмотрением отдельных вариантов реализации только для косвенного метода.

Различаются следующие варианты косвенного метода (рис. 11.1).

 Схема наиболее распространенных вариантов косвенного метода получения цветного ЭФГ-изображения

Рис. 11.1. Схема наиболее распространенных вариантов косвенного метода получения цветного ЭФГ-изображения: ФР - фоторецептор; ВО - воспринимающая основа

    Вариант I. Воспроизведение физических оригиналов:

      а) с накоплением цветного изображения на ФР и одноразовым переносом на ВО;

      б) с переносом по частям и накоплением цветного изображения на ВО.

    Вариант II. Воспроизведение компьютерной информации:

      а) и б) - аналогично первому варианту.

В случае использования промежуточного носителя, перенос изображений на бумагу для обоих вариантов может проходить в два этапа.

Вариант воспроизведения копий физических оригиналов реализуется на схеме «позитив-позитив». Схема варианта I, а изображена на рис. 11.2. Белый свет, представляющий собой сумму зональных излучений в красной (к), синей (с) и зеленой (з) областях спектра, проходя цветной оригинал (или отражаясь от него), частично поглощается, поэтому первого, например синего, цветоделительного фильтра достигают только отдельные его составляющие. Фильтр пропускает только синюю составляющую (с), которая с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается соответственно в четырехэлементный массив первого цикла цветоделения, а луч лазерной развертки освещает соответствующие участки ЭФГ-ФР. Так как проявление происходит по схеме «позитив-позитив» (т. е. проявляются только заряженные участки ФР), то применяемый в данном случае желтый (Ж) тонер будет осаждаться только на тех местах, где синего света не было (участки 1, 3, 4, 7). Во втором цикле записи цветоделительный фильтр меняется на зеленый. Неосвещенные участки ФР (1, 2, 5, 7) в этом случае проявляются пурпурным (П) тонером. На некоторых из этих участков (1, 7) уже происходит наложение тонеров двух цветов. То же самое повторяется в III цикле записи, где в качестве цветоделительного используется красный фильтр, а изображение проявляется голубым (Г) тонером. В результате на ФР воспроизводятся все цвета оригинала, в том числе белый (Б) и черный (Ч). Для увеличения контраста изображения иногда используется четвертый цикл записи, в котором скрытое изображение проявляется черным тонером. После этого происходит одновременный перенос всех компонентов изображения на воспринимающую основу и, после закрепления, получаем цветную копию оригинала [1, 2].

 Схема изготовления цветной копии с цветного оригинала методом субтрактивного цветосинтеза (вариант проявления «позитив-позитив»)

Рис. 11.2. Схема изготовления цветной копии с цветного оригинала методом субтрактивного цветосинтеза (вариант проявления «позитив-позитив»): К - красный цвет; С - синий; 3 - зеленый; П - пурпурный; Ж - желтый; Г - голубой; Ч - черный; Б - белый; (Ж) - желтый тонер; (П) - пурпурный тонер; (Г) - голубой тонер. 1...8 - участки ФР, соответствующие разноцветным элементам изображения; ФР - фоторецептор; ВО - воспринимающая основа

Схема варианта I, б отличается (рис. 11.3) тем, что после проявления каждой компоненты на ФР она сразу переносится на ВО, где и накапливается цветное изображение.

Схема изготовления цветной копии с цветного оригинала методом субтрактивного цветосинтеза (вариант проявления «позитив-позитив»)

Рис. 11.3. Схема изготовления цветной копии с цветного оригинала методом субтрактивного цветосинтеза (вариант проявления «позитив-позитив»): (обозначения - на рис. 11.2)

Из рисунков 11.2 и 11.3 видно, что в результате любого цикла образуются именно четыре элемента каждого цветоделенного массива, где (в данном случае по схеме «позитив-позитив») частицы тонера не осаждаются. Осаждение тонера происходит на остальных элементах, где и реализуется цветосинтез всей гаммы цветов [2, 3].

Вариант воспроизведения твердых копий компьютерной информации реализуется по схеме «негатив-позитив». Схема варианта II, а показана на рис. 11.4.

 Схема изготовления цветных документов методом субтрактивного цветосинтеза (вариант проявления «негатив-позитив»)

Рис. 11.4. Схема изготовления цветных документов методом субтрактивного цветосинтеза (вариант проявления «негатив-позитив»). Лазерная запись в красной области спектра (К) (обозначения - на рис. 11.2)

Луч лазера в первом цикле записи должен проэкспонировать четыре информационных массива (участки 1, 3, 4 и 7) с цветовыми кодами красного, зеленого, желтого и черного цветов соответственно. После проявления экспонированных участков желтым тонером будет сформирована первая компонента для субтрактивного синтеза красного (К), зеленого (3) и черного (Ч) цветов, а также в монослое получен желтый (Ж) цвет. Во II цикле записи, которому не мешает наличие на ФР желтого тонера (пропускает красный цвет лазера) экспонируются четыре информационных массива, соответствующие цветовым кодам (1, 2, 5 и 7), и проявляются пурпурным тонером. Пурпурный и желтый тонеры не препятствуют III циклу записи также четырех информационных массивов (2, 3, 6 и 7). Таким образом, завершается формирование всех цветов на ФР. После этого данное изображение в один прием пeреносится на ВО и там закрепляется. Процесс изготовления твердых копий завершается.

Схема реализации варианта II, б показана на рис. 11.5. Она отличается тем, что каждая компонента проявленного изображения сразу переносится на ВО, где и накапливается цветное изображение.

Схема изготовления цветных документов методом субтрактивного синтеза (вариант проявления «негатив-позитив»).

Рис. 11.5. Схема изготовления цветных документов методом субтрактивного синтеза (вариант проявления «негатив-позитив»). Лазерная запись (Л) в ИК-области спектра (обозначения - на рис. 11.2)

Завершая описание вариантов следует упомянуть, что при последовательном цветовом кодировании количество циклов для получения многоцветного изображения равняется количеству воспроизводимых цветов. Цветосинтез при этом не используется.

Возможности цветной электрофотографии подробно рассматриваются ниже (часть III), при анализе отдельных категорий аппаратуры. Обобщая эти возможности, в табл. 11.1 представлены реализованные в аппаратуре параметры процессов и достигнутые основные эксплуатационные характеристики. Приведены предельные параметры, достигнутые в лидирующих моделях ведущих фирм.

Таблица 11.1

Реализованные в аппаратуре возможности цветной электрофотографии

Untitled Document

Параметры
Единицы измерения
Копировальные аппараты (copier)
Копировально-выводные аппараты (copier/ printer)
Принтеры (printer)
Цифровые печатные машины (digital color press)
Формат или размеры документа
мм
А1
18000 х 7000
А3
А2; 609 х 762
Количество регламентируемых цветов
-
1670
1670
7
1670
Количество полутонов
-
256
256
256
256
Разрешающая способность или разрешение
dpi
400
600 - 800 или 9600 х 600
2400 х 600 или 1200 х 600
800 или 9600 х 600
16
24 - 32
96 х 24 или 48 х 24
32
Производительность*
cpm или ppm
15-23
21
21
100 - 130
Эксплуатационная производительность
ф. А4/ месяц
250000 - 270000
100000
80000
500000
Стоимость продукции
UCD за ф. А4
0,07 - 0,95
0,20 - 0,60
0,09 - 0,70
0,10

*В последних моделях принтеров и ЦПМ (тема №32) производительность увеличена до 35-36 и до 136 ppm соответственно

В таблице приведенные большие размеры цветных оттисков (до 18'7 м) относятся к документам или плакатам (постерам), получаемым методом мозаики, по фрагментам. При оценке цветовых параметров в литературе обычно указывается лишь категория аппаратуры и количество регламентируемых цветов, которое не превышает 1670. Теоретически возможно получение до 16,7 млн цветовых оттенков. При оценке производительности аппаратуры, Обеспечивающей одновременную двухстороннюю печать, этот параметр удваивается.

Воспроизведение изображения в общем случае может быть реализовано с применением различных физически процессов, среди которых наибольшее распространение получили следующие:

    - электрофотографический процесс;

    - электростатический процесс;

    - галогенидосеребряный процесс;

    - процесс, основанный на термопереносе и сублимации; процесс струйной записи;

    - процесс механической (в том числе перьевой) записи;

    - офсетная печать и др.

Физические параметры упомянутых процессов и реализуемые в аппаратуре параметры изображения [4 - 6] приведены табл. 11.2. Перечисленные процессы применяются для получения как одноцветного, так и цветного изображения.

Таблица 11.2

Параметры различных процессов получения изображения [4-6]

Untitled Document

Наименование процесса
Энергия экспонирования печати ()
Средство визуализации
Параметры изображения
Материал
Величина частицы, мкм
Диаметр точки, мкм
Разрешающая способность,
Быстродействие записи
точек/с
м/с
Электрофотография
тонер
6-12
25-60
6-20
0,5
Электростатография
-
тонер
0,1-2
-
4-8
-
0,05
Галогенидосеребряный процесс
АgХ, краситель
0,5-1
0,5-10
80
-
8
Термо перенос
1,5-2
твердый краситель
-
7-50
2
0,3 коп/с
Струйная запись
0,1-3 (8-42 мкДж/точку)
чернила
10-100
30-150
6-20
-
Механическая запись
-
чернила
-
-
20
-
0,1-1,5
Офсетная печать
-
вязкая краска
-
5-10
80-100
-
30 коп/с

Качественные характеристики вышеперечисленных альтернативных технологий обобщены в табл. 11.3.

Таблица 11.3

Качественная характеристика альтернативных технологий печати

Untitled Document

Технология печати
Принцип работы
Материалы
Оценка условий эксплуатации и изображения
Сфера применения
Донорный материал
Набор красителей
Рецептор
1. Струйная печать: 1.1. Непрерывного действия (Continuous Inkjet)
Непрерывный выброс из сопел печатной головки малых порций каплеобразной краски и осаждение ее на рецептор. Излишние капли краски отклоняются электростатическим полем и попадают в сточную емкость
-
Комплект разноцветных красок в жидком виде
Специальная (или улучшенного качества) бумага или пленка
Нижкая стоимость эксплуатации и оттисков, сравнительно медленная работа. Полутоновая печать хорошего качества
Офисные работы, изготовление плакатов и цветопроб
1.2. Избирательного действия (Dropon- Demand) 1.2.1. Капельно-струйная (Bubble Jet)
Термический выброс краски из печатной головки только на запечатываемом участке для получения точек
-
То же
То же
То же, однако уменьшается расход краски
То же
1.2.2. Пьезопечатающая
Выброс жидкой краски обеспечивается импульсом пьезокристалла
-
То же
То же
То же
То же
1.2.3. Твердокрасочная
Разообменная печать аналогична обычной струйной, только используется краска в твердом виде, расплавляемая перед выбросом
-
Комплекс разноцветных красок в твердом виде
Специальная или обычная бумага или пленка
Быстротвердею-щая краска снижает впитывание в бумагу. Улучшаются четкость и яркость
То же
2.Термосублимационная технология
Нагрев печатной головки, вызывающий переход краски из твердого в газообразное состояние с проникновением в рецептор, вызывая там химическую реакцию. Возможность регулировки выхода краски для изменения интенсивности цвета
Специальный материал с красками
-
Специальная бумага или пленка
Высококачественная полутоновая цветная печать без растра. Медленная работа. Высокая стоимость оттисков
Изготовление цветопроб и презента­ционных документов
3. Технология термопереноса (термовосковая)
Печатная головка с множеством индивидуально управляемых нагревательных элементов, расплавляющих смолистый материал и вызывающих его переход по точкам на бумагу или пленку
Рулонная лента с последовательно расположенным сегментом различных цветов
-
Мелованная бумага или пленка
Качественное полутоновое растрированное изображение высокой яркости
То же
4. Электростатическая технология
Нанесение на рецептор электростатических зарядов с помощью записывающей головки с игольчатыми электродами и последующее проявление жидкими проявителями
-
Комплект разноцветных жидких проявителей
Специальная электростатическая бумага
Качественное штриховое изображение
Вывод данных компьютерной информации. Изготовление плакатов, карт, чертежей и т.д.

С учетом высокого качества ЭФГ-изображения (тема № 9) и очень широких возможностей его редактирования эта технология получила прочную монополию среди современных цветных копировально-выводных аппаратов. Они позволяют сочетать копирование оригиналов с выводом компьютерной информации, что позволяет получать полноцветные документы вплоть до форматов А1 - АО, а быстродействие процесса печати, достигающее 136 ррm, не зависит от сложности графического рисунка.

В области цветных принтеров ЭФГ-технология выдерживает жесткую конкуренцию. Альтернативными технологиями являются (табл. 11.4):

    - струйная технология;

    - термосублимационная технология;

    - технология термопереноса;

    - электростатическая технология.

Наиболее широкое распространение завоевала струйная технология [7, 8, 15], а ЭФГ-технология начиная с 1993 г. постепенно выходит на второе место.

Таблица 11.4

Сравнительная таблица основных параметров наиболее распространенных технологий бесконтактной печати, применяемых в принтерах (по состоянию до 2000 г.)

Untitled Document

Технология печати
Формат
Диапазон производительности печати
Диапазон разре­шений, dpi
Цена аппаратов, USD
Стоимость печати ф. А4
Одноцветной
Цветной
Одноцвет­ной, USD
Цветной, USD
ppm
другие единицы
ppm
другие единицы
Электрофотографическая
Персональные/ групповые принтеры
А4
4-12
-
-
-
300 х 300
400-50000
0,01-0,04
-
Учрежденческие (сетевые) лазерные принтеры
А4/А3
6-96
-
3-21
-
от 600 х 600 до 2400 х 300
3000-20000
0,02-0,23
0,10-0,41
Струйная
Малоформатные ПУ
А4-А2
3-35
200-800 знак/с
2-12
200-800 знак/с 0,3-0,8 А2/мин
от 360 х 360 до 1440 х 1200
220-8700
0,02-0,08
0,20-1,00
Среднеформатные ПУ
до А0
-
-
-
8-37 мин/А0 4-8 см/мин
от 300 х 300 до 600 х 1200
5500-36000
-
-
Крупноформатные ПУ
более Ао (до 1,5 х 50 м)
-
-
-
9-60 мин/А0 8-32
от 72 до 300 х 300 и 720 х 720
6000-60000
-
-
Термосублимационная
А4/А3
-
-
-
6-3 мин/А3
от 300 х 300 до 1200 х 600
380-19000
-
2,70-3,80
Технология термопереноса (термовосковая)
А4/А3
-
-
-
4,5-13 мин/А3
от 300 х 300 до 1200 х 600
до 25000
-
0,50-1,00
Электростатическая
А0
-
-
-
70 сА0
200 х 400
120000
-
-

Преимущества струйных принтеров по сравнению с лазерными заключаются в более низкой стоимости, в меньших габаритах и массе. Однако струйные принтеры имеют более низкую производительность печати, требуют специальной бумаги улучшенного качества, несколько уступают по качественным параметрам. По другим параметрам струйная и лазерная технологии существенно не различаются. Для отличающихся фотографическим качеством термосублимационных принтеров [9] характерна высокая стоимость не только самих аппаратов, но и цветной продукции, достигающей несколько долларов за формат А4.

Вышеперечисленные альтернативные технологии достаточно хорошо известны [2, 7, 8, 9], однако создаются и сравнительно новые процессы, которые начинают применяться и в области цифровой печати. Среди таких новых технологий выделяется элкография. Рассмотрим этот менее известный процесс более подробно [11, 13].

Процесс элкографии (Elecography) разработан фирмой «Elcorsy Technology» более 30 лет назад, однако его первая презентация проходила лишь в 1996 г. на выставке NEXPO. Коммерческая реализация в машине ELCO 400 состоялась в 2001 г.

Сущность процесса заключается в электрокоагуляции (electrocoagulation) и осаждении в электростатическом поле частиц полимера, т. е. происходит процесс электролиза между двумя электродами. Коллоидный раствор для электролиза состоит из воды, электролитических солей, частиц полимера и дополнительного слоя. При подаче напряжения на катод начинается реакция электролиза. Выделяющиеся в коллоидном растворе ионы хлорида разрушают дополнительный так называемый слой пассивного анода. На этом участке собираются ионы железа (<?xml version="1.0"?>
), которые служат активаторами процесса коагуляции полимера. Одновременно происходит осаждение этих коагулянтов на поверхность анода. При добавлении в коллоидный раствор пигментов, процесс может быть использован для записи графической информации.

Элкографическое печатающее устройство построено по классическому ротационному принципу и содержит следующие элементы (рис. 11.6).

Элкографическое печатающее устройство (а), схема записи изображения на цилиндре (б) и график зависимости оптической плотности точки от длительности импульса (в) [11]

Рис. 11.6. Элкографическое печатающее устройство (а), схема записи изображения на цилиндре (б) и график зависимости оптической плотности точки от длительности импульса (в) [11]

Изображение формируется на металлическом цилиндре (аноде). В устройстве кондиционирования на поверхность цилиндра наносится тонкий слой масла (дополнительный слой), облегчающий последующий перенос и поглощающий выделяющиеся при электролизе газы. С помощью красочного аппарата на поверхность цилиндра наносится тонкий слой жидкой краски. Последующее устройство записи - это линейка электродов (катодов), на которую подаются управляющие импульсы. Формирование элемента изображения происходит в результате полимеризации (укрупнения) полимерных частиц и их осаждения на поверхность цилиндра. Размер элемента зависит от длительности импульса. Обычно он достигает 50 - 75 мкм. Так как элемент изображения находится под слоем краски, то для его визуализации используется так называемое устройство проявления - эластичный ракельный нож, удаляющий лишнюю (не подвергавшуюся полимеризации) краску. Перенос изображения на запечатываемый материал происходит под давлением, а закрепление - самопроизвольное. Устройство очистки - смывка струей чистящего раствора.

По данным «Elcorsy», максимальная оптическая плотность точки достигает 1,75 Б, разрешение записи - 400 dpi, количество градацией - 256.

Время записи точки варьируется от 0,1 до 4 мкс. Это дает возможность достигнуть скорость записи изображения 980 м/мин, хотя в аппарате ELCO 400 скорость не превышает 120 м/мин. Ширина полотна составляет 457 мм, а максимальная длина отпечатка - до 18 м.

Машина ELCO 400 находит применив [12] в газетной печати с получением высококачественных (схожих с глубокой печатью) полноцветных двухсторонних оттисков (4/4) со скоростью до 2 м/с, используя при этом стандартные сорта бумаги. Продукция печати отличается низкой стоимостью - 0,03 USD за односторонний оттиск формата A3.

Оригинальный комбинированный процесс получения цветного изображения также используется [14] в аппаратуре CPS 700 фирмы «Осе». Это объединенная технология получения изображения Direct Imaging Technology (DI) и Color Copy Press Technology. Производительность цветной машины - 25 ppm; разрешение 400 x 1600 dpi; максимальный формат 301 x 436 мм; бумага (в том числе с текстурированной поверхностью) плотностью 75 - 210 г/<?xml version="1.0"?>
. Существенным качественным отличием является семикрасочная печать, что расширяет возможность цветовопроизведения.

Принципиальная схема машины показана на рис. 11.7. Вокруг офсетного цилиндра (1), на котором накапливается цветное изображение, расположено семь печатных станций или секций (2). Накопленное цветное изображение переносится на бумагу [3] в один прием и выводится из машины.

 Общая технологическая схема (а), схема одной печатной секции (б) и схема записи изображения (в) цифровой печатной машины CPS 700 фирмы «Осе» [14]

Рис. 11.7. Общая технологическая схема (а), схема одной печатной секции (б) и схема записи изображения (в) цифровой печатной машины CPS 700 фирмы «Осе» [14]: 1 - офсетный цилиндр; 2 - печатная секция; 3 - бумага; 4 - DI-барабан; 5 - питающий валик; 6 - подающий валик; 7 - проявляющий валик; 8 - магнитный нож; 9 - резервуар с тонером; 10 - опорный валик; 11 - лампы, нагревающие барабан; 12 - генератор изображения; 13 - электроды; 14 - импульсы записи; 15 - элементы изображения; 16 - пробельные участки; 17 - слой диэлектрика

Основное различие машины содержится в работе печатных секций. Вместо лазерной записи здесь используется электростатическая технология Осе Direct Imaging. Изображение для каждого цвета записывается на специальном цилиндре (DI-барабане), содержащем множество кольцевых электродов, расположенных перпендикулярно оси цилиндра (160 электродов/см или 400 dpi). Для локализации импульса записи электроды изготавливаются из эпоксидной смолы и имеют лишь небольшую проводимость. Этой смолой заполняются канавки, нарезанные в диэлектрическом покрытии цилиндра. С внутренней стороны электроды подключаются к потенциалу смещения и к генератору изображения, а сверху покрываются тонким диэлектрическим слоем, на котором и формируется изображение.

Процесс записи происходит следующим образом. На DI-барабане (4) с помощью подающего валика (6) наносится ровный слой ферромагнитного тонера, который потом локально снимается проявляющим валиком (7). Это происходит в соответствии с электрическими импульсами от генератора изображения (12), поступающими на электроды (13) и снижающими потенциал DI-барабана. На его диэлектрическом покрытии (17) создается своеобразное СЭИ, а отрыв тонера происходит под действием конкурирующих между собой электрических сил этого СЭИ и магнитных сил валика проявления. Длина микрополосок вдоль кольцевого электрода регулируется продолжительностью электрического импульса записи.

Существенным отличием является и то, что на центральном цилиндре разноцветное изображение собирается в виде монослоя, а цветосинтез (CMYK + RGB) при этом - аддитивный [2]. Цилиндр содержит эластическое покрытие и изнутри нагревается лампами до 90-130°С. Это приводит к оплавлению тонера, исключает наложение другого цвета на уже «занятых» элементах, а также дает последующий полный перенос на бумагу, которая также предварительно нагревается. Размягченный тонер внедряется в бумагу под давлением, т. е. одновременно с переносом происходит и закрепление цветного изображения.

Прототип машины (под маркой Осе 3125С) впервые экспонировался на международной выставке DRUPA 2000 в Дюссельдорфе.

Альтернативной технологией является разработка нового варианта термочувствительной «сухой» пленки, предназначенной для изготовления диапозитивов или печатных форм [16].

Пленка работает в обычном режиме записи ИК-излучением (от 0,83 до 10,6 мкм) и состоит из лавсановой основы, на которую нанесены два слоя - адгезионный (одновременно отражающий ИК-излучение) и деформируемый слой, состоящий из красителя в полимерном связующем (толщина около 2 мкм). Оптическая плотность пленки превышает 5,0 Б.

В процессе лазерной записи частицы красителя (или пигмента) поглощают излучение и происходит абляция. Верхний слой расплавляется и полностью смещается в стороны, оголяя поверхность основы с адгезионным слоем. Оптическая плотность этих участках снижается до 0,1 Б. Энергетическая чувствительность записи - около 0,5 Дж/<?xml version="1.0"?>
. Ширина элемента изображения - 7 мкм. Скорость записи на различных серийных выводных устройствах - от 20 до 50 об/с. Дополнительной обработки не требуется.

Известен [17] метод получения изображения, содержащий только отдельные элементы классического процесса: запись лазерным лучом и сухой магнитный проявитель, однако сам фоторецептор отсутствует. Этот процесс назван процессом LTF (Laser-toner-fusion). Суть процесса заключается в следующем. С помощью магнитной щетки на пленочном носителе, с термопластическим слоем на поверхности, наносится ровный слой тонера. Этот слой экспонируется мощным лазерным лучом в ИК-области спектра. Локально нагреваемые участки тонера оплавляются и прилипают к термопластическом слою носителя. Неоплавленный тонер собирается той же самой магнитной кистью на которую подается потенциал смещения противоположной полярности. Оставшееся изображение окончательно закрепляется путем общего нагрева носителя записи. При этом частицы тонера полностью погружаются в термопластический слой носителя и процесс получения одноцветного изображения завершается.

Процесс записи происходит при комнатном освещении. Для получения изображения требуется энергия 150 - 300 мДж/<?xml version="1.0"?>
излучаемая лазерным диодом мощности 200 мВт при 1 = 827 нм.

Цветное изображение накапливается обычным способом. Качество изображения оценивается разрешением на уровне 2540 dpi с оптической плотностью до 4,0 Б. Процесс использован в модифицированной системе цветопробы Kodak Signature Color Proofing System.

    1. Харин О., Сувейздис Э. Цветная электрофотография. М.: Воен. изд., 1996. - 227 с.

    2. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. М: Изд-во МГУП, 1999. - 488 с.

    3. Kharin О., Suveizdis Е. / IS and Ts. NIP: Proc. 1998. International Conference on Digital Printing Technologies. P. 425-428.

    4. Синкевич M., Харин О., Сувейздис Э. // Полиграфия. - 1996. № 2. - С. 42-44.

    5. Funio Nakada // Electrophotography. - 1995. - V. 34. № 3. - P. 350 - 358.

    6. Dawes A. // Digital Design. - 1979. № 1. - P. 48-54.

    7. // Ct. - Mag. Comput. Tech. - 1994. № 11. - P. 170- 171.

    8. Yuji Takasnima // Electrophotography. - 1995. - V. 34. № 3. - P. 214 - 220.

    9. // PC Magazin / Russian Edition. - 1996. № 2. - P. 125-179.

    10. // Комгшотер-пресс. - 2000. № 3.

    11. Гудилин Д. // КомпьюАрт. - 2002. № 6. - С. 37-40.

    12. Верфель М. // Газ. технол., - 2001. № 12. - С. 84-85.

    13. Уарова Р., Стерликова А. // Digital Printing Magazine. - 2003. № 2. - С. 32-37.

    14. Харин О., Уарова Р. // Digital Printing Magazine. - 2003. № 2. - С. 42 - 45.

    15. Уарова Р., Стерликова А // Digital Printing Magazine. - 2003. № 2. - С. 28-31.

    16. Битюрина Т. // Полиграфия. - 2003. № 2. - С. 46-47.

    17. Mey W., Kamp D.R. / International conference IS and T,s NIP 15: Proc. 1999. - P. 297-301.

Рассмотренные (тема № 11) варианты воспроизведения цветного ЭФГ-изображения реализуются с помощью технологии цифровой печати. Сущность цифровой технологии излагается по следующему плану:

    1. Направления развития технологий цифровой печати

    2. Электрофотографическая технология цифровой печати

    3. Технологические особенности лазерной записи

    4. Возможности ЭФГ-технологии и ее место среди других технологий

Цветная цифровая печать (ЦП) в общем случае предусматривает воспроизведение цветных оригиналов, изготовление цветных твердых копий изображения компьютерной информации или получение составных отредактированных документов разнотипной информации с их тиражированием. В каждом из перечисленных вариантов информация из различных источников проходит через компьютер, поэтому технологию ЦП можно рассматривать как технологию воспроизведения на бумаге компьютерной информации [1].

Известно [2 - 5], что технология ЦП подразделяется на следующие направления (рис. 12.1):

    а) Сотриter-to-Film: информационный массив от компьютера предварительно записывается на фотопленке, с которой изготавливаются формные пластины, они устанавливаются в печатную машину и после приладки и пробной печати запускается тираж;

    б) Computer-to-Plate: исключается этап записи на фотопленке, а информационный массив записывается прямо на формную пластину с ее использованием как и в предыдущем случае;

    в) Computer-to-Press: формная пластина (в виде пленки, наложенной на цилиндр) изготавливается прямо в печатной машине (Direct Imaging-DI);

    г) Computer-to-Print: исключается применение формных пластин. В каждом печатном цикле компьютерная информация заново регистрируется на фоторецепторе многократного применения, что позволяет обновлять информацию в ходе выпуска тиража.

Варианты технологий цифровой печати

Рис. 12.1. Варианты технологий цифровой печати

Развитие технологии цифровой печати хронологически идет цифровой печати от Computer-to-Film к Computer-to-Print. При этом в зависимости от имеющихся возможностей и эксплуатируемых технических средств популярен весь так называемый комплекс СТРЗ или трех СТР-технологий [6]: Computer-to-Plate (СТР-1), Computer-to-Press (СТР-2) и Computer-to-Print (СТР-3), которые используются параллельно. Только СТР-3 использует ЭФГ-процесс.

