Способ изготовления копии изображения на плоской поверхности и устройство для его осуществления

Авторы патента:

G03F7/23 - автоматические средства для этой цели

(в) RÈU3 (и) 2004919 С1 (11) ОЗОН 23

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 """ <6ОЦ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

,Ф( е

К ПАТЕНТУ (21) 4883240/f 2 (22) 11.1 0.90 (46) 15,12.93 Бюл. NQ 45-46 (76) Алексеев Григорий Григорьевич (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОПИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: технология изготовления копий фотоизображения. Сущность ия заключается в том, что после сканирования оригинала его считывают s плоскости фокусировки, выполняют его цветоделение и наносят компоненты на поверхность, а при нанесении задают расход компоненты по закону линейной функции логарифма значений соответсвующей цветоделенной составляющей освег;енности оригинала, причем при изготовлении позитивной копии из негативного оригинала реализуют возрастающую, а из позитивного оригинала вЂ” убывающую функцию расхода компоненты, а также в том, что функциональную связь между расходом цветообразующей компоненты и логарифмом значений освещенности вводят нелинейность и корректируют расход компоненты по критерию достижения линейной функциональной связи между величинами оптической плотности в точках копии на плоской поверхности и логарифмом значений освещенности в точках плоскости фокусировки оригинала. 2 с. и 5 з.п. ф-ли, 10 ил.

2004919

Изобретение относится к фоторепродукционной технике и оперативной полиграфии, способам и устройствам изготовления бессеребряных изображений, преимущественно, большого формата (до десятков метров), и может быть применено в фотографии, рекламе и декоративно-оформительском деле.

Из числа известных способов записи изображений на носитель, к предлагаемому изобретению близки безударные растровые струйные способы механической записи цветных и монохромных (черно-белых) изображений, применяемые в факсимильной и вычислительной технике. Эти способы основаны на нанесении на поверхность цветообразующих красочных компонентов (чернил, красителей, жидких пигментных красок и т.д.) в процессе механической строчной развертки поверхности расположения изображения, Они реализованы в ряде устройств, например в устройствах струйной записи, в которых для создания текста и изображений на бумаге используются струйные головки, где с помощью импульсных напряжений, подаваемых на пьезоэлементы или под воздействием электрического поля, создается эмиссия чернильных капель из капиллярных ..сопел, а отклонение этих капель может осуществляться другим электрическим полем.

В других устройс 1.ах, близких по принципу работы, используется отклонение магнитным полем намагниченных чернил или п невматическое отклонение. Существуют устройства, где используется распыление чернил с помощью форсунок или ультразвука, а управление распыленной струей осуществляется электрическим полем, вакуумом или звуковым возбуждением турбулентности в толще струи. Такие азрозольные устройства позволяют изменять оптическую плотность изображения за счет управления скоростью струи, и могут применяться для изготовления полутоновых изображений высокого качества. Всем упомянутым системам свойственны недостатки, заключающиеся в том, что они требуют применения специального дополнительного управляющего оборудования или компьютеров, требуют синхронизации с управляющим оборудованием, имеют ограниченный размер изображения и обычно являются стационарными устройствами, как правило, высокой стоимости, ориентированными на применение специальных носителей или форматов бумаги, Наиболее близким по технической сущности к предложенному решению является струйный пульверизационный способ нанесения красочной компоненты на поверхность, включающий воздушное распыление компоненты и управление параметрами направлений перпендикулярно к поверхности воздушно-капельной аэрозольной струи для изменения количества оседающей на поверхность компоненты и получения заданных градаций оптической плотности изображения и устройство для его осуществления, реализованное в системе для записи электрических сигналов, основой которой является головка формирования воздушно-капельных аэрозольных струй.

Этот способ выбран прототипом потому, что он определяет.основныв воэможности предложенного способа, поскольку именно применение струйного метода записи дает возможность создавать изображения как на гладких, так и на шероховатых, а также и на не вполне ровных поверхностях, что весьма затруднительно осуществить другими, например ударными способами, где необходимо обеспечить стабильный контакт ударного механизма с noa=;:ðõíoстью, оставляя на ней определенный, строго дозированный слой красителя.

Для формирования аэроэольной струи в указанной системе используется эжекторная форсунка, создающая воздушно-капельный красочный туман, Эта смесь, после оседания крупных капель, ионизируется с помощью коронирующего электрода с использованием высокого напряжения, а затем электрически заряженный поток аэрозоля проходит к соплу через канал дозатора расхода, в котором подвергается воздействию управляющего электрического поля, изменяющего скорость газового потока в зависимости от приложенного напряжения, Далее, на выходе из сопла под воздействием еще одного воздушного потока струя аэрозоля фокусируется на бумаге.

Максимальная величина управляющего напряжения составляет 800 В. С увеличением напряжения тормозящее действие поля на поток аэрозоля возрастает, что приводит к снижению его скорости вплоть до полной остановки. Это позволяет изменять количество оседающего на бумаге красителя, воспроизводя градации оптической плотности.

В устройстве используется записывающая головка со множеством сопел по ширине бумажной ленты, Общим с предлагаемым изобретением признаком данной системы также является принцип использования для управления доэатором электрического сигнала, несущего информацию о требуемой оптической плотности изображения, записываемого на бумагу.

Недостатком принятого в качестве прототипа способа нанесения изображения нв носитель является его сложность, обуслов2004919

55 ленная целью его использования в системах обработки информации и записи электрических сигналов. Отсюда и более высокие требования к принципу формирования аэрозольной струи. Сам этот принцип громоздок, включает в себя несколько стадий с использованием коронирующего электрода и высокого напряжения, а также последующей фокусировки струи на бумажную ленту.

