LED-Based Light Scattering Measurements of Papers for Printing Applications

Für die Druckproduktion ist eine Steuerung und daher eine akkurate Vorhersage des Reflexionsspektrums des Druckprodukts erforderlich, insbesondere, wenn hohe Anforderungen an die Qualität gestellt werden. Dieses Reflexionsspektrum hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter auch die Lichtstreueigenschaft des Bedruckstoffs, in den meisten Fällen Papier.

Der Aufwand, ein typisches Druckermodell anzupassen, ist erheblich, denn Testfelder müssen gedruckt und gemessen werden. Mit einer steigenden Zahl von Druckfarben wird dies umso entscheidender, da die Anzahl der möglichen Kombinationen von übereinander gedruckten Farben exponentiell zunimmt. Sogenannte ”First Principle Models” reduzieren den Aufwand, indem die verschiedenen physikalischen Effekte separat modelliert werden. Ein typischer Ansatz ist hierbei die Trennung von optischer und mechanischer Tonwertzunahme.

Für die Modellierung der optischen Tonwertzunahme ist die Messung der Lichtstreuung im Bedruckstoff eines der zentralen Elemente.

Diese Arbeit stellt die nötigen Mittel bereit, um einen Messaufbau zu entwerfen, mit dem diese Lichtstreuung in Papier oder in anderen Bedruckstoffen erfasst werden kann. Ein solcher Messaufbau wurde realisiert und analysiert. Des Weiteren werden repräsentative Messergebnisse vorgestellt.

Die wichtigsten Vorteile des ermittelten Messaufbaus sind die verbesserten Fokus-Werkzeuge, die Untersuchung über mögliche Ursachen von Messfehlern, und die winkelaufgelöste Messung um Anisotropie der Lichtstreuung feststellen zu können.

In einer theoretischen Studie auf Basis von amplitudenmodulierten Druckrastern wird gezeigt, dass die optische Tonwertzunahme vorhergesagt werden kann, ohne dass Testfelder gedruckt werden müssen. Wenn die Lichtstreuung durch eine Punktstreufunktion beschrieben wird, ist dafür lediglich die Messung eines einzelnen Parameters nötig, wenn Transmission der Farbe und Rasterfrequenz bekannt sind.

Eine Voraussetzung für diese Vorhersage der optischen Tonwertzunahme ist die akkurate und verlässliche Messung dieses Parameters. Der Messaufbau dieser Arbeit bietet die Möglichkeit hierzu.

Daher ist diese Arbeit ein Beitrag für die Verbesserung von ”First Principle Models” durch die Entkopplung von optischer und mechanischer Tonwertzunahme.

High-quality printing requires the control and therefore an accurate prediction of the reflectance spectrum of the printed product. This reflectance is a result of various factors, one of them is the light scattering property of the substrate, which is paper in most cases.

Fitting a typical printer model is cost-intensive since it requires to print and measure test patches. This gets even more important for an increasing number of inks because the possible combinations of overprints rise exponentially. So-called first principle models reduce these costs by modeling different effects separately. A typical approach is decoupling optical and physical dot gain.

A key element of modeling optical dot gain is the measurement of sub-surface light scattering in the substrate.

This work presents the necessary means to design a setup for the measurement of light scattering in paper or other substrates. One measurement setup is introduced and analyzed, and representative results are shown.

The main enhancements of the derived measurement setup are the advanced focusing tools, the investigation of the sources of possible measurement errors, and the angular resolved measurement for detecting anisotropy in light scattering.

A theoretical study on conventional screens showed that optical dot gain can be predicted without printing any patches. Describing light scattering using a point spread function, only the measurement of one parameter is necessary, if ink transmittance and screen frequency are known. A prerequisite for this optical dot gain prediction is an accurate and reliable measurement of that parameter. The measurement setup presented in this work offers the possibility of such a measurement.

Thus, this work is a contribution to improve first principle printer models by decoupling optical dot gain and other physical dot gain sources like ink spread.