ОСНОВЫ СВЕТОТЕХНИКИ. Часть I

Лекция 16 явления, связанные с неоднородностью структуры фотографических материалов

Предварительные сведения

Фотографический мате­риал представляет собой структуру, в общем случае представляющую собой несколько параллельных слоев. При этом часть из них являются рассеивающими средами. Все это служит причиной следующего ряда явлений.

Светорассеяние в фотоматериале. При экспонировании материала свет в эмульсионном слое, как и во всякой оптически неоднородной среде, рассеивается. Это вызывает снижение резкости получаемого на фото­материале изображения, к искажению размеров и градации его деталей.

Зернистость изображения. В результате проявления микрокристаллы галогенида превращаются в зерна серебра. Они создают изображение в фотоматериале, которое поэтому не является непрерывным, а дискретно, имеет зернистость. Зернистость заметна только при достаточно большом увеличении. Тем не менее она, как и светорассеяние, ухудшает качество изображения. Из-за зернистости могут в изображении могут утрачиваться малые детали, что снижает его информационную емкость.

Отражение света от подложки. Коэффициенты пре­ломления пленочной (или стеклянной) подложки и воз­духа заметно различаются. Поэтому свет, прошедший че­рез эмульсионный слой и толщу подложки, отражается от ее наружной стороны и снова возвращается в эмуль­сию. Вследствие этого возникают паразитные почернения — ореолы отражения.

Совместное действие перечисленных факторов приводит к ограничению минимальных размеров деталей, которые могут быть воспроизведены. Рассеяние света в слое, зернистая струк­тура изображения и образование ореолов приводят к то­му, что малые участки объекта изображаются иначе, чем большие при тех же условиях воспроизведения.

Количественная оценка указанных явлений и их следствий составляет предмет структурометрии.

Структурометрия – это раздел фотографической метрологии, в котором изучаются особенности передачи в изображении малых его деталей, в частности зернистость и разрешающая способность фотоизображения.

Структурометрию иногда именуют микроденситометрией.

1. Рассеяние света в эмульсионном слое

Эмульсионный слой является гетерогенной средой толшиной 10-20 мкм, в которой распределены микрокристаллы галогенида серебра размерами 0,03 – 2 мкм. На микрокристаллах происходит геометрическое и дифракционное рассеяние света, вызывающее эффект размывания краев деталей фотоизображения, который называют ореолом рассеяния (диффузным ореолом).

Крупные микрокристаллы при экспонировании не только поглощают, но и частично отражают свет – происходит геометрическое рассеяние. Это явление одинаково для всех спектральных компонентов света, так как отражение не зависит от длины волны. На мелких же частицах про­исходит дифракция, и поэтому мелкокристаллические эмульсии рассеивают синий свет сильнее, чем красный. В реальных эмульсиях преобладают кристаллы тех или иных размеров, и, следовательно, для них характерно преобладание того или иного типа рассеяния.

Действие рассеянного света зависит не только от его интенсивности, но и от прозрачности среды. Если свет ею сильно поглощается, то он не смо­жет оказать заметного влияния на свойства изображения.

Для иллюстрации влияния ореола рассеяния выберем простой объект. Пусть это – белый кружок на черном фоне. На рис. 1 показаны случаи его воспроизведения идеальным нерассеивающим а и реальными рассеивающими слоями б и в при одинаковых условиях, в частности при равных экспозициях. Если свет в нерассеивающей эмульсии сохраняет первоначальное направление, то на негативе кружок получается резким и равномерно плотным. В реальных эмульсиях часть энергии света распространяется внутри ее за границу оптического изобра­жения, спроецированного на поверхность фотоматериала. Поэтому фотогра­фическое изображение расширяется за счет ореола рассеяния.

Интенсивность рассеянного света уменьшается с ростом расстояния от идеальной границы света и тени, и оптическая плотность падает плавно. Ее падение начинается еще в границах проекции оптического изображения.

Действительно, луч 3 не может дать такого же почернения, как луч 2, потому что часть его энергии внутри слоя выхо­дит за пределы проекции оптического изображения, созданного на поверхности фотоматериала. Плотность же, вызываемая действием луча 2, остается большой: диффузия света в цен­тральной части изображения компенсируется лучами 1 и 3, энергия которых, распространяясь во все стороны, попадает и в центр.

Из рис. 1 видна вторая особенность рассеи­вающего материала: характер воспроизведения зависит не только от диффузионных свойств слоя, но и от раз­меров детали.

Кружок малых размеров (рис. 1, б) воспроизводится почти сплошь нерезко. Но если увеличить его площадь (рис.1, в), то относительная доля краевого эффекта рассеяния уменьшиться, и в целом деталь (кружок) воспроизводится удовлетворительно.

Если же, наоборот, еще больше уменьшить оригинал по сравнению с показанным на рис. 1, б, то получится не только целиком не­резкое изображение, но и имеющее малые плотности да­же в центральной части.

При еще большем уменьшении размеров излучение распределится по большей площадке, и локальная экспозиция может оказаться слишком малой, чтобы дать фотоизображение (при той же общей экспозиции).

Ширина ореола рассеяния зависит от трех главных факторов.

1). От средней величины микрокристаллов галогенида серебра – чем она больше, тем больше диффузный ореол.

2). От концентрации микрокристаллов – чем она больше, тем большая доля света поглощается в приповерхностных слоях эмульсии и меньшая его доля рассеивается.

3). От полидисперсности эмульсии – при наличии микрокристаллов разных размеров рассеяние увеличивается.

Для уменьшения ореолов рассеяния в современных фотоматериалах используют тонкие эмульсионные слои с высокой концентрацией галогенида серебра и малой полидисперсностью.