Обобщенная технологическая схема ЦП приведена на рис. 12.2. Она содержит типичные элементы входа-выхода и элементы технологического процесса обработки с обозначением информационных и материальных потоков, характерных для направления Computer-to-Print.

Характерные информационные и материальные потоки при цифровой печати категории Computer-to-Print

Рис. 12.2. Характерные информационные и материальные потоки при цифровой печати категории Computer-to-Print

Развитие технологии ЦП стимулируется с разных сторон - в нем заинтересованы не только потребители, но также и разработчики компьютерной техники.

Компьютерная индустрия нуждается в ЦП для расширения собственного роста. При выводе информации на экран монитора ее воспринимает один или несколько человек. Чтобы повысить ценность компьютера, способствовать распространению информации и улучшать условия ее обработки, цветное изображение с экрана монитора должно быстро и дешево регистрироваться в виде твердой копии на бумаге, при этом технология Computer-to-Print является наиболее экономически целесообразной при малых тиражах печати.

Традиционная офсетная печать сопряжена с неприемлемо высокими затратами именно при выпуске малых тиражей. Это обусловлено дополнительными, независящими от тиража затратами на изготовление печатных форм. Затраты удалось снизить при разработке технологии прямой печати DI (Direct Imaging), известной и под названием сухого офсета. Технология DI* реализована в печатных машинах немецкой фирмы «Heidelberg-Druck-maschinen» [4, 5].

(*Технология DI основана на выжигании мощным лазерным лучом несмачиваемого краской слоя формной пластины, установленной непосредственно в машине. Таким образом получается высококачественная печатная форма. В дальнейшем технология печати не отличается от офсетной)

Однако эта технология типа Computer-to-Press все-таки требует некоторых затрат на изготовление печатной формы непосредственно в машине, которые окупаются только с определенного минимального тиража. Кроме того, технология не позволяет получать персонализированных оттисков. Наиболее прогрессивной в этом смысле (как не требующей изготовления печатных форм) является технология Computer-to-Print, одной из разновидностей которой стала ЭФГ-технология цифровой печати.

Технология Computer-to-Print находит основное применение в оперативной печати. Она позволяет получать любой тираж с практически одинаковыми затратами на единицу продукции. Технология СТР-3 способствует распространению информации по компьютерным каналам в электронном виде, а печатать в необходимом количестве экземпляров можно у потребителя (без пересылки бумажных копий). Такая возможность уже меняет облик полиграфических служб (тема № 27), так как хозяин информации сам и без посредников становится печатником требуемого тиража. Возможность непосредственной записи на ФР позволяет постоянно обновлять информацию, т. е. получать персонализированные оттиски (например, указывать адреса распространения, обновлять изменившиеся данные и т. п.).

Различаются несколько категорий процесса ЦП* [7, 8], основанных на широком применении как технологии DI, так и технологии цветной электрофотографии [1].

(*Категории цифровой печати [7, 8]:

    а) малотиражная печать (Short-Run-Printing): цветная печать тиражом до 1000 экз. (для ЭФГ-технологии - ориентировочно до 500 экз.);

    б) печать по требованию (Printing-on-Demand, POD): цветная печать любым малым тиражом с возможными остановками и дополнениями вновь полученной информации;

    в) персонализированная оперативная печать (Variable Data or Personalized POD): распространение документов с разнотипной обновляемой информацией любым малым тиражом, начиная от одного персонального оттиска;

    г) распространяемая оперативная печать (Distributed POD): рассылка информации по компьютерным сетям и печатание у адресата по требованию.)

Электрофотографическая технология цифровой печати является наиболее распространенным вариантом NIP-технологииNIP-технологии (Non-Impact-Printing) - бесконтактная технология печати Computer-to-Print. Она включает в себя три составные части (рис. 12.3):

    а) допечатную цифровую обработку информации;

    б) ЭФГ-печатный процесс с тиражированием оттисков;

    в) послепечатную обработку оттисков.

 Электрофотографическая технология цифровой печати

Рис. 12.3. Электрофотографическая технология цифровой печати: 1 - редактирование изображения на экране дисплея; 2 - растрирование изображения; 3 - электрофотографический процесс воспроизведения цветного изображения; 4 - печать

На этапе допечатной обработки (тема № 13) происходит трансформация разнотипной информации, поступающей по нескольким каналам; аналого-цифровые преобразования с оцифровкой оригиналов; превращение информационных массивов со своими цветовыми кодами в формат данных для печати; обновление информации по ходу печати и т. д. Непосредственно в аппаратуре воспроизведения изображения формируется растровая структуpa изображения (тема № 14) и последовательно, в соответствии с цветовыми и тоновыми кодами, происходит многократное экспонирование такой растровой структуры на фоторецепторе (тема № 16), ее проявление (тема № 17) и перенос на общую воспринимающую основу - обычную бумагу или пленку. Тиражирование и послепечатная обработка оттисков происходит обычными способами.

Существенной проблемой ЭФГ-технологии ЦП, объединяющей упомянутые процессы, является точное воспроизведение цветов оригинала или заданных цветовых параметров выводимых документов. Это достигается с помощью специальных программных средств управления цветом, используемых на этапе компьютерной обработки цветных изображений (тема № 13).

Делаются попытки [13] классификации различных технологий по нескольким наиболее существенным признакам:

    - наличию и типу формной поверхности носителя, на которой (с помощью компьютера) создаются компоненты цветного изображения;

    - связи изображения с формной поверхностью, которая может быть постоянной или временной;

    - длительностью упомянутой связи: на все время печати тиража или только на один рабочий цикл получения изображения,

    - размещением формной поверхности: на специальной пленке однократного применения или на цилиндре многократного применения; технологии печати: ЭФГ-технологии, технологии DI или других технологий.

Сравнение упомянутых двух технологий по всем вышеизложенным классификационным признакам приведено в табл. 12.1.

Таблица 12.1

Сравнение классификационных признаков, характерных для различных технологий воспроизведения изображения

Untitled Document

Классификационные признаки
Технологии
I. Электрофотографическая
II. Сухой офсет (DI)
Наличие и тип формной поверхности (ФП)
Фоторецептор (цилиндр или пленка)
Формная пластина
Связь изображения (И) с ФП
Временная
Временная
Длительность связи И — ФП
Один рабочий цикл
Все время печати тиража
Размещение ФП
На ЭФГ-цилиндре многократного применения
На специальной формной пластине однократного применения

Как видно из таблицы, обе технологии ЦП имеют характерную для них формную поверхность. Только в одном случае генерируется все новая «печатная форма» для каждого печатаемого экземпляра (ЭФГ-технология), а в другом случае - уже истинная печатная форма создается для всего тиража [20]. Соответственно, эти технологии называются: Image One, Print One (ЮРО) и Image One, Print Many (IOPM). Первый случай еще называется динамичной, а второй - статичной технологией. Другие известные технологии ЦП (струйная или сублимационная) используют только виртуальную «печатную форму», которая существует в виде файловой записи [21].

Лазерная запись [22] стала основой технологии цифровой печати, на которой в свою очередь строится вся современная электрофотография (темы №1,4). Поэтому становится актуальным определение специфических особенностей данного технологического процесса. Эти особенности здесь излагаются в логической последовательности: процесс (материалы) <?xml version="1.0"?>
технология <?xml version="1.0"?>
аппаратура.

Цепочка специфических особенностей лазерной запис представлена в таблице 12.2.

Таблица 12.2

Специфические особенности и эксплуатационные характеристики лазерной записи

Untitled Document

Наименование особенностей
№№ тем
Качественные характеристики и дополнительные требования
Эксплуатационные характеристики
Примечания
1. Запись в ИК-области спектра
4,5 ,7
Необходимость согласования энергетической чувствительности органических ФР в данной области
Энергетическая чувствительность ФР на уровне = 500-1000 /Дж при = 650-800 нм
Обусловлено спектром излучения полупроводниковых лазерных источников [1]
2. Облученность ФР короткими, но мощными импульсами
7
Необходимо, чтобы фоторазрядная характеристика ФР при экспонировании короткими импульсами существенно не отличалась от характеристик, получаемых при лабораторном экспонировании длительным, но менее мощным облучением

Минимальная длительность
импульса — до 20 нс; мощность облучения — до 106 Вт/; рабочая экспозиция — (4-6) мДж/; диаметр пятна — (20-40) мкм

Необходимо выполнение закона взаимозаместимости:

Н = Et = const, или определение коэффициента пересчета [1,15]
3. Растровая структура изображения
9,14,15
Растровая структура обеспечивает условия проявления и цветосинтез, однако параметры такой структуры должны быть визуально не наблюдаемыми

Пространственная частота растра — не менее 12,5 (около 300 dpi)

Реализуется при строчной (х) и кадровой (у) развертке изображения [1]
4. Обращенное проявление
16,17
Проявление разряженных участков ФР по схеме «негатив-позитив» улучшает структуру элементов изображения и равномерность фона

Номинальный потенциал зарядки — не менее минус 800 В; фоновый потенциал — не более 100 В; проявляется отрицательно заряженным тонером

Потенциал смещения — в зависимости от конструкции узла проявления [1,16]
5. Режим насыщения
16
Экспонирование до потенциала, близкого к фоновому значению потенциала ФР с целью стабилизации условий лазерной записи

Экспозиция ФР — не менее 5 ( — экспозиция полуспада)

Конкретизируется в зависимости от формы кривой фоторазрядки ФР [17]
6. Программное управление разрешением
14,16
Существенное улучшение аппаратурного разрешения, используя программно управляемую коррекцию координат высвета отдельных точек растра (по х, у)
При аппаратурном разрешении (300-600) dpi достигается программное разрешение до 2400 dpi
Используя несколько независимых источников — даже до 9600 dpi [1]
7. Программное управление тоновоспроизведением
14,15

Улучшение воспроизведения полутонов, используя программно управляемую частотную модуляцию (FM) первого или второго порядка и меняя ее параметры в зависимости от ступеньки оптической плотности и от характера изображения

Обычно в аппаратуре реализуется воспроизведение не менее 256 полутонов для каждого цвета
Требования зависят от назначения аппаратуры, ее класса и категории изображения [1]

8. Программное управление цветосинтезом

10,11,13

Оперативное автоматизированное или автоматическое управление цветовыми параметрами воспроизводимого изображения, в зависимости от выбранной технологии цветосинтеза
(напр., общей технологии CMYK, вычитания серой компоненты GCR, семикрасочного цветоделения HiFi), с учетом профилей преобразователей или в зависимости от указаний оператора

Количество контролируемых цветов — 1670; общее количество цветовых оттенков — 12,6 млн
Требования зависят от назначения аппаратуры, ее класса и заданной программы [1]
9. Приближение ЭФГ-технологии ЦП к офсетному качеству
9,12, 27, 28, 32
Возможность использования ЭФГ-аппаратуры ЦП для оперативного выпуска малых тиражей персонализируемых цветных документов или книг, по качеству не уступающих офсетной печати

Соответствие стандарту ISO 12647 [18]; максимальная производительность цветной печати — 136 ррт; максимальное разреше­ние — 800 dpi; рентабельность тиража — от 1 до 500 (1000) экз.; количество цветов печати:
1-4 (или 6); себестоимость формата А4 — менее 0,1 USD

Для цифровых печатных машин или информацинных систем оперативной печати [1,18]
10. Возможность реализации концепции сетевого издательства
28
Интегрированный процесс сбора и представления разнотипной информации; обобщение; интерактивная обработка; персонализация и т. д. с возможностью оперативной печати и тиражирования на любом выводном устройстве, любым малым тиражом
-

Ведется разработка [19]

Из таблицы видно, что специфические особенности лазерной записи проходят по всей технологической цепочке - от процесса (материалов) до систем печати. На каждом этапе выделяются существенные преимущества современной цифровой электрофотографии.

Вокруг рассмотренной общей технологии лазерной записи группируются современные ее варианты, содержащие существенные улучшения и усовершенствования. Эти варианты в разной степени распространены в конкретных моделях цветной аппаратуры ведущих фирм «Саnоn», «Indigo», «Minolta», «Toshiba», «Xeikon», «Хеrох» и др. Основными вариантами являются следующие:

    а) создание материалов с улучшенными эксплуатационными параметрами: высокочувствительных в ИК-области спектра и тиражестойких органических ФР; проявителей, содержащих микроносители, которые работают в комплексе со сферическими узкодисперсными частицами тонера, полученными по полимеризационной технологии;

    б) создание улучшенной технологии воспроизведения цветного изображения с внедрением автоматических, программируемых систем управления цветовыми параметрами типа технологии вычитания серой компоненты GCR, технологии семицветной печати Opal Tone Service Color Press, технологии Color Management System или Color Matching Management, технологии Smart Press уже 3-го поколения и др.;

    в) создание новых вариантов технологии с дополнительными функциональными возможностями типа технологии интеллектуального растрирования Intelligent Line Screening Technology, технологии многоэлементной последовательной печати Color Inline Printing System, высокоточной технологии Image Tracking Technology и др.;

    г) разработка многофункциональной аппаратуры и создание бизнес-машин широкого назначения с внедрением методов безкабельного соединения и мобильного управления аппаратурой;

    д) реализация концепции объединенного функционирования ЭФГ-репродукционных систем в составе всемирных информационных сетей; повсеместное внедрение территориально разорванной интерактивной печати документов; создание глобальной цифровой службы типа Document Direct Service или Worldwide Electronic Printing Network.

Среди лидеров по реализации специфических возможностей лазерной записи находится фирма «Хеrох». Рекламируются [23] инновационные, программно-управляемые технологии, содержащие весьма неожиданные для электрофотографии технические решения. Создается цветное изображение, часть которого может быть наблюдаемо только при специальном освещении. Это так называемое стетографическое мультиплексное решение под фирменным наименованием Swith-A-View, которое позволяет в основное печатное изображение включить дополнительное скрытое изображение или текст. Даже на одном листе бумаги можно воспроизвести два автономных изображения из которых одно, например, видно при синем, а второе - при красном свете. Это может быть использовано для создания защиты конфиденциональности документов высокого уровня, а также для получения трехмерного изображения.

Сравнение параметров технологии DI (цветного варианта) с ЭФГ-технологией цифровой печати приведено в табл. 12.3. Видно, что ЭФГ-технология уступает по максимальной разрешающей способности и экономичности при больших тиражах печати, однако она эффективна при малых тиражах (тема № 20) и, что самое существенное, работая в режиме on-line обеспечивает персонализацию выпускаемой продукции с возможностью внесения изменений по ходу печатного процесса.

Таблица 12.3

Сравнение возможностей ЭФГ-технологии воспроизведения изображения с технологией DI сухого офсета

Untitled Document

Параметры или функциональные возможности
Технологии
Примечания
I. Электрофото­графическая
II. Сухой офсет
Варианты реализации
Computer-to-Print
Computer-to-Press
 
Рентабельность тиража
1 -
400-2000
См. 1
Максимальная разрешающая способность, dpi
800
2540
 
Количество печатаемых цветов
1-4 или 6
1-5
 
Быстродействие печати, ррm
17-136
330
 
Эксплуатационная производительность, оттисков/ч
1800-6000
20000-40000
Для очносторонней печати

Функциональные возможности:
— двусторонняя печать
— работа on-line
— электронная подборка изображения
— широкие возможности редактирования
— персонализация оттисков
— послепечатная обработка оттисков (подключенная on-line)


да
да
да
да
да
да
да

да
нет
нет
да*
нет
нет
нет*




* Возможности более низкие


*Выполняется отдельно

Примечание: для крупноформатных печатных машин их производительность, выражаемая в оттисках/ч пересчитана на ф. А4/мин (ррm).

Эксплуатационные характеристики ЭФГ-технологии цифровой печати (тема № 20) определяют экономическую целесообразность ее применения в области оперативной малотиражной печати ориентировочно до тиражей 500 экз. При более высокой тиражности (рис. 12.4) целесообразным становится применение технологии офсетной печати (типа DI или классической). Однако верхняя граница применения ЭФГ-цифровой технологии носит условный характер, так как возможность персонализации оттисков может оправдывать и более высокие расходы на печатание дополнительных тиражей [9, 10].

Технологии цветной цифровой печати на фоне классических вариантов многотиражной печати

Рис. 12.4. Технологии цветной цифровой печати на фоне классических вариантов многотиражной печати

Выбор технологии печати зависит не только от экономически оправданной тиражности, но и от параметров качества. Место различных технологий в поле «качество-тиражность» показано [14] на рис. 12.5.

Место различных технологий печати в поле координат «качество-тиражность» [14]

Рис. 12.5. Место различных технологий печати в поле координат «качество-тиражность» [14]

Видно, что качество ЭФГ-цветного копирования, и особенно цифровой печати, оценивается значительно выше качества струйной печати и уже поднимается до уровня офсетных листовых и рулонных машин. Только по тиражности и эксплуатационной производительности все новые технологии значительно уступают классическим видам печати.

    1. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. - М: Изд-во МГУП, 1999. - 438 с.

    2. Колесниченко О., Шарыгин М., Шишигин И. Лазерные принтеры. - Дюссельдорф, Киев, Москва, С.-Петербург: ВНИ - С.-Петербург. 1997. - 272 с.

    3. Kipphan Н. /IS and Т, s NIP 13: 1997 International Conference on Digital Prmting Technologies. - 1997. - P. 11-19.

    4. Schlapfer K. //Dtsch. Drucker. - 1997. V.19. P. w. 68-w. 72.

    5. //Druck Ind - 1995. - V. 25. № 21. - P. 66-67.

    6. Schonhut J. Document Imaging Computer Meets Press. - Berlin et al.: Springer - 1997. - 192 p.

    7. //Dtsch. Drucker - 1998. № 16. - P. w 6-w 10.

    8. Hamilton J. //Dtsch. Drucker. - 1998. № 32. P. w. 44-w. 47.

    9. Харин О., Сувейздис Э. //Копировально-множительная техника. - 1998. № 6/7. - С. 50-53.

    10. Kharin О., Suveizdis Е. /IS and T's NIP 15: Proc.1999. International Conference on Digital Printing Technologies, P. 608-610.

    11. Friemel E. // Dtsch. Drucker. - 2001. № 10. - P. 62-69.

    12. Кузмич В. // КомпьюАрт. - 2001. № 2. - С. 14- 19.

    13. Бирбраев Е., Штеляков В. // Полиграфия. - 2001. № 2. - С. 76-79.

    14. Филин В. // КомпьюАрт. - 2003. № 1. - С. 14-19.

    15. Jeadev S. Damodar М. // J. of Imaging Sc. and Technol. - 1996. № 4. - P. 327-331.

    16. Schein L. Electrophotography and Development Physics. - Morgan Hill, Ca.: Laplacian Press, 1996. - 355 p.

    17. Takanagi Kenjiti et al. // О Plus E. - 1993. № 167. - P. 84-88.

    18. ISO 12647 - 1.2.З.: 1996. Graphic technology. - Process control for half-tone colour separations, proofs and production prints.

    19. // Полиграфист и издатель. - 2002. № 3. - С. 34-39.

    20. Онищук А. // КомпьюАрт. - 2003. № 2. - С. 20-27.

    21. Цифровая печать. Оборудование и технология. / Библиотека хозяина. Вып. 4. - М., 2003. - 132 с.

    22. Baumler В. Laser druck. - Polygraph Verlag, 2003. - 232 p.

    23. // КомпьюАрт. - 2003. № 7. - С. 6-7.

Электрофотографическая технология цифровой печати (тема № 12) начинается с допечатной компьютерной обработки информации. В этом процессе можно выделить следующие вопросы:

    1. Принципы допечатной цифровой обработки информации

    2. Оцифровка одноцветного изображения

    3. Оцифровка цветного изображения

    4. Компьютерная обработка цветного изображения и его воспроизведение

1 Составной частью электрофотографической технологии ЦП является цифровая допечатная обработка (оцифровка) [1-4] информации следующих категорий (тема № 12):

    1. Физические оригиналы - документы.

    2. Электронные среды:

      а) компьютерная информация;

      б) видеоинформация;

      в) регистрационные среды;

      г) компьютерные сети.

Информация любой из перечисленных категорий (а также сочетание) должна проходить через компьютер, быть обработана, выведена для просмотра на дисплее, передана и распространена виде цифрового документа. По форме этот документ может быть:

    а) одноцветный:

      - двухградационный;

      - полутоновый;

    б) цветной.

Цифровой документ является объединяющим звеном [5] разнотипной информации. В зависимости от категории информации и стадии ее обработки, документ в общем смысле может иметь различную форму, а именно:

    - оригинал документа на бумаге или его микроформа;

    - цифровой файл отсканированного текстового или графического оригинала;

    - цифровой файл от электронных сред;

    - редактируемый цифровой файл на экране дисплея, объединяющий информацию от оригинала с информацией от электронных сред;

    - запись отредактированного цифрового файла;

    - передача цифрового файла (при необходимости) по компьютерной сети;

    - воспроизведение цифрового файла в виде твердой копии документа;

    - тиражирование и распространение документа.

Таким образом, документ является той сущностью, которая присутствует на всех стадиях цифровой печати. Постоянно обращается и меняет свою форму. Первым этапом такого изменения и является этап допечатной цифровой обработки*. Рассмотрим этот этап, учитывая при этом специфику упомянутых категорий информационного входа и форму документа [1]. Начинаем с наиболее простого случая - оцифровки одноцветного двухградационного или полутонового изображения.

(*Допечатная цифровая обработка определяется как регистрация разнотипной информации (поступающей от сканируемых физических оригиналов или от компьютера непосредственно) и формирование цифрового образа документа, загружаемого в оперативную память аппаратуры для последующего воспроизведения твердой копии цветного полутонового изображения на бумаге)

Двухградационное изображение состоит только из черных и белых элементов, а полутоновое изображение содержит также и промежуточные оттенки серого. Примерами двухградационных изображений могут быть текст или выполненные тушью чертежи. Характерный пример полутонового изображения - черно-белая фотография.

При оцифровке таких изображений с помощью электронного прибора (светочувствительного датчика) на первом этапе определяется распределение яркости по полю сканируемого оригинала, которое представляется двухступенчатой или многоступенчатой шкалой серого. В большинстве случаев взаимосвязь между яркостью элемента изображения J и величиной сигнала от светочувствительного датчика* G бывает нелинейной. Поэтому полученные значения G приходится корректировать на показатель нелинейности «гамма» (g) (13.1, 13.2).

(*Сигнал от светочувствительного датчика: <?xml version="1.0"?>
(13.1).

Откорректированное значение сигнала <?xml version="1.0"?>
выражается: <?xml version="1.0"?>
(13.2), где <?xml version="1.0"?>
- максимальное значение сигнала датчика)

Корректировка выполняется автоматически. Показатель гамма является константой для определенного типа устройства.

На следующем этапе измеренные аналоговые значения сигнала превращаются в дискретную форму с помощью аналого-цифрового преобразователя* (АЦП). Чем мельче ступени, на которые разбивается аналоговый сигнал, тем выше качество оцифровки. Обычно для воспроизведения полутонового изображения измерительный диапазон датчика разбивается на 255 ступеней. С учетом белого уровня, получается 256 значений яркости.

(*Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - устройство для автоматического преобразования аналоговых (непрерывных во времени) сигналов в эквивалентные им дискретные сигналы, представляемые цифровым кодом)

В процессе оцифровки, с помощью линейчатой структуры из множества датчиков, изображение разбивается на отдельные точки (элементы). При сканировании изображения датчиками такой структуры, полученные параллельные сигналы передаются на компьютер для дальнейшей обработки. По такому принципу работают сканеры и видео-АЦП. Кроме того, при сканировании может быть использован заранее установленный порог сигнала оцифровки. При выводе двухградационного изображения сигнал ниже этого порога воспринимается как черная точка, а выше - как белая. Это позволяет исключить слабоконтрастные дефекты фона и улучшает общую картину, уравнивая контраст элементов изображения.

Качество оцифровки зависит от частоты расположения датчиков и от точности измерения сигнала. Это определяет разрешение по элементам и разрешение по уровням серого. При оцифровке двухградационных изображений играет роль только разрешение по элементам (количество элементов на единицу длины). Для исключения муар-эффекта и исчезновения мелких деталей необходимо выполнение критерия Найквиста* [1].

(*Критерий Найквиста: размеры элемента сканирования в оцифрованном изображении не должны превышать половины ширины содержащейся в нем самой тонкой детали, т. е. число замеров должно (по крайней мере) вдвое превышать число таких деталей)

Для полутоновых изображений, помимо определения разрешения по элементам, определяется разрешение по уровням серого, которое обычно выражается в битах. Между этими цифрами существует зависимость* (13.3).

(*Связь между разрешением по элементам и разрешением по уровням серого: Untitled Document

Разрешение (биты)
Число уровней серого
4
6
8
10
12
)

Если изображение не предназначено для научного исследования, то разрешение по уровням серого может ограничиваться возможностями восприятия этого изображения человеком. Человеческий глаз способен различить изменения уровня серого в пределах 2%, что соответствует 6 битам [1]. Этого в принципе достаточно для качественной оцифровки изображения массового применения. Однако самый малозначащий бит, из-за ограниченной точности устройства, может быть передан со статистической неопределенностью, которая тем выше, чем темнее участок изображения. Сканер воспринимает уровни серого линейно, а не логарифмически, как зрительная система человека. Поэтому разрешение оцифровывателя по уровню серого должно быть по меньшей мере 8 бит (или 256 уровней), а для профессиональных нужд выпускаются сканеры с разрешением 10 бит и выше. С увеличением разрешения по уровню серого качество изображения растет только до определенного предела (тема № 9). Если требуется экономить необходимые объемы памяти, то это разрешение может быть понижено без заметной потери качества.

В цветном изображении, наряду с информацией о яркости и пространственному расположению элементов, содержится также информация о цветности. Для ввода такой информации требуется комплект цветных светофильтров. Отраженный от цветного изображения свет при помощи этих светофильтров расщепляется на зеленую, красную и синюю составляющие, которые затем оцифровываются по отдельности. Цвет каждой точки изображения после оцифровки описывается тремя числами - тройкой значений RGB, которые соответствуют интенсивностям трех основных цветов.

Когда интенсивности красной, зеленой и синей составляющих измеряются с точностью 8 бит, то в целом получаем оцифровку с глубиной 24 бит по цвету. Оцифрованное изображение тогда может содержать максимум 256 х 256 х 256 <?xml version="1.0"?>
16,8 млн цветов. Это гораздо больше, чем может воспринимать* человеческий глаз.

(*Способность воспринимать цветовые оттенки: большинство людей способно различать [1] приблизительно 128 различных цветовых тонов при 30 значениях насыщенности и 50 уровнях яркости. В сумме это соответствует около 192 тыс. цветов)

Поэтому на градационной стадии цветовоспроизведения в системе CMYK обычно используется только 100 однопроцентных градаций для каждого цвета.

Проблемы разрешения по элементам для цветного изображения аналогичны одноцветному полутоновому изображению. Наряду с оптическим разрешением оцифровывателя, которое обусловлено его конструкцией и является фиксированным параметром, для сканеров часто указываются более высокие значения разрешения. Они могут быть обеспечены только вычислительным путем с использованием интерполяции, при этом создаются дополнительные точки изображения, которые получаются путем усреднения координат соседних точек. Интерполяция не может увеличить детальность изображения, но уменьшает «лестничный эффект» наклонных линий и устраняет появление муар-эффекта.

Печатаемая страница документа создается из множества точек, соответствующих тексту (знакам), графическому или полутоновому изображению. Получение полутонового изображения дополнительно требует создания специальной растровой структуры воспроизведения, где каждая полутоновая точка превращается в матрицу, состоящую из множества мелких двухградационных печатных точек (тема № 14). Цифровой образ документа создается процессором в памяти аппарата в виде двухмерного массива, состоящего из нулей и единиц. Для изображения с разрешением 600 х 600 dpi на полный лист базового формата А4 приходится около <?xml version="1.0"?>
точек. Поскольку каждая точка определяется одним битом, то для такой страницы потребуется 3 - 4 Мб памяти. При разрешении 1200 х 1200 dpi объемы памяти возрастают в 4 раза. Нехватка памяти может привести к ухудшению качества изображения и к потере элементов тонкой структуры. Для экономии памяти производители аппаратуры используют различные приемы сжатия, а в лазерных принтерах широко применяются дополнительно подключаемые стандартные модули памяти*.