К предлагаемому способу подобных жестких требований не предъявляется, здесь струя аэрозоля формируется простым распылением цветообразующей компоненты с помощью форсунки, а управление струей осуществляется клапаном, связанным с электромеханическим приводом дозатора расхода. Это упрощает весь процесс и снимает специальные требования по электробеэопасности. Существенным признаком, отличающим заявленное изобретение от прототипа, является различие в характере развертки, оно отличает заявленный способ и устройство как от прототипа, так и от всех рассмотренных аналогов, в которых движение в одном из направлений осуществляется за счет перемещения носителя. Заявленное решение предусматривает развертку как по строкам, так и в поперечном направлении за счет перемещения записывающего узла, ибо только наличие обоих указанных движений позволяет обеспечить реализацию заявленного способа и создание соответствующего устройства. Недостатком прототипа устройства можно считать его стационарность и связанный с ней ограниченный размер изображения, применение определенных типов носителей и сложность.

Цель изобретения вЂ” расширение технологических возможностей применения струйного пульверизационного метода нанесения цветообразующих красочных компонент на поверхность, создание способа и устройства воспроизведения изображений без применения составов, содержащих драгоценные металлы, сложных систем обработки информации и специальных носителей иэображения, обеспечение возможности изготовления изображений, в том числе, больших размеров, на разнообразных плоских поверхностях.

Эта цель достигается при использовании предложенного способа изготовления копии изображения на плоской поверхности и устройства для его осуществления.

Способ применим для изготовления как монохромных, так и цветных (полихромных} изображений из нескольких произвольно выбранных цветов или с использованием субстрактивного метода формирования цветных изображений из трех компонентных монохромных изображений, составленных из красочных компонент трех дополнительных цветов вЂ” желтого, голубого и пурпурного, а иногда еще одного черного или серого изображения, Основные спектральные цвета вЂ” красный, зеленый и синий, а также все оттенки образуются за счет смешения красочных компонент указанной дополнительной согласованной цветовой триады. В качестве цветообразующих компонент могут использоваться растворы красителей или жидкие краски на основе прозрачных пигментов.

Поскольку синтез всех компонентных изображений осуществляется по одним правилам, цветное изображение может быть получено последовательно за несколько раз, формируя каждый раз одно из монохромных компонентных изображений, либо одновременным нанесением всех компонент, что не изменит сути способа. Поэтому для его понимания достаточно рассмотреть процесс формирования одного компонентного иэображения, что и сделано ниже, Способ предполагает использование метода оптической проекции. Он основан на считывании оптического изображения, которое при изготовлении копии используют в качестве оригинала и фокусируют вблизи и параллельно плоской поверхности, а затем воспрои зводят при помощи струйного напыления на плоскую поверхность цветообразующих красочных компонент. Здесь использован известный метод разложения изображения в растр, состоящий из последовательности параллельных смежных строк определенной ширины. Процесс изготовления копии включает в себя два совместных и одновременно протекающчх процесса: последовательную строчную развертку считывания оптического фотоизображения, сфокусированного в плоскости, параллельной плоской поверхности и одновременную свертку (синтез) копии этого фотоизображения на поверхности. По окончании разверки всех строк кадра изображения на поверхности останется красочное изображение, состоящее из последовательности строк. При рассматривании этой последовательности с определенного расстояния она сольется в

- цельную картину, повторяющую исходное оптическое фотоизображение. С указанным расстоянием пропорционально связаны допустимые величины размывания контуров иэображения на поверхности и ширины строк. Поэтому для больших расстояний рассматривания эти величины могут быть значительными. Например, для расстояния в 100 м, они составят около 5 см. Это даст.

2004919

Е (z) = Ео е "

О=Ig

Ф где О вЂ” оптическая плотность

Фо вЂ” световой поток до проникновения в слой 40

Ф вЂ” световой поток после выхода из слоя.

55 возможность получать большие изображения с размерами до десятков метров, например, для целей рекламы. Возможно и изготовление иэображений обычного формата для рассматривания с расстояний 1 вЂ” 3 м при ширине строк 0,5-2 мм.

Рассмотрим принцип управления расходом красочной компоненты.

Уменьшение интенсивности светового потока по мере проникновения в прозрачную среду выражается экспоненциальным соотношением и называется законом Бугера.

Здесь Е вЂ” интенсивность света до проникновения его в среду; е- основание натуральных логарифмов;

z вЂ” координата; а вЂ” коэффициент поглощения

Коэффициент поглощения (а) характеризует быстроту этого процесса: на расстоянии = вЂ” интенсивность света уменьшается

=1 в е раз. Показатель степени -az в общем случае носит комплексный характер, но поскольку фотослои и красители можно считать чисто поглощающими средами, то можно записать

Е=Ео е", (2) где вЂ” толщина слоя.

По определению оптической плотности;

Но, поскольку Е = д, (3)

Ф где А вЂ” площадь участка, на который падает световой поток Ф,то

О = !9- = !Я вЂ”.

Фо !=о

Е (4)

Из формул (2) и (4) вЂ” -е w Ig вЂ” =а !.Ig е (5) !

-=о а! Ео

Е Е

D= I Кгде К=а Ig е (6)

«! 1 или О = вЂ”, где Ь = вЂ” (7)

Ь à Ige и выражение закона Бугера приобретает вид

Е - E>.10 или Е =- Ео 10 (8) 15

30 здесь Ь вЂ” толщина слоя, ослабляющего интенсивность света в 10 раз;

К вЂ” коэффициент, зависящий от свойств светопоглощающего слоя

Соотношение (6) известно под названием закона Byreðà-Бэра. Оно имеет тот смысл, что оптическая плотность светопоглощающего слоя прямо пропорциональна

elo толщине.

