Целью фотомеханической репродукционной технологии является получение фотоформы изобразительных оригиналов, необходимой для изготовления
печатных форм фотомеханическим путем. Условием
для овладения оптическими и фотографическими
процессами является знание основополагающих определений и закономерностей светотехники и
свойств фототехнических пленок.
Основные светотехнические величины
Свет – это электромагнитное излучение. Видимый свет
располагается в спектре электромагнитных волн между
областью высоких частот (радио- и микроволн) и областью ультрафиолетовых и рентгеновских излучений. Таким образом, видимый диапозон охватывает интервал
длин волн от 380 до 780 нм (рис. 1-15).
Отдельные длины волн в видимой области спектра ощущаются как цвета. Красный свет имеет наибольшую длину волны. Она уменьшается от оранжевого к желтому, зеленому, голубому, синему и фиолетовому. Белый свет содержит излучения всех длинволн видимого спектра. Существует две теории: для
объяснения физических свойств света волновая
(Кристиан Гюйгенс) и квантовая (Макс Планк). Обе в
равной степени верны. В зависимости от постановки
задачи каждая из теорий дает правильное решение.
Волновая теория дает убедительные объяснения таких явлений, как поляризация, дифракция, цвет. Фотографические процессы и процессы переноса энергии, например, при испарении материала, объясняются с помощью квантовой теории.
В репродукционной технике модулированный свет
является носителем информации при экспонировании фотопленок или формных пластин. Точное локализованное дозирование и измерение светового потока, с одной стороны, и точные знания свойств светочувствительных слоев фотопленок и материалов для
формных пластин – с другой, являются основополагающими условиями для надежного управления процессом, реализуемым в репродукционной технике. Важнейшие соотношения представлены далее. Светотехнические величины и единицы измерения определяются следующим образом:
Сила света I – это количество света Q, излученное
источником света в единицу времени Τ в пределах телесного угла. Сила света выражается в канделлах
(кд), количество света – в люменах в секунду (лм/с),
а телесный угол – в стерадианах (ср). Стерадиан – это
телесный угол, вершина которого лежит в центре шара и вырезает из сферической поверхности сегмент
площадью, равной квадрату радиуса шара:
I=Q/(Τ * Ω),
где ((I (кд), Q (лм/с), Τ (с), Ω (ср.)).
Световой поток Ø определяется как количество света, излученного источником света по всем направлениям за время Τ. Он измеряется в люменах (лм).
Ø=Q/Τ,
где ((Ø (лм), Q (лм/с), Τ (с)).
Яркость L – это световая величина, равная отношению
силы света I к поверхности (А), принимающей излучение.
Яркость L измеряется в кд на м2.
L = I/A,
где ((L (кд * м-2), I (кд), А (м2)).
Яркость Lφ в направлении угла φ к нормали равна
Lφ=L * cos φ.
Освещенность Е равна световому потоку, отнесенному к
площади А, освещаемой под прямым углом световым
потоком (единица измерения освещенности – люкс (лк)):
Е=Ø/A,
где ((Е (лк), Ø (лм), А (м2)).
Доля излучения, падающего не под прямым углом,
Еφ=Е * cos φ (при этом φ – это угол, под которым луч
наклоненно падает на освещаемую поверхность).
Экспозиция Н равна произведению освещенности
на время экспонирования:
H = E * Τ.
Для непостоянной во времени освещенности Е(Τ)
формула для расчета экспозиции превращается в
Закон фотометрического удаления утверждает, что
освещенность Е в направлении, перпендикулярном
освещенной поверхности, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния r до источника излучения постоянной светосилы I:
Е=I/r2.
При неперпендикулярном освещении, если
направление луча отклоняется на угол φ от нормалик поверхности, получим:
Еφ=Е * cos φ
Коэффициент отражения Π, коэффициент пропускания τ и коэффициент поглощения α являются светотехническими величинами.
Коэффициент отражения Π равен отношению отраженного светового потока (ØR) к упавшему световому потоку Ø (рис. 1-11):
Π = ØR/ Ø .