(*Стандартные модули памяти дополнительно могут быть снабжены непрограммируемой, так называемой флэш-памятью, т. е. шрифтовыми сменными картриджами, в которых хранятся наборы различных шрифтов, шаблонов и др)

Все это позволяет регистрировать и накапливать в памяти принтеров до 400 - 500 страниц, обрабатывать их в комплексе и выдавать для печати в той последовательности, которая необходима для подшивки печатных листов. Открывается возможность для создания крупных систем хранения документов, где каждой странице присваивается кодовый номер и по этому номеру в любой момент может быть получена его твердая копия.

Получение цветного изображения требует трех-четырехкратного повторения процесса печати, поэтому объемы памяти увеличиваются в три-четыре раза. В цветной аппаратуре высокого класса (при максимальном формате кадра A3) в общем случае резервируется память объемом до 40 - 80 Мб. Дополнительно подключаемые накопители емкостью 60 Гб и более позволяют записывать от 1000 до 10 000 страниц в зависимости от содержимого в сжатом формате.

Разработчики копировально-выводной аппаратуры обычно используют типовые растровые процессорыРастровые процессоры, обычно применяемые в копировально-выводной аппаратуре: серия Fiery фирмы EFI или модели собственного выпуска типа серии Canon Color PASS и др. (тема № 24). Растровый процессор любого типа регистрирует поступающую информацию, формирует окончательный цифровой образ отредактированного документа и загружает цифровой файл форматов в оперативную память. При получении твердой копии, процессор управляет лазерной разверткой и воспроизведением цветного полутонового изображения (тема № 14). Иногда дополнительно используется внешний процессор растрирования, подключаемый к нескольким печатным машинам. Это удобно в тех случаях, когда настольная издательская система располагается на удалении от места установки самой печатной машины.

Цвет - это субъективная категория. Представление о нем формирует наш мозг, а результат зависит от многих факторов: объективных цветовых параметров цветосинтеза (тема № 10), внешних условий, возраста человека и даже его психологического состояния. В то же время аппаратура, предназначенная для воспроизведения цветного изображения, оперирует только объективными параметрами, от которых зависит окончательный результат, опять-таки субъективно воспринимаемый человеком. Сканеры и дисплеи «понимают» только значения (интенсивности) RGB (красного, зеленого и синего), а принтеры и печатные машины - только процентное соотношение CMYK (пурпурного, голубого, желтого и черного). При этом ни одно из устройств не передает цвет однозначно. Здесь на помощь приходит система управления цветом*. В основе различных систем управления цветом обычно лежит тот же базовый принцип [4, 6]. Они работают с эталонным цветовым пространством, основанным на действительном восприятии цвета наблюдателем [7], и так называемыми профилями ICC (объективными параметрическими описаниями устройств), которые приводят в соответствие передаваемые на эти устройства значения RGB и CMYK конкретному цвету в данном цветовом пространстве [11]. В результате программа управления цветом может предсказать цвет, который будет воспроизведен на экране дисплея при передаче ему набора значений RGB или на принтере - при передаче значений CMYK. При этом данные значения автоматически корректируются, чтобы на обоих устройствах оператор видел бы одинаковый (или наиболее соответствующий) цвет.

(*Система управления цветом (Color Management System) - это технология, обеспечивающая согласованность цвета между сканерами, дисплеями и принтерами с учетом субъективного восприятия этого цвета человеком-оператором [13])

Принцип реализации системы управления цветом* на примере технологии Plug-and-Play [6], использующей программу Color Sync 2.0, приведен на рис. 13.1. Рассмотрим эту технологию по этапам:

    A. Преобразование RGB: сканер - монитор по цепочке 1-2-3-4.

    B. Преобразование RGB: сканер - устройство вывода по цепочке 1-2-6-10.

    C. Обобщенный профиль RGB для изображения на мониторе от неизвестного источника по цепочке 5 - 4 - 7.

    D. Преобразование формата RGB в формат CMYK по цепочке 1-2-6-10 или 4-7-6-10.

    E. Преобразование формата RGB в формат CMYK, сопрягая его с другим форматом CMYK по цепочкам 1-2 - 6-10, 1-2 - 6-8-9, 4-7-6- 10 или 4-7-8-9.

(*Реализация системы управления цветом (рис. 13.1).

Преобразование по цепочке «А» реализуется, принимая за исходную позицию профиль сканера (2), полученный для калиброванного изображения. Профиль монитора (3) в этом случае является целевым, а изображение на его экране корректируется по данным исходного изображения.

Преобразование по цепочке «В» используется в том случае, когда необходимо достижение максимальной точности воспроизведения оригинала. В качестве целевого профиля используется профиль устройств вывода (6).

Преобразование по цепочке «С» используется для приема формата RGB от неизвестного источника, например, поставляемого на компакт-дисках, или при получении составного документа с разнотипной информацией, получаемой от оригиналов и различных информационных систем. В качестве исходного применяется профиль монитора (7).

Для преобразования формата RGB в формат CMYK по цепочке «D» исходным является профиль сканера (2) или монитора (7), а профиль устройства вывода (6) - как целевой, независимо от типа устройства (настольный цветной принтер, система получения пробных оттисков, печатная машина и др.).

Преобразование по цепочке «Е» - это преобразование формата RGB в формат CMYK, а затем в другой формат CMYK. Трехпрофильное преобразование цвета применяется тогда, когда одно устройство должно имитировать поведение другого, например, когда применяется цветной принтер для получения пробного оттиска на «печатном станке». В этом случае в качестве исходного используется профиль сканера (2) или монитора (7), а в качестве целевого - профиль устройства вывода определенного типа (6). Профиль настольного принтера (8) является промежуточным)

Принцип реализации системы компьютерного управления цветом в процессе воспроизведения цветного изображения с использованием профилей устройств

Рис. 13.1. Принцип реализации системы компьютерного управления цветом в процессе воспроизведения цветного изображения с использованием профилей устройств: 2 - профиль сканера; 3 - профиль монитора; 6 - профиль устройства вывода; 7 - профиль монитора; 8 - профиль принтера

Преимущество сканирования управляемого с помощью профилей состоит в том, что этот процесс становится автоматическим. Сканирование любого другого изображения происходит при тех же значениях параметров цветового восприятия сканера, которые были использованы для построения профиля от эталонных образцов. Процесс выполняется автоматически и контролируется в максимальном цветовом соответствии на мониторе. Существуют различные режимы сканирования для воспроизведения штрихового или полутонового, черно-белого или цветного изображения.

Выполнение перекрестного преобразования изображения позволяет контролировать цепочку из нескольких профилей. Например, чтобы увидеть на мониторе, как будет выглядеть полученное на сканере изображение, выведенное с использованием лазерного принтера, имитирующего печатную машину, можно согласовать профили в следующем порядке: сканер - печатная машина - принтер и монитор.

При обработке изображения, кроме его цветовой и тоновой коррекции, по желанию оператора могут быть попутно введены специальные оптические эффекты, создающие определенную текстуру поверхности, повышающие четкость полутоновых границ, сделана ретушь, устранены детали, произведено дуплексирование элементов изображения и т. д.

Широкое распространение [1, 4] уже получила система управления цветом Color Matching Management (СММ), основанная на применении профилей ICC и спектрофотометра в качестве индикатора для проведения объективных колориметрических измерений (рис. 13.2).

 Использование профилей ICC в автоматической системе Color Matching Management [9]

Рис. 13.2. Использование профилей ICC в автоматической системе Color Matching Management [9]

Современные спектрофотометры [9] позволяют строить спектральные кривые для соответствующих точек изображения проводить расчеты цветовых координат в международных системах XYZ, CIE Lab или CIE LCH. Использование таких объективных автоматизировать систему управления цветом на всех стадиях визуального представления изобразительной информации. При этом может быть реализован территориально разомкнутый производственный цикл печати [10].

В целом при реализации технологии цветовоспроизведения необходимо пройти через следующие этапы [12]:

    I. Выбор диапазона оптических плотностей (черной и белой точки);

    II. Балансировку нейтрального серого цвета, которая создается наложением трех красок CMY в неравных долях (установление процентного соотношения их толщины);

    III. Градационную коррекцию (при изменении толщины одной краски меняется толщина остальных двух в соответствии с балансировкой серого цвета);

    IV. Дополнительную коррекцию цвета, если при автоматическом балансе предыдущих операций реальный цвет отличается от желаемого.

После выполнения описанных операций цвет отдельных элементов изображения зависит от соотношения C:M:Y на этих элементах (тема № 10).

Компьютерная обработка и воспроизведение цветных изображений в целом является сложной задачей, которая отдельными разработчиками часто решается собственными аппаратными и программными средствами. Попытки унифицировать эти решения на базе аппаратуры ведущих фирм только зарождаются.

    1. Шлихт Г. Ю. Цифровая обработка цветных изображений. - М.: изд. ЭКОМ, 1997. - 300 с.

    2. Колесниченко О., Шарыгин М., Шишигин И. Лазерные принтеры. - Дюссельдорф: ВНИ, 1997. - 272 с.

    3. Schonhut J. Document Imaging Computer Meets Press. - Berlin: Springer. 1997. - 192 p.

    4. Назарьев В. В. Цвет. Компьютерная обработка цветных изображений. - М.: Изд. ЭКОМ, 1996. - 80 с.

    5. Попов Д. // PC Magazine/Russian Ed. - 1996, - № 3. - С. 180-188.

    6. Фрейзер Б. //PC Magazine/Russian Ed. - 1996, - № 8. - С. 158-168.

    7. Шашлов Б. А. Цвет и цветоделение. - М.: Мир. кн. - 1995. - 315 с.

    8. Дегтярь Е. //КомпьюАрт. - 1998, - № 7. - С. 9- 14.

    9. Синяк М.А. // Publish. - 2000. № 2. - С. 34-41.

    10. Александров Д., Хазанов П. // КомпьюАрт. - 2003. № 5. - С. 24-29.

    11. Буянова СВ. / Цифровая печать. Оборудование и технологии. Вып. 4. 2003. - С. 42-48.

    12. Моисеев А. // Компьютер Пресс. - 1997. № 11. - С. 268-281.

    13. Кузнецов Ю.//Полиграфия. - 2005. № 4. - С. 54-58.

Созданный (тема № 13) цифровой образ документа управляет системой лазерной развертки, которая на поверхности ФР формирует растровую структуру, обычно с стоящую из комбинации точек различи величины и расположения (тема № 15). объяснения этой технологии рассмотри следующие вопросы:

    1. Сущность цифрового метода формирования растровой струк

    2. Характеристика растровой структуры

    3. Модулирование точек в растровой структуре изображения и параметры качеств

Сущность цифрового метода заключается в том, что изображение оригинала считывается электронным способом (рис. 14.1), а полученные данные об оптической плотности элементов, градациях полутонов и цветовых кодах преобразуются цифровую форму, т. е. дискретизуются. Эти данные могут быть записаны на ФР непосредственно или переданы по информационным каналам, аналогично любой другой компьютерной информации. Цифровая информация трансформируется обратно в визуальную с помощью лазерных или светодиодных систем развертки (тема № 7).

Схема цифрового метода копирования оригинала

Рис. 14.1. Схема цифрового метода копирования оригинала

Цифровой метод используется при создании аппаратуры различного назначения. Это позволяет унифицировать технические решения и устраняет проблемы цветоделения, так как при считывании цветного оригинала подавляемый оптический контраст устраняется электронными методами (устанавливается определенный порог регистрируемого сигнала), а при выводе компьютерной информации признак цвета соответствует цветовым кодам заранее цветоделенных информационных массивов. Процесс проявления в основном происходит по схеме «негатив-позитив» (тема № 8).

Существенной проблемой цифровой печати является одновременное качественное воспроизведение штрихового и полутонового изображения. Модуляторы лазерного луча, используемые в растровых системах развертки, не позволяют по линейному закону менять интенсивность, а только могут открывать или закрывать проход луча при его строчной развертке. Аналогично работают светоклапанные и светодиодные системы. Таким образом, система развертки может качественно передавать только два уровня яркости - нулевой и максимальный. Необходимость передачи полутонов требует реализации структуры изображения, содержащей множество уровней яркости. При упомянутом ограничении возможностей модуляторов это достигается изменением количества и расположения растровых точек (по аналогии с растровой структурой офсетной печати), а также изменением длительности светового импульса.

Растровая структура при цифровой печати [3, 4] зависит от типа изображения и от выбранного метода воспроизведения. Для визуального воспроизведения цифровой информации применяется самый простой вариант упорядоченного возбуждения (рис. 14.2, а), когда одному считываемому элементу оригинала <?xml version="1.0"?>
на входе соответствует один элемент формируемой растровой структуры <?xml version="1.0"?>
на выходе. По величине он равен растровой точке <?xml version="1.0"?>
. При проявлении такой структуры возможно получение только двух уровней оптической плотности- нулевой и максимальной, что достаточно только для штрихового изображения алфавитно-цифровой информации. Для воспроизведения полутонового изображения используется метод характеристик плотности, где растровая структура разбивается на матрицы. Одному считываемому элементу оригинала <?xml version="1.0"?>
(рис. 14.2, б) в этом случае соответствует не одна растровая точка, а точечная структура - пороговая матрица возбуждения m х m, определяющая сочетание возбужденных растровых точек <?xml version="1.0"?>
. Числа в клетках матрицы представляют собой пороговые величины и определяют порядок чернения точек при возрастании величины оптической плотности входного изображения. Точечный растр для каждого уровня плотности выбирается заранее и хранится в запоминающем устройстве. С помощью матрицы m х m, состоящей из точек только с двумя уровнями оптической плотности, может быть передано <?xml version="1.0"?>
+1 градаций (включая абсолютно белый уровень). Как видно, в этом случае существенно снижается разрешение изображения, так как минимальный элемент - это не растровый элемент <?xml version="1.0"?>
= <?xml version="1.0"?>
, а пиксел <?xml version="1.0"?>
(матрица, состоящая из m ч m растровых точек). Это ограничивает область применения метода воспроизведением изображений с элементами только крупной структуры. Если необходимо передавать одновременно алфавитно-цифровую информацию типа <?xml version="1.0"?>
и полутоновую информацию с крупными элементами <?xml version="1.0"?>
, то требуется найти компромисс и пользоваться матрицей возбуждения переменной величины* L х L (рис. 14.2, в).

(*Матрица возбуждения переменной величины позволяет реализовать следующие варианты:

    - для передачи мелкой структуры <?xml version="1.0"?>
используется метод упорядоченного возбуждения L = 1 (без передачи полутонов);

    - для передачи более толстых линий <?xml version="1.0"?>
используется малая матрица с L = 2 (5 полутонов каждого цвета);

    - для передачи крупных структур <?xml version="1.0"?>
- большая матрица с L = 4 (17 полутонов);

    - для передачи больших заливных площадей может быть использована еще более крупная матрица (1 = 8 или L = 16).

Разрешение изображения, определяемое по линиатуре растра в каждом случае соответственно уменьшается)

 Принципы формирования растровой структуры изображения при цифровой печати

Рис. 14.2. Принципы формирования растровой структуры изображения при цифровой печати: а - метод упорядоченного возбуждения; б - метод характеристик плотности; в - метод пороговых матриц переменной величины. <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- информационный вход; <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- информационный выход; L - количество точек а в пороговой матрице постоянной и переменной величины (пиксел). 1...28 - относительная > L последовательность высвета растровых точек при увеличении > L оптической плотности

В общем случае количество полутонов* N связано с другими параметрами растровой структуры зависимостью (14.1).

(*Количество полутонов растровой структуры выражается: <?xml version="1.0"?>
(14.1), где R - разрешающая способность; L - линиатура растра; k - количество уровней растровой точки)

Дополнительную возможность увеличения количества передаваемых полутонов дает изменение длительности светового импульса. Если изображение записывается с помощью светового пятна эллиптической формы, то путем увеличения длительности светового импульса можно увеличить размеры точки вдоль направления перемещения луча и соответственным образом увеличить количество передаваемых полутонов.

Для повышения оптической плотности элементов изображения матричной структуры необходимо увеличивать количество зачерненных растровых точек. При этом используете метод амплитудного модулирования (AM) или метод частотного модулирования (ЧМ или FM). Выбор метода модулирования сказывается при наложении нескольких растровых структур, что происходит в процессе накопления цветного изображения.

Первоначально в аппаратуре использовался метод AM, сутью которого является определенная и постоянная закономерность расположения зачерненных растровых точек в матрице при возрастании оптической плотности и одинаковые расстояния между соседними узловыми точками растра. Наложение друг на друга таких разноцветных упорядоченных растровых структур связано с возникновением нежелательных явлений - муара и так называемых розеток [5]. Для подавления влияния этих паразитных структур угол между линиями растра каждый раз меняется, что влечет за собой необходимость изменения конфигурации матрицы. Матрицы приобретают сложную форму. Контуры таких матриц и соответствующие им углы поворотов (один из возможных вариантов) приведены на рис. 14.3.

 Схема одного из вариантов расположения матриц возбуждения при повороте растровой структуры

Рис. 14.3. Схема одного из вариантов расположения матриц возбуждения при повороте растровой структуры: а - первый цвет; б - второй цвет; в - третий цвет, х, у - координаты; b - угол поворота; n - направление движения луча

В современных моделях копировально-выводных аппаратов уже используется растровый метод развертки изображения без применения упомянутых матриц. Это так называемое частотно-модулированное растрирование. Метод представляет собой стохастический процесс распределения на поле линеаризации элементов растра - совокупности микроточек. Элементы растра внутри поля - единичной матрицы растрирования - располагаются бессистемно, хаотически. В области глубоких теней микроточки смыкаются между собой, образуя сплошное поле.

Частотно-модулированное растрирование [6 - 8] имеет следующие преимущества:

    - полное отсутствие муара без необходимости поворота растра;

    - более плавную тонопередачу, так как отсутствуют большие растровые точки, дающие цветовой сдвиг;

    - значительно лучшее воспроизведение плавных градаций тона в мелких деталях;

    - возможность реализации высоколиниатурных растров и повышения разрешающей способности при репродуцировании с сохранением хорошей тонопередачи.

При ЧМ-растрировании величина микроточек может быть изменена путем увеличения длительности светового импульса, а также расширением растровой линии (если при этом используется многоэммитерный лазер с независимо управляемыми эммитерами). Таким образом «пульсирующий» луч оставляет след переменной ширины и длины с переменным расстоянием между точками. Наложение разноцветных линий такого типа позволяет синтезировать методом триады всю цветовую гамму изображения без появления муара.

ЧМ-растрирование впервые было промышленно реализовано* [8] в 1993 г. При этом стохастическому разбросу сначала подвергались точки одинакового размера. Были выявлены недостатки нового метода, заключавшиеся в образовании зернистости (зашумленности) изображения, вызванной скоплениями точек. Для борьбы с этим явлением были разработаны технологии, применяющие стохастическое растрирование «второго порядка», где используются точки, не только распределенные случайным образом, но и имеющие случайный размер. Второй порядок стохастического растрирования имеет независимый алгоритм от первого и позволяет уменьшить шумовую составляющую сигнала, причем точность воспроизведения мелких деталей не теряется.

(*Промышленная реализация ЧМ-растрирования [8]: первого порядка - фирмы «Agfa» и «Linotype-Hell»; второго порядка - фирмы «Scitex» и «R. R. Donnely and Sons»)

К числу новых идей, преследуемых разработчиками, относятся попытки сочетания на одной странице или даже в пределах одного изображения нескольких методов растрирования (в зависимости от характера изображения). ЧМ-растрирование также сулит существенные преимущества при подготовке многокрасочных (более четырех красок) изданий, в чем заинтересованы полиграфисты и художники. Это позволяет расширить цветовую гамму и использовать дополнительные плашечные цвета (например, флуоресцентные краски).

Структура растрового изображения с матрицей переменной величины и функциональная связь между параметрами растрового изображения иллюстрируются на рис. 14.4. Разрешающая способность R здесь выражается величиной, обратной величине растровой точки <?xml version="1.0"?>
, а линиатура - величиной, обратной размерам матрицы, с помощью которой формируется растровое изображение. Таким образом, линиатура L является как бы разрешающей способностью для элементов полутонового изображения. Количество уровней растровой точки к показывает возможные уровни серого на этой точке или количество возможных изменений размера точки вдоль направления перемещения луча. В расчетах принято, что k = 2, т. е. растровая точка либо печатается, либо нет. На рисунке рассматриваются три варианта матрицы переменной величины: I, II и III, с количеством растровых точек 2 x 2, 4 х 4 и 8 х 8 соответственно. На графике этим матрицам соответствуют линиатуры <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
и <?xml version="1.0"?>
(при величине растровой точки <?xml version="1.0"?>
= 20 мкм).

 Связь между количеством полутонов N, разрешающей способностью R и линиатурой растра L

Рис. 14.4. Связь между количеством полутонов N, разрешающей способностью R и линиатурой растра L: а - структура растрового изображения; б - пример функциональной зависимости параметров. I, II, III - варианты матриц переменной величины; а - величина растровой точки; <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- линиатуры для малой, средней и большой матриц соответственно при а = 20 мкм; А, В, С - направления для анализа из точки <?xml version="1.0"?>
; <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- характерные точки для ЭФГ-технологии; Б, В, Г - характерные точки для офсетной технологии (из табл. 14.1)

На рис. 14.4, б можно проследить основные закономерности растровой структуры. Это наглядно делается, анализируя три направления перемещения из точки <?xml version="1.0"?>
:

    - если необходимо увеличить количество полутонов N, не увеличивая разрешающей способности R, то следует двигаться по направлению А и при этом мириться с уменьшением линиатуры L;

    - если необходимо передавать тонкую структуру изображения, т. е. увеличить линиатуру, и при этом нельзя увеличить разрешающую способность, то следует двигаться по направлению В и жертвовать количеством передаваемых полутонов;

    - если имеется возможность увеличения разрешающей способности (направление С), то одновременно с этим увеличивается линиатура, а количество полутонов остается на неизменном уровне.

Естественно, величина R и N может быть изменена, переходя на другую точку по кривой L.

Направление А предпочтительно для полутонового изображения, направление В - для штрихового изображения, а направление С позволяет найти компромиссное решение для передачи изображения сложной структуры (с учетом возможностей аппаратуры по увеличению R).

Увеличение разрешающей способности также достигается, привлекая электронные методы. Этому способствует возможность измерения адресации растровых точек и вариации их диаметром. Благодаря такой технологии первоначальное механическое разрешение лазерной развертки на уровне 600 х 600 dpi программными средствами может быть увеличено до 2400 х 2400 dpi и более (темы № 9, 11). Упомянутая возможность наиболее наглядно иллюстрируется на примере воспроизведения наклонных линий без визуально наблюдаемого «лестничного эффекта» (рис. 14.5). Включая лазерный импульс с небольшим опережением или запаздыванием можно управлять положением точки по горизонтали. В случае «несимметрического» разрешения [11, 12] луч лазера дополнительно перемещается по вертикали и способен поставить точку либо в верхней, либо в нижней части прямоугольника. Управляя энергией излучения или длительностью импульса можно менять диаметр точки. Таким образом пространство между точками стандартных размеров заполняется более мелкими точками или они могут быть независимо смещены как по горизонтали, так и по вертикали. Ступенчатость линий устраняется, а выдаваемые документы выглядят так, как будто отпечатанные на принтере с разрешением в 2 - 5 раз выше. Часто при этом применяется термин «принадлежность аппарата к классу по разрешению» [13] (в отличие от действительного физического разрешения данного класса).

Схема воспроизведения косых линий точечной структуры при симметричном (а, б) и несимметричном (в, г) разрешении [11, 12]

Рис. 14.5. Схема воспроизведения косых линий точечной структуры при симметричном (а, б) и несимметричном (в, г) разрешении [11, 12]: без использования технологии повышенного разрешения (а, в); с использованием такой технологии (б, г)

Фирмами-разработчиками для этой цели созданы собственные технологии управления разрешением*, которые осуществляют позиционирование с точностью до 1/2400 дюйма [14].

(*Технологии управления разрешением [11 - 13]:

    - Resolution Enhancement Technology (RET) фирмы «Hewlett-Packard»;

    - Resolution Improvement Technology (RIT) фирмы «Epson»;

    - Smoothing Technology фирмы «OKI»;

    - Sharp Edge Technology (SET) фирмы «NEC»;

    - High Resolution Control (HRC) фирмы «Brother» и др.)

Для подготовки к печати цветных изображений требуется существенное увеличение вычислительных ресурсов системы «компьютер-интерфейс-принтер» [2]. Сдерживающим фактором, определяющим производительность цветных машин становится не максимальная скорость работы печатающих механизмов, а ограниченная пропускная способность интерфейса и недостаточная мощность встроенного процессора. С целью преодоления этой проблемы используется технология адаптивного сжатия данных, которая у фирмы «Epson» получила [14] наименование Аси Laser Adaptive Data Compression. Эта система для каждого типа объектов (текста, рисунка, фотографий) использует различные алгоритмы сжатия и различные приемы растрирования. Фирмой создана технология интеллектуального растрирования (Acu Laser Intelligent Line Screening Technology), позволяющая автоматически распознавать на странице документа области с различными типами изображения и использовать для каждой из них индивидуальные параметры растра и цветовой коррекции.

В результате описанных приемов на ЭФГ-аппаратуре ЦП могут быть получены оттиски, качественные параметры которых сравнимы с нижним уровнем параметров офсетной печати (табл. 14.1).

Таблица 14.1

Типовые значения параметров растровой структуры для различной печатной продукции

Untitled Document

Вид печати
Линиатура растра,L
Количество полутонов, N
Разрешающая способность или разрешение, R
lpi
dpi

А. ЭФГ-технология цифровой печати:
а) массовая компьютерная печать;
б) профессиональные принтеры;
в) принтеры с увеличенным разрешением и ЦПМ


53
75
75-100

20
30
30-40

32
64
256

300
600
800-2400

12
24
32-95

Офсетные технологии печати
Б. Газета
75
30

64
600
24

В. Иллюстрированный журнал (обычная бумага)

100
39
256
1600
63
Г Художественная печать (специальная бумага)
150
60
256
2400
95

Из таблицы видно, что принтеры увеличенного разрешения и цифровые печатные машины (ЦПМ) имеют выходные параметры выпускаемой продукции на уровне офсетной печати иллюстрированных журналов на обычной бумаге. Только художественная офсетная печать на специальной бумаге имеет более высокие параметры.

Кроме того, для отдельных моделей ЦПМ, использующих несколько независимо функционирующих лазеров, достигается разрешение, даже превышающее аналогичный параметр офсетной печати (тема № 26). Декларируется [9, 10] достижение разрешения вдоль строки на уровне 9600 dpi. Для большинства других моделей этот параметр обычно не превышает 800-2400 dpi.

    1. Schonhut J. Document Imaging Computer Meets Press. - Berlin: Springer. 1997. - 192 p.

    2. Шлихт Г. Ю. Цифровая обработка цветных изображений. - М.: ЭКОМ, 1997. - 300 с.

    3. Scharfe М. Electrophotography Principles and Optimization - Letchworth: Press, 1984. - 200 p.

    4. Takashi Nishimura et al. //J. of Imaging Technol. - 1986. - V. 12. № 2. - P. 329-333.

    5. Артюшин Л. Ф., Артюшина Е. Н. Цветоделение для полиграфистов. - М.: Книга, 1987. - 111 с.

    6. Усов В. //Полиграфия. - 1994. № 5. - С. 32-34.

    7. // Dtsch. Drucker. - 1994. - V. 30. № 46. - P. w. 12-w. 21.

    8. Деннис А. //Мир ПК. - 1996. № 1. - С. 70-74.