8 интерпретации формулы (7) оптическая плотность показывает, во сколько раэ толщина данного слоя отличается от толщины слоя, ослабляющего интенсивность света в 10 раэ.

Таким образом, определенной величине оптической плотности можно поставить в соответствие пропорциональное ей значение толщины светопоглощающего слоя. и созданная красочная картина будет идентична соответствующему оригиналу, если толщина слоя красителя в каждой точке картины в определенном масштабе будет отвечать величине оптической плотности в соответствующих точках оригинала, Величину же, пропорциональную оптической плотности участков оригинала, можно получить, например, в результате логарифмирования токового линейного аналогоаого видеосигнала, выработанного фотодатчиком в процессе считывания проекции оригинального изображения.

Действительно, логарифмируя выражение для закона Бугера (формулу (8), получим

Ig Е = Ig Ео - О. отсюда: (9)

D=Ig Eo-Ig E. (10)

В этом выражении IgEo есть величина постоянная, следовательно, ее значение можно скомпенсировать, и получить с выхода логарифмического преобразователя сигнал, пропорциональный D, Используя этот сигнал для пропорционального управления количеством наносимой на поверхность красочной компоненты, получим на этой поверхности картину распределения толщины слоя, повторяющую картину распределения оптических плотностей участков оригинального изображения. Согласно изложенному выше, такая картина будет зрительно подобна исходной. В этом и состоит суть предложенного способа, Можно обойтись и без логарифмического преобразования сигнала, введя логарифмическую зависимость в механические или электрические параметры управления расходом красочной компо10

2004919

Н=Е t, 55 ненты или иные элементы системы так, чтобы в результате получить логарифмическую зависимость оптической плотности от освещенности в точках считывания проекции оригинала. Поэтому применяемые для этой цели логарифмические преобразователи могут быть электронного, электромеханического или чисто механического типов.

Но толщины наносимых на поверхность красочных пленок будут воспроизводить оптические плотности оригинала правильно лишь в том случае, когда краситель остается на поверхности, образуя стабильную ровную пленку. В действительности, в связи с тем, что при распылении образуются капли различных размеров. оседающие на поверхность, не всегда создаются условия для стабильного пленкообразования. Чаще, особенно на участках с низкими оптическими плотностями, осевшие на поверхность капли образуют множество красочных точек различных размеров, Результирующая оптическая плотность участков будет отличаться от теоретической. Кроме того, различные поверхности могут впитывать часть осевшего красителя, уменьшая, как следствие, их оптические плотности. Определенно, имеется воздействие и других факторов, связанных с режимом распыления и со свойствами поверхности. Все это приводит к искажению тоновоспроизведения.

Поэтому для повышения точности передачи тонов изображения необходима коррекция режима нанесения красочной компоненты для совокупной компенсации действия указанных причин.

Как известно из теории фотографии, изображение с правильной передачей полутонов может быть получено только на прямолинейном участке характеристической кривой фотоматериала, Схематически такая кривая приведена на фиг.1. Эта кривая дает зависимость оптической плотности проявленных участков фотослоя от логарифма экспозиции. Для данного случая аналогичная кривая имеет вид, представленный на фиг.2. Она устанавливает линейную зависимость оптической плотности от логарифма освещенности и имеет тот же самый смысл, отображая режим работы с постоянной скоростью развертки, поскольку параметр по оси абсцисс: где Н вЂ” экспозиция

Е вЂ” освещенность

t вЂ” время экспозиции, íî t = const, и Н пропорционально Е. Для достижения правильного тоновоспроизведения необходимо откорректировать параметры режима нанесения путем внесения нелинейности в характеристику расхода красочной компоненты отлогарифма освещенности так, чтобы в результате получить линейную зависимость, представленную на фиг.2.

Что касается самого оригинального фо10 тоизображения, то оно может быть как негативным, так и позитивным. Изображение же . на поверхности, как правило, должно быть позитивным, Поскольку негативное и позитивное изображения взаимно обратны в

15 смысле количеств составляющих их веществ в одноименных участках, переход с негативного на позитивный оригинал возможно осуществить, изменив на противоположную фазу управления расходованием цветообразующей компоненты, то есть, сделать так, чтобы при использовании негативного оригинала его наиболее светлым участкам соответствовало максимальное количество наносимой компоненты, а в самых темных участках расход прекращался, а для позитивного оригинала характер нанесения компоненты был бы противоположным, Это соответствует тому. что в и роцессе негативвЂ” позитив характеристическая кривая способа, приведенная на фиг,2 и имеющая возрастающий характер, подобна характеристической кривой обычного фотоматериала (фиг,1). В процессе же позитив вЂ” позитив характеристическая кривая способа будет иметь убывающий характер и выглядеть подобно характеристической кривой обращаемого фотоматериала, то есть, с ростом освещенности оптические плотности соответствующих участков изображения на поверхности будут уменьшаться.

Принципиальным в.способе при этом остается сохранение линейного характера зависимости оптической плотности от логарифма освещенности в обоих случаях.