Коэффициент пропускания τ равен отношению прошедшего через материал светового потока (ØΤ) к
упавшему световому потоку Ø:
τ = ØΤ/Ø.
Коэффициент поглощения α, в соответствии с
рис. 1-11, равен отношению поглощаемой материалом доли света (ØA) к упавшему световому потоку Ø:
α = ØA/Ø.
Относительный коэффициент отражения β измеряемого образца равен отношению светового потока
(ØP), отраженного в перпендикулярном направлении
от поверхности образца, к световому потоку (ØW), от
раженному перпендикулярно от эталонного белого,
при условии, что оба образца освещаются, например,
под углом 45° световым потоком одинаковой мощности (рис. 1-12) [1-9]:
β = Ø P / Ø W.
Оптическая плотность D для прозрачных изображений равна отрицательному десятичному логарифму
коэффициента пропускания τ:
D = -lg τ.
Рис. 1-11
Падающий световой поток разделяется слоем материала на
составляющие ØR, ØА и ØТ
Рис. 1-12
Коэффициент ремиссии ß
Для непрозрачных изображений оптическая плотность D равна отрицательному логарифму относительного коэффициента β:
D = -lg β.
Сенситометрия
Сенситометрия – совокупность методов, устанавливаю
щих взаимосвязь между освещенностью и вызваннымею почернением фотографических материалов. Строение фототехнических пленок показано на рис. 1-13.
Прозрачная пленка-основа изготавливается из
полиэтилентерефталата (лавсана) или, например,
триацетата. На основу наносится светочувствительный слой, который содержит фоточувствительное
вещество – галогенид серебра, например, AgBr (бромид серебра), распределенное в эмульсии в виде
мелких частиц. Защитный слой, покрывающий светочувствительный слой, предохраняет его от повреждений, которые могут появиться, например, вследствие механических воздействий при перемещении в
фоторепродукционном аппарате, проявочном устройстве и т.д. На обратную сторону основы нанесен
противоореольный слой, предотвращающий отражение света от обратной стороны основы.
Рис. 1-13
Строение фотопленки
Фотографический процесс, например, негативный, при котором происходит последующее почернение засвеченных участков, начинается с экспонирования светочувствительного слоя в фоторепродукционном аппарате или контактно-копировальной раме. При
этом образуется скрытое изображение. Оно невидимо, однако на засвеченных участках слоя образуются
зародыши, способные проявляться. При воздействии
проявляющих веществ они очень быстро превращаются в металлическое серебро и ионы брома; черная окраска обуславливается серебром.
При очень большом времени проявления бромид
серебра распадается, в том числе и на всех незасвеченных участках. Различная скорость проявления становится причиной того, что в первые минуты процесса проявления обнаруживается различная степень по
чернения (контраст) засвеченных и незасвеченных
участков. Процесс проявления должен быть остановлен при достижении максимального контраста.
Останавливается проявление с помощью промывки (стоп-ванна) и последующего фиксирования.
На рис. 1-14 представлен процесс почернения
(в единицах оптической плотности) для засвеченных
и незасвеченных участков изображения в зависимости от представленного в логарифмической шкалевремени проявления [1-9]. По прошествии пример
но 5,3 мин, получается наибольший контраст: засвеченные участки достигают почернения S=2,5 единиц
оптической плотности, в то время как незасвеченные
имеют лишь вуаль на уровне S=0,1.
Рис. 1-14
Почернение фотопленки в зависимости от времени проявления
Параметры процесса (такие, как концентрация
проявителя, его температура, перемешивание проявляющего раствора и его конвекция к поверхности
фотопленки и время проявления) нужно поддерживать таким образом, чтобы незасвеченные участки не
почернели. После проявления в светочувствительном слое все еще находится непроявленное вещество. В ванне с фиксажем это вещество извлекается из
слоя. Тем самым негатив становится светостойким к
дневному свету, не чернея при этом. На заключительной стадии обработки водой вымываются еще
оставшиеся в слое продукты процесса фиксирования
и остатки фиксажа. После последующей сушки негатив готов к дальнейшей допечатной обработке.
