Кинофотопроцессы и материалы

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Е.Н. ДЕНЕЖКИН

КИНОФОТОПРОЦЕССЫ

И МАТЕРИАЛЫ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2010

ББК 85.16 : 37.93я73

Д 33

Рецензенты:

В.Г. Нечаев, канд. техн. наук, доц.;
В.В. Давыдков, канд. пед. наук, доц.

Денежкин Е.Н.

Д 33
Кинофотопроцессы и материалы : учеб. пособие. – Новоси
бирск : Изд-во НГТУ, 2010. – 107 с.

ISBN 978-5-7782-1333-3

В данном учебном пособии рассмотрены теоретические вопросы 

фотографической регистрации изображений с использованием современных материалов на основе галогенидов серебра. Особое внимание 
уделено сенситометрическим и структурным характеристикам фотослоев. Проанализированы основные факторы, влияющие на качество 
конечного изображения. Приведены рекомендации по практической 
работе с фотоматериалами.

Пособие предназначено для студентов дневного и заочного отде
лений, обучающихся по специальности «Кинооператорство», а также 
для всех, кто интересуется теорией и практикой фотографии. 

Работа подготовлена на кафедре

оптических информационных технологий

ББК 85.16 : 37.93я73

ISBN 978-5-7782-1333-3 
© Денежкин Е.Н., 2010
© Hовосибиpский государственный

технический университет, 2010

ВВЕДЕНИЕ

Жизнь современного человека трудно представить себе без фото
графии. Кроме широкого применения в быту она незаменима в медицине и искусстве, при исследовании космоса и мирового океана, в полиграфии и географии, физике и биологии.

В большой степени качество изображения зависит от того, пра
вильно ли выбран тип фотоматериала для решения той или иной задачи, соответствуют ли условия его экспонирования и обработки рекомендациям для данного материала. Оптимальный же выбор может 
быть сделан только на основе некоторой информации о существующих 
материалах и процессах их обработки.

Во всех случаях наблюдаемое фотоизображение является результа
том воздействия на фотоматериал падающего света. Поглощаемая 
энергия света идет на все физико-химические преобразования исходного фотоматериала. Свет – основной источник информации, получаемой человеком через органы зрения.

Прежде чем перейти непосредственно к фотопроцессам, рассмот
рим основные свойства света и вспомним некоторые из его количественных характеристик.

Современные представления о природе света сформулированы уже 

в 1930-х годах в рамках квантовой термодинамики. Главное в них то, 
что свет обладает одновременно корпускулярными и волновыми свойствами. Одни явления  (дифракция, интерференция, дисперсия, поляризация) можно объяснить исходя из волновых представлений. Другие 
(испускание и поглощение) хорошо согласуются с корпускулярными 
свойствами.

Свет оказывает воздействия на тела благодаря переносимой им 

энергии, и воздействие тем больше, чем больше энергия. Для измерения энергии существует две системы – энергетическая и фотометрическая.

Энергетическая система учитывает энергию излучения во всем 

диапазоне длин волн и выражается в единицах энергетической мощности – ваттах (Вт).

Фотометрическая система, принятая в фотографии, оперирует 

только с видимым излучением, оценивая его по воздействию на зрительный аппарат человека. Это воздействие зависит не только от общего количества световой энергии, но  и от длины волны. Так, для человеческого глаза наибольшей степенью воздействия (наибольшей 
относительной видимостью) обладает зеленое излучение с длиной 
волны λ = 556 нм. Действие света в выбранном направлении характеризуется величиной светового потока (Ф) – световой энергией, проходящей через некоторую поверхность в единицу времени. Распределение 
светового 
потока 
в 
трехмерном 
пространстве 
можно 

охарактеризовать через понятие телесного угла (Ω). Единица телесного угла – стерадиан – телесный угол, вырезающий на сфере площадь, 
равную квадрату радиуса.

Созданный источником света в телесном угле световой поток на
зывают силой света (I). Он связан с уже известными величинами
(I = Ф/Ω) и характеризует мощность источника света.

Главная величина, характеризующая действие света на окружаю
щие предметы – освещенность (Е). Она равна отношению светового 
потока, падающего на некоторый участок поверхности, к площади этого участка: Е = Ф/S.

Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником, 

прямо пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до поверхности:

E = 
cos
I
R


2

,

где  – угол падения лучей на поверхность. Общая освещенность, 
создаваемая несколькими источниками, равна сумме освещенностей, 
создаваемых каждым из них в отдельности.

Непосредственно со свойствами фотоматериалов связана такая ха
рактеристика, как экспозиция, или количество освещения (Н) – произведение освещенности (Е) на время освещения (экспозиции) t: Н = Е·t.