Способ реализуется следующим .образом. На некотором расстоянии от плоской поверхности с помошью внешнего проекционного устройства фокусируется кадр оптического фотоизображения. Между плоскостью его фокусировки и поверхностью построчно перемещается фотодатчик, обращенный в сторону проекционного устройства, и форсунка, обращенная соплом в сторону поверхности. В процессе развертки фотодатчик считывает в плоскости фокусировки картину распределения освещенностей. Выработанный фотодатчиком сигнал подвергается логарифмическому преобразованию и, далее, управляет клапаном регулировки расхода красочной компоненты, 2004919

Возможна реализация сЮсоба и без применения электронного логарифмического преобразователя с применением других параметрических преобразователей, Такой преобразователь может находиться в любом месте тракта обработки сигнала, в том числе, в начале или в конце. Например, в роли логарифмического преобразователя может выступать фотодиод в режиме холостого хода, В режиме

его выходное напряжение пропорционально логарифму освещенности его фоточувствительной площадки. С другой стороны, преобразователем может быть механическая система клапана, обладающая логарифмической зависимостью расхода красочной компоненты от заданного механического смещения регулирующего элемента.

Нанесение цветообразующей компоненты на поверхность осуществляется путем направления распь;ленной струи компоненты на поверхность. Управление расходом компоненты может осуществляться путем изменения сечения потока компоненты до распыления или после, например, путем изменения поперечного сечения струи образовавшегося аэрозоля, В процессе развертки форсунка и фотодатчик участвуют в двух совместных движениях вЂ” вдоль строки вместе с кареткой, перемещающейся равномерно и возвратнопоступательно, и в шаговом движении в перпендикулярном направлении путем смещения на ширину строки один раз за каждый рабочий цикл движения, Сама развертка может быть левой, правой или двусторонней, т.е., рабочий ход в процессе нанесения компоненты может осуществляться при движении влево, вправо или в обе стороны, Управление клапаном регулирования расхода компоненты осуществляется дозатором расхода, представляющим собой электромеханический привод совместно с клапаном регулирования расхода компоненты, Б качестве привода возможно использование любых электромеханических преобразователей перемещений, в том числе, основанных на физических эффектах, например, пьезоэлектрических, магнитострикционных, на воздействии на струю полей и т.д, Достаточно точным является электромеханический следящий привод (сервопривод) с датчиком механического перемещения в цепи главной обратной связи, В качестве такого датчика в простейшем случае может быть использован линейный или круговой потенциометр, с движка которого снимается сигнал, пропорциональный механическому отклонению, Для осуществления возможности регулирования расхода цветообразующей кра5

45 сочной компоненты в процессе сканирования, элементы привода, имеющие непосредственную механическую связь с клапанным элементом, в том числе двигатель и датчик в цепи обратной связи сервопривода, должны располагаться на сканирующей панели, на которой закреплены форсунка и фотодатчик. Другие элементы, например усилитель управления приводом, могут располагаться вдругом месте. Их связь с панелью осуществляется, например, с помощью гибкого кабеля. Существует и возможность расположения всех систем на сканирующей панели.

Относительно самого процесса логарифмирования, следует иметь в виду, что для электронного логарифмического преобразователя правильность выполнения логарифмирования "àâèñèò от правильности подачи сигнала на его вход, При работе устройства возможно возникновение Iloc o oro смещения уровня входного напряжения схемы логарифмирования. Этот сдвиг может возникнуть, например, в результате дополнительной постоянной засветки фотодатчика при считывании оптического изображения, если процесс вести в равномерно освещенном помещении или вне его, Сигнал с выхода преобразователя в этом случае будет искажен, что неизбежно скажется на воспроизведении полутонов изображения. Действительно, если при правильном задании начальных условий, на вход схемы логарифмирования поступает сигнал Ucq, то при наличии допол- . нительной засветки фотодатчика, на входе будем иметь сигнал U + U3Q, где U вЂ” сигнал считывания оптического изображения

Use вЂ” сигнал, обусловленный дополнительной засветкой и Ig (0сч + 0зс) Ig Осч, а также и не пропорционален ему, что вызо-. вет искажение результата, Поэтому важно правильное задание условий логарифмирования.

С другой стороны, возможность задания искусственного сдвига напряжения сигнала на входе схемы логарифмирования дает дополнительные удобства в обращении с устройством, Например, если за счет наличия постоянной засветки сигнал имеет смещение, то, вводя противоположное искусственное смещение, можно компенсировать эту постоянную засветку, Это обеспечит правильное тоновоспроиэведение и даст возможность, в отличие от обычного фотопроцесса, работать в равномерно освещенном помещении или днем вне помещения. Искусственным смещением уровня можно пользоваться и для создания

2004919

55 специальных изобразительных эффектов за счет искажения тоновоспроизведения. непропорционально меняя относительную контрастность участков получаемого изображения. Искусственный сдвиг входного напряжения преобразователя легко осуществить с помощью операционного усилителя в каскаде усиления видеосигнала, вырабатываемого фотодатчиком.

Величина сигнала с выхода логарифмического преобразователя должна обеспечить полный диапазон отклонений клапанного элемента, перекрывая весь полезный интервал оптических плотностей получаемого красочного изображения на поверхности. Поскольку в предложенной системе диапазон уровней сигнала выхода логарифмического преобразователя пропорционален величине интервала оптиче- ских плотностей оригинала, это приведет к соответствующему и ропорциональному изменению и толщине слоев красочной компоненты, наносимой на поверхность, а, следовательно, и контрастности изображения при копировании с оригиналов различной контрастности. Для полного использования воэможностей носителя изображения в схеме устройства предусмотрена регулировка усиления для нормирования уровня сигнала управления дозатором, Это обеспечит полное отклонение клапанного элемента и правильное тоновоспроизведение при изготовлении изображений с различных по контрастности оригиналов, выполняя тем самым функцию, аналогичную функции подбора фотобумаги при обычной фотопечати, Предложенный способ дает воэможность получения позитивной копии как из негативного, так и из позитивного оригина- 4 ла, изменив на противоположную фазу управления расходом красочной компоненты.