    9. // ОЕР - 2000. № 3. - Р. 24-25, 58.

    10. // ОЕР - 2000. № 3.

    11. Колесниченко О., Шарыгин М., Шишигин И. Лазерные принтеры. - Дюссельдорф: ВНИ - Санкт-Петербург, 1997. - 272 с.

    12. // PC Magazin / Russian Edition - 1995. № 2. - С. 18-140. ,

    13. Оболихшто Б. //Компьютеры + прогр. - 1997. № 1/2. - С. 44-52.

    14. Асмаков С. // Компьютер Пресс. - 2003. № 2. - С. 164-167.

При цифровой печати (темы № 11, 12) для воспроизведения изображения используется определенная система базовых структурных элементов. Представление этой системы делается в следующей последовательности:

    1. Состав и общая характеристика базовых структурных элементов

    2. Взаимодействие базовых структурных элементов при построении изображения цифровой печати

    3. Критерии оценки качества базовых структурных элементов

Параметры растровой структуры ЭФГ-изображения цифровой печати (тема № 14) практически являются производными величинами от параметров базовых структурных элементов этого изображения. Базовыми структурными элементами в порядке возрастающей сложности являются [1, 2, 10]:

    - точка (Dot);

    - линия (Line);

    - поле (Large Area).

С помощью этих элементов, используя технологию обращенного проявления разряженных участков [1] (тема № 8), компонуется ЭФГ-изображение любого типа. Для получения цветного изображения также используются одноцветные (разноцветные) полутоновые структуры, которые с наложением повторяются несколько раз, этим синтезируя требуемый цвет (тема № 10). Таким образом, анализ базовых элементов можно ограничить одноцветными структурами.

Общая характеристика базовых структурных элементов изображения приведена в табл. 15.1.

Таблица 15.1

Общая характеристика базовых структурных элементов ЭФГ-изображения цифровой печати

Untitled Document

Структурный элемент
Составные части структурного элемента
Построение структурного элемента
Критерии оценки структурного элемента
Точка
Частицы тонера
Осаждение заряженных частиц тонера на участке ФР, разряженном при лазерной развертке. Возможность изменения диаметра точки при увеличении длительности импульса засветки
Диаметр точки (для эллиптической точки — отдельно по осям х, у)
Линия
Точки или матрицы точек
Расположение точек вдоль линейного элемента с определенным шагом (дискретом) в результате импульсной лазерной развертки. Для полутонового варианта — точки располагаются в виде матрицы

Оптическая плотность
Максимальный пространственный градиент
Полуширина линии

Поле
Линии
Суперпозиция линий в виде тонкой пространственной решетки растра лазерной развертки. Для полутонового варианта линии имеют матричную структуру с амплитудной (AM) или частотной (FM) модуляцией точек
Несущая пространственная частота N Растровая оптическая плотность Площадь, покрытая тонером A

Взаимодействие базовых структурных элементов при воспроизведении изображения рассматривается в логической последовательности: точка <?xml version="1.0"?>
линия <?xml version="1.0"?>
поле [2].

Минимальный элемент структуры - точка* формируется при осаждении на разряженный участок ФР заряженных частиц тонера [1]. В зависимости от фокусировки пятна лазерного излучения точка может иметь круглую или эллиптическую форму. При развертке по направлению короткой оси, в зависимости от длительности импульса подсветки, точка меняет свои размеры в данном направлении.

(*Минимальный элемент структуры - точка <?xml version="1.0"?>

х - направление строчной развертки)

Структурный элемент отдельной линии* формируется из точек, линейно располагаемых с определенным шагом дискретизации. Для исключения пульсации ширины линии, шаг дискретизации может только незначительно превышать радиус точки [3]. Минимальная ширина линии в этом случае равняется диаметру точки. В случае воспроизведения полутоновой линии, минимальная ее ширина увеличивается до размеров полутоновой ячейки (матрицы) с точным расположением точек по принципу амплитудной модуляции (AM) или их стохастическим разбросом по принципу частотной модуляции (FM) (тема № 14).

(*Базовый структурный элемент - линия <?xml version="1.0"?>

х - направление строчной развертки;

у - направление кадровой развертки)

Если возникает необходимость воспроизведения более широких линий, то они получаются параллельным расположением соответствующих (двухградационных или полутоновых) линий минимальной ширины. При формировании наклонной линии, с целью исключения «лестничного эффекта», широко применяется метод сглаживания ступенек с помощью программно регулируемого диаметра точек или изменений их адресации на месте стыка [1]. Это также позволяет программным методом увеличить электронное разрешение аппаратуры ЦП (тема № 9).

Режим формирования вертикальных линий отличается тем, что строчная развертка луча происходит не вдоль, а поперек линий различной структуры. Поэтому тонкая структура горизонтальных, вертикальных и наклонных линий может отличаться. Дополнительным фактором при этом является обычно существующее [1] «несимметрическое» разрешение строчной и кадровой развертки.

Поле* - это большой заливной участок, который создается суперпозицией тонких двухградационных (а) или полутоновых (б) линий, при кадровой развертке образующих пространственную решетку - своеобразную «несущую» пространственную частоту. Поэтому анализ данного структурного элемента сводится к анализу такой пространственной решетки.

(*Базовый структурный элемент - поле <?xml version="1.0"?>

х - направление строчной развертки;

у - направление кадровой развертки)

Задача, схожая с исследованием [1, 4] экспериментальной функции передачи модуляции* (ФПМ) (тема № 9), т. е. частотной зависимости контраста изображения <?xml version="1.0"?>
(<?xml version="1.0"?>
), определяемой по формуле (15.1). На примере этой функции (рис. 15.1) могут быть определены граничные пространственные частоты, используемые при установлении несущей пространственной частоты N. Этими частотами являются:

    - визуальная пространственная частота <?xml version="1.0"?>
;

    - касательная пространственная частота <?xml version="1.0"?>
.

(*Функция передачи модуляции: <?xml version="1.0"?>
, где <?xml version="1.0"?>
- оптическая плотность, измеренная на линиях изображения пространственной решетки; <?xml version="1.0"?>
- оптическая плотность, измеренная на промежутках между линиями; n - пространственная частота линий)

Определение несущей пространственной частоты N по функции передачи модуляции [1]

Рис. 15.1. Определение несущей пространственной частоты N по функции передачи модуляции [1]: <?xml version="1.0"?>
- эффективный контраст изображения штриховой решетки; <?xml version="1.0"?>
- контраст на уровне 1 /е; <?xml version="1.0"?>
- визуально различимый контраст; n - пространственная частота решетки; <?xml version="1.0"?>
- критическая пространственная частота; <?xml version="1.0"?>
- визуальная пространственная частота; <?xml version="1.0"?>
- касательная пространственная частота; <?xml version="1.0"?>
N - интервал выбора несущей пространственной частоты; N - несущая пространственная частота

Физический смысл визуальной пространственной частоты<?xml version="1.0"?>
- это частота, при которой в условиях визуального наблюдения тонкая линейчатая структура изображения становится незаметной. Это происходит потому, что человеческий глаз при нормальных условиях различает объекты, угловая величина которых не менее 1 - 1,5 угловых минут [5]. Для обычно используемого расстояния наблюдения это составляет не менее 80 мкм или разрешение равное 12,5 <?xml version="1.0"?>
(около 300 dpi). Поэтому можно принять значение <?xml version="1.0"?>
<?xml version="1.0"?>
12,5 <?xml version="1.0"?>
.

Касательная пространственная частота<?xml version="1.0"?>
соответствует той частоте на изображении штриховой решетки, при которой линии сливаются полностью и не могут быть различимы даже при увеличении. Эта частота отсекается на оси <?xml version="1.0"?>
касательной к функции <?xml version="1.0"?>
(<?xml version="1.0"?>
), проведенной в точке <?xml version="1.0"?>
= <?xml version="1.0"?>
(<?xml version="1.0"?>
- критическая пространственная частота на уровне контраста <?xml version="1.0"?>
= 1/е = 0,368). Реальная величина <?xml version="1.0"?>
зависит от применяемой технологии, т. е. для различных моделей аппаратуры она может различаться.

Рабочий интервал несущей пространственной частоты<?xml version="1.0"?>
N должен находиться в пределах <?xml version="1.0"?>
< N <<?xml version="1.0"?>
. За пределами этого интервала работать нежелательно: при <?xml version="1.0"?>
<<?xml version="1.0"?>
не устраняется впечатление линейчатой структуры поля, а частота <?xml version="1.0"?>
><?xml version="1.0"?>
является аппаратурно излишней. В пределах указанного рабочего интервала <?xml version="1.0"?>
N увеличение N позволяет улучшать качество изображения: продолжает сглаживаться линейчатая структура растра, что может сказываться на выходных качественных параметрах аппаратуры. Однако, с другой стороны, это снижает быстродействие записи и уменьшает производительность. Поэтому в каждом конкретном случае приходится выбирать компромиссное решение.

Различные сочетания рассмотренных базовых элементов позволяет воспроизвести любой вариант изображения ЦП, а именно:

    а) одноцветного алфавитно-цифрового изображения - с помощью соответствующего расположения базовых структурных элементов точки и линии;

    б) цветного алфавитно-цифрового изображения - путем наложения разноцветных полутоновых структур линии;

    в) одноцветного видового изображения - с использованием полутоновой структуры поля;

    г) цветного видового изображения - путем наложения разноцветных полутоновых структур поля.

Критерии оценки качества базовых структурных элементов приведены в табл. 15.1.

Структурный элемент - точка - оценивается* его диаметром. Для эллиптической формы определяются размеры отдельно по осям х, у. Практически в аппаратуре ЦП минимальный диаметр точки достигает (15 - 20) мкм, а ее эллиптические размеры могут быть (20 х 60) мкм [6, 7]. Визуально воспринимается как гомогенная физическая точка или короткий штрих, хотя имеет тонкую структуру обусловленную величиной частиц тонера и флуктуациями их расположения при проявлении.

(*Критерии оценки качества точки:

    - диаметр круглой точки <?xml version="1.0"?>
;

    - диаметр эллиптической точки <?xml version="1.0"?>
(х 'у))

Для оценки структурного элемента линии целесообразно построить ее профиль (тема № 9). При этом используются микроденситометрические измерения оптической плотности поперек линии. На профиле такой гауссообразной линии может быть определен весь комплекс критериев оценки качества*.

(*Критерии оценки качества линии:

    - максимальная оптическая плотность в центре линии <?xml version="1.0"?>
;

    - максимальный пространственный градиент оптической плотности <?xml version="1.0"?>
;

    - полуширина линии измеряется на уровне половины максимальной оптической плотности <?xml version="1.0"?>
(тема № 9, рис. 9.3))

Комплекс двух параметров <?xml version="1.0"?>
и <?xml version="1.0"?>
позволяет контролировать толщину линии и ее резкость. Идентичные результаты получаются при определении разрешающей способности, однако для этого требуется воспроизведение клиновидных линий на испытательной тест-таблице. Преимущество определения градиента состоит в том, что он определяется инструментально и в реальном режиме работы аппаратуры.

Практически в аппаратуре ЦП обычно определяется ширина линии на визуальном уровне [3], что дает более высокие значения по сравнению со значением <?xml version="1.0"?>
. Такая ширина находится в пределах (20 - 60) мкм. Минимальная ширина полутоновой линии зависит от изменяемых размеров полутоновой матрицы и количества уровней серого. Максимальная оптическая плотность, измеренная в центре двухградационных линий обычно находится в интервале <?xml version="1.0"?>
= (1,0 - 1,5) Б.

Визуально структурный элемент воспринимается как гомо генная линия, хотя она имеет тонкую структуру, обусловлена шагом дискретизации точек или флуктуациями их расположения в результате AM или FM модуляции.

Для описания структурного элемента поля используется комплекс критериев оценки качества*. При физическом наличии на изображении поля несущей растровой структуры N (рис. 15.1), если датчик денситометрического прибора перекрывает несколько растровых линий с промежутками, определяется усредненная оптическая плотность участка или так называемая растровая оптическая плотность <?xml version="1.0"?>
(15.2). Для оценки серой площади, покрытой тонером А, используется формула (15.3), установленная международным стандартом ISO [8]. Это позволяет контролировать уровень серого поля при воспроизведении полутонов, что достигается изменением количества зачерненных точек в матричных структурах линий. Уровень серого также необходимо регулировать при субтрактивном синтезе цветного изображения путем наложения разноцветных структур такого серого поля [1, 9].

(*Критерии оценки качества поля:

    а) несущая пространственная частота N (рис. 15.1);

    б) растровая оптическая плотность: <?xml version="1.0"?>
(15.2), где S - общая измеряемая площадь; А - площадь, занимаемая проявленными элементами растра;

    в) площадь, занимаемая проявленными элементами растра [8]: <?xml version="1.0"?>
(15.3), где <?xml version="1.0"?>
- растровая оптическая плотность структуры полутонов; <?xml version="1.0"?>
- оптическая плотность проявленных участков; <?xml version="1.0"?>
- оптическая плотность фоновых участков)

При визуальном наблюдении все рассмотренные варианты поля воспринимаются как равномерные заливные участки, т. е. растровая структура способствует устранению краевого эффекта [1], а тонкая структура линий незаметна для глаза. Однако, если рассматривать с увеличением, то наблюдаются три уровня тонкой структуры:

    I уровень - структура несущей пространственной частоты линий;

    II уровень - более мелкая структура расположения точек на линиях;

    III уровень - оптические шумы флуктуации частиц тонера на точках.

Фактические значения вышеописанных параметров поля очень сильно зависят от режима функционирования лазерной развертки и условий проявления, поэтому они должны быть установлены индивидуально для каждой модели аппаратуры ЦП.

    1. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. М.: Изд-во МГУП, 1999. - 438 с.

    2. Харин О., Сувейздис Э. Оценка базовых структурных элементов изображения цифровой печати (в печати).

    3. Ганго Г., Моцкус Э., Чененко В. // Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, 1988. Вып. 7. - С. 50-55.

    4. Toshinori Jamazaki et al //Electrophotography. 1995. V. 34. № 1. - P. 3-22.

    5. Шашлов Б. А. Цвет и цветоделение. М.: Мир книги, 1995. - 315 с.

    6. Schein L. Electrophotography and Development Physics. Morgan НШ California: Laplacian Press. 1996. - 355 p.

    7. Takanagi Kenjiti et al //O Plus E.1993. № 167. - P. 84-88.

    8. ISO 12647- 1: 1996. Graphic Technology-Process control for halftone colour separation, proofs and production prints.

    9. Kharin O., Suveizdis E. Proc. IS and T's NIP 14: 1998. International Conference on Digital Printing Technologies. - P. 608-610.

    10. Сувейздис Э. // Digital Printing Magazine. - 2202. № 1. - C. 46-49.

Процесс лазерного экспонирования (тема № 7) получает свое развитие и практическое применение в разнотипной аппаратуре ЦП. Реализация лазерного экспонирования в аппаратуре анализируется в следующих подразделах:

    1. Оптико-механическая развертка лазерного луча

    2. Линейка светоизлучающих диодов

    3. Другие варианты лазерной развертки

    4. Выбор режима лазерного экспонирования

    5. Работа в оптимальном режиме

Процесс лазерного экспонирования практически реализуется:

    а) оптико-механической разверткой излучения многоэммитерного полупроводникового лазера;

    б) линейкой светоизлучающих диодов типа LED, расположенных вдоль образующей цилиндра ФР.

Оба варианта находят широкое применение в современной ЭФГ-аппаратуре цифровой печати и обычно имеют единое название лазерной развертки [1-4], хотя иногда под лазерной разверткой понимают лишь вариант «а».

Характерная принципиальная схема развертки первого типа приведена на рис. 16.1. Излучение многоэммитерного полупроводникового лазера (1) с помощью оптической системы превращается в полоску из четырех (или более) параллельных лучей, которые при вращении многогранной призмы (9) одновременно вычерчивают на цилиндрической поверхности ФР (11) четыре линии. При типичном для принтеров разрешении 600 dpi расстояние между отдельными линиями в плоскости ФР составляет 42,3 мкм, а общая ширина проэкспонированной полоски - 127 мкм. Скорость вращения многогранной призмы достигает порядка 10 000 - 20 000 об/мин [5]. Экспозиция точки (определяемая по времени прохождения световым пятном своего диаметра) составляет <?xml version="1.0"?>
с. Установленный по ходу лучей фото детектор (14) получает соответствующий сигнал и запускает синхронизированный отсчет времени отдельно для каждого луча.

Принципиальная схема лазерного экспонирования с оптико-механической разверткой

Рис. 16.1. Принципиальная схема лазерного экспонирования с оптико-механической разверткой: а) расположение элементов схемы развертки; б) линии развертки в плоскости ФР; в) схема управления высветом. 1 - лазер; 2 - решетка расщепления лучей; 3 - линза <?xml version="1.0"?>
4 - многоканальный АО-модулятор; 5- линза <?xml version="1.0"?>
; 6 - зеркало; 7 - призма; 8 - цилиндрическая линза; 9 - многогранное зеркало; 10 - сканирующие линзы; 11 - фоторецептор; 12 - расположение световых точек; 13 - линии одновременной развертки; 14 - фотодетектор

Управляя включением полупроводникового лазера или подавая сигнал на многоканальный акустооптический модулятор (4), можно раздельно управлять высветом вдоль всей образующей. При подходе другой грани призмы (9) и синхронном повороте цилиндра (11) на поверхности ФР вычерчиваются следующие четыре линии и т. д. Таким образом по компьютерным данным воспроизводится вся картина записываемого кадра. Управляя моментом включения-выключения луча, можно не только менять экспозицию ФР и величину записываемой точки, но и смещать ее положение по образующей. Управляя скоростью вращения ФР, можно регулировать пространственную частоту строк. Все это существенно при реализации программы повышения разрешающей способности (тема № 9).

Кроме метода расщепления луча лазера на несколько параллельных лучей, применяются и независимо функционирующие лазеры. С помощью системы из полупрозрачных зеркал лучи от 4-х отдельных лазеров сводятся в систему 4 лучевого пучка, который одновременно отклоняется вращающейся призмой. Это позволяет увеличить быстродействие процесса экспонирования или снизить скорость вращения призмы (этим улучшая качество изображения). Независимо управляемые лазеры позволяют повышать разрешение вдоль строки от 2400 до 9600 dpi, что достигнуто в изделиях фирмы «Toshiba» [6].

Другой вариант развертки используется при экспонировании линейкой LED (рис. 16.2). Вместо единого лазера, для освещения каждой точки в строке развертки здесь используется ряд индивидуальных светодиодов (а), охватывающих всю длину строки. В зависимости от длины строки и желаемого разрешения линейка может содержать от 2560 до 7424 светодиодов, располагаемых в нескольких рядах в шахматном порядке. Излучение светодиодов подводится к ФР с помощью световолокна или системы микролинз (в). Линейка индивидуальных светодиодов тоже может быть сформирована путем вакуумного напыления многослойных систем на общей жесткой основе (б). И в том, и в другом случае развертка изображения происходит при вращении цилиндрического ФР по направлению, перпендикулярному образующей цилиндра. В системе этого типа (в отличие от лазерной системы с оптико-механической разверткой) отсутствуют быстровращающиеся прецизионные механические узлы, она не боится вибраций при работе и имеет более простое управление (увеличивается время высвета точек, экспонируемых по всей строке одновременно). Однако имеются и некоторые недостатки: технологические сложности в создании многоэлементных прецизионных линеек и отсутствие возможности смещения точек по образующей цилиндра с изменением их ширины в этом направлении.

Принципиальная схема лазерного экспонирования с использованием линейки LED

Рис. 16.2. Принципиальная схема лазерного экспонирования с использованием линейки LED: а) вариант отдельных светодиодов; б) вариант единой многослойной системы светодиодов; в) расположение элементов схемы развертки. 1 - модуль светодиодов; 2 - световолоконный жгут; 3 - p-электрод; 4 - р-электрод; 5 - активный слой; 6 - фоторецептор; 7 - решетка линз; 8 - линейка LED; 9 - основание; 10 - платы управления; 11 - расположение световых точек; 12 - линии одновременной развертки

Многорядное расположение источников излучения позволяет достигнуть типовое разрешение линейки на уровне 300 - 600 dpi с быстродействием цветной печати до 16 ррm. Уже разработаны [7, 17] линейки LED, имеющие разрешение 1200 dpi. При этом существенное увеличение излучающей мощности до сотни микроватт (на порядок выше по сравнению с обычно применяемыми светодиодами типа GaAsP) допускает достижение быстродействия в режиме монохромной печати до 120 ррm без специальных средств охлаждения. Вариант линейки, разработанный для новых поколений цветных принтеров [17], состоит из 9984 элементов обеспечивает и неравномерность излучения, не превышающую 1,6%.

Среди других вариантов лазерного экспонирования известны методы, когда линейка лазерных диодов как бы объединяется с оптико-механической разверткой [8]. В этом случае (рис. 16.3) принцип образования линейки используется только для набора многоэммитерного источника излучения. Пять независимо излучающих светодиодов с помощью световолоконного жгута образуют линейку малых размеров. Нитки оптического волокна располагаются с шагом 0,15 мм и излучают на выходе гауссообразную точку диаметром 5 мкм. В дальнейшем излучение такого многорядного источника отклоняется обычной оптико-механической системой развертки вдоль образующей цилиндрического ФР, рисуя нем пять параллельных строк развертки. При наклонном расположении источников излучения строки могут быть сжаты до шага не более 0,4 мкм. Кадровая развертка происходит при повороте ФР

Принципиальная схема лазерного экспонирования, объединяющая линейку LED с оптико-механической разверткой [8]

Рис. 16.3. Принципиальная схема лазерного экспонирования, объединяющая линейку LED с оптико-механической разверткой [8]: а) структура модуля лазерных диодов; б) расположение элементов системы развертки. 1 - лазер; 2 - колиматорные линзы; 3 - линзы; 4 - оптическое волокно; 5 - цилиндрические линзы; 6 - многогранное зеркало; 7 - сканирующие линзы; 8 - детектор луча; 9 - фоторецептор

Излучение на выходе оптического волокна при <?xml version="1.0"?>
= 640 нм имеет мощность 6 мВт. Это позволяет достигнуть на ФР типа <?xml version="1.0"?>
скорость записи 400 мм/с и разрешение 600 dpi. Ширина зоны записи - 431,8 мм.

Создан [9] оригинальный метод точечной развертки изображения, согласно которому равномерное световое пятно от крупногабаритного источника излучения разбивается на множество точек с помощью индивидуально управляемых микрозеркал. Такой модуль микрозеркал (Digital Micromirpr Device, DMD) состоит из 7056 колонок и 64 рядов элементов обеспечивает разрешение на уровне 600 dpi.

Ведется разработка [10] лазерных диодов излучающих в синей области спектра, как на более приспособленной к спектральной фото чувствительности ФР. Это двойной диод, объединяющий в себе обычный диодный лазер (<?xml version="1.0"?>
= 850 нм), запускающий другой диод, излучающий уже в синей области спектра (<?xml version="1.0"?>
= 425 нм). Мощность такого двойного диода - несколько милливатт.

Реализация процесса лазерной развертки [17, 18] любым из описанных методов зависит от того, какой вариант проявления (прямой или обращенный) используется в аппаратуре (тема № 8). В случае прямого проявления необходимо экспонировать фоновые участки изображения, а в случае обращенного - непосредственно сами элементы изображения.

Выбор варианта обращенного проявленияОбращенное   проявление - Discharged Area Development (DAD) с экспонированием именно элементов изображения и с последующим проявлением разряженных участков имеет определенные преимущества. Как было показано выше (темы № 8, 9), в этом случае улучшается резкость края штриховых элементов изображения и наблюдается более равномерная структура фона.

Лазерное экспонирование с обращенным проявлением имеет и другие преимущества, среди которых основным является реализация режима насыщенияРежим насыщения - экспонирование до потенциала, близкого к фоновому потенциалу ФР (экспозиция составляет пятикратно увеличенную экспозицию полуспада) [12], позволяющего стабилизировать процесс цифровой печати. Даже неизбежные колебания в экспозиции ФР вдоль строки развертки могут быть устранены и не оказывают влияния на процесс печати. Это наглядно иллюстрируется [19] на рис. 16.4, где приведена фоторазрядная кривая ФР (а) и качественно сравнены между собой два варианта экспонирования (б), а именно: вариант экспонирования до полуспада номинального потенциала при экспозиции <?xml version="1.0"?>
; вариант экспонирования при пятикратно увеличенной экспозиции полуспада 5<?xml version="1.0"?>
, обеспечивающей фоторазрядку до потенциала, близкого к фоновому потенциалу ФР, т. е. реализации режима насыщения.

Фоторазрядная кривая (а) и два варианта (б) ее использования: до полуспада потенциала (слева) и до пятикратного полуспада потенциала (справа)

Рис. 16.4. Фоторазрядная кривая (а) и два варианта (б) ее использования: до полуспада потенциала (слева) и до пятикратного полуспада потенциала (справа): в) форма распределения экспозиции ФР вдоль строки развертки; г) изменение потенциала ФР вдоль строки развертки; д) сравнение полученного электростатического контраста для обоих вариантов. <?xml version="1.0"?>
- потенциал ФР; <?xml version="1.0"?>
= <?xml version="1.0"?>
- номинальный (рабочий) потенциал; <?xml version="1.0"?>
- полуспад номинального потенциала; <?xml version="1.0"?>
- фоновый потенциал; DU - электростатический контраст; Н - экспозиция; <?xml version="1.0"?>
- экспозиция полуспада; х - координата; I, II, III - элементы изображения вдоль строки; 1,2 - крутизна фоторазрядной кривой в зоне полуспада и в зоне насыщения соответственно; 3, 6 - изменение параметров вдоль строки для варианта полуспада; 4, 5 - изменение параметров вдоль строки для режима насыщения

Рассмотрим различия между этими вариантами экспонирования при достаточно выраженной неравномерности (б) экспозиции ФР вдоль строки развертки Н = f(x). Условно принимается, что экспозиция на краях строки (элементы I и III) отличается от экспозиции в центре строки (элемент II) на 20%. Естественно, что это различие (которое зависит от условий фокусировки и сохранения одинаковой скорости перемещения светового пятна вдоль строки) может быть и другим. Анализ экспонирования всех трех элементов изображения для режима полуспада и режима насыщения проводится на базе фоторазрядной кривой Uc = f(H) (тема № 7) при следующих допущениях:

    - номинальный (рабочий) потенциал <?xml version="1.0"?>
= <?xml version="1.0"?>
= - 700 В;

    - энергетическая чувствительность ФР по полуспаду номинального потенциала: <?xml version="1.0"?>
= 100 <?xml version="1.0"?>
;

    - энергетическая экспозиция по полуспаду номинального потенциала: <?xml version="1.0"?>
= 1 мДж/<?xml version="1.0"?>
;

    - уровень пятикратной экспозиции в режиме насыщения: 5<?xml version="1.0"?>
= 5 мДж/<?xml version="1.0"?>
;

    - фоновый потенциал ФР: <?xml version="1.0"?>
= -100 В;

    - величина параметров режима экспонирования для двух режимов - см. таблицу 16.1.

Видно, что в режиме полуспада потенциал ФР (г) и электростатический контраст СЭИ (g) сохраняют исходную неравномерность экспозиции вдоль строки. В то же время при реализации режима насыщения (при некотором увеличении экспозиции Н), благодаря «переэкспозиции» происходят качественные изменения:

    неравномерность фоторазрядки вдоль строки сглаживается и электростатический контраст DU у всех элементов изображения практически сравнивается (g). Кроме того, существенно увеличивается и общий уровень DU. Переэкспозиция в центре строки существенного значения не имеет, так как это может вызвать лишь некоторое увеличение элементов изображения (тема № 9), а не изменение их контраста.