По мере необходимости мы будем рассматривать и другие энерге
тические характеристики света.

Предположим, что источник излучения испускает во все стороны 

лучи света, каждый из которых движется равномерно и прямолинейно, 

пока не встречает препятствия. Препятствие может оказаться прозрачным, и тогда луч продолжает свое распространение, но  изменяет направление своего распространения. Данное явление называется преломлением света. Величина отклонения луча не произвольна, а связана 
с так называемым показателем преломления среды (n).

Закон преломления при этом выглядит так:

n1sin(i) = n2sin(i´),

где n1, n2
–
показатели преломления первой и второй сред 

соответственно; i, i´– углы падения и преломления.
Рассматривая переход из вакуума (n1 = 1) в любую другую оптическую 
среду, можно экспериментально определять показатель преломления: 

n2 = 
1

sin( )
sin( )

i n
i
.

А поскольку закон этот справедлив для любой пары оптических 

сред, то показатель преломления – величина постоянная, и знание ее 
помогает управлять процессом преломления.

Строго говоря, чистое преломление света имеет место только в 

теории. На практике даже самая «идеальная» оптическая среда 
поглощает свет, благодаря чему всегда проходящий (и отраженный) 
свет слабее падающего.

Степень этого ослабления характеризует оптическая плотность (D):

D = lg
0

пр

Ф
Ф
,

где Ф0 – падающий световой поток,

Фпр – прошедший световой поток.
Более подробно эту величину рассмотрим далее, пока же отметим 

ряд полезных свойств:

 при наложении поглощающих пластинок их оптические 

плотности складываются, т. е. оптическая плотность аддитивна;

 оптическая плотность пропорциональна концентрации погло
щающего вещества;

 зрительное впечатление от почернения или окраски пропорцио
нально оптической плотности.

Необходимо напомнить и о том, что излучения с различными 

длинами волн имеют различные коэффициенты преломления. Это 
называется дисперсией света, и для нее действует закономерность: чем 
больше 
длина 
волны 
излучения, 
тем 
меньше 
коэффициент 

преломления, а следовательно, и угол отклонения луча света при 
прохождении границы двух сред. Данное явление сказывается и в 
рассеянии света.

Если встреченное препятствие – непрозрачное, то в зависимости от 

свойств поверхности в той или иной степени происходит поглощение 
света и его отражение. Наибольшие потери вызывает именно отражение, которое подчиняется известному закону отражения: угол падения 
луча на поверхность равен углу отражения от поверхности. Данное 
утверждение справедливо лишь для идеальной плоской зеркальной 
поверхности. У подавляющего большинства окружающих предметов 
поверхность более или менее неровная, шероховатая. Попадая на микроучастки зеркальной поверхности, разные лучи отражаются под разными углами. Это так называемое рассеянное, или диффузное, отражение (в отличие от зеркального). Именно оно делает возможным 
наблюдение любого объекта с разных направлений, а не только со стороны источника освещения. Характеристикой рассеивающей способности поверхности служит специальный график – индикатриса рассеяния, показывающий, какая часть света отражается под тем или 
иным углом.

Наконец, нельзя не остановиться на таких явлениях, как интерфе
ренция, дифракция и поляризация света, которые обусловлены волновой природой света.

Интерференция – сложение двух волн, вследствие которого ре
зультирующие колебания усиливаются или ослабляются. Так, при прохождении световых волн через тонкие пленки складываются волны, 
отражающиеся от внутренней и наружной поверхностей пленки. Если 
толщина пленки соответствует целому числу длин волн, то волна усиливается, если нечетному числу полуволн – ослабляется. Это явление 
положено в основу  просветления оптики, позволяющего значительно 
снизить потери света, но также существенно снижающего цветопередачу.

Дифракция – огибание волнами препятствий, размер которых со
измерим с длиной волны. Ее приходится учитывать при определении 
разрешающей способности, т. е. минимальных размеров объекта, которые могут быть различимы. В рассеянии света тоже сказывается ди

фракция, особенно в цветной фотографии, что приводит к появлению 
цветных ореолов.

Поляризация – выделение световых волн, колебания которых про
исходят только в определенных плоскостях, лежащих в направлении 
их распространения. Естественный (белый) свет, испускаемый большинством источников света, содержит колебания во всех плоскостях. 
При отражении, преломлении и т. д. может быть нарушена равномерность этого распределения, т. е. выделяются волны в определенных 
плоскостях, свет становится поляризованным. Обычно свет поляризуется при прохождении некоторых анизотропных сред, в которых физические свойства зависят от направления (кристаллы турмалина, герапатита и пр.). Данное явление применяют при изготовлении 
поляроидов (поляризационных светофильтров), позволяющих частично или полностью устранить блики от гладких поверхностей, особенно  
от стекла. Степень ослабления бликов зависит лишь от угла поворота 
поляроида относительно оптической оси объектива.