Для этого достаточно инвертировать видеосигнал в любой стадии его преобразования, но проще всего это сделать путем переключения полярности коммутации фотодатчика к видеоусилителю. Для этой цели устройство содержит соответствующий переключатель.

Предложенный способ позволяет получать цветные изображения, осуществив процесс нанесения нескольких изображений из нескольких цветов последовательно одно эа другим с их совмещением. С целью ускорения процесса и снижения его стоимости предложено устройство для одновременного нанесения нескольких цветоделенных компонентных красочных иэображений.

Это устройство содержит соответствующее количество цветовоспроизводящих каналов с электромеханическими приводами клапанов регулирования расхода цветообразующих красочных компонент, причем форсунки, фотодатчики и узлы приводов, имеющие механическую связь с клапанами, а также сами клапаны скомпонованы на общей сканирующей панели, которая участвует в плоскостном движении в процессе сканирования параллельно неподвижной плоской поверхности.

При изготовлении цветного изображения оптическое иэображение, подлежащее считыванию, также является цветным, а надлежащее цветоделение выполняется за счет установки цветных светофильтров перед соответствующими фотодатчиками с учетом спектральных характеристик датчиков и цветокорректировки. Очевидно, что при этом автоматически должно выполняться требование совмещения всех компонентных изображений на поверхности. Такое совмещение выполняется при соблюдении условия, когда разности одноименных координат на произвольной плоскости, параллельной плоскости перемещений сканирующей панели, точек пересечения оптической оси фотодатчика и оси факела соответствующей форсунки с этой плоскостью одинаковы для каждого цветовоспроизводя,=.го канала. Смысл этого требования заключается в том, что, когда каждый из фотодатчиков последовательно попадает в одну и ту же точку плоскости фокусировки оригинала, каждая из соответствующих форсунок распыляет компоненту над одной и той же точкой поверхности. Это и гарантирует совпадение всех компонентов изображения при всех перемещениях панели.

Однозначность расположения элементов копии иэображения по отношению к оригиналу обеспечивается их неизменным расположением в процессе изготовления и одинаковым расположением форсунок по отношению к соответствующим фотодатчикам, С этим связано и отсутствие в заявленном изобретении каких-либо систем синхронизации, характерных для рассмотренных технических решений, что существенно отличает за я влен ное изобретение. Кроме того, как заявленное устройство, так и прототип содержат записывающий узел с форсунками. Но в отличие от прототипа, где форсунки неподвижно закреплены и образуют линейку из множества сопел по ширине бумажной ленты, в заявленном устройстве (в соответствии с требованиями способа) сканирующая панель с форсунками имеет две степени свободы в плоскости своего перемещения. Для этого она имеет связь с кареткой. Имеется

2004919 также связь панели с шаговым приводом перемещения панели в перпендикулярном направлении. Такая связь отсутствует в прототипе и в известных технических решениях, реализованных в конструкциях факсимильных аппаратов и печатающих устройств (принтеров). В них.обычно используется каретка, несущая струйные головки, но перемещение каретки осуществляется в одном из направлений (вдоль строки), а развертка в перпендикулярном направлении осуществляется механизмом перемещения носителя информации (например, бумажной ленты). Указанные устройства являются, как правило, стационарными аппаратами, в которых носитель информации вводится внутрь устройства, где взаимодействует с механизмом подачи. Наличие двух степеней свободы сканирующей панели позволяет снять ограничения, присущие известным решениям в отношении как типов носителей, так и максимальных размеров изображения, и позволяет наносить изображения на разнообразные поверхности, например бумагу, металл, ткань, стекло, бетон, окрашенные, оштукатуренные поверхности, кирпичную кладку и т.д. Для обеспече. ния возможности изготовления цветного изображения заявленное устройство содержит каналы записи компонентных изображений, Это отличает его от прототипа, где предусмотрена монохромная запись.

Кроме того, как прототип, так и аналоги не содержат в своем составе оптических и электронно-оптических элементов и схем, а также логарифмических преобразователей, Из приведенного анализа следует, что по ряду признаков заявленное изобретение существенно отличается от прототипа и известных технических решений.

На фиг,1 изображена типовая характеристическая кривая фотоматериала; на фиг.2 вЂ” характеристическая кривая предложенного способа; на фиг.3 вЂ” структурная схема цветовоспроизводящего канала предложенного устройства с дозатором расхода цветообраэующей красочной компоненты; на фиг.4 вЂ” общий вид предложенного устройства; на фиг.5 вЂ” конструкция электромеханического узла дозатора с игольчатым клапаном регулирования расхода компоненты; на фиг.6 вЂ” принципиальная схема цветовоспроизводящего канала и схема управления перемещениями сканирующей панели; на фиг,7 вЂ” общий вид варианта конструкции устройства, на фиг.8вЂ” вариант конструкции электромеханического узла дозатора со шторным клапаном регулирования расхода компоненты; на

45 фиг,9 вЂ” вариант конструкции электромеханического узла доватора с механическим логарифмическим преобразователем; на фиг.10- вторая проекция узла. приведенного на фиг,9

На фиг.3 приведена структурная схема цветовоспроизводящего канала с дозатором расхода цветообразующей красочной компоненты.

