4.4.3.3 Влияние уровня освещенности. Явление невзаимозаместимости освещенности и времени экспонирования

К середине XIX века было установлено, что:

• любая фотохимическая реакция идет за счет части потока излучения, поглощаемой реакционной системой (закон Гротгуса-Дрепера);

• для всех фотохимических реакций малая мощность излучения может быть скомпенсирована большим временем освещения, и наоборот (Бунзен и Роско). Этот постулат получил названия «закон взаимозаместимости» и «закон Бунзена и Роско». Его суть в том, что выход фотохимической реакции зависит только от полученного системой количества освещения (экспозиции Η= E t), но не зависит от соотношения Ε и t, т.е. освещенность E и время освещения t «взаимозаместимы».

Закон, хорошо выполняющийся для простых (в основном первичных) фотохимических реакций, был перенесен на сложные практически используемые светочувствительные системы с их многоступенчатым процессом получения изображения. Так, было принято, что результат действия света на фотографический материал однозначно связан с величиной экспозиции. Это привело к широкому использованию в фотографической науке и сенситометрии характеристических кривых D(lgH) и расчету светочувствительности по критериальной экспозиции: S= k/H_K .

Однако уже в конце ХIХ века астрономы столкнулись с несоблюдением закона взаимозаместимости. Они заметили, что при астрономических съемках (при низких освещенностях) материалы «теряют часть светочувствительности». При экспозициях, одинаковых с используемыми при обычной съемке, на астрономических снимках получались заметно более низкие оптические плотности.

Немецкий астроном Шварцшильд в ходе проведенных им исследований пришел к выводу, что для получения при фотографической съемке постоянных результатов должно быть соблюдено условие

E t^ρ=const.

Параметр ρ - 0,7-0,9 был назван экспонентом Шварцшильда. Дальнейшие исследования «отклонения от закона взаимозаместимости» фотографических систем показал и, что величина ρ зависит от условий обработки и изменяется с освещенностью.

На рис. 4.15 показана типичная зависимость D_H=const(lgE).

Видно, что при отклонении от оптимальных эффективность экспозиции уменьшается и плотности изображения падают.

Рисунок 4.15 – Зависимость оптической плотности изображения D от логарифма освещенности при постоянной экспозиции: 1 – закон взаимозаместимости не соблюдается; 2 – соблюдается условий освещения Е₀

Для характеристики степени отклонения фотографических систем от закона взаимозаместимости строят экспериментальные кривые lgH(lgE) при D=const; lgH=f(lgE) при D = const. Эти кривые называют изоопаками (кривыми равных оптических плотностей). Их типичная форма показана на рис. 4.16 и 4.17.

Рисунок. 4.16 – Изоопака lgH_D=const = f(lgE):

E₀ – оптимальная освещенность; H₀ – экспозиция, требуемая для получения плотности D при оптимальной освещенности D = const

Рисунок 4.17 – Изоопака lgH_D=const = f(lgt):

t₀ – оптимальное время экспонирования;

H₀ – экспозиция, требуемая для получения оптической плотности D при оптимальном времени экспонирования

Наклон ветвей изоопак связан с экспонентом Шварцшильда.

В изоопаке (рис. 4.18) можно выделить три части: среднюю, где ρ = 1, – это область максимальной светочувствительности (желательно использовать фотоматериал при временах экспонирования, лежащих в этом диапазоне); левую ветвь, относящуюся к съемке при высоких освещенностях с ρ > 1; правую ветвь – для низких освещенностей с ρ < 1.

Изоопака строится для определенной «опорной» плотности. При увеличении опорной плотности оптимальное время экспонирования t_ο увеличивается.

Форма и положение изоопаки зависит и от условий проявления.

Из изложенного выше можно сделать следующие выводы.

Получение характеристической кривой материала следует проводить в условиях, максимально приближенных к условиям его практического использования. Иначе можно столкнуться с заметным изменением светочувствительности по сравнению с величиной, установленной при его сенситометрическом испытании. То же происходит, если материал используется не по назначению.

Рисунок 4.18 – Участки изоопаки lgH_D=const = f(lgt):

I – левая ветвь изоопаки с ρ > 1;

II – область максимальной светочувствительности;

III – правая ветвь изоопаки с ρ < 1

Характеристическая кривая зависит от того, как задаетсяряд экспозиций: по шкале освещенностей (E_var, t= const) или по шкале времени (t_var, Е= const). На практике вся поверхность фотоматериала экспонируется с одним временем экспонирования, а освещенности различных участков поверхности изменяются в соответствии с изображением. Чтобы приблизиться к практическим условиям, при сенситометрическом испытании фотоматериалов используют шкалу освещенностей.

При применении материала не по назначению (при низких или высоких освещенностях) следует найти диапазон времен экспонирования, в котором соблюдается закон взаимозаместимости, и если практическое время экспонирования выходит за эти пределы, внести поправку в условия экспонирования в соответствии с изоопакой. Изоопаки приводятся в справочниках.