4.3.2 Фотоактиничная экспозиция

Используемые в репродукционной технике светочувствительные материалы имеют в большинстве неодинаковую спектральную чувствительность к излучениям различных длин волн (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Кривые спектральной чувствительности ортохроматической фототехнической пленки (1) и копировального слоя (2)

Поэтому на одинаковые экспозиции (энергетические или световые) материал будет отвечать различными полезными реакциями, если спектральный состав излучения будет неодинаковым. Изменение спектрального состава излучения приведет к изменению интегральной светочувствительности, потому что для получения критериальной плотности потребуется другая величина критериальной экспозиции.

Одинаковые результаты экспонирования могут быть получены лишь при одинаковых фотоактиничных экспозициях Н_A.

Для монохроматического излучения фотоактиничная экспозиция представляет собой произведение монохроматической экспозиции Н_эλ на спектральную чувствительность материала к излучению данной длины волны S_λ:

Η_Аλ=Η_эλ·S_λ

Для сложного излучения фотоактиничная экспозиция определяется выражением

Η_Α=t _λ1∫^λ2 Η_э(λ) S(λ) dλ

Так как экспозиция равна произведению освещенности Е_э на время экспонирования t, то формулу, приведенную выше, можно записать в виде

Η_Α=t _λ1∫^λ2 E_э(λ) S(λ) dλ = t A

где А – актиничность излучения; λ₁ и λ₂ — длины волн, ограничивающие спектральный диапазон используемого излучения.

Спектральная чувствительность, как и интегральная, определяется по формуле S_λ = 1 / Н_э λ_кр. Разница заключается в том, что для интегральной светочувствительности используют и энергетическую, и световую экспозицию, а для спектральной – только энергетическую.

Размерность S_λ – м²/Дж, а размерность Н_эλ – Дж/м², поэтому фотоактиничная экспозиция – величина безразмерная, а актиничность для светочувствительных материалов, равная А = H_a/t, имеет размерность с^-1.

Фотоактиничная экспозиция, требуемая для получения критериальной полезной реакции (D_кр), принимается за 1,0. Понятно, что для других оптических плотностей, не равных критериальным, она будет отличаться от 1,0.

4.4 Фотографическое воспроизведение объектов на примере галогенидосеребряных фотоматериалов

4.4.1 Галогенидосеребряные фотоматериалы как приемники оптического излучения

4.4.1.1 Строение и состав галогенидосеребряных светочувствительных материалов

Одним из наиболее широко применяемых приемников оптического излучения являются фотографические материалы на основе галогенида серебра (AgHal). В общем случае все фотоматериалы (фотопленка, фотобумага и т.д.) можно отнести к фотохимическим приемникам, у которых под действием излучения меняется структура некоторых микрокристаллов. При этом под действием поглощенного фотона микрокристалла происходит следующая реакция, лежащая в основе фотографического процесса:

AgHal + hν = Ag⁺ + Hal^-, где Hal = Cl, Br, J.

Материалом для регистрации изображения служит взвесь (суспензия) микрокристаллов галогенида серебра в коллоидном растворе связующего (обычно желатина). Это связующее является не только слоем-носителем изображения и защитным коллоидом для сохранения нужной дисперсности зерен галогенида серебра, но и влияет на эффективность всего фотографического процесса. Так, квантовый выход реакции в желатине близок к 1.

Любой фотоматериал состоит из двух основных частей: подложки, или основы, и светочувствительного эмульсионного слоя. Кроме того, он включает в себя еще вспомогательные слои.

Общая схема строения фотографического материала на основе галогенида серебра представлена на рис. 4.5. Верхний защитный слой 1, выполненный из хорошо задубленного желатина, предназначен для предохранения эмульсионного слоя 2 от механических повреждений. Защитный слой 1 желатины служит не только для защиты эмульсионного слоя 2 от механических повреждений. Методы его формирования дают возможность получать поверхности с контролируемой степенью гладкости. Слишком гладкие поверхности при контакте фотоматериалов в процессе экспонирования могут приводить к образованию воздушных пузырей между негативом и пластиной и, как следствие – интерференционных полос и колец Ньютона.

Единственным отличием матовой пленки является наличие в ее структуре дополнительного защитного слоя, содержащего матирующие частицы размером до 7 микрон. Матирующий слой имеет свойство рассеивать свет, поэтому результаты экспонирования прозрачной и матовой пленок будут немного отличаться друг от друга. Внешний вид матовой пленки во многом определяется количеством использованных матирующих добавок и размером использованных частиц.

Эмульсионный (светочувствительный) слой является важнейшей составляющей фотографического материала, так как в нем протекают все процессы, приводящие к образованию видимого изображения.