Канал содержит светофильтр 1, фотодатчик 2, видеоусилитель 3, логарифмический преобразователь сигнала 4 и схему коррекции тоновоспроизведения 5. Выход схемы коррекции 5 соединен с входом дозатора 6, Общий вид устройства приведен на фиг.4 и фиг.5. Оно содержит каретку 7, которая может перемещаться по направляющим

8 между ограничительными упорами 9. Концевые выключатели 10 и 11 могут находиться как на упорах, так и на каретке. Каретка имеет привод с реверсивным электродвигателем 12, С кареткой связаны перпендикулярные ей стойки 13, между которыми могут перемещаться сканирующая панель 14, связанная с шаговым приводом, включающим трос 15. намотанный на барабан с храповым колесом 16, фиксатор 17 и электромагнит 18.

На сканирующей панели расположены форсунки и фотодатчики всех каналов с установленными перед ними светофильтрами, а также электромеханические узлы дозаторов расхода компонент. Остальные элементы могут располагаться как на сканирующей панели, так и вне ее. Далее перечислены элементы одного канала с соответствующим дозато ром.

Эжекторная форсунка 19 (фиг.5) обращена соплом в сторону плоской поверхности, а фотоприемная площадка фотодатчика

2 вЂ” в противоположную сторону, Клапанный узел дозатора включает, иглу 23 и связанные с ней механические элементы: винтовую пару, состоящую из винта 24 и реэьбовой втулки 25, реверсивный двигатель постоянного тока 26 и потенциометрический датчик Iloворота вала 27. Электронные и преобразовательные схемы цветовоспроизводящего канала и дозатора показаны на фиг,5 в виде блока 28, Эти схемы могут быть частично или полностью расположены на сканирующей панели или вне ее, В этом случае связь блока 28 с панелью осуществляется гибким кабелем. Принципиальная схема этого блока представлена на фиг,6. Здесь же приведена принципиальная схема узла, обслуживающего все перемещения сканирующей панели, Назначение элементов и связи между ними показаны чиже при описании работы устройстве, 2004919 зом.

Устройство работает следующим обраВ исходный момент реле 30 (фиг.6) обесточено, и двигатель привода каретки 12 перемещает каретку в одном направлении (например, вправо). Достигнув правого упора 9, каретка давит на концевой выключатель 11. Последний срабатывает, и через его замкнувшиеся контакты, нормально замкнутые контакты второго концевого выключателя 10 и обмотку реле 30 протекает ток, Реле срабатывает, и его контактная группа

31 ставит его в режим самоблокировки, удерживая во включенном состоянии (фиг.б). После переключения контактных групп 32 и 33 реле 30 через электродвигатель 12 протекает ток противоположного направления, в результате чего каретка 7 меняет направление своего перемещения.

Контактная группа 34 шунтирует цепь включения тиристора 35. Это шунтирование снимается на короткий момент перехода подвижного контакта данной группы с одного неподвижного контакта на другой в процессе переключения реле 30, В результате тиристор включается, подавая ток в катушку электромагнита 18, который притягивает язычок фиксатора 17, освобождая храповое колесо 16. Поднявшись, фиксатор 17 нажимает концевой выключатель 36, прекращая ток в цепи электромагнита, что приводит и к выключению тиристора 35. Фиксатор 17 возвращется в исходное положение, зацепляясь за следующий зуб храпового колеса

16 при повороте его на одну позицию, в результате сканирующая панель 14 (фиг.4) перемещается вниз на ширину одной строки, Тем временем, каретка перемещается влево, и по достижении левого упора срабатывает выключатель 10, обесточивающий реле. Вновь происходит переключение контактных групп 32 и 33 реверса двигателя, включение тиристора и отработка следующего шага перемещения сканирующей панели на одну строку вниз. В процессе всех движений фотодатчик 2 считывает в плоскости фокусировки 37 оптического изображения картину яркостей соответствующей цветоделенной составляющей, выделенной с использованием светофильтра 1. Считанный фотодатчиком яркостный сигнал поступает на вход видеоусилителя на операционном усилителе 38. Переключатель 39 служит для установки режима работы с использованием негативного или позитивного оригинала. Он позволяет изменить полярность подключения фотодатчика, инвертируя тем самым видеосигнал и, соответственно, фазу управления клапаном рас5

35 хода красочной компоненты. Потенциометр

40 позволяет создавать необходимый сдвиг напряжения выходного сигнала для компенсации исходного смещения, могущего возникнуть, например, от внешней засветки фотодатчика. С выхода видеоусилителя сигнал поступает на логарифмирующий усилитель на операционном усилителе 41 с диодами 42 и 43 в цепи обратной связи.

Схема логарифмирующего усилителя для положительных входных сигналов включает диод 42, а для отрицательных вЂ” диод 43, Поскольку диоды имеют одностороннюю проводимость, в операции логарифмирования каждый раз участвует только один из них, а второй не оказывает влияния на роботу схемы. С выхода преобразовател,-, через резистор 45 сигнал поступает на предварительный усилитель дозатора на операционном усилителе 44, формирующий входной сигнал усилителя мощности дозатора. На входе предварительного усилителя включена схема коррекции тоновоспроизведения.

Эта цепь включает резисторы 45 и 46, потенциометры 47, 48 и 49, а также диоды 50, 51, 52 и 53. Принцип коррекции заключается в использовании нелинейности характеристик диодов. Регулировкой потенциометров

47, 48 и 49 формируется передаточная характеристика схемы от линейной до близкой к экспоненциальнай или логарифмической, Характеристики диодов 50 и 52 используются при положительной полярности сигнала, а диодов 51 и 53 вЂ” при отрицательной.