Таблица 16.1

Параметры режима лазерного экспонирования

Untitled Document

Параметры
Обозначение
Единицы измерения
Варианты
Примечание

режим полуспа
да

режим насыщения
Экспозиция:
номинальная
в центре строки
на периферии




- 20%



-
-

1
1
0,8

5
5
4
* С учетом изменения наклона кривой фотораз­рядки
Потенциал фоторазрядки:
номинальный
в центре строки на периферии



+ 20%

B
-
-

350
350
420

100
100
110*
Электростатический контраст: номинальный
в центре строки
на периферии


U=
- 20%

B
-
-

350
350
280

600
600
590*

Приведенные результаты оптимизации режима экспонирования позволяют, дополнительно к известным электронным методам [3], стабилизировать процесс цифровой печати и добиться улучшения качественных параметров выводимого изображения.

Лазерную развертку целесообразно проводить в выбранном оптимальном режиме насыщения. Рассмотрим отдельные этапы и элементы такого режима.

Строка лазерной развертки является суперпозицией отдельных точек, поэтому очень важно определить режим экспонирования этих минимальных базовых структурных элементов (тема № 15) до уровня насыщения.

Для качественного воспроизведения элементов требуется предварительная фокусировка пятна облучения в плоскости фоторецептора до установления требуемого диаметра d, а также задание длительности импульса облучения t. Распределение энергии облучения поперек пятна имеет гауссообразный характер (тема № 7), поэтому при неменяемой фокусировке плотность энергии, достигающей фоторецептора в центре пятна, а следовательно, и режим фоторазрядки, зависит только от длительности импульса t (рис. 16.5, а).

Выбор режима лазерного экспонирования

Рис. 16.5. Выбор режима лазерного экспонирования: а) распределение энергии в пятне облучения; б) степень нагрева адсорбирующего слоя при облучении [11]: J - плотность энергии облучения; х - координата; Т - температура нагрева; t - длительность импульса; d - диаметр пятна; <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- радиус пятна

Распределение энергии облучения в пятне микронного размера удобно контролировать путем определения температуры нагрева адсорбирующего слоя (рис. 16.5, б). Таким слоем может быть слой частиц тонера. Это непосредственно актуально для процесса термосублимационной записи [11], однако косвенно может характеризовать и режим фоторазрядки ФР, так как степень нагрева адсорбирующего слоя (в ИК-области) зависит от плотности энергии облучения. Из рисунка видно, что в центре пятна аналогичные результаты (порядка 100°С) могут быть достигнуты как при коротком импульсе на пятне малого диаметра, так и при более длительном импульсе, но на большом диаметре. Это справедливо и для процесса фоторазрядки ФР (тема № 7). Отличие заключается только в том, что при достижении полной фоторазрядки снижение потенциала ФР в центре пятна прекращается, а дальнейшее увеличение t вызывает только некоторое увеличение диаметра разряженного участка и в результате увеличение диаметра проявленной точки. То же происходит и при увеличении мощности лазерного луча. Режим насыщения [12] позволяет стабилизировать процесс лазерной записи, так как «переэкспозиция» при обращенном проявлении не вызывает изменения электростатического контраста скрытого электростатического изображения (рис. 16.6, а).

 Распределение потенциала скрытого электростатического изображения [12] при однократном (а) и многократном (б) импульсе высвета в режиме насыщения

Рис. 16.6. Распределение потенциала скрытого электростатического изображения [12] при однократном (а) и многократном (б) импульсе высвета в режиме насыщения: <?xml version="1.0"?>
- потенциал ФР; х - координата

В режиме насыщения увеличение длительности импульса высвета t может быть достигнуто путем многократного повторения импульса вдоль строки лазерной развертки (рис. 16.6, б). Это используется при воспроизведении заливных участков или элементов полутонового изображения. В этом случае вместо круглой точки проявляется короткий штрих регулируемой длины.

Реальный режим экспонирования в аппаратуре зависит от возможностей механизма лазерной развертки, от требуемого разрешения или от количества полутонов воспроизводимого изображения (темы № 9, 20).

При записи широких линий или поля важно установить оптимальный шаг строк развертки и адресации точек по строке. В целях экономии времени и ресурсов памяти допускается наличие неполной разрядки ФР на границе между соседними точками (рис. 16.7), которое не визуализируется при оптимально установленном пороге проявления.

 Форма зарядного рельефа двух соседних точек при различной плотности облучения ФР [16]

Рис. 16.7. Форма зарядного рельефа двух соседних точек при различной плотности облучения ФР [16]: <?xml version="1.0"?>
- потенциал ФР; х - координата; П - порог проявления

Выбор оптимального шага также влияет на ступенчатость наклонных линий. При большом шаге ступеньки становятся сильно выраженными.

В исследованиях фирмы «Осе» [14] показаны параметры растра для нескольких вариантов его пространственной частоты (технического разрешения), а качество воспроизводимых символов зависит от такого разрешения (рис. 16.8, 16.9).

 Растровое поле при различном механическом разрешении [14]

Рис. 16.8.Растровое поле при различном механическом разрешении [14]

 Качество символов в зависимости от механического разрешения [14]

Рис. 16.9. Качество символов в зависимости от механического разрешения [14]

Ступеньки полностью могут быть устранены только программными методами, делая коррекцию в адресации точек (тема № 14). Для этой цели в схему развертки вводится дополнительный пьезоэлектрический элемент управляемого отклонения лазерного луча [15].

    1. Scharfe М. Electrophotography Principles and Optimization. - Letchworth: Press, 1984. - 210 p.

    2. Schein L. Electrophotography and Development Physics. - Morgan Hill, California: Laplacian Press, 1996. - 355 p.

    3. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. - М.: Изд-во МГУП, 1999. - 438 с.

    4. Колесниченко О., Шарыгин Н., Шишигин И. Лазерные принтеры. - Дюссельдорф: BHV, 1997. - 272 с.

    5. Canon Technology Highlights'98 - Canon Inc, 1998. - 37 p.

    6. // OEP - 2000. №3.

    7. Hiroshi Hamano et al / IS and T's NIP 14: Proc.1998. International Conference on Digital Printing Technologies. - P. 405-408.

    8. Keiji Kataoka et al / IS and T's NIP 15: Proc.1999. International Conference on Digital Printing Technologies. - P. 470-473.

    9. Allen J. В., Coit A. B. // J. of Imaging Science and Technology. 1999. V. 43. № 4. - P. 309-319.

    10. // Graphic Arts Monthly. 1999. № 9. - P. 115-116.

    11. Masaru Kinoshita et al. // J. of the Imaging Society of Japan. 2001. V. 40. № 3. - P. 201-208.

    12. Takanagi Kenjiti et al. // О Plus E. - 1993. № 167. - P. 84-88.

    13. // OEP, - 2001, № 11, - P. 12-14.

    14. Goldman G. The World of Printers. Осе Printing Systems, GmbH. - 2001.

    15. Ewe M. et al. // J. of Imaging Sc. and Technol., - 2002. № 5. - P. 433-442.

    16. Yuji Furuya / International conference IS and T's NIP 14: Proc. 1998. - P. 436-439.

    17. Yukio Nakamura // J. of the Imaging Society of Japan. - 2003. № 1. - P. 37-42.

    18. Baumler B. Laser druck. - Polygraph Verlag, 2003. - 232 p.

    19. Харин О., Сувейздис Э. Выбор режима лазерного экспонирования ЭФГ-фоторецептора (в печати).

Процесс цветного проявления (тема № 8) находит практическое применение в различной аппаратуре ЦП. В такой аппаратуре обычно происходит (тема №11) циклическая обработка ФР несколькими технологическими узлами, содержащими разноцветные проявители. Таким образом, анализ вариантов можно начать с монохромных технологических узлов. В цветном варианте такие узлы идентичной конструкции повторяются несколько (3 или 4) раз.

Следовательно, реализация цветного проявления анализируется в таком порядке:

    1. Монохромные технологические узлы проявления

    2. Цветные технологические узлы проявления

    3. Сменные блоки узлов типа картриджа

    4. Выбор режима цветного проявления

Используемые в аппаратуре варианты конструктивных решений узлов проявления исчисляются сотнями [1 - 3]. Среди разнообразных моделей можно выделить [2, 3] узлы проявления, использующие двухкомпонентный проявитель, при работе которого образуется магнитная кисть и узлы для однокомпонентного проявителя, покрывающего ровным слоем поверхность донорного валика.

Узлы сухого проявления, использующие двухкомпонентный проявитель, работают [1] по принципу образования диэлектрическо или электропроводящей магнитной кисти (темы № 6, 8) и состоят из нескольких характерных элементов (рис. 17.1). Это бункер с тонером, устройство подачи тонера на проявляющий элемент, узел перемешивания проявителя и устройство, ограничивающее высоту магнитной кисти на магнитном валике. В узле проявления могут быть несколько магнитных валиков, обеспечивающих широкую зону проявления, когда проявитель как бы передается с одного валика на другой. Сам валик магнитной кисти (тема № 8) может быть с вращающимся внешним цилиндром или с вращающимися магнитами.

 Типичная конструкция узла проявления магнитной кистью с использованием двухкомпонентного проявителя

Рис. 17.1. Типичная конструкция узла проявления магнитной кистью с использованием двухкомпонентного проявителя: 1 - фоторецептор; 2 - валик магнитной кисти; 3 - смеситель; 4 - дозатор; 5 - бункер

Типичные конструкции узлов проявления с однокомпонентным проявителем показаны на рис. 17.2. Существенное их отличие от узла с магнитной кистью - это то, что тонер покрывает проявляющий цилиндр (донорный валик), служащий своеобразным крупногабаритным носителем. Для магнитного тонера (а) его частицы удерживаются магнитным полем, а для немагнитного тонера (б) - электростатическими силами. И в том, и в другом случае частицы тонера образуют ровный слой. При подаче на донорный валик потенциала смещения относительно ЭФГ-цилиндра, происходит проявление ФР. Для облегчения отрыва частиц тонера иногда используется переменное поле, которое создает облачко «прыгающего тонера».

Типичные конструкции узлов проявления с использованием однокомпонентного магнитного (а) и немагнитного (б) проявителя

Рис. 17.2. Типичные конструкции узлов проявления с использованием однокомпонентного магнитного (а) и немагнитного (б) проявителя: 1 - ЭФГ-цилиндр; 2 - проявляющий цилиндр; 3 - резиновый нож; 4 - выравнитель слоя; 5 - бункер с проявителем; 6 - транспортер; 7 - меховая щетка

В цветной аппаратуре наиболее распространены узлы проявления типа магнитной кисти. Для однокомпонентного варианта в основном применяется немагнитный тонер, имеющий более высокую прозрачность, необходимую при цветосинтезе (тема № 10).

В одноцветной аппаратуре цифровой печати узлы проявления устанавливаются у цилиндрического фоторецептора стационарно. Аналогично делается и для многоцилиндрового варианта цветной аппаратуры. Здесь также каждый узел проявления, заполненный проявителем соответствующего цвета, индивидуально сопрягается со своим ФР. В остальных вариантах цветной аппаратуры узлы проявления конструктивно объединяются в блоки из четырех узлов - трех разноцветных и одного черного. В некоторых аппаратах черный узел проявления по своей конструкции отличается от цветных. Он имеет большую емкость и обычно работает по принципу магнитной кисти, в то время как цветные узлы часто используют однокомпонентный немагнитный проявитель.

Типичные варианты блоков узлов проявления цветной аппаратуры цифровой печати показаны на рис. 17.3. Для одноцилиндрового варианта аппаратуры (а) все узлы проявления устанавливаются у фоторецептора стационарно. В каждом цикле накопления цветного изображения работает один из узлов проявления. Недостатком является то, что интервал времени от момента экспонирования до момента проявления бывает различный. Для ФР с большим темновым спадом потенциала это может оказать влияние на качество цветного изображения. Для двухцилиндрового варианта аппаратуры узлы проявления объединяются в блок, механизм которого позволяет последовательно подводить к ФР только один узел проявления. На рис. 17.3, б показан карусельный вариант такого механизма. Используются также механизмы типа салазок или лифта [2].

Принципиальные схемы блоков узлов цветного проявления

Рис. 17.3. Принципиальные схемы блоков узлов цветного проявления: а) стационарный блок одноцилиндровой аппаратуры; б) поворотный блок двухцилиндровой аппаратуры. 1 - фоторецептор; 2 - узлы цветного проявления; 3 - узел черного проявления; 4 - луч лазера

Конструктивное построение узлов цветного проявления [1, 3, 4] отличается большим разнообразием и зависит от многих факторов, в том числе и от категории аппаратуры. Если для консольных копировально-выводных аппаратов и цифровых печатных машин важно обеспечить большую производительность, то приходится увеличить емкость и габариты узлов. Для настольных принтеров - узлы делаются более компактными.

Своей спецификой существенно отличаются узлы цветного жидкостного проявления, используемые в аппаратуре ЭФГ-офсета направления фирмы «Indigo» (тема № 26). Если в первых моделях аппаратуры E-Print 1000 (в настоящее вре мя hp Indigo Press 1000) жидкий проявитель по давался в зазор между проявляющим валиком и цилиндрическим ФР в виде сплошного жидкого полотна из множества эжекторов (тема № 19), то в последующих моделях Ultra Stream 2000 (hp Indigo Press 3000) использована уже другая схема [6]. У цилиндрического фоторецептора устанавливается не менее четырех узлов проявления, содержащих мягкие проявляющие валики с нанесенным ровным слоем жидкости. Подробная схема одного из таки узлов показана на рис. 17.4. Он работает следующим образом.

Конструкция одного узла жидкостного проявления из блока узлов фирмы «lndigo»

Рис. 17.4. Конструкция одного узла жидкостного проявления из блока узлов фирмы «lndigo»: 1 - мягкий проявляющий валик; 2 - отжимной валик; 3 - валик очистки; 4 - ракель; 5 - пористый валик; 6 - канал подачи проявителя с отверстием; 7 - цилиндр фоторецептора

Краска из резервуара поступает через отверстие 6 и подается на мягкий проявляющий валик на котором, с помощью отжимного валика 2, формируется слой жидкости. Этот слой перемещается в зону проявления, расположенную между валиком 1 и цилиндром фоторецептора 7. Выйдя из зоны проявления, участок валика 1 попадает в зону очистки с помощью валика 3, омываемого разбавленной жидкостью. С валика 3 жидкость снимается ракелем 4 и попадает на мягкий пористый валик 5, откуда отжимается и удаляется.

Узлы проявления индивидуальны для каждого цвета, а цветное изображение получается обычным методом субтрактивного цветосинтеза (тема № 10).

В некоторых монохромных персональных принтеpax, с целью упрощения их обслуживания, все технологические узлы зарядки, проявления и очистки конструктивно объединяются в сменный блок типа картриджа (рис. 17.5). Иногда к такому блоку добавляется и цилиндрический ФР. После завершения ресурса работы или израсходования материалов весь блок картриджа извлекается и заменяется новым. Реставрацию или заполнение картриджа выполняют специалисты сервисных служб.

Принципиальная схема картриджа

Рис. 17.5. Принципиальная схема картриджа: 1 - корпус; 2 - фоторецептор; 3 - узел зарядки; 4 - окно для экспонирования; 5 - луч лазера; 6 - узел проявления; 7 - электризатор; 8 - лист бумаги; 9 - узел очистки

Принцип картриджа с цилиндрическим ФР в нем реализован в конструкции цветного лазерного принтера [5]. Четырехсекционный картридж (Four All-in-one Cartridge) содержит ФР органического фотополупроводника в каждой секции и узлы проявления с сухим магнитным проявителем. Общая работоспособность картриджа без замены секций - 10 000 экз.

Структура такого четырехсекционного картриджа показана на рис. 17.6. Все четыре секции расположены на механизме карусельного типа. Оптическая система имеет как стабильно установленные элементы, так и элементы в центре карусели. При повороте карусели каждый раз экспонируется все новый цилиндрический ФР, а проявленное на нем изображение переносится на промежуточный носитель ленточного типа. Там же накапливается и цветное изображение, которое потом в один прием переносится на бумагу. Замена картриджа может осуществляться по секциям, по мере израсходования их ресурса. На принтере такого типа была получена производительность цветной печати 3 ррm с разрешением 600 dpi.

 Принципиальная схема цветного лазерного принтера с картриджем четырехсекционного типа [5]

Рис. 17.6. Принципиальная схема цветного лазерного принтера с картриджем четырехсекционного типа [5]: а) оптическая схема; б) принтер в сборе. 1 - ФР; 2 - секция картриджа; 3 - зеркало; 4 - система развертки; 5 - узел промежуточного носителя; 6 - узел очистки; 7 - узел закрепления

Процесс проявления подробно рассматривался в теме № 8. Здесь приведены лишь основные функциональные зависимости, характеризующие реализацию этого процесса в цветной аппаратуре. При этом разграничены варианты с применением двухкомпонентных и однокомпонентных проявителей (тема № 6).

Режим проявления с применением двухкомпонентных проявителей характеризуется эффективностью процесса, оцениваемой количеством осажденных на ФР частиц тонера или получаемой при этом оптической плотностью изображения D. Упомянутая эффективность главным образом зависит от соотношения Q/M (где Q - заряд частиц тонера, М - масса этих частиц). Это показано на рис. 17.7. Видно, что для одинакового значения Q/М насыщение оптической плотности быстрее достигается при более низком электростатическом контрасте (кривая 1).

 Зависимость нормализованной оптической плотности DH от соотношения «заряд/масса» Q/M [1]

Рис. 17.7. Зависимость нормализованной оптической плотности DH от соотношения «заряд/масса» Q/M [1]: 1 - потенциал ФР равен 500 В; 2 - 2000 В

Соотношение Q/M должно быть оптимальным и выбираемым между двумя крайними положениями с учетом электростатического контраста СЭИ. Этими крайними положениями являются:

    - малое соотношение для которого характерна высокая оптическая плотность изображения, так как для компенсации электростатического контраста требуется больше тонера; однако при этом появляется пылевая компонента проявителя, уменьшается униполярность зарядки тонера и возрастает фон;

    - большое соотношение, для которого характерна более низкая оптическая плотность изображения, так как быстрее наступает компенсация электростатического контраста; этому варианту также свойственна более низкая электростатическая чувствительность проявления и более низкий фон.

Считается, что оптимальным соотношением (в зависимости от электростатического контраста и условий проявления) может быть 20 - 30 мкКул/г [1,7, 8].

Соотношением Q/M можно управлять изменяя процентную концентрацию тонера или введя трибоэлектрические добавки (рис. 17.8). С увеличением <?xml version="1.0"?>
связь тонера с носителем ослабляется и соотношение Q/M снижается. Вышеупомянутое оптимальное соотношение достигается при образовании монослоя тонера на частицах носителя данного диаметра.

 Зависимость соотношения Q/M от концентрации тонера Ct, при соотношении радиусов «носитель/тонер» равным 20 и при различной концентрации трибоэлектрических добавок С [7]

Рис. 17.8. Зависимость соотношения Q/M от концентрации тонера <?xml version="1.0"?>
, при соотношении радиусов «носитель/тонер» равным 20 и при различной концентрации трибоэлектрических добавок С [7]

Ситуация зависит и от величины частиц тонера, что показано на рис. 17.9. Существенное влияние оказывает интенсивность перемешивания проявителя, что особенно важно при добавлении нового тонера. Стабилизация заряда тонера достигается через 10 ми; каскадирующего, малоинтенсивного перемешивания (тема № 6). На интенсивность отрыва частиц тонера от носителя и на оптическую плотность изображения существенное влияние оказывает потенциал смещения узла проявления (тема № 8).

 Зависимость соотношения Q/M от соотношения поверхностей «тонер и носитель» [В]

Рис. 17.9. Зависимость соотношения Q/M от соотношения поверхностей «тонер и носитель» [В]: <?xml version="1.0"?>
- площадь поверхности частицы тонера; n - количество частиц тонера на частице носителя; <?xml version="1.0"?>
- площадь поверхности частицы носителя; 1 - диаметр частицы тонера 6,8 мкм; 2 - 10,1 мкм; 3 - 13,5 мкм

Спецификой применения однокомпонентного проявителя является отрыв частиц тонера от донорной поверхности под действием переменного поля различной частоты (в пределах 1-5 кГц) и их перенос на проявляемую поверхность ФР под действием постоянного потенциала переноса DV разницы между потенциалами основы ФР и донорного валика.

На рис. 17.10 показана зависимость оптической плотности изображения D от упомянутого потенциала переноса DV. Видно, что при использовании переменного поля необходимый потенциал переноса снижается на 200 - 400 В.

 Зависимость оптической плотности D от потенциала переноса DV [1] при частоте переменного поля 2 кГц и его потенциале

Рис. 17.10. Зависимость оптической плотности D от потенциала переноса DV [1] при частоте переменного поля 2 кГц и его потенциале: 1 - О В; 2 - 0,5 кВ; 3 - 1,5 кВ

Эффективность процесса однокомпонентного проявления существенно зависит от типа и материала применяемых донорных валиков. Здесь возможны следующие варианты [1, 9, 10]:

    - магнитный валик с внешним цилиндром или без него;

    - проводящий или полупроводниковый валики; валики с диэлектрическим покрытием;

    - валики мозаичной структуры.

Перенос происходит при прямом контакте поверхностей или через малый воздушный зазор.

Связь между результатом процесса проявления, оцениваемая соотношением М/А (М - масса перенесенного тонера, А - площадь элемента изображения) и уровнем зарядки частиц тонера Q/M показана на рис. 17.11. В отличие от двухкомпонентного проявления, где оптическая плотность (или М/А) имеет обратную зависимость от Q/М, здесь наблюдается прямая зависимость, так как сильно заряженные частицы тонера легче управляются электростатическим полем в зоне зазора между поверхностями. Из рисунка видно, что при использовании [9] мозаичного валика в зоне зазора создается поле переменной структуры, что способствует более эффективному переносу (кривая 2).

 Зависимость удельной массы перенесенного тонера (М/А) от удельного заряда частиц (Q/M) [9]

Рис. 17.11. Зависимость удельной массы перенесенного тонера (М/А) от удельного заряда частиц (Q/M) [9]: 1 - теоретическая (сплошная линия) и экспериментальная (точки) зависимость для электропроводящего и диэлектрического донорного цилиндра; 2 - вариант мозаичного донорного цилиндра

При обращенном проявлении ФР заряженного до минус 850 В и при фоновом потенциале освещенных участков минус 100 В, отрицательно заряженные частицы тонера обычно переносятся под действием потенциала смещения на валике, равном минус 750 В.

Для исследования процесса однокомпонентного проявления был плодотворно использован [11] метод скоростной фотосъемки облачка тонера в зоне проявления. При времени экспонирования фотокадра в широком интервале от 1 до 500 мкс установлено, что средняя точка облачка перемещается поперек зоны проявления со скоростью порядка 0,5 м/с и осаждается на поверхность ФР за не более 500 мкс. Это позволяет достигнуть скорости проявления ФР не менее 0,2 м/с.

Установлено [12], что при проявлении однокомпонентным проявителем на магнитном донорном цилиндре (типа рис. 17.2, а) также образуются цепочки из частиц тонера (миниатюрная магнитная кисть), высота которых не превышает 500 мкм. При этом более длинные цепочки содержат частицы с более низким соотношением Q/M, и наоборот. На длинных цепочках возможно появление противоположно заряженных частиц.

    1. Schein L. Electrophotography and Development Physics. - Morgan Hill, California: Laplacian Press, 1996. - 355 p.

    2. Харин О., Сувейздис Э. Цветная электрофотография. - М.: Воен. изд., 1996. - 227 с.

    3. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. - М: Изд-во МГУП, 1999. - 438 с.

    4. Чепенко В., Рассохина Н., Харин О. Электрофотографическая техника цветного копирования // Полиграфическая пром. Обзорная информация / Информпечать, 1988. Вып. 3. - 48 с.

    5. Hajime Yamamoto et al / IS and T's NIP 15: Proc. 1999. International Conference on Digital Printing Technologies. - P. 474-477.

    6. Уарова P. и др. // Полиграфия, - 2003. № 1. - С. 32-33.

    7. Gutman E.J., Hartman G.C. // J. of Imaging Sc. and Technol., - 1995. № 4. - P. 285-295.

    8. Toshinori Yamazaki et al. // Electrophotography. - 1995. № 1. - P. 3-22.

    9. Naoki Iwata et al. // Electrophotography. - 1995. № 4. - P. 328 - 336.

    10. Kaoji Takagi et al. // J. of the Imaging Society of Japan. - 2002. № 4. - P. 320-326.

    11. Mizes H. et al. // J. of Imaging Sc. and Technol. - 2000. № 3. - P. 210-218.

    12. Masao Nakano et al. / International conference IS and T's NIP 19: Proc. 2003. - P. 74-78.

Реализацию основных этапов экспонирования и проявления (темы № 16, 17) дополняет реализация вспомогательных этапов ЭФГ-процесса. Эти этапы не являются специфичными только для современной электрофотографии и с одинаковым успехом могут быть использованы как в аппаратуре классической аналоговой, так и в современной цифровой электрофотографии.

Технологическими узлами, где реализованы вспомогательные этапы процесса, являются (тема № 4):

    1. Узел зарядки

    2. Узел переноса

    3. Узел закрепления

    4. Узел очистки

Сущность этапа зарядки (тема № 3) - осаждение в электрическом поле на поверхности ЭФГ-фоторецептора положительных или отрицательных (в зависимости от выбранной полярности) ионов воздуха. Для органических ФР обычно используется зарядка отрицательной полярности.

Ионы воздуха обычно создаются при коронном разряде [2, 3]. Критическая напряженность поля* для возникновения коронного разряда от тонкой проволочки существенно зависит от ее диаметра, а также от внешних условий эксплуатации.

(*Критическая напряженность поля: <?xml version="1.0"?>
(18.1), где <?xml version="1.0"?>
- относительная плотность воздуха; <?xml version="1.0"?>
- радиус коронирующей проволочки)

В процессе зарядки ионы из зоны коронного разряда, имеющие ту же полярность, что и коронирующий электрод, увлекаются электрическим полем и создают потенциал фоторецептора*, выражаемый формулой (18.2).

(*Потенциал фоторецептора: <?xml version="1.0"?>
(18.2), где q - поверхностная плотность заряда; d - толщина ЭФС; <?xml version="1.0"?>
- относительная постоянная; <?xml version="1.0"?>
- относительная диэлектрическая проницаемость ЭФС-фоторецептора)

Схема заряженного состояния ФР показана на рис. 18.1.

Схема заряженного состояния ЭФГ-фоторецептора

Рис. 18.1. Схема заряженного состояния ЭФГ-фоторецептора: q - электрический заряд; Е - направление электростатического поля; ФР - фоторецептор. 1 - основа; 2 - электрофотографический слой; 3 - поверхностные электростатические заряды; 4 - экранирующие заряды; 5 - электризатор; 6 - высоковольтный источник

Конструктивные решения узлов коронной зарядки (электризаторов) в подавляющем большинстве моделей ЭФГ-аппартов идентичны. Основными конструктивными элементами являются коронирующий электрод и экран, предназначенный для стабилизации коронного разряда. Электризатор, содержащий только эти элементы называется коротроном. Его принципиальная схема показана на рис. 18.2, а. Обычно коротрон состоит из коронирующей проволоки диаметром (0,025 - 0,080) мм, помещенной в экран коробчатой или полуцилиндрической формы. Экран коротрона заземляется либо непосредственно, либо через переходной резистор. Для повышения быстродействия зарядки применяют коротроны с двумя коронирующими проволоками, помещенными в общий экран. В ряде случаев используются дополнительные элементы, например средства очистки проволочек от накопления на них частиц пыли или тонера.

Принципиальная схема электризаторов типа коротрон (а) и типа скоротрон (б)

Рис. 18.2. Принципиальная схема электризаторов типа коротрон (а) и типа скоротрон (б): 1 - фоторецептор; 2 - коронирующая проволочка; 3 - экран; 4 - управляющая сетка; 5 - источник питания

Самостоятельную группу составляют электризаторы, отличающиеся от коротронов наличием сетки, расположенной между коронирующим электродом и заряжаемым ФР, на которую подается потенциал смещения определенной полярности. Такие электризаторы получили наименование скоротронов. Введение управляющего электрода-сетки дает возможность осуществлять зарядку ФР до заданной контролируемой величины, предотвращает пробои ЭФС и повышает срок службы ФР. Типовая принципиальная схема скоротрона представлена на рис. 18.2, б. Стандартные величины геометрических размеров следующие: расстояние между коронирующей проволокой и сеткой - (6-12) мм; между сеткой и ЭФС - (4- 10) мм; между коронирующей проволокой и экраном - (8-15) мм. Диаметр коронирующих и сеточных проволочек - (0,025 - 0,08) мм. В скоростной аппаратуре используются скоротроны с несколькими коронирующими проволоками.