Рисунок 4.5 – Строение светочувствительного галогенидосеребряного фотографического материала

Эмульсионный слой представляет собой желатиновую пленку, в которой диспергированы малые по размерам микрокристаллы AgHal. Толщина эмульсионного слоя зависит от назначения фотоматериала. Так, для негативных пленок она равняется 15-25 мкм, для позитивных - 10-15 мкм. С целью улучшения свойств фотослоя желатина иногда частично или полностью заменяется синтетическими высокомолекулярными соединениями. Для лучшего сцепления гидрофильного эмульсионного слоя с гидрофобной подложкой-основой 4 между ними наносят подслой 3. Подслой представляет собой желатиновую пленку с включенным в нее дубителем. Основой фотографического материала чаще всего служат прозрачные полимерные пленки, стекло, бумага. Основа фотопленки 4 (подкладка для эмульсионного слоя) должна отвечать определенным техническим требованиям. Она должна быть негорючей и при надлежащей механической прочности иметь минимальную толщину, высокую эластичность, максимальную прозрачность, оптическую однородность и размерную стабильность. Допустимая деформация при обработке не должна превышать 0,025%. Пленка из нитроцеллюлозы, которая применялась раньше, обладала хорошими показателями, но имела основной недостаток – легковоспламеняемость. Продолжается выпуск пленок на триацетатной основе, деформация которых достигает 0,2-0,3%, что превышает допустимый уровень в 8-12 раз, поэтому их не желательно использовать при воспроизведении цветных изображений. Существуют пластмассы, которые имеют деформацию в границах 0,01%, это – астролон, полистирол, лавсан (полиэтилентерефталат). Лавсановые пленки имеют ряд преимуществ по сравнению с другими и на сегодня их можно считать наиболее совершенными. Цена такой пленки, однако, выше других.

Стандартная толщина основы – 0,1 мм (0,04 дюйма), но выпускается пленка на основе повышенной толщины – 0,18 мм (0,07 дюйма). В обозначении такой пленки часто присутствует цифра 7.

На прозрачную подложку фотопленки со стороны, обратной эмульсионному слою, наносят противослой, препятствующий её скручиванию. Если этот противослой окрашен соответствующими красителями, то он выполняет также функции противоореольного слоя 5, препятствующего образованию ореолов отражения. Противоореольный слой поглощает лучи от ярких деталей объекта, прошедших через фотоэмульсию. Этот слой может состоять из различных веществ и частиц металлического серебра различного цвета. Наилучший слой имеет компонент сажи, поглощающий все лучи видимого света. Слой при обработке обесцвечивается. Некоторые подложки пленок для получения противоореольных свойств окрашены в слабый цвет.

Несенсибилизированные и ортохроматические пленки имеют красный протиореольный слой, который эффективно поглощает сине-фиолетовые лучи, панхроматические пленки – темно-зеленый цвет, который поглощает все лучи, кроме зеленых, к которым пленка малочувствительна, или коричневый, который поглощает во всей области спектра.

Противоореольный слой содержит частицы размером менее 2-х микрон, которые уменьшают риск появления колец Ньютона. Толщина противоореольного слоя – около 3-х микрон;

На наружной стороне подложки может находиться антистатический слой, который устраняет накопление электростатических зарядов, засвечивающих эмульсию ветвистыми линиями и притягивающих пыль. Слой содержит электропроводные электролиты, замыкающие в себе разряды статического электричества.

Ускоренные режимы химической обработки фотоматериалов используют повышенные температуры (303 К и более) растворов. Поэтому для стойкости слоев необходимо увеличить их температуру плавления, что достигается повышением степени дубления.

В процессе переработки изобразительной информации в зависимости от способа воспроизведения используют в большей или в меньшей мере химическое или механическое ретуширование. Поэтому к отдельным эмульсиям предъявляется требование возможности устранения металлического серебра ослабителем, а к противоореольному слою – удержание нанесенных графита или краски.

Для защиты фотоматериалов от порчи и быстрого изменения сенситометрических и других характеристик необходимо придерживаться определенных требований. Например, условия хранения пленок являются такими: влажность в помещениях 50-70%, температура – 14-22ºС , отсутствие разных излучений, которые могут вредно влиять на эмульсию, на подкладку и прочие слои фотоматериала.

Фотографическая эмульсия. Параметры, определяющие ее свойства

Фотографическая эмульсия представляет собой тонкую взвесь микрокристаллов галогенида серебра в желатине. При высыхании на основе образуется эмульсионный слой, в котором равномерно распределены микрокристаллы AgHal.

