4.3 Фотографическое действие оптического излучения

Фотографирование – преобразование оптических сигналов с регистрацией изображения при помощи оптического устройства на светочувствительные материалы, которые обеспечивают его стойкое хранение и эксплуатационные свойства, необходимые для их технологического применения.

Характер фотопревращений при оптической записи изображения зависит от природы светочувствительного материала. Однако существуют закономерности фотографического действия излучений, общие для всех светочувствительных материалов.

• Прежде всего, у всех светочувствительных материалов полезная реакция, например оптическая плотность изображения, зависит от количества энергии излучения W, упавшего на экспонируемый участок материала площадью Q. Удобнее вместо W и Q использовать поверхностную плотность энергии, называемую экспозицией Η – W/Q. По аналогии с энергетическими и световыми величинами различают энергетическую экспозицию Н_з, выражаемую в Дж/м², и световую экспозицию Н, называемую просто «экспозицией» или «количеством освещения».

Полезная реакция, например оптическая плотность изображения, формируется, как правило, в двухступенчатом процессе «экспонирование-проявление», поэтому зависит от проявителя и условий проявления.

• Эффективность экспозиции для данного материала зависит от чувствительности S материала к излучению, называемой интегральной светочувствительностью. Она определяется для всех материалов по формуле

S = k/H_кp,

где k – коэффициент пропорциональности; Н_кр – критериальная экспозиция – экспозиция, необходимая для получения на светочувствительном материале величины полезной реакции, принятой за критерий.

Размерность светочувствительности понятна исходя из приведенной выше формулы. Если экспозиция энергетическая и выражается в Дж/м², то S выражается в м²/Дж. При работе с фотографическими материалами на основе галогенида серебра, где используются световые экспозиции, размерность светочувствительности лк^-1с^-1.

Обычно светочувствительность определяется по характеристической кривой материала.

4.3.1 Характеристические кривые светочувствительных материалов

Зависимость величины полезной реакции от экспозиции называют характеристической кривой. Следует отметить, что полезная реакция оценивается после проявления и что при построении характеристической кривой используют логарифмы экспозиций.

Рассмотрим примеры характеристических кривых: для материала, предназначенного для получения видимого изображения, и для копировального слоя.

Рисунок. 4.2 – Характеристические кривые фотографических материалов

Пусть светочувствительный материал предназначен для получения черно-белого изображения. Тогда полезной реакцией будет оптическая плотность участков изображения. Сообщим материалу ряд экспозиций Н, например, скопируем на него ступенчатую шкалу и измерим оптические плотности проявленного изображения D. Построим график зависимости D(lgH), который будет представлять характеристическую кривую данного фотоматериала. Типичная форма такого рода характеристических кривых показана на рис. 4.2. По этим кривым видно, что существует некоторая пороговая величина экспозиции Н_а, при превышении которой слой начинает отвечать на облучение полезными реакциями. Эти реакции (оптические плотности) будут возрастать вплоть до предельной экспозиции Н_б, когда достигается максимальная для данного материала оптическая плотность. Собственно характеристическая кривая располагается между точками а и б.

При экспозициях, меньших Н_пор, и на участках, не получивших экспозиции, проявленное изображение имеет некоторую оптическую плотность D_min. Она складывается из плотности основы и плотности вуали, появляющейся даже при проявлении материала без экспонирования.

Кривые 1 и 2 (см. рис. 4.2) различаются наклоном. При одном и том же интервале экспозиций l_Н = lgH₂ - lgH₁ на материале 1 получится более контрастное изображение, ΔD₁ > ΔD₂,

где ΔD₁ =Dmax-Dmin

Для определения светочувствительности материала задаются критерием – какой-либо оптической плотностью изображения. Как правило, критерий для каждого рода материалов нормируется или стандартизируется. Обычно это оптическая плотность, немного превышающая минимальную, например D_min + 0,2:

S = l/H_Dmin+0,2

Для негативного копировального слоя характеристическая кривая имеет несколько иной вид (рис. 4.3). В этом случае с увеличением экспозиции растет толщина сшитого и не удаленного при проявлении слоя h. Поэтому кривая строится в координатах h(lgH_э), где Н_э – энергетическая экспозиция. На неэкспонированных участках слой должен быть удален полностью до подложки. Поэтому в пороговой точке a толщина слоя равна нулю. Величина h_max соответствует исходной толщине слоя, для которого строят характеристическую кривую.

В качестве критерия светочувствительности выбирают определенную толщину слоя h_кр ,

S = 1/H_hкр

либо ее определяют для рабочей толщины слоя, используемой на практике. В последнем случае определяется рабочая светочувствительность:

S_раб = 1/H_hраб.

Наклон кривых должен быть большим, т.е. слой должен быть контрастным. В этом случае обеспечиваются более резкие края элементов изображения на копии.

Рисунок 4.3 – Характеристическая кривая негативного копировального слоя