Проволочные электризаторы вытеснили ранее широко использовавшиеся [3] игольчатые электризаторы.

Известны [4] индукционные способы зарядки с использованием полупрозрачного электрода, устанавливаемого параллельно ФР. Этот метод позволяет экспонировать через электрод оптическое изображение и (одновременно с зарядкой) сформировать на фоторецепторе СЭИ. В современной аппаратуре более широко используется индукционная зарядка с помощью цилиндрического зарядного валика с полупроводящим эластичным покрытием, который прокатывается по поверхности ФР [5].

Процессом зарядки наиболее удобно управлять при использовании коронного электризатора типа скоротрон, на управляющую сетку которого подается требуемый потенциал. Это иллюстрируется [2] на рис. 18.3. Потенциал ФР поддерживается достаточно стабильно и практически не зависит от времени (скорости) зарядки в исследованных пределах от 1 до 6 с. Высокая стабильность процесса зарядки способствует получению качественного цветного изображения.

 Зависимость максимального потенциала зарядки ФР Uc от напряжения коронирующего электрода Vk при различном потенциале управляющей сетки Vc [2]

Рис. 18.3. Зависимость максимального потенциала зарядки ФР <?xml version="1.0"?>
от напряжения коронирующего электрода <?xml version="1.0"?>
при различном потенциале управляющей сетки <?xml version="1.0"?>
[2]: кривая 1 - <?xml version="1.0"?>
= 0; 2 - <?xml version="1.0"?>
= 500 В; 3 - <?xml version="1.0"?>
= 1000 В

Сущность этапа переноса - отрыв частиц тонера от одной поверхности и перенос на другую, происходящий под действием электростатических сил внешнего поля. Этап переноса необходим только для варианта ЭФГ-процесса с ФР многократного применения.

Для переноса тонерного изображения, ФР и воспринимающую основу приводят в контакт, а к обратной стороне основы прикладывают потенциал относительно проводящей основы ФР или заряжают этот материал в коронном разряде (тема № 3).

Величина напряженности электрического поля* Е, возникающего в зазоре между ФР и воспринимающей основой, выражается по формуле (18.3).

(*Напряженность электрического поля переноса: <?xml version="1.0"?>
(18.3), где V - потенциал между подложками ФР и воспринимающей основы; <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- толщина и диэлектрическая проницаемость ЭФС фоторецептора; <?xml version="1.0"?>
, <?xml version="1.0"?>
- то же для воздушного зазора)

Эффективность переноса оценивается коэффициентом переноса К (тема № 3).

Конструктивные решения узлов переноса могут быть разнообразными. Это зависит от типа применяемого ФР (цилиндрический или плоский) и воспринимающей основы (рулонная или листовая бумага), а также от общей компоновки аппаратуры. Однако в большинстве случаев присутствуют характерные элементы, пример расположения которых показан на рис. 18.4. Рядом с электризатором типа коротрон обычно устанавливается и другой электризатор (электризатор отрыва) противоположной полярности, облегчающий отделение электростатически заряженной бумаги от ФР. Иногда перенос происходит индукционным методом при прижиме бумаги эластичным валиком, на поверхность которого подается постоянное напряжение. При иcпользовании специальной воспринимающей основы с адгезионным покрытием перенос происходит без применения сил внешнего электростатического поля.

Рис. 18.4. Принципиальная схема узла переноса в коронном разряде: 1 - фоторецептор; 2 - отрицательно заряженные частицы тонера; 3 - воспринимающая основа; 4 - электризатор переноса; 5 - источник питания; 6 - направляющие для листа бумаги; 7 - электризатор отрыва

В случае цветной электрофотографии происходит многократный перенос на одну и ту же основу. Основные проблемы при этом - точное совмещение составляющих изображений, а также исключение обратного переноса.

Для цветных машин конструктивное решение узлов переноса в значительной мере зависит от выбранного варианта построения аппаратуры. Если используется двухцилиндровый вариант (тема № 19), где лист бумаги временно удерживается на цилиндре переноса или подается бумажная лента, то происходит одностадийный перенос на эту бумагу с накопление там цветного изображения (рис. 18.5). Однако возможен вариант накопления цветного изображения промежуточной воспринимающей основе с последующим переносом на бумажный лист в один прием. В этом случае перенос происходит в две стадии (рис. 18.6):

    I. Фоторецептор - промежуточная основа;

    II. Промежуточная основа - бумага.

Узел одностадийного индукционного переноса

Рис. 18.5. Узел одностадийного индукционного переноса: 1 - фоторецептор; 2 - узел проявления; 3 - бумага; 4 - узел переноса; 5 - цикличность подачи бумаги

 Узел двухстадийного индукционного переноса

Рис. 18.6. Узел двухстадийного индукционного переноса: 1 - фоторецептор; 2 - узел проявления; 3 - промежуточная основа; 4 - бумага; 5 - узел переноса I стадии; 6 - узел переноса II стадии

Для обоих вариантов перенос может происходить как в коронном разряде, так и с использованием прижимного валика переноса или индукционным методом с помощью потенциала смещения.

Для варианта ЭФГ-офсета (тема № 19) с жидкостным проявлением перенос также происходит в две стадии, но адгезионным методом (рис. 18.7). Первая стадия - перенос на промежуточный, эластичный и подогреваемый офсетный цилиндр, а вторая - перенос на бумагу. Достигается полный перенос тонера.

Адгезионный двухстадийный перенос в аппаратуре ЭФГ-офсета

Рис. 18.7. Адгезионный двухстадийный перенос в аппаратуре ЭФГ-офсета: 1 - цилиндр фоторецептора; 2 - офсетный цилиндр; 3 - опорный цилиндр; 4 - лист бумаги. П1 - первая стадия переноса; П2 - вторая стадия переноса

Сущность этапа закрепления - это придание тонерному изображению механической прочности. Для цветного варианта - дополнительного - достигается полная гомогенизация цветных элементов изображения, исключающая светорассеивание при цветосинтезе (тема № 10).

В современной аппаратуре применяются в основном термические методы. В своем совершенствовании они развивались от термического бесконтактного до термосилового закрепления, ставшего наиболее распространенным методом (тема № 3).

Принцип термосилового закрепления состоит в следующем: копии с тонерным изображением проходят между двумя валиками, подвергаясь одновременному воздействию температуры и давления. Прижимной валик покрывается слоем термостойкой резины, а подогреваемый закрепляющий валик, к которому обращено изображение, - слоем фторопласта. Такие устройства закрепления обеспечивают существенное снижение энергопотребления, они пожаробезопасны, имеют сравнительно небольшие габариты. Определяющими процесс закрепления являются следующие параметры: температура поверхности закрепляющего валика, время нагрева и давление в зоне закрепления. Необходимо, чтобы температурный интервал закрепления совпадал с соответствующим интервалом на термомеханической кривой [2] проявителя. Недостатками этого метода являются отмарывание тонера на закрепляющий валик и сравнительно быстрый износ эластичного покрытия валика. Для снижения отмарывания закрепляющий валик обычно смачивается противоотмарывающей жидкостью (силиконовым маслом с антистатиком).

Пример конструктивного решения устройства термосилового закрепления приведен на рис. 18.8.

Узел термосилового закрепления

Рис. 18.8. Узел термосилового закрепления: 1 - узел прижима; 2 - прижимной валик; 3 - направляющие; 4 - закрепляющий валик; 5 - нагреватель; 6 - смазывающий валик; 7 - ракель; 8 - валик подпитки

Вспомогательный этап закрепления является наиболее энергоемким этапом, поэтому возникает необходимость его оптимизации. С этой целью делаются следующие шаги [7]:

    а) нагревательный элемент закрепляющего валика делается слабо инерционным и максимально приближенным к закрепляемой поверхности;

    б) лист бумаги с тонерным изображением проходит зону предварительного нагрева;

    в) циклограмма включения узла разбивается на несколько энергетических уровней работы (рис. 18.9).

 Энергетическая циклограмма узла закрепления [7]

Рис. 18.9. Энергетическая циклограмма узла закрепления [7]: 1 - уровень «спячки»; 2 - нижний уровень; 3 - уровень ожидания; 4 - уровень печати; 5 - уровень оперативного нагрева. Р - мощность; t - время; <?xml version="1.0"?>
- мощность режима печати

Это позволяет энергетически оптимизировать циклограмм работы узла. Рабочий уровень печати (4) включается только короткое время. В остальном (в зависимости от интенсивное работы и продолжительности цикла получения изображения) узел закрепления находится на более низких уровнях нагрева (1, 2, 3). Для экстремальных случаев предназначен уровень оперативного нагрева (5).

Все это дает возможность [7] снизить энергозатраты узла до <?xml version="1.0"?>
по сравнению с уровнем <?xml version="1.0"?>
для обычного варианта подключения.

Узел закрепления современного типа, где реализована энергосберегающая схема работы, показан [6] на рис. 18.10.

Конструкция узла закрепления современного типа [6]

Рис. 18.10. Конструкция узла закрепления современного типа [6]: 1 - закрепляющий валик; 2 - прижимной валик; 3 - нагреватели; 4 - элементы изображения; 5 - плита предварительного нагрева; 6 - датчик контроля; 7 - ракель очистки. N - зона закрепления

Сущность этапа очистки - это удаление с поверхности ФР частиц тонера, которые остались неперенесенными в процессе переноса. Очистке могут предшествовать некоторые подготовительные операции: перезарядка ЭФС с остатками изображения, засветка ФР и т. д. Это способствует уменьшению сил связи тонера с ФР и нейтрализации зарядного рельефа предыдущего изображения.

Узел очистки в общем случае состоит из очищающего элемента, узла транспортировки тонера из зоны очистки и узла его сбора для повторного использования или последующего выброса. На выбор схемы очистки влияет тип проявителя и ФР, скорость работы аппаратуры и другие факторы. В первую очередь это касается очищающего элемента, который выбирается по характеру воздействия на частицы тонера и по физическому процессу отрыва этих частиц. По указанным признакам устройства очистки можно подразделить на механические, аэродинамические, электростатические, комбинированные и др.

Длительное время наиболее распространенными были устройства очистки вращающимся меховым валиком. Однако таким устройствам свойственны недостатки: большие габариты, высокое энергопотребление, сильный шум и т. п. Поэтому в современных малоформатных копировальных аппаратах применяют очистку с помощью очищающего ножа (ракеля). Этот метод сейчас используется довольно широко. Только в последнее время в аппаратуре вновь стали применять узлы очистки с меховым валиком улучшенных параметров. В ряде моделей аппаратуры используется метод очистки лентой из ворсистого материала или с помощью магнитного валика (аналогично устройству проявления). В случае применения однокомпонентного магнитного проявителя, магнитный валик снимает частицы тонера с поверхности ЭФС под действием сил магнитного поля. В случае применения двухкомпонентного проявителя очистка происходит за счет механического воздействия вращающейся магнитной кисти, состоящей только из чистого носителя, и электростатических сил.

В качестве примера конструктивного выполнения устройства очистки более подробно рассмотрим вариант ракельной очистки. Его схема показана на рис. 18.11. Определяющим в обеспечении качественной очистки является геометрия кромки ракеля, контактирующего с поверхностью ЭФС, а также материал и угол наклона ракеля. Для изготовления ракеля используются неметаллические упругие материалы: полиуретановый каучук, полиэтиленовые смолы и др. Ракель должен работать против направления движения ФР и быт прижатым к его поверхности. Усилие прижима регулируется с помощью пружинных механизмов. В ряде случаев применяется возвратно-поступательное движение ракеля вдоль образующей цилиндрического носителя и его сухая смазка металлическими солями жирных кислот (стеарином цинка, солями капроновой кислоты и др.). Очищенные с ФР частицы тонера захватываются магнитным валиком и сбрасываются в бункер.

Узел ракельной очистки фирмы «Саnоn» [1]

Рис. 18.11. Узел ракельной очистки фирмы «Саnоn» [1]: 1 - фоторецептор; 2 - ракель; 3 - магнитный валик; 4 - скребок; 5 - винт сбора тонера

Пример варианта узла очистки с меховым валиком показан [8] на рис. 18.12.

Узел очистки меховым валиком [8]

Рис. 18.12. Узел очистки меховым валиком [8]: 1 - фоторецептор; 2 - меховой валик; 3 - встряхиватель; 4 - транспортер тонера; 5 - ракель; 6 - транспортер разгрузки; 7 - бункер

Процесс очистки для цветной электрофотографии существенных отличий не имеет.

    1. Харин О., Сувейздис Э. Цветная электрофотография. - М.: Воен. изд., 1996. - 227 с.

    2. Шафферт Р. Электрофотография. - М.: Мир, 1968. - 300 с.

    3. Гренишин С.Г. Эле ктрофотог-рафический процесс. - М.: Наука, 1970. - 375 с.

    4. Carlson Ch.F. Pat. USA 2297691, 1942.

    5. Tomoaki Hattori et al. Pat. USA 6381432, 1999.

    6. Toshinori Nakayama et al. Pat. USA 6377775, 2000.

    7. Yoshio Kanesawa, Yasuhiro Uehara // J. of the Imaging Society of Japan, - 2003, № 1. - P. 10-16.

    8. Kazunari Murayama et al. Pat. USA 6314266, 1999.

Схемное построение аппаратуры завис в основном от выбранного технологического варианта получения цветного изображения (тема № 11) и от конструкции узлов проявления (тема № 17). Варианты схемного построения описываются в следующей последовательности:

    1. Общая характеристика структуры аппаратуры цифровой печати

    2. Варианты реализации и состав цветной аппаратуры

    3. Одноцилиндровый вариант

    4. Двухцилиндровый вариант

    5. Многоцилиндровые варианты

    6. Вариант ЭФГ-офсета

Общую характеристику структуры аппаратуры цифровой печати наиболее точно отражает рассмотрение всего разнообразия используемых технических решений и состава элементов аппаратуры. Принципы классификации этих элементов приведены в табл. 19.1. В таблицу включены классификационные признаки, которые заложены в конструкции аппаратуры постоянно, и которые непосредственно не связаны с разнообразием качественных параметров информационного входа (оригиналов) и получаемого изображения. Принципы классификаци разделены на пять групп: общие вопросы; ЭФГ-процесс; информационный вход; информационный выход; конструкция. Классификационные признаки иногда переплетаются между собой, что не всегда позволяет установить строгие границы между признаками.

В таблице, в качестве примера, отмечены основные и дополнительные классификационные признаки, характерные для одного из аппаратов лидирующей группы современной цветной аппаратуры - аппарата CLC 800 фирмы «Саnоn» (тема № 25).

Рассмотрим принципы классификации аппаратуры в соответствии с последовательностью, использованной в таблице.

Классификация по назначению (1.1) - это один из основных классификационных признаков, который используется в данной работе при изложении материала III части книги. Другие принципы классификации приводятся только в качестве дополнительных при рассмотрении отдельных конструктивных решений. В последнее время ЭФГ-аппаратура приобретает полифункциональность и ее классификация по назначению может быть размыта.

По методу формирования изображения (1.2) - в первых моделях цветных копировальных аппаратов используемый аналоговый метод сейчас полностью заменен цифровым. При этом используется запись лазером или линейкой светоизлучающих диодов.

Для воспроизведения цветного изображения в аппаратуре может быть использовано (1.3) последовательное цветовое кодирование или один из методов цветосинтеза: аддитивный, субтрактивный или автотипный. Наиболее широкое применение получил субтрактивный метод.

Таблица 19.1

Варианты классификации элементов ЭФГ-цветной аппаратуры цифровой печати

Untitled Document

Принципы классификации
Основные классификационные признаки
Дополнительные классификационные признаки
1
2
3
1. Общие вопросы
1.1. Назначение аппаратуры
Копировальная аппаратура
Цифровые копировальные аппараты (copier)
* Копировальная и выводная аппаратура цифровой печати
* Интеллектуальные копировально-выводные аппараты (copier/printer); цифровые печатные машины (digital color press); лазерные принтеры (printer)
Элементы информационных систем
Автономные Специализированные
Информационные системы на базе ЭФГ-аппаратуры
Интегральные системы обработки и печатания документов;
системы для целей топообеспечения;
системы цветопробы;
настольные издательские и множительные системы
1.2. Метод формирования изображения
* Цифровой

* Лазерная механическая развертка.
Линейка светодиодов LED

1.3. Метод цветосинтеза
Последовательное цветовое кодирование
 
Аддитивный
 
* Субтрактивный
 
Автотипный
 
1.4. Цветовой диапазон воспроизведения
Многоцветное изображение

Постоянный состав узлов проявления.
Сменные узлы проявления

* Цветное (полноцветное) изображение
Цвета триады тонеров.
"Цвета триады тонеров плюс черный.
Шесть и более цветов тонеров
1.5. Объем выполняемых функций
Однофункциональная аппаратура
Copier Printer Plotter
* Полифункциональная аппаратура
* Copier/Printer
1.6. Функционирование аппаратуры
* Автономное
 
* В составе ИС
 
1.7. Категория аппаратуры
Персональные аппараты
 
Групповые аппараты
 
* Сетевые аппараты
 

II. Электрофотографический процесс

2.1. Тип ЭФГ-процесса
Косвенный с однократным переносом
Классический сухой
* Косвенный с многократным переносом

* Классический сухой.
Landa-процесс

2.2. Тип
используемых

материалов
2.2.1. Тип фоторецептора
* Многократного применения

Халькогенидные слои
* Органические непрозрачные слои

2.2.2. Форма фоторецептора
* Цилиндр Лента
* Многократного применения
2.2.3. Тип проявителя
* Сухие
Однокомпонентные
* Двухкомпонентные
Жидкие

Типа
«Электрокраска»

2.2.4. Тип воспри­нимающей основы
* Бумага

* Листовая.
Рулонная

* Прозрачная пленка

Обычная диэлектрическая
* Специальная

2.3. Технологические узлы
2.3.1. Зарядка
* Коротрон Скоротрон
 
2.3.2. Проявление

* Сухое:
а) двухкомпонентное
б) однокомпонентное

* Магнитная кисть:
а) диэлектрическая
б) проводящая Валик

Жидкостное
Мениск жидкости
2.3.3. Перенос

* Полем
В коронном заряде

Одностадийный
Офсетный
Двухстадийный
2.3.4. Закрепление
Термическое * Термосиловое Самопроизвольное
 
2.3.5. Очистка
* Механическая

Щетка
* Ракельная

Магнитным полем
Магнитная щетка
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IV. Информационный выход

4.1. Формат
оригинала/копии/

документа
* Малоформатный
A4
*A4/A3
Крупноформатный
A1/A0
Плакатный
>A0
4.2. Степень изменения масштаба
* Полноформатная копия/документ

Крупноступенчатое регулирование
* Мелкоступенчатое регулирование
Плавное регулирование

4.3. Вид

копии/документа
Односторонние
С переворотом * Автоматический разворот Одновременная обработка
* Двухсторонние (duplex)
V. Конструкция

5.1. Тип

конструктивного решения аппарата
* Стационарный Передвижной
Настольный (desktop) * Консольный (consol)
5.2. Структура конструкции
Одноблочная
 
* Многоблочная
 
Комплекс аппаратов
 
Часть системы
 
5.3. Варианты конструктивного решения технологической части аппаратуры
* Односекционная

Одноцилиндровая * Двухцилиндровая

Многосекционная
Многоцилиндровая односторонняя Многоцилиндровая двусторонняя
5.4. Расположение узлов цветного проявления
* Стационарное
* В одной секции В разных секциях
Передвижное

Турель
Лифт
Салазка

Сменные узлы
 
5.5. Дополнительные функции

* Автоматическая подача/переворот оригиналов
* Проецирование микроформ Считывание микроформ
* Сортировка копий/документов Переплет копий/документов

 

По цветовому диапазону (1.4) воспроизводимого изображения аппаратура может быть характеризована как многоцветная, так и цветная (полноцветная). Аппаратура получения многоцветного изображения основана на воспроизведении ограниченного количества чистых цветов без применения цветосинтеза. Это может быть аппаратура, использующая метод прямого цветового кодирования, или аппаратура, содержащая сменные блоки проявления. В некоторых литературных источниках такая аппаратура называется цветной (color). Аппаратура получения полноцветного изображения - это аппаратура воспроизведения факсимильных или отредактированных копий оригиналов, а также документов компьютерной информации, содержащих всю гамму цветов, получаемых методом цветосинтеза (full-color). Для их получения используются цвета триады. С целью увеличения контрастности изображения и обеспечения функционирования в одноцветном режиме дополнительно применяется и черный цвет. В некоторых аппаратах устанавливается шесть и более узлов проявления, что позволяет расширить возможности цветосинтеза. Используются дополнительные (например, флуоресцирующие) тонеры, и может быть реализован известный в полиграфии метод шестицветной печати.

По объему выполняемых функций (1.5) аппаратура может быть однофункциональная (специализированная) или полифункциональная. Как было указано, наблюдается тенденция расширения полифункциональности.

Аппаратура может быть использована (1.6) как автономное техническое средство, а также она может работать в составе ИС в качестве выходного звена.

Примечание: звездочкой отмечены классификационные признаки, соответствующие копировально-выводному аппарату CLC-800 фирмы «Саnоn» (для примера).

По кругу пользователей аппаратура делится (1.7) на несколько категорий. Это могут быть персональные и групповые аппараты или сетевые аппараты, отличающиеся высокой производительностью и предназначенные для работы в больших коллективах. Это деление наиболее явно выражено для категории принтеров.

Большое разнообразие наблюдается при реализации в аппаратуре ЭФГ-процесса. По типу ЭФГ-процесса (2.1) это может быть косвенный процесс с однократным или многократным переносом. Кроме классического используются и новые процессы. Наиболее широко распространен классический косвенный процесс с многократным переносом.

По типу используемых в аппаратуре материалов (2.2.1) можно отметить разнообразие фоторецепторов, проявителей и воспринимающей основы. Для изготовления ФР используются в основном органические фотополупроводники, которые повсеместно заменяют ранее использовавшиеся халькогенидные материалы. ФР могут иметь различную форму (2.2.2), но наиболее часто - это цилиндр или лента. Лента может надеваться на цилиндрический формообразователь или иметь форму бесконечного ремня. Для проявления (2.2.3) используются сухие (однокомпонентные или двухкомпонентные) и жидкие проявители. Наиболее распространены сухие двухкомпонентные проявители. В качестве воспринимающей основы (2.2.4) используется обычная бумага и прозрачная пленка. Бумага в основном листовая, хотя используется и рулонная бумага и пленка.

Некоторое разнообразие имеется и в части конструктивных решений технологических узлов (2.3.1-2.3.5). Наиболее часто встречается зарядка электризатором типа «скоротрон», сухое проявление магнитной кистью с двухкомпонентным проявителем одностадийный или двухстадийный перенос в коронном разряде, термосиловое закрепление и ракельная механическая очистка.

ЭФГ-аппаратура предназначена для работы с разнотипной информацией. По типу информационного входа (3.1) это может быть цветной или цветоделенный оригинал, компьютерная и видеоинформация, а также комбинированная информация пере численных типов.

Запись может проходить (3.2) в видимой или инфракрасной области спектра. Если видимая область была необходимая и единственно возможная для аналоговых копировальных аппаратов, то для цифровых она была заменена на инфракрасную область спектра. Именно в этой области излучают малогабаритны полупроводниковые лазеры и светоизлучающие диоды.

При обработке цветного оригинала (3.3) происходит его считывание с последующей цифровой обработкой сигнала. Это позволяет легко совмещать информацию, поступающую от оригинала с компьютерной информацией.

Имеется большое разнообразие (3.4) методов растрирования. Последние модели аппаратуры используют метод частотно-модулированного растрирования.

В качестве источника излучения или синтезатора изображения (3.5) используются газовые или полупроводниковые лазеры и светоизлучающие диоды.

Метод развертки изображения (3.6) может варьировать от лазерной механической развертки до записи линейкой LED.

Информационный выход аппаратуры зависит от ее назначения. По формату (4.1) наиболее широкое распространение получили малоформатные аппараты конторского типа, работающие с форматами А4/АЗ, а принтеры - с форматом А4. Имеется возможность (4.2) плавного или ступенчатого изменения масштаба в широких пределах. Копии или документы могут быть (4.3) односторонними или двухсторонними. Вторая сторона может быть запечатана с ручным разворотом, с автоматическим разворотом, либо при одновременной двухсторонней обработке.

По типу конструктивного решения (5.1) аппаратура может быть стационарной или передвижной. В основном распространена стационарная консольная или настольная (принтеры) аппаратура.

Структура конструкции (5.2) может быть одноблочной или многоблочной. Аппаратура, выполняющая только функции копирования или только печатания, обычно бывает одноблочной. Копировально-выводная аппаратура представляет собой комплекс аппаратуры с компьютерами, отдельными шкафами для интеллектуальных процессоров, а цифровые печатные машины дополнительно имеют технические средства для послепечатной обработки оттисков.

Конструктивное решение технологической части аппаратуры (5.3) может быть односекционным или многосекционным. Наиболее распространено односекционное двухцилиндровое построение конструкции аппаратуры.

Узлы проявления могут быть расположены (5.4) вокруг ФР стационарно или перемещаться в зону проявления на каретке по мере проявления каждого цвета. Для многоцветного варианта используются легкосменные узлы, заполненные тонером различного цвета.

Комплектация аппаратуры может быть приспособлена для выполнения ряда дополнительных функций (5.5).

Изложенный материал показывает все многообразие ЭФГ-аппаратуры и свидетельствует о широком и многостороннем развитии цветной электрофотографии. Следует указать, что в табл. 18.1 не охвачены варианты аналоговой цветной аппаратуры [4], так как развитие этого направления фактически уже завершилось.

Описания аппаратуры цветной электрофотографии, встречаемые в литературных источниках, обычно содержат только основные параметры, рекламируются функциональные возможности, а иногда приводится структурная или функциональная схема аппарата. Более подробное раскрытие конструкции аппаратов и их технологических узлов встречается только в описаниях патентов.

Анализ патентного материала по тематике аппаратуры цветной электрофотографии позволил определить следующие направления развития технологических узлов.

Традиционные для ЭФГ-аппаратуры [1,4] узлы зарядки типа коротрона и скоротрона имеют различные конструктивные исполнения экранов - со щелями для удаления озона и соответствующими средствами отсоса воздуха, а также устройства очистки коронирующих проволочек от пыли. Используются узлы зарядки с одной или несколькими коронирующими проволочками, имеющими общий или отдельные экраны.

Узлы проявления в основном бывают стационарные с сухим двухкомпонентным проявителем, работающим по принципу магнитной кисти. Направление вращения кисти в большинстве конструкций совпадает с направлением вращения цилиндрического ФР.

Технологические узлы переноса, закрепления и очистки не имеют столь специфических для цифровой аппаратуры различий. Они могут быть одинаковыми для аппаратуры любого типа. Конструктивные различия определяются главным образом классом аппаратуры и ее производительностью.

Перенос происходит в электростатическом поле, созданном между цилиндрическим (в основном) ФР и основой бумажного листа или полотна. Наблюдается несколько вариантов создания такого поля и соответствующие конструкции узлов переноса:

    - цилиндр переноса, на котором удерживается бумажный лист, имеет определенный потенциал относительно ФР, достаточный для отрыва частиц тонера;

    - мимо цилиндрического ФР протягивается бумажное полотно, с тыльной стороны которого устанавливается электризатор переноса. Для улучшения переноса применяется пpeдварительная перезарядка частиц тонера другим электризатором;

    - электризатор переноса установлен внутри цилиндра переноса, который имеет форму каркаса, обтянутого диэлектрической пленкой;

    - перед переносом цилиндр переноса и бумажный лист заряжаются противоположной полярностью еще до зоны контактирования с ФР, а сам процесс переноса происходит индукционным способом.

