3.2 Содержание работы

3.1.1. Получить характеристические кривые фотоматериалов с использованием сенситометра. Определить сенситометрические параметры.

3.1.2. Получить кривые кинетики проявления для заданного фотографического материала. Выбрать оптимальные условия проявления.

3.2 Теоретическое обоснование

Общие сведения о характеристической кривой. Метод определения фотографических характеристик светочувствительных материалов называется сенситометрией. В основе сенситометрии лежит понятие о характеристической кривой — графике зависимости оптической плотности (D) фотографического материала от логарифмов экспозиции (lg H), полученных этим фотоматериалом.

В общем случае для построения характеристической кривой необходимо получить сенситограмму. Сенситограмма представляет собой совокупность почернений на фотоматериале, полученных в результате действия на него определенного ряда экспозиций и последующей химико-фотографической обработки [4].

На оптическую плотность влияют условия экспонирования, спектральный состав излучения, соотношения величин освещенности (Е) и выдержки (t) и условия проявления фотоматериала (время проявления, состав проявителя, условия перемешивания раствора), поэтому полученной кривой можно пользоваться для практических расчетов только в тех случаях, когда съемка и химико-фотографическая обработка фотоматериала проводятся в тех же режимах, что и при получении характеристической кривой.

Сенситометрическое экспонирование. Принципиальная схема сенситометра

При проведении стандартных испытаний фотографических материалов пользуются специальным прибором — сенситометром.

Сенситометр — прибор, позволяющий сообщать фотоматериалу ряд нормированных и закономерно изменяющихся экспозиций. Экспонированный в сенситометре и проявленный образец и будет являться сенситограммой.

На рисунке 3.1 показана принципиальная схема сенситометра. Свет от точечного источника 1 с силой света I в отсутствии свето­филь­тров 3 и модулятора экспозиции (оптического клина) 4 создает на поверхности фото­материала 5, отстоящего от источника излучения на расстоянии r, освещенность Е₀ = I/r². С помощью затвора 2 обеспечивается требуемое время действия света t (время экспонирования, по-другому эту величину называют «выдержкой»).

Рисунок 3.1.Оптическая схема сенситометра: 1 – точечный источник света; 2 –автоматический затвор; 3 – светофильтры; 4 – оптический клин; 5 – фотоматериал

Оптический клин за счет изменения оптических плотностей и затвор за счет времени действия света t создают на фотоматериале закономерно изменяющийся ряд экспозиций.

Рассмотрим вкратце основные части сенситометра и требования к ним.

Источник света 1. Источником света в приборе служит лампа, имеющая малую площадь тела накала. Основным, с точки зрения сенситометрии, параметром источника света является его цветовая температура (Т_цв), характеризующая состав излучения. При калибровке источника света (лампы накаливания) устанавливают режимы питания (и напряжения), при которых устанавливается цветовая температура 2850 К [1].

Автоматический затвор 2 является одним из основных элементов сенситометра. С его по­мощью задается строго определенная продолжительность выдержки (как правило, 0,05 с).

Светофильтры 3. В комплект сенситометра входят два вида светофильтров:

а) предназначенные для изменения цветовой температуры излучения при экспонировании;

б) цветные светофильтры для испытания фотоматериалов излучением различного цвета.

Оптический клин 4. Оптическим клином называется оптическая среда, имеющая переменную, закономерно изменяющую оптическую плотность. В сенситометре оптический клин представляет собой стеклянную пластинку, имеющую поля с различной оптической плотностью D_n. Эти плотности возрастают от поля к полю и отличаются друг от друга на постоянную величину k (обычно k=0,15), называемую константой клина. Оптическая плотность любого поля (n) такого ступенчатого клина D_n определяется по формуле

D_n = D₁ + k (n-1), (3.1)

где D₁ — оптическая плотность первого поля клина.