Свойства изображения, формируемого фототехническими пленками
Сенситометрические свойства. Взаимосвязь между
экспозицией и почернением в фотографическом
слое описывается кривой почернения (характеристической кривой) (рис. 1-15). При этом оптическая
плотность D является мерой почернения в зависимости от логарифма наложенной экспозиции (Н). Экспозиция (H) рассчитывается, исходя из освещенности Е и времени экспонирования Τ:
Н = Е * Τ,
если освещенность Е постоянна во времени.
Рис. 1-15
Кривая почернения (характеристическая кривая)
На рис. 1-15 представлена типичная характеристическая кривая. В интервале от 0 до А в слое почернение не образуется. Точка А характеризует пороговое почернение фотографического материала. У полутоновых фототехнических пленок порог почернения должен быть как можно меньше. Интервал от А
до В соответствует недодержке. От точки В начинается область рабочих экспозиций (линейная часть кривой), которая после точки С переходит в область передержки. В точке D область передержек заканчивается. До сих пор действовавший принцип работы
слоя – реагировать на превышение экспозиции увеличением почернения – в области от D до Е начинает работать в обратном направлении; эта область называется областью соляризации. Практически используемый интервал находится между точками m и n ха
рактеристической кривой.
Наклон кривой почернения характеризует контраст фотопленки. Для эмульсии с четкой линейной
областью контраст определяет градацию и выражается величиной:
γ = Τg α = ΔS/Δlg H
Для светочувствительных материалов, не имеющих
четкой линейной области характеристической кривой
изменение плотностей описывается градиентом. Градиент – это тангенс угла наклона характеристической
кривой на её отдельном отрезке. Среднее арифметическое градиентов в рабочей части кривой представляет собой средний градиент.
Светочувствительность фотопленки во всех диапазонах длин волн неодинакова. Несенсибилизированный фотоматериал чувствителен в синей зоне
спектра. Ортохроматические фотопленки, которые
использовались в прошлом, чувствительны в синей и
зеленой областях. Панхроматические фотопленки
чувствительны в синей, зеленой и красной областях,
тем самым охватывая всю видимую область спектра.
Способность фототехнических пленок к передаче мелких деталей. Падающий направленный свет рассеивается светочувствительным слоем (рис. 1-16). Следствием рассеяния является образование диффузного
ореола на границе четкого контура. Этот эффект приводит к потере четкости контуров деталей изображения, к уменьшению контраста решетки в зависимости
от ее пространственной частоты и к изменению размеров мелких деталей в зависимости от экспозиции. Так,
например, тонкие штрихи становятся шире.
Рис. 1-16
Рассеяние света в галогенсеребряном слое, диффузный ореол
При достижении угла полного отражения лучи
света, проходя через основу, отражаются от его обратной стороны. Это явление называется рассеянным отражением. Отраженный свет дополнительно
засвечивает светочувствительный слой снизу. Так
образуется ореол отражения (рис. 1-17).
Ореола отражения можно избежать, если нанести
на обратную сторону фотопленки специальный слой,
который имеет такой же коэффициент преломления,
как и основа. Этот слой предотвращает преломление
света на нижней стороне основы. Свет проходит непосредственно в слой, который называют противоореольным (рис. 1-13).
Противоореольный слой поглощает те длины
волн, к которым чувствителен галогенсеребряный
слой. Например, ортохроматическая фотопленка (нечувствительная в красной области спектра) имеет
красный, красно-оранжевый или коричневый противоореольный слой. Панхроматические пленки обычно имеют серо-голубой, фиолетовый или темно-зеленый противоореольный слой. В ванной с проявителем или с фиксажем красящие вещества обесцвечиваются или вымываются из противоореольного слоя.
Разрешающая способность фототехнических пленок.
Разрешающая способность фотопленки определяется
числом линий на миллиметр, которые еще воспроизводятся раздельно. На разрешающую способность существенно влияет зернистость фотографического слоя.