Потенциометр 54 регулирует коэффициент усиления каскада на операционном усилителе 44. изменяя диапазон входных напряжений усилителя мощности дозатора на транзисторах 55-58, т.е„ диапазон перемещений клапанного элемента и. соответственно, диапазон оптических плотностей изображения на поверхности. Потенциометр

59 служит для сдвига выходного напряжения операционного усилителя 44 для преобразования униполярного выходного сигнала предварительного усилителя дозатора в биполярный, согласованный с входной характеристикой усилителя на транзисторах

55-58. Сигнал с выхода операционного усилителя 44 поступает на базы транзисторов 56 и 58 усилителя мощности дозатора.

В результате двигатель 26 включается и начинает разворачивать ось движка потенциометра 27 в направлении компенсации этого сигнала, Через посредство винтовой пары

24 и 25, связанная с валом двигателя игла регулятора расхода цветообразующей красочной компоненты перемещается, изменяя проходное сечение клапана.

2004919

20 перетекает в трубку 71, и далее, увлекаемый pp = d Ep, р - d Е, Р, По достижении компенсации, сигнал на базах транзисторов 56 и 58 становится нулевым, и двигатель 26 останавливается, При этом игла 23 клапана находится в положении, когда расход компоненты соответствует действующему на входе фотодатчика логарифму уровня освещенности, воспроизводя требуемую оптическую плотность участка изображения, находящегося против сопла форсунки 19. Четырехгранная игла 23 имеет на конце косо срезанную площадку, что обеспечивает линейную зависимость изменения площади сечения клапана от перемещения иглы, следовательно, и линейную зависимость расхода цветообразующей красочной компоненты.

Другой вариант предложенного устройства (фиг,7) отличается от предыдущего конструктивным исполнением, Он содержит стойки 13, в пазах которых перемещается рамка с направляющими 8, подвешенная на двух тросах 15, намотанных на барабан с храповым колесом 16, Сканирующая панель

14 закреплена на каретке 7, способной перемещаться на роликах по направляющим

8. Для перемещения каретки служит привод с двигателем 12. Работа этого устройства не . отличается от работы устройства, описанного выше. Данный вариант в отличие от предыдущего может быть применен в случаях, когда нет возможности установить направляющие. по которым движется каретка устройства описанного выше варианта. Это устройство можно применить и для нанесения изображения на поверхность с отрицательным наклоном, а также и на потолках помещений при использовании клапанного узла, изображенного на фиг;5, На фиг.8 изображен вариант электромеханического узла клапана регулировки расхода цветообразующей компоненты, Этот вариант отличается тем, что клапанный элемент выполнен в виде шторки 63, перекрывающей проходное сечение масочного окна

64 в стенке контейнера 65. Шторка прикреплена к толкателю 66, поджатому пружиной

69 и упирающемуся в боковую поверхность эксцент ричного профилированного кулачка

67 на валу двигателя сервопривода 26, С валом двигателя связан и потенциометр 27, являющийся датчиком обратной связи сервопривода, В зависимости от приложенногр к дозатору напряжения шторка 63 перекрывает часть сечения окна 64, через которое проходит поток распыленной форсункой 19 цветообразующей компоненты, воспроизводя на поверхности заданную оптическую плотность, Избыток красочной компоненты стекает в контейнер 65, откуда по трубке 70

55 поднимающимися пузырьками воздуха, попадает в резервуар 72, а оттуда вновь подается к форсунке 19. Ожидается. что данный вариант может иметь большую надежность, чем вариант с игольчатым клапаном, поскольку он не связан с отработкой малых контактных зазоров проходного сечения игольчатого клапана, что снижает воэможность засорения. С другой стороны, этот клапанный узел, во избежание выливания красочной компоненты из контейнера, может использоваться только в изображенном на фиг,8 вертикальном. расположении, что, в определенной мере, является его недостатком.

На фиг. 9 и 10 представлен пример другого варианта конструкции электромеханического клапанного узла. Принципиальная схема такого устройства аналогична основной схеме фиг,6 за исключением того. что она не содержит логарифмического преобразователя на операционном усилителе 41 и элементов 42, 43, 62 и 45-53. В этой схеме сигнал с выхода видеоусилителя 38 через резистор 61 поступает на вход предусилителя дозатора 44. В данном варианте логарифмическая зависимость перемещения клапан ного элемента от уровня сигнала введена в механические параметры узла связи с датчиком обратной связи сервопривода. Расход распыленной компоненты регулируется посредством изменения проходного сечения перекрываемого краем соединенного с валом двигателя 25 диска 73 в форме спирали Архимеда масочного окна

64 в стенке контейнера 65. На другом конце вала двигателя насажен диск 74 с канавкой в форме логарифмической спирали, связанный посредством ползуна 66 и штифта 75 с потенциометром 69 датчика обратной связи сервопривода. Исходное положение канавки диска.74 изображено пунктиром, Покажем возможность реализации такого преобразователя. Здесь необходимо добиться линейной зависимости угла поворота вала двигателя от логарифма освещенности приемного окна фотодатчика. Последующее преобразование угла поворота вала в величину зазора проходного сечения окна 64 осуществляется эа счет диска 73, профилированного в форме Архимедовой спирали, обладающей линейной зависимостью изменения длины радиуса-вектора от угла ее поворота.

Сервопривод обеспечивает линейную связь перемещения полэуна 66 с уровнем освещенности фотодатчика (или, что то я<е самое, с уровнем видеосигнала), т,е., 2004919

Полученное уравнение является уравнением логарифмической спирали, которому должен удовлетворять профиль средней линии спиральной канавки диска 74.

5 В приведенных формулах: . р, p, g) вЂ” полярные координаты, ро вЂ” начальный радиус-вектор, Ео, Е вЂ” максимальная и текущая освещенность фотодатчика, 10 d, m, n, К коэффициенты пропорцио нальности, Ооо вЂ” оптическая плотность оригинала, О вЂ” оптическая плотность изображения на поверхности, 15 Л г вЂ” зазор между краем масочного окна и краем диска, го, r- радиусы-векторы точек Ар;,имедовой спирали.