Так как у клина D₂ – D₁ = D₃- D₂ = D_n – D_n-1 = k, то и

lgE₁ – lgE₂ = lgE₂ – lgE₃ = lgE_n-1 – lgE_n = k

Учитывая, что H=E·t и, следовательно, lgH=lgE=lgt, можно записать, что и

lgH_n-1 – lgH_n = k (3.2)

Построение характеристических кривых на стандартном сенситометрическом бланке. Сенситометрический бланк. Построение характеристических кривых при сенситометрическом испытании проводят на стандартном сенситометрическом бланке (рисунок 3.2).

Координатная сетка бланка образована вертикальными линиями — осями логарифма экспозиций. Оси снабжены шкалами. Цена самого маленького деления шкал — 0,02, более крупного — 0,1. Горизонтальные оси пересекают бланк через 0,5 ед. плотности [1].

Сверху бланк ограничивается осью экспозиций, которая совместно с осью логарифмов экспозиций образует номограмму для перехода от lgH к экспозициям H. Они нанесены над вертикальными осями, отстоящими друг от друга на 0,3 логарифмических единицы. Эти оси называют главными осями бланка. Между главными осями находятся вспомогательные. Они отстоят от главных на 0,15 логарифмической единицы. Величины соответствующих им экспозиций на бланк не нанесены. Однако их легко рассчитать по формуле.

Точка K, отсекающая на оси логарифмов экспозиций логарифмическую единицу, в сочетании с крайней правой осью плотности бланка составляет номограмму коэффициентов контрастности (рисунок 3.2). Внизу на бланке под осью lgH расположена ось светочувствительности S.

Р исунок 3.2. Сенситометрический бланк. Определение светочувствительности и коэффициента контрастности

Построение характеристической кривой на бланке. Получив сенситограмму и измерив ее плотности на денситометре, составляют таблицу 3.1

Таблица 3.1 – Сенситометрические величины

№ поля сенситограммы
Вуаль
Экспозиция, полученная полем (H)
Оптическая плотность поля (D)

Счет полей и измерение сенситограммы ведутся с того края, где находятся ее темные поля.

На бланк наносят номера полей. Для этого находят ось, соответствующую экспозиции, сообщенной материалу (в лабораторной работе это экспозиция за первым полем клина). Все последующие построения ведут путем откладывания соответствующих оптических плотностей на соседних осях lgH, отличающихся на 0,15.

Определение сенситометрических величин. Характеристическая кривая содержит полные сведения о градационных свойствах фотографического материала. Однако для большинства практических расчетов удобнее пользоваться не самой кривой, а ее параметрами — сенситометрическими величинами.

Параметр, определяющий положение кривой относительно начала координат, называется светочувствительностью S.

Коэффициент контрастности γ определяет наклон прямолинейного участка характеристической кривой к оси абсцисс.

Параметры, определяющие протяженность прямолинейного участка характеристической кривой и ее полезной части, характеризуются фотографической широтой L и полезной фотографической широтой L_пол. Эти величины дают представление о характере передачи яркостей оригинала фотографическим материалом.

Светочувствительность. Поскольку светочувствительность определяет положение кривой относительно координатных осей, то она должна давать представление о координатах какой-то точки характеристической кривой. Положение этой точки на кривой задается ее ординатой, которую называют критерием светочувствительности. Для того, чтобы число, выражающее светочувствительность, было однозначным, ее критерий стан­дартизуется. В качестве критерия светочувствительности в современных стандартах принимают оптическую плотность, превышающую минимальную плотность на опреде­ленную величину. Для разных типов материала критерий светочувствительности может быть различным. Для фототехнических пленок, испытываемых по ГОСТ 10691.6-90, критерий D_кр = D_min + 0,2.

В общем виде формула, определяющая светочувствительность галогенидосеребряных материалов выглядит следующим образом:

(3.3)

где S — светочувствительность; k — коэффициент пропорциональности (для фототехнических пленок равен 1); H_кр — критериальная экспозиция, соответствующая точке на характеристической кривой с плотностью D_кр = D_min + 0,2.