Конструкция узлов очистки сохраняет большое разнообразие, однако наиболее распространена ракельная очистка скребком из мягкого или гибкого материала с различными вариантами его крепления и прижима к ФР, а также средствами сбора и удаления отработанного тонера.

Узлы закрепления основаны только на методе термосилового закрепления. Патентуются различные средства обработки нагреваемого валика противоотмарывающей жидкостью, чтобы устранить прилипание расплавленного изображения к валику. К этому призвано и специальное покрытие валиков. Используются различные системы для снижения энергопотребления и тепловой инерционности, особенно для аппаратуры, работающей в режиме печати по требованию.

Базовая структура ЭФГ-устройства приведена на рис. 19.1. Это наиболее общий вариант, содержащий элементы сканера, ЭФГ-блока одноцветного прямого проявления и элементарный лентопротяжный тракт. Данная структура является типовой для одноцветной аппаратуры различного назначения (тема № 22). Только в зависимости от основного назначения сканер может отсутствовать (для однофункциональных принтеров), а бумагопроводящая система может быть построена с дополнительной петлей разворота (для дуплексной печати реализованной в копировально-выводной аппаратуре). В случае цветной аппаратуры ЭФГ-блок обрастает разноцветными узлами проявления, а для накопления цветного изображения используются варианты принципиальных схем, приведенные ниже на рис. 19.2.

Базовая структура ЭФГ-устройства

Рис. 19.1. Базовая структура ЭФГ-устройства: 1 - оригинал; 2 - источник света считывающего устройства; 3 - детектор света; 4 - аналого-цифровой преобразователь; 5 - информационный канал; 6 - блок интеллектуальной обработки; 7 - система лазерной развертки; 8 - лазерный луч; 9 - скрытое электростатическое изображение; 10 - узел проявления; 11 - ЭФГ-цилиндр (фоторецептор); 12 - узел переноса; 13 - узел закрепления; 14 - узел очистки и засветки; 15 - узел зарядки

При создании цветной аппаратуры ЦП используется классический косвенный процесс (темы № 3, 4) цветной электрофотографии, а также оригинальная технология так называемого ЭФГ-офсета (тема № 27). При использовании этих технологий окончательное изображение получается на обычной бумаге или пленке. Нашли практическое применение следующие варианты реализации процесса (рис. 19.2):

    A. Одноцилиндровый вариант;

    B. Двухцилиндровый вариант;

    C. Многоцилиндровый односторонний вариант;

    D. Многоцилиндровый двухсторонний вариант;

    E. Вариант ЭФГ-офсета (рис. 27.6).

Принципиальные схемы вариантов реализации цветного ЭФГ-процесса в аппаратуре

Рис. 19.2. Принципиальные схемы вариантов реализации цветного ЭФГ-процесса в аппаратуре: А - одноцилиндровый; В - двухцилиндровый; С - многоцилиндровый односторонний; D - многоцилиндровый двухсторонний. 1 - ЭФГ-цилиндр; 2 - цилиндр переноса; 3 - лист бумаги; 4 - бумажное полотно; 5 - узлы проявления. I-VIII - циклы записи

Перечисленные варианты, кроме типовых принципиальных схем, имеют ряд модификаций по расположению и форме конструктивных элементов (табл. 19.2). Наряду с основными вариантами А-Е в таблице приведены наиболее распространенные вариации.

Таблица 19.2

Варианты конструктивно-технологических решений ЭФГ-цветной аппаратуры цифровой печати

Untitled Document

Элементы конструкции
Одноцилиндровый
Двухцилиндровый
Многоцилиндровый
сет
1-сторонний
2-сторонний
А
А-1
А-2
В
В-1
В-2
В-3
В-4
С
С-1
С-2
D
D-1
E
E-1
Форма ФР
Цилиндр
+
 
+
+
+
 
+
 
+
+
+
+
+
+
+
Лента
 
+
 
 
 
+
 
+
 
 
 
 
 
 
 
Форма ПН
Цилиндр
 
 
 
 
 
 
 
+
 
 
 
 
 
+
+
Лента
 
 
+
 
 
 
+
 
 
 
+
 
 
 
 
Форма ВО
Лист
На цилиндре
 
 
 
+
+
+
 
 
 
 
 
+
 
+
 
Свободный
+
+
+
 
 
 
+
+
+
 
+
+
+
 
+
Лента
 
 
 
 
 
 
 
 
 
+
 
 
 
 
 
Узлы проявления
Стационарные
+
+
+
 
+
+
 
+
+
+
+
 
+
+
+
Сменные
 
 
 
+
 
 
+
 
 
 
 
 
 
 
 
Накопление цветного изображения
На ФР
+
+
+
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
На ПН
 
 
 
 
 
 
+
+
 
 
+
 
 
 
+
На ВО
 
 
 
+
+
+
 
 
+
+
 
+
+
+
 
Примеры реализации
19,3 а
19,3 б
19,4
19,5
19,6

Примечания: ФР - фоторецептор; ПН - промежуточный носитель; ВО - воспринимающая основа.

Конструкцию аппаратуры в значительной мере определяет форма применяемого фоторецептора. В основном это бывает цилиндр или на его поверхности закрепленная сменяемая ЭФГ-пленка. Только несколько вариантов машин (А-1, В-2, В-4) используют ленточный ФР в виде бесконечного ремня. В качестве промежуточного носителя также может быть применена диэлектрическая бесконечная лента. Перенос происходит, главным образом, на свободный бумажный лист, который только для двухцилиндрового варианта (В, В-1, В-2) может быть временно закреплен на цилиндре переноса. Узлы проявления устанавливаются стационарно, а для двухцилиндрового варианта могут быть сгруппированы в секцию типа салазки, карусели или лифта, позволяющую их подводить к проявляемой поверхности ФР по очереди. Цветное изображение при этом накапливается в основном на ВО или на ПН, а только для одноцилиндрового варианта - на ФР.

Непосредственно в ЭФГ-устройстве любого типа можно выделить следующие основные блоки:

    - оптический блок, включающий сканер, блок аналого-цифровой обработки и систему лазерной развертки изображения;

    - ЭФГ-блок, включающий фоторецептор многократного применения и все технологические узлы для реализации процесса получения одноцветного или цветного изображения;

    - бумагопроводящую систему, включающую механизмы транспортировки бумажных листов в зону переноса, средств для переноса изображения, устройство закрепления по ходу! движения бумаги, приемный лоток, сопряженный с раскладчиком копий.

Одноцветная или цветная аппаратура может содержать дополнительные электронные блоки для допечатной обработки изображения; блок интеллектуальной обработки или сервер с дисплеем, рабочие станции, компьютеры и т. д. Вокруг самого ЭФГ-устройства, с технологическими узлами расположены дополнительные устройства, механизирующие обработку оригиналов и копий. Перечислим основные из них:

    1. Устройство автоматической подачи документов (Automatic Document Feeder - ADF), обеспечивающее автоматическую по дачу листовых оригиналов из стопы емкостью до 50 листов в зо* экспонирования аппарата и вывод их из зоны экспонирования.

    2. Устройство механизированной подачи отдельных листовых оригиналов в зону экспонирования и вывод их из этой зоны (Stream Feeder).

    3. Устройство подачи и переворачивания двухсторонних оригиналов (Reversing Document Feeder - RDF), обеспечивающее автоматическое переворачивание листового оригинала и повторную его подачу в зону экспонирования.

    4. Устройство рециркуляции документов (Recirculating Document Handler - RDH), обеспечивающее многократное прохождение листового оригинала через зону экспонирования для получения необходимого числа копий.

    5. Раскладчик копий, обеспечивающий раскладку тиража копий по экземплярам в отдельные ячейки листоподборочного устройства.

Кроме того, аппаратура обычно содержит несколько вариантов лотков для бумаги различных форматов с отдельными системами самонаклада. Более совершенные аппараты могут быть снабжены средствами послепечатной обработки оттисков.

Для обозначения размеров используемой бумаги и формата получаемых копий (документов), кроме наиболее распространенных стандартных обозначений: А4 (297 х 210 мм) и A3 (297 х 420 мм) или некоторого неопределенного превышения этих форматов (записываемого как А4 + , АЗ + ) имеются и другие варианты, которые обобщены в табл. 19.3. Аналоги стандартных обозначений особенно распространены при описании параметров принтеров. Здесь наиболее часто используются форматы Legal и Ledger.

Таблица 19.3

Варианты, используемые для обозначения размеров копий и документов

Untitled Document

Стандартные обозначения формата
Используемые близкие аналоги
Величина копий (документов)
дюймы
мм
А6
Postcard
4,15 х 75
105х147
А4(А4+)
Executive
7х10,5
184х267
Portrait
8,3х11,5
210х294
Letter
8,5х11
216х280
Legal
8,5х14
216х356
A3 (АЗ+; A3++)
B-size
11,7х16,5
297х420
Ledger (tabloid)
11х17
280х432
SR A3
12,5х17,5
320х450
Oversize
13х19
330х482

Рассмотрим характерные примеры вариантов схемного построения цветной аппаратуры ЦП.

Одноцилиндровый вариант «А» - это накопление цветного изображения непосредственно на фоторецепторе - ЭФГ-цилиндре или ленте, в результате последовательного цветоделенного экспонирования и трехкратного (или четырехкратного - включая черный цвет) проявления цветами триады. Полученное цветное изображение переносится на бумагу непосредственно или через промежуточный носитель и там закрепляется. Этот вариант мало распространен и используется только в копировальных аппаратах фирм «Matsushita» и «Konica» и в некоторых моделях лазерных принтеров (рис. 19.3, а). В последнее время вариант IOI (Image-on-Image нашел применение в цифровых печатных машинах фирмы «Хеrох (Docu Color i Gen 3).

 Примеры одноцилиндрового (а) и двухцилиндрового (б) вариантов цветной аппаратуры

Рис. 19.3. Примеры одноцилиндрового (а) и двухцилиндрового (б) вариантов цветной аппаратуры: 1 - ЭФГ-цилиндр; 2 - узел зарядки; 3 - лазер; 4 - узел проявления; 5 - узел переноса; 6 - цилиндр переноса; 7 - узел очистки; 8 - узел закрепления

Двухцилиндровый вариант «В» наиболее распространен в практике. По этому варианту (рис. 19.3, б) изображение многократно экспонируется и проявляется на ФР (цилиндре или ленте) и каждый раз переносится на бумагу, удерживаемую на другом цилиндре - цилиндре переноса. Только после завершения процесса накопления цветного изображения, бумажный лист освобождается и транспортируется в зону закрепления, где порошковое изображение закрепляется. Если используется промежуточный носитель, то цветное изображение накапливается на этом носителе и переносится в один прием на лист бумаги, находящийся в свободном состоянии. Узлы проявления могут быть расположены вокруг ЭФГ-цилиндра, у ленточного ФР или перемещаться в зону проявления в соответствии с проявляемым цветом изображения. По этому варианту работает большинство копировальных и копировально-выводных аппаратов. Среди них последние модели лидирующих фирм «Саnоn» и «Хеrох». Если используется гибкий ФР, то он накладывается на цилиндрическую поверхность или имеет форму бесконечного ремня. Двухцилиндровый вариант иногда называется карусельным (Carousel laser).

Многоцилиндровые варианты «С» и «D» используют несколько ЭФГ-цилиндров, расположенных в отдельных секциях (рис. 19.4). Каждый цилиндр предназначен для получения изображения только одного цвета со стационарно расположенными вокруг него технологическими узлами. Цветное изображение накапливается на бумажном листе (или полотне), перемещаемом мимо этих цилиндров. Происходит многократный перенос отдельных компонентов изображения, но только с различных цилиндров. Это позволяет существенно увеличить быстродействие печати. Если изображение получается только на одной стороне бумаги («С»), то используются четыре ЭФГ-цилинра. В режиме автоматического дуплекса вторая сторона распечатывается после разворота бумажного листа. Если происходит одновременная двухсторонняя печать («D»), то имеется восемь ЭФГ- цилиндров (по 4 с каждой стороны бумажного полотна). Koнструкция аппаратуры по варианту «D», показана на рис. 19.5, а подробнее описана в теме № 26. Описанные варианты иногда классифицируются [3] по количеству проходов бумажного листа в процессе накопления на нем цветного изображения. В этом случае различаются:

    - вариант многоразового прохода (Multi - Pass - Xerograpl);

    - вариант одноразового прохода (Single - Pass - Xerograph);

Многоцилиндровые варианты «С» и «D» являются вариантами одноразового прохода (иногда еще называются Tand Xerography или Inline Laser).

Варианты «С» и «D» используются в основном в цифровых печатных машинах фирм «Хеrох» и «Xeikon».

Вариант «Е» использует оригинальную технологию ЭФГ-офсета, согласно которой изображение проявленное жидкими цветными проявителями последовательно переносится на так называемый офсетный цилиндр, где формируется полноцветное изображение, после чего изображение контактным методом переносится на бумагу. Этот вариант используется только в цифровых печатных машинах фирмы «Indigo». Конструкция и функционирование аппаратуры описаны в рамках темы № 27.

Общая технологическая схема варианта ЭФГ-офсета показана на рис. 19.6, хотя имеются и другие ее разновидности. Одна из них рассматривалась ранее (тема № 17, рис. 17.4).

Технологическая схема варианта ЭФГ -офсета [5]

Рис. 19.6. Технологическая схема варианта ЭФГ -офсета [5]: 1 - узел зарядки; 2 - лазер; 3 - узел подачи проявителя; 4 - формный цилиндр (ФР); 5 - проявляющий валик; 6, 7 - устройство снижения фона; 8 - лампа; 9 - пульверизатор; 10 - очищающий валик; 11 - ракель; 12 - лампа; 13 - офсетный цилиндр; 14 - покрытие цилиндра; 15 - зона проявления; 16 - емкости с красками

Другая разновидность варианта ЭФГ-офсета с жидкостным проявлением [6] показана на рис. 19.7.

 Структурно-технологическая схема варианта ЭФГ -офсета типа One-in-One [6]

Рис. 19.7. Структурно-технологическая схема варианта ЭФГ -офсета типа One-in-One [6]: 1 - формный цилиндр (ФР); 2 - сушитель; 3 - лазер; 4 - первая стадия не электростатического переноса; 5 - бумага; 6 - вторая стадия переноса; 7 - офсетный цилиндр; 8 - выход документа; К, С, М, Y - узлы проявления соответствующего цвета

Согласно данному варианту технологические узлы размещаются по группам цветности вокруг большей части цилиндра ФР. Изображение переносится на бумагу в два этапа. Офсетный цилиндр также служит промежуточным носителем.

    1. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати - М: Изд-во МГУП, 1999. - 438 с.

    2. Чепенко В., Рассохина Н., Харин О. Электрофотографическая техника цветного копирования // Полиграфическая пром. Обзорная информация / Информпечать. 1988. Вып. 3. - 48 с.

    3. Springett В. Е. /Toners and Photoreceptors 2000/ Image materials seminar. Santa Barbara, Ca, June 4-7, 2000.

    4. Харин О., Сувейздис Э. Цветная электрофотография. - М.: Воен. изд., 1996. - 227 с.

    5. Уарова Р. и др. // Полиграфия. - 2003. № 1 - С. 32-33.

    6. Atsuko Iida et al. // J. of the Imaging Society of Japan. - 2003. № 1. - P. 24-31.

Характеристики аппаратуры ЦП подробно описываются в разделе III (отдельно по категориям). Здесь же даются лишь предварительные сведения об основных эксплуатационных характеристиках, которые позволяют судить о технической и экономической целесообразности применения аппаратуры.

В ходе анализа освещаются следующие вопросы:

    1. Эксплуатационные параметры и стоимость аппаратуры цифровой печати

    2. Себестоимость оттисков цифровой печати

    3. Тенденции изменения эксплуатационных характеристик аппаратуры

    4. Цифровая печать специального назначения

Цветные аппараты [1] - это класс наиболее сложных, совершенных и дорогих ЭФГ-аппаратов, использование которых окупается только при их большой эксплуатационной нагрузке, что возможно в специализированных центрах, в полиграфических организациях, занятых допечатной подготовкой информационных материалов или малотиражной печатью, в более крупных организациях и фирмах. Автономно функционирующие аппараты исторически используются для цветного копирования, хотя постоянно увеличиваются объемы выполненных работ в режиме вывода цветных документов с компьютерной информацией, а также в режиме получения отредактированных составных документов с разнотипной информацией (темы № 24 - 27).

В качестве эксплуатационных параметров такой аппаратуры используются различные характеристики технологического процесса цифровой печати (тема № 9) и получаемой продукции (твердых копий изображения). Эти характеристики представлены в табл. 20.1.

Таблица 20.1

Эксплуатационные параметры цветной аппаратуры цифровой печати

Untitled Document

Группы оценочных характеристик
Основные параметры оценки
1.Градационные

Оптическая плотность изображения:
- отдельной линии;
- растровой структуры (плашки).
Оптическая плотность фона.
Количество воспроизводимых уровней серого.

2. Пространственно-частотные

Минимальная ширина отдельной линии.
Максимальный пространственный градиент (резкость края).
Фотографическая разрешающая способность.
Механическое разрешение.
Электронное разрешение.
Линиатура растровой развертки.

3. Цветовые
Количество запечатаемых цветов.
Количество воспроизводимых цветов (цветовой охват). Количество контролируемых (регламентируемых) цветов. Цветовые параметры или цветовые координаты (по системам CIE).
4. Аппаратурные

Производительность печати:
- рабочая минутная (в единицах ррт или АЗ/мин);
- средняя часовая ( в единицах pph или АЗ/ч).
Максимальный формат печати.
Характеристики воспринимающей основы.

5. Психологические

Деффектность изображения:
- микронеоднородности;
- макронеоднородности.
Артефакты неравномерной структуры фона.
Ступенчатость наклонных линий.
Наблюдаемость растровой структуры.
Структура поверхности оттиска.
Недостаточная гомогенность многослойных элементов изображения.

Для первой группы градационных характеристик характерно, что при условии обеспечения необходимой оптической плотности изображения и допустимого уровня фона (а также при наличии соответствующей градационной передачи), обычно контролируется только количество уровней серого. Этот параметр связан с группой пространственно-частотных характеристик, так как зависит от растровой структуры изображения. Увеличение количества уровней серого достигается только за счет некоторого снижения разрешения (тема № 14).

Во второй группе наиболее широко распространен контроль минимальной ширины отдельной линии и результирующая характеристика электронного разрешения (темы № 9 и 14).

Из третьей группы цветовых параметров обычно контролируется количество регламентируемых цветов, а более точные измерения параметров проводятся только во время испытаний аппаратуры.

В группе аппаратурных параметров наиболее широко paспространен вариант определения рабочей производительности в единицах ррm. Только для цифровых печатных машин еще используется параметр средней часовой производительности в единицах ррh.

Пятая группа психологических характеристик объединяет параметры, которые описывают различные факторы, мешающие качественному восприятию цифрового изображения. Среди таких параметров наиболее актуальны ступенчатость наклонных линий и выявляемость растровой структуры заливного поля. Эти параметры зависят от пространственной частоты растровой развертки, а также от возможностей электронной коррекции позиционирования растровых точек. При печати на прозрачной основе актуальным становится гомогенность многослойных элементов, так как от этого зависит цветность изображения на экране.

Методы контроля параметров, заложенных в современных ЭФГ-ЦПМ (типа Xerox i Gen 3 и др.), обобщенно рассмотрены в работах [21, 22]. Там же анализируется используемая система датчиков, позволяющих контролировать технологический процесс цифровой печати.

Анализ качественных параметров цифровой печати на базе требований международного стандарта ISO 13660 проведен в работе [23]. Рассмотрено применение составных элементов комплексного параметра PQ в соответствии с данным стандартом (тема № 30).

Важным фактором, определяющим распространенность ЭФГ-аппаратуры, является величина эксплуатационных расходов, в которую входит и стоимость аппаратуры ЦП. Возможности цветной электрофотографии наиболее ясно выявляются при работе в составе репрографических информационных систем.

ЭФГ-цветные аппараты, предназначенные для выпуска малотиражной продукции, рассчитаны на эксплуатационную производительность от 30 000 до 500 000 копий (документов) формата А4/мес. Ежегодные эксплуатационные расходы* ( <?xml version="1.0"?>
) для одного аппарата состоят из позиций затрат описанных выражениями (20.1) и (20.2) [1,18].

(*Ежегодные эксплуатационные расходы: <?xml version="1.0"?>
(20.1), где <?xml version="1.0"?>
- основная и дополнительная заработная плата оператора; <?xml version="1.0"?>
- амортизационные отчисления; <?xml version="1.0"?>
- стоимость сервисного обслуживания; <?xml version="1.0"?>
- стоимость эксплуатационных материалов; <?xml version="1.0"?>
- стоимость расходуемой электроэнергии; <?xml version="1.0"?>
- амортизация производственного помещения.

Стоимость аппарата входит в параметр <?xml version="1.0"?>
: <?xml version="1.0"?>
(20.2), где <?xml version="1.0"?>
- годовая норма амортизации аппарата; К - стоимость аппарата с учетом затрат на транспортировку и монтаж)

Стоимость материалов <?xml version="1.0"?>
, необходимых при эксплуатации аппарата, состоит из затрат на бумагу <?xml version="1.0"?>
, фоторецептор <?xml version="1.0"?>
, проявочные материалы <?xml version="1.0"?>
и вспомогательные материалы <?xml version="1.0"?>
.

Для оценки эксплуатационной стоимости* наиболее широко распространенной категории цветных лазерных принтеров в практике [15] используется формула (20.3). При расчетах интегральной стоимости <?xml version="1.0"?>
учитывается цена входящих в стартовый комплект и используемых в дальнейшем расходных материалов и заменяемых узлов аппаратуры. Расчетное время эксплуатации аппаратов обычно принимается 3 года.

(*Эксплуатационная стоимость принтера: <?xml version="1.0"?>
(20-3), где Ц - розничная цена принтера; <?xml version="1.0"?>
- количество страниц, которое будет отпечатано за расчетное время при максимальной загрузке; <?xml version="1.0"?>
- стоимость печати одной страницы с учетом цены расходных материалов; <?xml version="1.0"?>
- количество заменяемых узлов; <?xml version="1.0"?>
- цена заменяемого узла)

При тестировании [15] такой аппаратуры оцениваются параметры производительности, качества отпечатков, возможности аппаратной части, программного обеспечения, а также удобства использования с учетом весовых коэффициентов перечисленных параметров (тема № 30). Интегральная оценка качества сравнивается с эксплуатационной стоимостью аппаратуры. Принтеры, показывающие наибольшее соотношение «качество/эксплуатационная стоимость», признаются победителями.

Оценка стоимости новых моделей аппаратов различного назначения в зависимости от их производительности, по данным работ [5, 6], показана на рис. 20.1, а. Пунктирными линиями очерчены зоны сегментов принятой [6] классификации аппаратов по их производительности.

 Рост стоимости моделей ЭФГ-аппаратов (К) с увеличением их производительности (S)

Рис. 20.1. Рост стоимости моделей ЭФГ-аппаратов (К) с увеличением их производительности (S): а) стоимость одноцветной и цветной аппаратуры стыка столетий [5, 6]: 1 - одноцветные малоформатные (аналоговые и цифровые) копировальные аппараты; 2 - одноцветные копировально-выводные аппараты; 3 - цветные копировально-выводные аппараты (см. также б); PC - зона персональных копировальных аппаратов; S1-S5 - сегменты производительности аппаратуры; б) - стоимость новых моделей цветной аппаратуры: В, С - зона стоимости копировально-выводных аппаратов и принтеров; D - зона стоимости цифровых печатных машин

Из рисунка видно, что с увеличением производительности копировальных аппаратов происходит существенный рост их стоимости (кривая 1). Аналогичная тенденция наблюдается и для категории копировально-выводных аппаратов (кривая 2), стоимость которых еще увеличивается из-за дополнительной комплектации и зависит от выбранного ее состава.

Стоимость цветных копировально-выводных аппаратов (кривая 3) зависит от модели и колеблется в более широких пределах (рис. 20.1, б). Здесь трудно установить явную зависимость от производительности, так как в основном стоимость определяется другими компонентами - комплектацией и функциональными возможностями аппаратуры. Однако на рисунке выделяются две характерные зоны:

    - зона стоимости низко- и среднепроизводительных аппаратов из категорий «В» и «С»;

    - зона стоимости высокопроизводительных цифровых печатаных машин категории «D».

В первой зоне стоимость наиболее дешевых цветных принтеров («С») колеблется от 0,5 до 10 тыс. USD. Стоимость копировально-выводных аппаратов («В») достигает 45 тыс. USD.

Во второй зоне стоимость машин категории «D» колеблется от 80 тыс. до более чем 500 тыс. USD [5]. Стоимость некоторых экземпляров машин с широко развитой послепечатной обработкой достигает 1 млн USD и более.

На рис. 20.1, б дополнительно указаны классы производительности аппаратуры (тема № 31).

В литературных источниках чаще всего проводится анализ стоимости единицы продукции для различных моделей аппаратуры. Однако при этом обычно не указывается формула и состав учтенных факторов стоимости. Кроме того, учтенные факторы варьируют в довольно широких пределах. К таким факторам относятся: формат документа или оттиска (форматы А3, А4 или печатная полоса); степень загрузки аппаратуры (ежемесячная эксплуатационная производительность, максимальная производительность, 60 - 80% от максимальной производительности, учет односменной или двухсменной работы, расчет общих ежегодных затрат и т. д.); стоимость расходных материалов (учитываются все расходные материалы, учитываются только электрографические расходные материалы или только проявители); степень обработки документов и их тиража (односторонняя или двухсторонняя печать, отдельные листы или сортировка и переплет); степень покрытия тонером печатного листа (5% для монохромного алфавитно-цифрового изображения, от 10 до 75% для цветного полутонового изображения); амортизационное пространство аппаратуры (3 или 5 лет); трудоемкость и затраты на предварительную обработку информации и т. д. Все это не позволяет точно сопоставить получаемые результаты, но отмечаемые характерные зависимости подтверждаются различными авторами [4, 7-10].

Работа основанной на ЭФГ-технологии «домашней типографии», с использованием цифровых печатных машин, наиболее эффективна при малых тиражах, ориентировочно до 500 экз. При этом общее время получения всего тиража оттисков [11] еще не превышает времени, свойственного для офсетного метода (рис. 20.2, а). Только при более крупных тиражах выявляется преимущество обычных методов.

 Изменение общего затрачиваемого времени (а) и суммарной стоимости (б) двухсторонней цветной печати всего тиража формата A3 при увеличении количества получаемых оттисков [9, 11 ]

Рис. 20.2. Изменение общего затрачиваемого времени (а) и суммарной стоимости (б) двухсторонней цветной печати всего тиража формата A3 при увеличении количества получаемых оттисков [9, 11 ]: <?xml version="1.0"?>
- суммарное время печати тиража; <?xml version="1.0"?>
- суммарная стоимость тиража; <?xml version="1.0"?>
- тираж. 1 - традиционные способы печати (аппарат GTO-DI); 2 - копировально-выводной аппарат CLC-500; 3 - цифровая печатная машина E-Print 1000; 4 - цифровая печатная машина DCP-1; 5 - цветные лазерные принтеры

Экономичность применения ЭФГ-аппаратов наглядно показана [9] на рис. 20.2, б. При традиционных методах офсетной печати (кривая 1) существует трудоемкая предварительная (допечатная) обработка информации с подготовкой печатных форм и изготовлением пробных оттисков, стоимость которой оценивается в 510 USD и которая не зависит от тиража. Только после этого дополнительные затраты на каждый лист двухсторонней копии формата A3 не превышают 0,10 USD.

Таким образом, суммарная стоимость 1000 копий составляет 610 USD (510 USD на допечатные работы плюс 100 USD за тысячу копий). При использовании ЭФГ-аппаратуры допечатные работы оцениваются только в 27 USD, хотя при этом имеется более резкий рост стоимости с увеличением тиража. Экономичность использования ЭФГ-аппаратуры для печати небольших тиражей очевидна.