Зернистость – это статистическое распределение
флуктуаций зерен металлического серебра на равномерно засвеченной поверхности фотопленки. Разрешающая способность зависит от формы микрокристаллов галогенида серебра и их распределения в
светочувствительном слое. Диффузные ореолы
уменьшают разрешающую способность. Она также
уменьшается с увеличением толщины светочувствительного слоя. Коротковолновый свет воспроизводит
тонкие структуры лучше, чем длинноволновый.
В табл. 1-1 приведены примеры разрешающей
способности черно-белых фотопленок при контактном экспонировании [1-9].
Наряду с разрешающей способностью для характиристики воспроизведения мелких деталей в репродукционной технике также применяется резкость края. Она
характеризует распределение почернения по границе
фотографического изображения края полуплоскости
(рис. 1-18). Оптическая плотность в изображении
края, как уже упоминалось выше, не изменяется скачкообразно. Она постепенно увеличивается от наименьшей оптической плотности Dmin (оптическая плотность
незасвеченной фотопленки) до максимальной плотности Dmax (полность засвеченной фотопленки).
Рис. 1-17
Образование ореола отражения вследствие полного отражения света
Нерезкость края (размытие) описывается расстоянием Δх, измеренным перпендикулярно краю полуплоскости между значениями оптических плотностей
D1 = 0,3 и D2 = 1,3.
Контраст (К) определяется как полуразность между пропусканием неэкспонированных участков
(τmax) и темных участков (τmin), отнесенная к среднему
арифметическому обоих коэффициентов пропускания τmax и τmin. Отсюда следует:
Рис. 1-18
Изменение оптической плотности при контактном копировании
края полуплоскости (нерезкость края)
К = (τmax – τmin)/(τmax +τmin).
Вследствие диффузного рассеяния коэффициент передачи контраста фотопленки, уменьшается с увеличением пространственной частоты fs, являющейся величиной, обратной расстоянию w между линиями решетки:
fs = 1/w,
(fs (см-1)).
Эффекты экспонирования
Эффект Шварцшильда (эффект невзаимозамести
мости). В соответствии с характеристической кривой (рис. 1-15) оптическая плотность, полученная на
фотопленке, является функцией экспозиции Н, которая представляет собой сумму полученных во временнoм интервале от Τ1 до Τ2 освещенностей Е, т.е.,
как выведено ранее:
а при постоянной освещенности и времени экспозиции Τ:
Н = Е * Τ.
В идеальном случае при высокой освещенности и коротком времени экспонирования должна образоваться такая же оптическая плотность, как при меньшей
освещенности и большем времени экспонирования.
Это явление описывает закон взаимозаместимости:
Е1 * Τ1 = Е2 * Τ2.
Однако при продолжительности экспонирования свыше
16 с и менее 1/1000 с (рис. 1-15) это соотношение перестает выполняться. Для описания процесса вводится
коэффициент коррекции – экспонента Шварцшильда Р:
р
Е1 * Τ1p = Е2 * Τ2p
Для фототехнических материалов величина Р лежит
в пределах 0,7 ≤ Р ≤ 0,9. Точная величина экспоненты Шварцшильда зависит от вида фотопленки, времени экспонирования и способа обработки.
Эффект прерывания. Если экспозиция прерывается во времени, например, производится в два этапа, каждый соответствует половине общей экспозиции, то
полученное почернение будет меньше, чем при непрерывной экспозиции с тем же самым суммарным
временем экспонирования (предполагается одинаковая освещенность при обеих экспозициях).
Эффект соляризации отображен на рис. 1-15. Характеристическая кривая снова идет вниз в области
очень больших экспозиций.
Эффекты проявления
Эффекты проявления возникают из-за того, что проявление на участках с большой разницей экспозиций
протекает во времени по-другому, чем на участках с
равномерной экспозицией. В результате по краям мелких деталей на изображении получаются увеличенные
или уменьшенные оптические плотности.