Методика определения светочувствительности: на оси оптических плотностей находят точку, выбранную в качестве критериальной

(D_кр = D_min + 0,2). Через эту точку проводят горизонтальную прямую до пересечения с характеристической кривой. Из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось светочувствительности S, расположенную под осью lgH. По шкале S и определяют значение светочувствительности.

Светочувствительность, определенная графически или расчетно, используется для расчета выдержки при съемке.

Коэффициент контрастности. Различные фотографические материалы при сообщении им одного и того же интервала экспозиций могут давать разные интервалы плотностей. Это проявляется в изменяющемся наклоне характеристических кривых к оси логарифмов экспозиций. Тангенс угла наклона прямолинейного участка характеристической кривой к оси логарифмов экспозиций называют коэффициентом контрастности материала γ. Его можно рассчитать по формуле:

γ = tgα = ∆D / ∆lgH (3.4)

Пользуясь сенситометрическим бланком, коэффициент контрастности можно определить графически. Для этого используют отрезок КЕ (см. рисунок 3.2), находящийся на оси lgH. Его длина равна единице. Конец отрезка К отмечен на бланке черточкой. Проведя из точки К прямую, параллельную прямолинейному участку характеристической кривой, до пересечения с осью γ (точка F), получают числовое значение коэффициента контрастности [4].

Минимальная оптическая широта – это оптическая плотность участков проявленного материала, не получивших экспозиции (D_min).

Фотографическая широта — проекция прямолинейного участка характеристической кривой на ось логарифмов экспозиций. Для определения фотографической широты (рисунок 3.3) из концов прямолинейного участка опускают перпендикуляр на ось lgH и по формуле L = lgH₂ – lgH₁ вычисляют фотографическую широту. По значению фотографической широты можно судить, какой интервал яркостей объекта может быть передан материалом линейно.

Рисунок 3.3. К определению фотографической широты и полезной

фотографической широты

Полезной фотографической широтой L_пол называют проекцию полезной части характеристической кривой на ось lgH : L_пол = lgH_n - lgH_m (см. рис. 8.3). Полезная часть характеристической кривой лежит между точками n и m. В этих точках градиент кривой равен 0,2. Для определения L_пол с помощью отрезка КЕ строят угол, на оси γ откладывают отрезок длиной 0,2 логарифмической единицы и конец этого отрезка соединяют с точкой К. Тангенс угла наклона гипотенузы KG равен 0,2 (см. рисунок 3.2). Параллельно гипотенузе KG проводят касательные к характеристической кривой. Точки касания n и m и являются искомыми.

Полезная фотографическая широта определяет тот максимальный интервал яркостей объекта, который может быть передан материалом без потери деталей.

Кинетика фотографического проявления. Проявление фотографического изображения происходит в течение определенного времени. Изменение оптических плотностей в процессе проявления называют кинетикой проявления.

Рассмотрим кинетику проявления участков фотографического материала, получивших равные экспозиции. Для этого проэкспонированные на сенситометре несколько раз (например, 5 раз) с одинаковой экспозицией отрезки фотопленки проявим с различным временем. По полученным данным построим характеристические кривые (рисунок 3.4), которые называются «семейством характеристических кривых».

С возрастанием времени проявления положение характеристической кривой непрерывно меняется (рисунок 3.4). При этом изменяются все параметры. Коэффициент контрастности, светочувствительность возрастают, достигают максимального значения, а затем, вследствие роста вуали, уменьшаются. Минимальная оптическая плотность растет постоянно.

Рисунок 3.4. Семейство характеристических кривых

График зависимости S, γ, D_min от времени проявления называют кривыми кинетики проявления. Эти кривые широко используются для оценки свойств фотографических материалов.