По своей форме микрокристаллы очень разнообразны. Они могут иметь форму усеченных треугольников, треугольников, шестиугольников и т.д. (рис. 4.6). Как правило, микрокристаллы AgHal ориентированы в желатине параллельно плоскости основы. Их размер в поперечнике колеблется от 0,03 до 3 мкм.

Светочувствительность S микрокристаллов галогенида серебра связана с природой галогенида и степенью дисперсности AgHal.

Так, определено,что

S_AgBr > S_AgCl > S_{AgJ .}

Рисунок 4.6 – Характерные формы эмульсионных микрокристаллов

Малочувствительные эмульсии содержат, как правило, более мелкие микрокристаллы, а высокочувствительные – более крупные.

В процессе изготовления фотографической эмульсии в ее состав вводят ряд добавок для достижения определенных свойств. Так, в состав светочувствительной эмульсии вводят: антисептики – вещества, препятствующие порче эмульсии; стабилизаторы, предотвращающие ухудшение фотографических свойств материала; дубители, улучшающие физико-механические свойства эмульсионного слоя; смачиватели, улучшающие равномерность полива, красители (в некоторых эмульсиях) – для повышения разрешающей способности и снижения ореолообразования.

Очень важной добавкой в состав эмульсионного слоя являются спектральные сенсибилизаторы. Эти сложные органические вещества обеспечивают расширение спектральной чувствительности AgHal.

Спектральная сенсибилизация. Ее сущность и назначение

Применяемые в фотографии светочувствительные материалы на основе галогенидов серебра характеризуются избирательным поглощением света.

Интервал собственной светочувствительности AgHal зависит от ряда факторов и лежит в пределах от 180 нм до 550 нм y AgJ (микрокристаллы AgCl чувствительны к излучениям до 410 нм, a AgBr – до 460 нм). Таким образом, фотослои, содержащие лишь галогенид серебра, чувствительны к сине-фиолетовой части спектра. Поэтому такие фотографические материалы можно использовать лишь для съемки черно-белых объектов. Для расширения зоны спектральной чувствительности фотоматериала в состав светочувствительной эмульсии вводят органические красители. Эти вещества, адсорбируясь на поверхности микрокристаллов AgHal, очувствляют их к области спектра, соответствующей поглощению красителя.

Красители, очувствляющие галогениды серебра к длинноволновой области спектра, получили название спектральных (или оптических) сенсибилизаторов, а сам процесс очувствления эмульсии такими красителями – спектральной (оптической) сенсибилизации.

В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют органические соединения класса цианиновых красителей. Для них характерно наличие в молекулах двух гетероциклических радикалов, соединенных цепью из нечетного числа углеродных атомов с сопряженными двойными связями (полиметиновая цепь)

(...-СН = СН-СН = СН-СН-...).

Удлинение полиметиновой цепи ведет к сдвигу чувствительности в длинноволновую область.

Что касается механизма передачи энергии возбуждения от сенсибилизатора галогениду серебра, то существуют два основных объяснения этого процесса:

1. передача красителем энергии возбуждения, полученной им при поглощении кванта света, микрокристаллу AgHal, в котором в результате этого взаимодействия высвобождается электрон;

2. непосредственная передача электрона из красителя в микрокристалл.

В зависимости от строения красителя и его физико-химических свойств он может сенсибилизировать светочувствительный слой к различным участкам спектра, от зеленого до инфракрасного.

Ортохроматическая эмульсия очувствлена к лучам до 590 нм.Относительно несенсибилизированной эмульсии ее общая светочувствительность повышена на 100 % для света ламп накаливания. Эмульсионный слой отличается розовым оттенком. Имеет относительно пониженную чувствительность к зеленым лучам. Обработка ведется при красном свете.

Изоортохроматическая эмульсия (изоорто – равный, правильный цвет).Отличается от ортохрома повышенной чувствительностью к зеленым лучам в два раза. Предел сенсибилизации до 590 нм с относительно равномерной чувствительностью в пределах 400-590 нм.

Изохроматическая эмульсия (изохром – равный цвет).Предел сенсибилизации 650 нм с неравномерностью в пределах 400-650 нм. Чувствительна к светло-красным лучам. Общая светочувствительность, относительно естественной, повышена: для дневного света на 25 %, для света ламп накаливания – на 65 %.

Панхроматическая эмульсия (панхром–весь цвет) сенсибилизирована до 680 нм.Имеет пониженную чувствительность к зеленым лучам. Общая светочувствительность, относительно естественной, повышена: для дневного света – на 100-150 %, для света ламп накаливания – на 150-200 %. Эмульсия имеет зеленый оттенок.

Изопанхроматическая эмульсия (изопанхром – равный весь цвет) сенсибилизирована до 700 нм при заниженной чувствительности к зеленым лучам. Обработка производится в полной темноте.