Использование заявленного иаобрете20 ния даст возможность легко и быстро изготавливать иэображения средних и больших или очень больших форматов при низкой стоимости и беэ применения серебросодержащих фотоматериалов. Оно может

25 быть применено для оперативного изготовления рекламной продукции, в декоративном и оформительском деле, для оформления интерьеров помещений, изготовления театральных декораций и матери30 алов агитационно-политического характера, оформления массовых мероприятий. Возможно его использовать и в изобразительной фотографии, Изобретение дает возможность изготовления больших иэо35 бражений сразу на месте их расположения, минуя все промежуточные стадии. Оно дает возможность оперативно наносить большие изображения в самых разнообразных местах без предварительной подготовки произ40 водства и при использовании легкого переносного оборудования на самых разнообразных поверхностях, в большинстве случаев предъявляя минимальные требования к качеству поверхностей или их обработке, 45 или вообще не предъявляя их, D-m Dop- m Igâ€”

Ео

Е (13) тогда 0 и К р.

Формула изобретения

1. Способ изготовления копии изображения на плоской поверхности, включающий задание градаций оптической плотности оригинала иэображения и нанесение форсунками струйного распыления на поверхность цветообраэующих красочных компонент, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, в качестве оригинала изобратогда = вЂ”. ъ. (р Е (11)

Так как задача состоит атом,,чтобы добиться пропорциональной передачи оптических плотностей оригинала, то можно записать и с учетом формулы (11)

0- m !д .

P (12)

Поскальку площадь и роходного сечения окна 64, а следовательно, и оптическая плотность иэображения на плоской поверхности пропорциональна зазору между краем окна

64 и краем диска 73, Ь г, то

D- n h,r.

Для Архимедовой спирали диска 73

br-К р, В результате, из уравнений (12) и (13) мы получим

m ig+-n К р р и 19 - P p, где P = и К

P m

PP -Pp или с вЂ” 10,p-ðü 10 .(14) р

Полученное уравнение справедливо в системе полярных координат, р; Р, где отсчет угла ведется от оси ОХ (фиг.9).

Чтобы получить уравнение спиральной канавки относительно оси ОХ, связанной с диском 74. необходимо выполнить преобразование координат. Тогда новые координаты будут

Ф= и уравнение (14) запишется как гф р-р. 10 (15) (56) Патент США hL 2577899. кл. 346-75, 1951.

50 жения применяют оптическое фотоизображение и фокусируют его вблизи и параллельно плоской поверхности, после чего построчно сканируют оригинал, 55 при этом считывают его в плоскости фокусировки, выполняют его цветоделение и наносят компоненты на поверхность, а при нанесении задают расход компоненты по закону линейной функции логарифма значений соответствующей цветоделенной со24

2004919

ЛОГАРИФМ ЭКСПОЗИЦИИ

ФИГ. I

ФИГ.2 ставляющей освещенности оригинала, причем при изготовлении позитивной копии из негативного оригинала реализуют возрастающую, а иэ позитивного оригинала - убывающую функцию расхода компоненты.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, . что, с целью повышения точности передачи тонов изображения, в функциональную связь между расходом цветообразующей компоненты и логарифмом значений освещенности вводят нелинейность и корректируют расход компоненты по критерию достижения линейной функциональной связи между величинами оптической плотности в точках копии на плоской поверхности и логарифмом значений освещенности в точках плоскости фокусировки оригинала.

3. Устройство для изготовления копии изображения на плоской поверхности, содержащее форсунки струйного распыления цветообразующих красочных компонент, связанные с дозаторами расхода компонент с сигнальными входами, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, оно снабжено кареткой с реверсивным приводом возвратно-поступательного перемещения, сканирующей панелью, шаговым приводом перемещения панели и цветовоспроиэводящими каналами, каждый иэ которых со- держит последовательно соединенные фотодатчик, видеоусилитель, логарифмический преобразователь, схему коррекции тоновоспроизведения, а также светофильтр, причем выходы схем коррекции соединены с сигнальными входами соответствующих дозаторов, сканирующая панель механически связана с кареткой и кинематически в направлении, перпендикулярном к направлению перемещения каретки, соединена с шаговым приводом перемещения панели, фотодатчик с установленным перед ним светофильтром и соответствующая форсунка расположены на сканирующей панели и обращены в противоположные стороны, а разности одноименных координат на произвольной плоскости, параллельйой плоскости пере15 мещений сканирующей панели, точек пересечения оптической оси фотодатчика и оси факела соответствующей форсунки с этой плоскостью одинаковы для каждого цветовоспроизводящего канала.

20 4. Устройство по п.З, отличающееся тем, что дозатор расхода компоненты име- ет клапан регулирования расхода компоненты и управляемый привод, механически связанный с клапаном, а клапан сопряжен

25 с форсункой, причем клапан и механически связанные с ним элементы привода расположены на сканирующей панели.

5, Устройство по п.3, отличающееся тем, что схема коррекции тоновоспроизведения имеет передаточную характеристику с регулируемой нелинейностью.

6. Устройство по п,З, отличающееся тем, что цветовоспроизводящий канал

З5 имеет схему инвертирования сигнала.

7. Устройство по п.З, отличающееся тем, что видеоусилитель выполнен по схеме усилителя с регулируемым смещением уровня выходного сигнала.

ЛОГАРИФМ OCMIEKOCTH

2004919

ФИГ. 4

2004919

20)4919

ФИГ.7

2004919