Помимо времени проявления на кривые кинетики влияют состав проявителя, а также режимы проявления — температура проявителя и условия перемешивания проявляющегося раствора.

Выбор оптимального времени проявления с помощью кривых кинетики проявления. Кривые кинетики используются также и для определения времени проявления, при котором S, γ, D_min достигают заданных значений.

Это можно сделать следующим образом. Кривые кинетики S = f(t_пр),

γ = f(t_пр) и D_min = f(t_пр) строят так, чтобы ось времени проявления (t_пр) у них была общей. Для этого используют специальный бланк. На оси абсцисс в арифметическом масштабе откладывают время проявления, а на ось ординат в логарифмическом масштабе наносят значения светочувствительности, коэффициента контрастности и минимальной оптической плотности. Построив все кривые кинетики на таком полулогарифмическом бланке (рисунок 3.5), выбирают время проявления, при котором параметры кривой будут оптимальными.

Рисунок 3.5. Кривые кинетики проявления

Для большинства фототехнических материалов самой важной характеристикой считается коэффициент контрастности. Именно с коэффициентом контрастности связан интервал плотностей негатива, а также характер проработки на нем световых и теневых деталей. Это наиболее важные свойства изображения. Поэтому степень проявленности изображения определяется значением коэффициента контрастности. Для каждого типа материала известен рекомендуемый коэффициент контрастности γ_рек или диапазон этой величины. Пользуясь кривыми кинетики на полулогарифмическом бланке (см. рисунок 3.5), легко определить, какое время проявления обеспечит получение γ_рек и какими при этом будут светочувствительность и минимальная оптическая плотность.

3.3 Методика и порядок выполнения работы

Задание 1. Сравнить характеристические кривые двух фотоматериалов.

1. Получить характеристические кривые двух неизвестных фотоматериалов, пользуясь сенситометром ЛС-1 (время экспонирования и режимы проявления задаются учебным мастером).

2. По полученным данным построить характеристические кривые.

3. Определить сенситометрические величины.

4. Провести сравнительный анализ кривых исследуемых материалов.

Задание 2. Выбрать оптимальные условия проявления.

1. Произвести экспонирование в сенситометре ЛС-1 нескольких полосок фотоматериала с постоянными экспозициями (число экспозиций указывает учебный мастер).

2. Проявить сенситограммы в течение выбранных времен проявления.

3. Построить семейство характеристических кривых.

4. По полученному семейству характеристических кривых построить кривые кинетики проявления.

5. Выбрать оптимальные условия проявления.

3.4 Оборудование и материалы

Сенситометр ЛС-1, денситометр.

Фотографическая пленка, проявляющий и фиксирующий растворы.

3.5 Содержание отчета

3.5.1 Название и цель работы.

3.5.2 Задание. Исходные данные.

3.5.3 Краткое описание сенситометра.

3.5.4 Экспериментальные данные и расчеты.

3.5.5 Анализ результатов и выводы.

3.5.6 Характеристические кривые на сенситометрическом бланке.

3.6 Вопросы для самопроверки

3.6.1. Дайте определение характеристической кривой. Назовите ее участки и особые точки.

3.6.2. Нарисуйте оптическую схему сенситометра.

3.6.3. Расскажите о строении сенситометрического бланка.

3.6.4. Определите светочувствительности, соответствующие всем делениям шкалы светочувствительности между S = 16 и S= 32 ед.

3.6.5. Напишите формулу расчета экспозиций за ступенчатым клином.

3.6.6 Что называют кривыми кинетики?

3.6.7. Как с помощью кривых кинетики определить оптимальное время проявления?

3.6.8. Какие условия процесса проявления влияют на характеристическую кривую фотографического материала и его сенситометрические величины?

Лабораторная работа № 4. Разрешающая способность фотографического материала

4.1 Цель работы – ознакомиться с методикой оценки разрешающей способности и влиянием экспозиции на передачу мелких деталей различными фотографическими материалами.