Автор: Владимир
Категория: Теория фотографии, Отчёты с фотовстреч
Химия и физика
Объектив фотоаппарата формирует изображение. Это изображение необходимо как-то запомнить и сохранить. Сделать это можно в случае, если за объективом фотоаппарата будет находиться нечто, реагирующее на свет.
Изменение свойств вещества/материала/объекта под действием света называется светочувствительностью.
Светочувствительность классических чёрно-белых фотоплёнок и фотобумаг основана на способности галогенида серебра изменяться под действием света.
Галогениды1 — это обобщённое название веществ: AgI, AgBr, AgCl. Фотоэмульсия — это распределённые в слое желатины микрокристаллы этих веществ. Поведение всех галогенидов сходно, поэтому мы вправе заменить наименование конкретных веществ обобщённой формулой: AgHal.
В твёрдой фазе все галогениды образуют кристаллы, кристаллическая решётка — кубическая2. Всюду на рисунках ниже кристаллическая решётка изображается упрощенно, в виде продольного среза, параллельного одной из граней куба.
Рис. 1. Кристаллическая решётка галогенида серебра
Микрокристаллы галогенида серебра хаотически распределённые в высохшей желатине эмульсионного слоя и образуют светочувствительный слой. От размера, формы, плотности и характера расположения микрокристаллов галогенида зависят основные характеристики фотослоя.
В результате светового облучения в микрокристаллах AgHal образуются элементарные атомы металлического серебра, такие кристаллы называются заражёнными; чем больше света получил кристалл, тем большее количество атомарного серебра в нём образуется. Этот процесс называется фотолизом.
Интересно, что атомы серебра образуются не там куда попал фотон света, а в областях дефектов кристаллической решётки3.
Рис. 2. Участок кристаллической решётки «заражённого» микрокристалла. Ag — выделившееся металлическое серебро.
К сожалению, доля атомарного серебра после экспонирования настолько мала, что не существует способа практически его использовать. Более того, не существует методов неразрушающего анализа определить было ли экспонирование вообще. Поэтому принято считать, что после экспонирования в фотоэмульсии образуется так называемое скрытое изображение.
Однако, существуют химические вещества избирательно реагирующие с эмульсией, хранящей скрытое изображение. Эти вещества называются проявляющими. В процессе проявления происходит лавинообразное восстановление ионов серебра в кристаллической решётке галогенида, причём центрами проявления становятся те атомы металлического серебра, которые образовали скрытое изображение. Незаражённые кристаллы в процессе проявления не изменяются4.
Рис. 3. Проявление превращает окружающие центр заражения ионы серебра в серебро металлическое.
После проявления изображение всё же использовать нельзя — оставшиеся в эмульсии непрореагировавшие галогениды испортят изображение5. Поэтому после проявления фотоэмульсия подвергается операции фиксирования. В фиксирующем растворе незатронутые проявлением галогениды переходят в водорастворимую форму и вымываются из эмульсии. После окончательной промывки в фотоэмульсии остаётся лишь проявленное металлическое серебро.
Серебро задерживает проходящий свет, поэтому, чем большей засветке подвергся участок эмульсии при экспонировании, тем темнее выглядит он на просвет. Полученное изображение называется негативным. После окончательной промывки и сушки негатив готов к дальнейшему использованию.
Рис. 4. Фиксирование разрушает непрореагировавшие ионы серебра. Выделены центры скрытого изображения.
Резюме
Известно, что химическое вещество начинает обладать своими физическими характеристиками только тогда, если объём этого вещества превышает некую нижнюю границу.
Так, например, большинство металлов электропроводны, но это отнюдь не означает что мы можем говорить об электропроводности одного атома, десятка или даже тысячи атомов металла. Физические свойства начинают проявляться в кластерах (сгустках) вещества количеством от 108..1010 структурных единиц.
Можно утверждать, что технология светочувствительных эмульсий на основе галогенидов серебра — это первая из успешно реализованных и массовых нанотехнологий. Ибо процессы, определяющие образование скрытого изображения, оперируют «дофизическими» объёмами веществ, а их поведение весьма и весьма отличается от привычного нам поведения объектов макромира.
Примечания
1 Иногда употребляется термин «галоиды» (↑)
2 Правильнее: «гранецентрированная кубическая» (↑)
3 На самом деле центрами скрытого изображения единичные выделившиеся атомы быть не могут, необходима группа из как минимум четырёх атомов (↑)
4 На самом деле, увы, меняются, образуя вуаль (↑)
5 На свету эмульсия постепенно потемнеет в следствие фотолиза оставшихся галогенидов (↑)
Характеристическая кривая
Рассмотрим систему координат, ось абсцисс которой определяет количество света полученное светочувствительным слоем, а ось ординат соответствует оптической плотности светочувствительного слоя.
Оптическая плотность1 прозрачного материала — это десятичный логарифм отношения мощностей входящего и выходящего (через этот материал) светового потока.
D = log (Fin / Fout)
Т.е. прозрачный материал, пропускающий 10% входящего света имеет оптическую плотность D=1; пропускающий только 1% входящего света имеет оптическую плотность D=2.
Если сложить последовательно чуть сдвинув несколько полупрозрачных пластинок мы получим оптический клин. Посмотрев через него на источник света мы увидим ступенчатый градиент между самым ярким полем и самым тёмным. Сфотографируем оптический клин на просвет, так чтобы светлое поле было справа и понаблюдаем как будет вести себя светочувствительная эмульсия при проявлении.
Рис. 5. Исходная система координат.
Мы уже знаем, что в процессе проявления происходит восстановление ионов серебра Ag+ до атомарного серебра Ag0. Количество галогенида серебра в эмульсии определяется технологией её изготовления и ясно, что максимальная оптическая плотность ограничена некоторой величиной Dmax, плотнее которой негатив быть просто не может.
С другой стороны, минимальная плотность также ограничена величиной непрозрачности подложки (т.к. фотоэмульсия нанесена на полимерную подложку, а подложка задерживает определённую часть проходящего света).
Таким образом, можно утверждать, что существует непрерывная функция: потемнение (оптическая плотность) участка негатива зависит от полученной этим участком экспозиции.
D = D(E)
Эта функция называется характеристической кривой.
Рис. 6. Область значений функции D=D(E) ограничена двумя асимптотами Dmin и Dmax.
Итак, сфотографируем оптический клин, проявим плёнку в течение 1 минуты, отфиксируем, промоем и проанализируем негатив.
Рис. 7. Характеристическая кривая при времени проявления 1 мин.
Attach:dh5.gif Δ|Рис. 8. Характеристическая кривая при времени проявления 5 мин.
Attach:dh10.gif Δ|Рис. 9. Характеристическая кривая при времени проявления 10 мин.
вуаль
работа проявителей
понятие контраста
понятие светочувствительности
стандартная обработка
Резюме
Примечания
1 Т.е., другими словами — непрозрачность (↑)
Передача тонов при печати на ч/б бумагу
характеристическая кривая бумаги
Современные эмульсии
дельта и ти-грэйн
ориентация микрокристаллов
преимущества и недостатки
Цветные (и монохромные) плёнки
проблема серебра
адсорбция пигментов поверхностью микрокристаллов как катализатор
разноцветные пигменты и многослойные плёнки
маска
монохромные плёнки
характеристическая кривая (семейство)
широкие возможности плёнки, погубившие её
Практика
хранение
как сканировать (света убитые шумом)
как печатать
резкостные проявители
переэкспонирование, блики