На рисунке кривые 3, 3' соответствуют аппарату E-Print 1000 фирмы «Indigo» (при различной оценке стоимости расходных материалов), а кривая 4 - аппарату DCP-1 фирмы «Xeikon». Видно, что в первом случае экономичность сохраняется до тиража 500 - 700 копий, а во втором случае - даже до 1500 копий. Экономически еще более целесообразно использование цветных лазерных принтеров (кривая 5), которые однако имеют низкую производительность и поэтому не выгодны для печати больших тиражей. При упомянутой оценке экономических параметров применения ЭФГ-аппаратуры учитывалась начальная цена оборудования (период амортизации 5 лет), быстродействие аппаратов и степень их загрузки в 60% (при 70% для традиционных методов печати). Высокая стоимость аппаратуры E-Print 1000 делает ее менее экономичной по сравнению с аппаратом DCP-1.

Проведенная [10, 11] оценка стоимости изготовления двухсторонних цветных документов формата A3 для ЭФГ-аппаратов различного типа приведена на рис. 20.3 и там же для сравнения показана пунктирная кривая технологии сухого офсета Presstek, где полиэфирная печатная форма изготавливается непосредственно на печатной машине GTO-DI фирмы «Heidelberg». В расчетах авторы исходили из цены стандартного малоформатного оттиска, для получения которого использовались 4 цвета при среднем покрытии тонером площади формата. Не была учтена стоимость бумаги, расходы на растрирование и работы, специфические только для некоторых методов. Учитывались предполагаемые нормативные часовые расценки, в которые были включены стоимость оборудования, его обслуживания, энергозатраты, норма дохода и накладные расходы. Рассматривалась односменная загрузка оборудования на 80% мощности.

 Стоимость PА3 изготовления двухстороннего цветного документа формата A3 (4+4) в зависимости от тиража печатной продукции Nt [11, 14]

Рис. 20.3. Стоимость <?xml version="1.0"?>
изготовления двухстороннего цветного документа формата A3 (4+4) в зависимости от тиража печатной продукции <?xml version="1.0"?>
[11, 14]: 1 - цифровые печатные машины; 2 - цветные цифровые копировальные аппараты; 3 - печатная машина GTO-DI; 4 - печатная машина Quickmaster (машины офсетной печати); 5 - Xerox Docu Color 2060; 6 - Xerox Docu Color 130; 7 - Indigo Turbo Stream (цифровые печатные машины)

В несколько иных условиях оценивались расходы аналитиками Рочестерского технологического института [14]. Учитывался (рис. 20.3, б) более широкий спектр прямых затрат: амортизационная плата, стоимость бумаги, затраты на подготовку файла к печати, послепечатные операции (фальцовка и обрезка). В результате установлено, что средняя себестоимость полноцветчного отпечатка формата A3 в различных цифровых печатных машинах колеблется в диапазоне от 0,08 до 0,20 USD.

Сравнение кривых на рисунке наглядно показывает, что для обычных офсетных печатных машин первоначальные существенные расходы в изготовлении печатных форм постепенно растворяются в тираже изготавливаемой продукции и при больших тиражах стоимость одного цветного документа становится низко В то же время для ЭФГ-печатных машин эта стоимость остается постоянной и не зависит от тиража. Поэтому применение ЭФГ-аппаратуры экономически оправдано при малых тиражах - ориентировочно до 500 экз. Сравнивая между собой различные модели ЭФГ-аппаратов можно сделать вывод, что наиболее экономичными являются модели из категории печатных машин: типа DCP и серии Docu Color, приспособленные для скоростной (двухсторонней) печати. В то же время копировально-выводной аппарат требует существенно больших затрат на единицу продукции и менее подходит для работы в режиме малотиражной печати. При односторонней печати это различие становится [10] менее заметно.

Экономичность использования цветной ЭФГ-аппаратуры в существенной мере зависит и от степени загрузки аппаратов при их эксплуатации. На рис. 20.4 показано [8] изменение стоимости одностороннего цветного оттиска формата А4 при увеличении степени загрузки для аппаратов двух типов: E-Print 1000 фирмы «Indigo» и CLC-X фирмы «Саnоn». В расчетах принимается, что амортизационное пространство аппаратов - 3 года. Видно, что стоимость продукции аппарата E-Print 1000 превышает стоимость продукции японского аппарата. Только при высокой загрузке аппаратов значения этих параметров сближаются.

Стоимость односторонней цветной печати [8] формата А4 для двух типов аппаратов при различной их загрузке

Рис. 20.4. Стоимость односторонней цветной печати [8] формата А4 для двух типов аппаратов при различной их загрузке: <?xml version="1.0"?>
- стоимость односторонней печати формата А4; К - загрузка аппарата

Стоимость цветной печати в значительной мере зависит от степени покрытия изображением печатного листа, так как это сказывается на скорости расхода дорогостоящих цветных тонеров. Упомянутая зависимость, полученная по данным [7] для цветных лазерных принтеров, иллюстрируется на рис. 20.5. Представлены кривые, типичные для всей гаммы более дешевых и более дорогих моделей аппаратов. Первые точки на кривых, полученные при значении <?xml version="1.0"?>
= 5%, соответствуют монохромному изображению текста. Последующие точки уже соответствуют цветному изображению с заливными элементами различной степени покрытия ими бумажного листа (10; 25; 50 и 75%). При этом стоимость печати увеличивается. Видно, что более экономичной моделью является аппарат Color Jet 5М фирмы «Hewlett-Packard», а наиболее дорогим - аппарат X Print Plus 4915 фирмы «Хеrох». Следует указать, что стоимость аналогичных цветных оттисков, полученных на струйных принтерах, находится в тех же пределах, что и для лазерных. Только термосублимационные принтеры отличаются [7] высокой стоимостью получаемых документов (3,25 - 9,75 USD за формат А4).

Стоимость односторонней цветной печати [7] документов формата А4  для лазерных принтеров при различной степени покрытия тонером печатного листа (Cn)

Рис. 20.5. Стоимость односторонней цветной печати [7] документов формата А4 (<?xml version="1.0"?>
) для лазерных принтеров при различной степени покрытия тонером печатного листа (<?xml version="1.0"?>
): 1 - принтер HP Color Laser Jet 5M; 2 - QMS Magicolor WX/CX; 3 - Digital Color Writer LSR 2000; 4 - Xerox X Print Plus 4915

Исследования стоимости одноцветных оттисков показали [12], что этот параметр существенно зависит от быстродействия аппаратуры (рис. 20.6). Если для аппаратов низкой производительности стоимость одного листа (А4) для клиента достигает 0,06 USD, то для скоростных машин она снижается до 0,015 USD. Это лишний раз свидетельствует о том, что при большой загрузке целесообразно использовать скоростные печатные машины.

Стоимость одного листа одноцветного оттиска PA4 в зависимости от производительности аппаратуры VТ [12]

Рис. 20.6. Стоимость одного листа одноцветного оттиска <?xml version="1.0"?>
в зависимости от производительности аппаратуры <?xml version="1.0"?>
[12]: 1 - амортизация аппаратуры; 2 - стоимость эксплуатации; 3 - стоимость материалов

Зависимость эксплуатационных характеристик от ежегодно увеличивающейся производительности аппаратуры исследовалась в технологическом центре фирмы «Хеrох» [12]. На рис. 20.7 показана тенденция такого годового роста производительности для аппаратуры, использующей различные технологии. На рисунке можно заметить следующие характерные особенности:

    - по параметру производительности ЭФГ-технология уверенно лидирует перед струйной технологией;

    - с началом использования многоцилиндрового (Tandem Xerography) варианта накопления цветного изображения (после 1995 г.) удалось резко увеличить производительность машин и даже приблизиться к аналогичному параметру, характерному и для черно-белой аппаратуры.

 Годовой рост производительности S для аппаратуры, использующей различные технологии [12]

Рис. 20.7. Годовой рост производительности S для аппаратуры, использующей различные технологии [12]: 1 - черно-белая ЭФГ-аппаратура; 2 - цветная ЭФГ-аппаратура; 3 - черно-белая струйная аппаратура; 4 - цветная струйная аппаратура

Увеличение производительности аппаратуры требует ее усложнения, что неизбежно вызывает возрастание цены. Исследовалась [12] динамика такой своеобразной «платы за скорость», т. е. определялось ежегодное изменение (рис. 20.8) соотношения «цена/скорость» (в относительных единицах). Из рисунка видно, что в этом случае преимущество имеют более дешевые струйные аппараты. Однако начиная с 1987 г. наблюдается существенное снижение данного параметра и для ЭФГ-аппаратуры, что произошло благодаря внедрению цифровых технологий.

 Тенденция изменения соотношения P/S (цена/производительность) для цветной аппаратуры [12]

Рис. 20.8. Тенденция изменения соотношения P/S (цена/производительность) для цветной аппаратуры [12]: 1 - ЭФГ-копировально-выводные аппараты и принтеры; 2 - термоструйные принтеры

С развитием компьютерных сетей и расширением полифункциональности копировально-выводной аппаратуры [1] тенденция информационного обмена цифровыми документами меняется [13] от распространения копий на бумаге (Copy-and-Distribute) к распространению цифровых данных и последующего изготовления твердых копий непосредственно у адресата (Distribute-and-Print) [14].

Специфика ЭФГ-технологии, которая заключается в глубокой персонализации выпускаемых документов, в возможности переноса выводимых данных на воспринимающую основу самых различных типов, в свободном выборе цветовых кодов, а также при наличии особенно эксплуатационно стойких электрографических тонеров, существенно расширяет сферы применения ЭФГ-технологии цифровой печати. Поэтому кроме общепринятого направления изготовления твердых копий комплектов составных документов общего назначения, получаемых на обычной бумаге, уже находит применение целый ряд новых направлений ЦП специального назначения.

    1. Прежде всего - это получение оттисков документов общего назначения на прозрачной основе. Практически все аппараты ЦП предусматривают возможность переноса на прозрачные пленки или они могут быть приспособлены для этой цели. Полученные на тонких пленках полноформатные (или уменьшенные) диапозитивы применяются в качестве промежуточных фотоформ для последующей печати, используются непосредственно для проецирования на экран или служат в качестве этикеток при упаковке продукции (см. п. 9). Прозрачная пленка должна иметь термопластическое покрытие (для улучшения закрепления), а частицы тонера должны быть прозрачными (без непрозрачных магнитных включений). Изменение назначения и типа воспринимающей основы обычно требует корректировки режима печати: снижения быстродействия, увеличения времени закрепления или изменения температуры нагрева узла закрепления, так как элементы цветных документов, предназначенных для проецирования на экран, должны быть превращены в прозрачные цветофильтры.

    2. Возможность печати на жесткой основе - это может быть толстая бумага, картон, гибкие или твердые пластины. Данную возможность могут обеспечить только те машины ЦП, в которых используется прямой тракт проводки, воспринимающей основы требуемых параметров. Несомненно, что режим печати должен быть существенно изменен. Продукция может быть использована при упаковочном производстве (см. п. 9) или для изготовления химически обрабатываемых фотоформ печати.

    3. Возможность печати на тканевой основе - это может быть дизайнерская обработка изделий легкой промышленности или их заготовок. Используемые для этой цели машины ЦП требуют специального тракта проводки. Продукция процесса печати используется в основном для рекламы изделий или фирм, а также для получения компьютерных рисунков.

    4. Изготовление финансовых документов с индикацией учета и с высокой степенью защиты от фальсификации. В основном это зависит от типа применяемой бумаги специального назначения в качестве воспринимающей основы, а также в некоторых дополнительных средствах для нанесения специальных (в том числе засекреченных или трудно воспроизводимых) меток и скрытых подписей. Кроме того, наличие таких меток исключает возможность несанкционированного копирования документов. Современные копировально-выводные аппараты также имеют возможность нанесения дополнительных скрытых меток (в точечном коде) для подтверждения несанкционированного изготовления копий с указанием номера аппарата, если они были сделаны.

    Вышеуказанное может быть достигнуто [20], используя различные методы цифровой электрофотографии:

      а) дополнительную модуляцию интенсивности лазерного луча с соответствующим изменением оптической плотности точек;

      б) дополнительную модуляцию пространственной частоты, используя различную пороговую чувствительность визуального аппарата человека (порог более высокий при больших частотах);

      в) дополнительную модуляцию типа гаусовой смеси (Gausian Mixture Model), обнаруживаемую только при частотном анализе отпечатка и индивидуальную для каждого принтера;

      г) сканирование отпечатка системой с различными углами расположения осветителя и сканера, что позволяет выявить скрытые метки;

      д) сравнительный анализ изменения параметров идентичных элементов изображения, расположенных по всему кадру. Большинство указанных явлений не воспринимаются невооруженным глазом или они не могут быть понятыми. Метки идентифицируются лишь при использовании специального алгоритма считывания и анализа, который известен только специалистам.

    5. Изготовление малоформатных платежных документов на жесткой пластиковой основе типа Visa и MasterCard или различных карт предоплаты (телефонных, Интернета и др.) [24]. Для этого обычно используется жидкостная технология ЭФГ-офсета, созданная фирмой «Indigo» с шестикрасочным цветоделением Indi Crome и печатью смесевыми красками, а также с применением дополнительных красок: белой кроющей, прозрачных флуоресцентных, светящихся только под действием УФ-облучения и т. п. С одинаково высоким качеством (минимальная ширина линий микротекста до 32 мкм) печатается постоянная и персонализированная информация.

    6. Изготовление крупноформатных документов (схем, эскизов, конструкторской документации и т. п.) на обычной бумаге. В основном проблема заключается в увеличении максимального формата документов до АО. Большинство машин ЦП ограничивается форматом A3, и только некоторые из них (фирмы «Хеrох» и «Xeikon») позволяют получить формат АО, но этот формат предназначен для последующей разрезки на форматы А4/АЗ. Специализированные крупноформатные машины ЭФГ-цифровой печати - только одноцветные. Цветные крупноформатные документы изготавливаются по альтернативной технологии струйной печати.

    7. Изготовление топографических документов (в основном различных карт). Для данного направления необходимо увеличение формата до АО и применение специальной многослойной, климатически- и износостойкой воспринимающей основы. Чаще всего - это многослойные полимерные пленки с дополнительным покрытием для обеспечения возможности нанесения карандашных меток. Специализированные крупноформатные машины используются не только для изготовления картографических документов на чистой основе, но также и для нанесения оперативной информации на карты [1]. В этом случае в качестве воспринимающей основы используются топографические карты

    8. Изготовление фотокарточек. В последнее время, в связи с развитием направления цифровой фотографии, возникает необходимость изготовления фотокарточек по цифровой информации. Для этой цели обычно приспосабливаются цветные лазерные принтеры общего назначения, а также разрабатываются специальные машины для изготовления фотокарточек (фирма «Hewlet Packard» - по направлению Indigo и фирма «Xeikon»), на базе которых создается сеть обслуживания заказов по данному направлению. В качестве воспринимающей основы для данного направления могут быть использованы такие же многослойные пленки, как и по п. 7, но только малого формата.

    9. Изготовление продукции для упаковочного производства. Для этой цели может быть использована продукция по пп. 1,2, 3, а также специализированные средства печати типа рулонных машин для изготовления этикеток различного типа. В данной области интенсивно работают фирмы «Hewlett-Packard» (направление Indigo) и «Xeikon».

В работах [16, 17] приводятся более подробные исследования по данному направлению. Подчеркивается, что очень высокие эксплуатационные требования к упаковочной продукции практически может обеспечить только ЭФГ-технология. Уже созданы [19] специальные экологические тонеры, которые при эксплуатации ЦПМ типа Nex Press 2100 позволили печатать этикетки на прозрачной основе для пищевых продуктов.

Описан [19] выбор материалов, обеспечивающих выполнение экологических требований. Обобщение этих требований на базе работы [16] сведено в табл. 20.2.

Таблица 20.2

Требования к продукции для упаковочного производства

Untitled Document

Требования
Описание требований
1. Термостойкость
Выдерживание температуры до 250 С под давлением 80 н/ и при контакте продолжительности до 0,6 с
2. Контактирование с пищевыми продуктами
Возможность контактирования в соответствии со специальными лицензионными требованиями
3. Адгезионные требования
Обеспечение требований по износостойкости изображения при нормальных условиях эксплуатации
4. Светостойкость
Стойкость к воздействию УФ-излучения
5. Стойкость к изгибам

По специальному тесту

6. Влагостойкость

В соответствии со стандартом DIN 16524-1

7. Стойкость к воздействию жидкостей

Обеспечение требований в соответствии со стандартом DIN 16524-1 после обработки 96%-м этанолом и его смесью с этилацетатом и метоксипропанолом в течение 15 с

8. Стойкость к истиранию

По специальному тесту при рекомендуемых условиях: давлению 50 г/, скорости воздействия 0,15 м/с — за 100 циклов

    10. Использование технологии ЦП для целей нанесения меток по расположению сложных форм вырезки на ткани и коже, а также разметка гибких и жестких изделий выходит за пределы настоящей работы, так как здесь требуются полностью специализированные машины. Для нанесения этих меток могут быть использованы элементы ЭФГ-технологии (в том числе).

    1. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. - М: Изд-во МГУП, 1999. - 438 с.

    2. Scharfe М. Electrophotography Principles and Optimization - Letch-worth: Press, 1984. - 200 p.

    3. // V. I. T. Mag. 1994. - V. 18. № 1. - P. 8-11.

    4. Уманский С. Д. //Интерпринт. 1994. № 2. - С. 20-25.

    5. // Полиграфист и издатель. 1997. № 6. - С. 81-89.

    6. Тешо Kawamoto // Electrophotography. 1998. - V. 37. Suppl. - P. 435-460.

    7. Stone M. D. // PC Magazine. 1996. № 10. - P. 141-195.

    8. Sammel Ch. // Druckspiegel. 1995. - V. 50. N 7. - P. 686-688.

    9. Givens W. R. // Graphic Arts Monthly. 1996. № 6. - P. 76-78.

    10. Романо Ф. // КомпьютерПресс. 1997. № 1. - С. 274-275.

    11. Kipphan H. / Color Hard Copy and Graphic Arts TV - Proc. SPIE, - 1995. - V. 2413. - P. 7-31.

    12. Hartmann G. C. // J. of Imaging Science and Technology. 2000, - V. 44. № 3. - P. 204-209.

    13. Kuniki Seino // J. of Imaging Science and Technology. 2000, - V. 44. № 1. - P. 13-18.

    14. Кузмич В. // КомпьюАрт, - 2001. № 2. - С. 14-19.

    15. Ахмедов Б. // КомпьюАрт, - 2003. № 12. - С. 62-68.

    16. Lode D. et al. / International conference IS and T's NIP 19: Proc. 2003. - P. 486-491.

    17. Udi Chatow et al. / International conference IS and T's NIP 19: Proc. 2003. - P. 476-481.

    18. Харин О., Сувейздис Э. // Копировально-множительная техника, - 1998. № 6/7. - С. 50-53.

    19. Schulce - Hagenest D. et al./ International conference IS and T's NIP 20: - P. 139-142.

    20. International conference IS and T's NIP 20: Proc. 2004. - 1048 p.

    21. Mestha L.K. / International conference IS and T's NIP 20: Proc. 2004. - P. 578-585.

    22. Tzori G./ International conference IS and T's NIP 20: Proc. 2004. - P. 586-593.

    23. Buczynski L. et al. / International conference IS and T's NIP 20: Proc. 2004. - P. 98-101; - P. 997-1000.

    24. Кувшинов M. // КомпьюАрт, - 2005. № 3. - С. 45-47.

    1. Процесс лазерной записи стал общей технологической базой аппаратуры цифровой печати. С незначительными вариациями этот процесс используется при разработке разнотипной многофункциональной аппаратуры цветной электрофотографии: начиная от наиболее простых настольных лазерных принтеров и кончая крупными комплексами цветных цифровых печатных машин. Приводятся элементы цветосинтеза, а также анализ и обобщение вариантов цифровых технологий, нашедших применение в такой аппаратуре. Обобщены качественные характеристики альтернативных технологий печати, в том числе различных вариантов струйной печати. Более подробно рассмотрена технология элкографии, комбинированного электромагнитного процесса фирмы «Осе», записи с использованием термочувствительной пленки и др.

    2. Достижения ЭФГ-технологии цифровой печати с организацией работ по схеме Computer-to-Print сравнены с достижениями технологии сухого офсета. Видно, что по параметрам качества и быстродействия ЭФГ-технология бесформенной печати уже достигла нижних пределов технологии офсетной печати типа DI. При этом ЭФГ-технология выгодно отличается возможностью персонализации оттисков и экономичностью оперативного выпуска (Printing-on-Demand) малых тиражей ориентировочно до 1000 экз. и более.

    Приведена цепочка специфических особенностей лазерной записи, начиная от процесса (материалов) - до систем печати.

    3. Рассмотрены принципы компьютерной обработки цветных изображений и возможность применения в ЭФГ-аппаратуре основных вариантов цветовоспроизведения: а) традционной технологии CMY (или CMYK); б) технологии вычитания серой компоненты GCR и в) технологии семикрасочного цветоделения высокой точности Hi-Fi. Современная ЭФГ-аппаратура в основном использует первый вариант технологии.

    4. Анализируются принципы допечатной цифровой обработки информации, а также процесс формирования растровой структуры изображения с амплитудным (AM) или частотным (FM) модулированием растровых точек. В современной ЭФГ-аппаратуре все шире используется частотная модуляция. При этом достигается разрешение до 2400 dpi и количество полутонов - до 256. Линиатура полутонового растра оценивается величиной 30 - 40 <?xml version="1.0"?>
.

    5. Базовыми структурными элементами изображения цифровой печати, с помощью которых может быть создано изображение любого типа, являются: а) точка; б) линия и в) поле. Приведены характеристики этих базовых элементов, принципы их формирования и критерии оценки.

    6. В ЭФГ-аппаратуре ЦП можно выделить основные этапы аппаратурной реализации: процессы экспонирования и проявления. При реализации экспонирования нашли применение две разновидности процесса лазерной развертки: а) оптико-механическая развертка излучения многоэммитерного лазера и б) линейка светоизлучающих диодов типа LED. При этом время экспонирования точки на поверхности ФР составляет Ю-9-Ю-8 с с типичным механическим разрешением 600 dpi. Анализируются программируемые варианты увеличения электронного разрешения до 2400 dpi, а при использовании в аппаратуре четырех независимо управляемых лазеров - даже до 9600 dpi. Линейка типа LED содержит от 2560 до 7424 светодиодов, располагаемых в шахматном порядке и обеспечивающих разрешение на уровне 600- 1200 dpi.

Более подробно рассмотрен режим экспонирования с насыщением, используемый при обращенном проявлении с целью устранения неравномерностей растровой структуры.

Приведены основные зависимости по выбору оптимального режима цветного проявления.

    7. Рассмотрены основные варианты технологических узлов по реализации вспомогательных этапов ЭФГ-процесса:

      - узлы зарядки;

      - узлы переноса;

      - узлы закрепления;

      - узлы очистки.

    8. Конструктивное решение узлов проявления отличается очень большим разнообразием. Рассмотрены только наиболее типичные их варианты: для работы с двухкомпонентным или однокомпонентным проявителем, а также варианты узлов жидкостного проявления технологии ЭФГ-офсета. Узлы проявления обычно устанавливаются стационарно или подаются в зону проявления ФР поочередно. В последнем случае они группируются и транспортируются механизмом типа лифта, салазок или турели.

    9. В схемном построении аппаратуры ЦП выделяются следующие варианты: а) одноцилиндровый; б) двухцилиндровый; в) многоцилиндровый односторонний; г) многоцилиндровый двухсторонний и д) обособленный вариант ЭФГ-офсета. Показано распределение цветной аппаратуры по упомянутым вариантам, а также типичные примеры принципиальных схем.

    10. Анализ эксплуатационных характеристик аппаратуры показывает существенное преимущество ЭФГ-технологии при малых тиражах печати, так как она не требует предварительного изготовления печатных форм, которые окупаются только на более крупных тиражах. Таким образом, применение ЦПМ становится экономически выгодным при тиражах ориентировочно до 500- 1000 экз. Здесь себестоимость цветной печати с использованием ЭФГ-технологии оценивается в 0,40 - 0,60 USD за формат А4, а для скоростных машин стоимость снижается даже до 0,08-0,10 USD.

Приведены данные о стоимости новых моделей аппаратуры в зависимости от ее производительности. Для аппаратуры различных категорий стоимость варьирует в интервале от 0,5 тыс. USD до 750 тыс. USD и более.

Рассмотрены наиболее широко распространенные варианты цифровой печати специального назначения, а именно:

    - вывод документов общего назначения на прозрачной основе;

    - цифровая печать на жесткой основе (толстая бумага, картон, твердые пластины);

    - цифровая печать на тканевой основе;

    - изготовление финансовых документов на специальной бумаге или пластике;

    - изготовление крупноформатных документов; изготовление топографических документов; изготовление фотокарточек;

    - изготовление продукции для упаковочного производства и др.

    1. Что такое цветосинтез и какие его варианты?

    2. Как описывается субтрактивный вариант цветосинтеза? В чем различие цветосинтеза на прозрачной пленке?

    3. Как характеризуется технология триадного цветосинтеза CMY (или CMYK) и какие у него стадии?

    4. Как описывается и реализуется технология вычитания серой компоненты GCR?

    5. Какие варианты цветовоспроизведения применяются при копировании цветных оригиналов?

    6. Какие варианты цветовоспроизведения применяются при выводе компьютерных цветных документов?

    7. Какие известны варианты технологии цифровой печати? В чем отличие технологии Computer-to-Print?

    8. К которому варианту относится и какое место занимает ЭФГ-технология цифровой печати?

    9. Что такое цифровая или виртуальная печатная форма?

    10. Какие специфические особенности у ЭФГ-технологии лазерной записи?

    11. Почему применение ЭФГ-технологии экономически более оправдано при малых тиражах, а традиционной офсетной печати - при больших тиражах?

    12. Как происходит цифровая обработка двухградационных, полутоновых и цветных физических оригиналов?

    13. Как происходит вывод разнотипных компьютерных документов?

    14. Что такое критерий Найквиста?

    15. Как реализуется система управления цветом с помощью профилей?

    16. Как формируется растровая структура развертки при цифровой печати? Как определяется матрица и пиксел в этой структуре ?

    17. Что такое амплитудная и частотная модуляция и как при этом воспроизводится полутоновое изображение?

    18. Как устраняется ступенчатая структура наклонных линий?

    19. Что такое базовые структурные элементы изображения?

    20. Как оценивается структурный элемент «точка»?

    21. Как формируется и оценивается структурный элемент «линия»?

    22. Как формируется и оценивается структурный элемент «поле»?

    23. Какими методами может быть реализована лазерная развертка?

    24. Как меняется форма зарядного рельефа при записи соседних точек?

    25. Что такое обращенное проявление растровой структуры?

    26. Что такое порог проявления и в чем он может быть полезным?

    27. Как реализуется режим насыщения при обращенном проявлении?

    28. Какие узлы монохромного проявления наиболее распространены?

    29. Какие типы узлов цветного проявления известны?

    30. Как происходит выбор режима цветного проявления?

    31. Как реализуются вспомогательные этапы технологии (этапы зарядки, переноса, закрепления и очистки)?

    32. Какие основные элементы содержит базовая структура ЭФГ-устройства?

    33. Какие конструктивные варианты используются при реализации ЭФГ-процесса в аппаратуре?

    34. Какой конструктивный вариант позволяет достигнуть максимальную производительность?

    35. Как меняется стоимость единицы продукции цифровой печати с увеличением тиража?

    36. В чем различие эксплуатационной стоимости аппаратуры для ЭФГ и офсетного вариантов цифровой печати?

    37. Как распределяется стоимость цветной аппаратуры в зависимости от ее производительности и функциональных возможностей?

    38. Какие варианты ЭФГ цифровой печати специального назначения наиболее широко распространены?

© Центр дистанционного образования МГУП