Г л ав а 1

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА

Все фоточувствительные материалы можно разделить на две большие 

группы по типу используемых слоев: серебряные светочувствительные 
слои (на солях серебра) и несеребряные (все остальные). Последние могут 
содержать совершенно разнородные светочувствительные элементы. 
Справедливости ради надо отметить, что несеребряная фотография существует столько же, сколько фотография вообще. Так, первое фотоизображение, полученное Ж.Н. Ньепсом в 1826 году, представляло собой рельеф 
на слое неких углеводородов. И только примерно через 10 лет в поисках 
более светочувствительных веществ обратились к солям серебра. Именно 
они с тех пор и до настоящего времени являются основным компонентом 
большинства фотоматериалов.

Светочувствительные слои данного типа, как черно-белые, так и 

цветные, состоят из затвердевшей взвеси мельчайших (обычно < 1мкм) 
кристаллов галогенидов серебра в желатине. Под галогенидами серебра подразумеваются все соли серебра с общей формулой AgHal, т. е. 
содержащие один атом серебра и один атом галогена. Но в качестве 
галогена могут выступать четыре элемента: фтор, хлор, бром и йод. 
Столько же и солей, причем все они светочувствительны, но не все 
практически пригодны. Так, AgF неустойчив, легко вступает в реакции 
с окружающей средой,  плохо хранится. В то же время AgI трудно растворим, причем настолько, что даже отфиксировать его почти невозможно. Реально пригодны  к использованию лишь хлорид серебра 
(AgCl) и бромид серебра (AgBr), но первый из них вследствие меньшей чувствительности почти не используется в чистом виде. Основное 
вещество для фотографии – AgBr, в чистом виде или с добавлением 
хлорида или/и иодида. Иодид повышает чувствительность при введении в виде легирующих микродобавок.

Рис. 1.1

Хлорид и бромид серебра (а также иодид в небольших количест
вах) настолько хорошо совместимы, что позволяют получить смешанные однородные кристаллы при любом соотношении. Поэтому, говоря 
о галогенидах серебра, мы будем подразумевать бромид (если специально не оговорены другие варианты).

В твердом состоянии все галогениды 

серебра – ионные кристаллы, т. е. их 
кристаллическая решетка (рис. 1.1) образована правильным чередованием катионов серебра (Ag+) и анионов галогена 
(Hal–), которые удерживаются на своих 
местах электрическими силами притяжения разноименных зарядов.

Решетка галогенида серебра – про
стейшая из возможных – кубического 
типа (как у поваренной соли). Ионы в 
ней расположены по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Расстоя
ние между парой соседних ионов одинаково по всем направлениям и 
составляет приблизительно 2,88 Ао для AgBr и 2,77 Ао для AgCl .

Совершенство кристаллической решетки, когда каждый ион имеет 

соседа, с которым плотно связан, определяет химическую устойчивость кристаллов галогенидов серебра. Реальный кристалл не настолько совершенен, так как содержит огромное количество нарушений 
упорядоченного строения, что облегчает разрушение решетки. Галогенид при этом участвует во множестве химических реакций, из которых 
практический  интерес представляют три важнейших процесса:

 частичные превращения в кристалле под действием света;
 проявление экспонированных материалов;
 фиксирование проявленных материалов.
Именно в таком порядке мы их коротко рассмотрим.

Реакции под действием света
Разложение кристаллов протекает трудно и требует значительной 

затраты энергии извне. Один из источников требуемой энергии – свет, 
поглощенный кристаллом. При этом происходит реакция:

2 AgHal → 2 Ag + Hal 2,

причем серебро остается в кристалле, а галоген выходит в окружающее 
пространство. На начальных стадиях разложения серебро собирается в 
малые частицы в отдельных точках кристалла, и лишь при сильном 
экспонировании (или тепловом воздействии) наблюдается сплошной 
переход соли серебра в металл. Это требует столь большого количества энергии, что если бы получение серебряного изображение достигалось лишь непосредственно за счет света, без помощи химических реакций, то фотография никогда не приобрела бы практического 
значения.

Реально же при практически доступных величинах экспозиции 

происходящие в кристалле изменения не доступны наблюдателю, так 
как представляют собой  небольшое количество атомов серебра, называемое скрытым изображением. Тем самым подчеркивается, что обнаруживает оно себя не впрямую, а лишь своей способностью вызвать 
образование видимого изображения, т. е. предшествовать ему. Эти немногие атомы служат катализатором восстановления всего кристалла, 
облегчая проявителю определение экспонированных и неэкспонированных кристаллов в эмульсии. Строго говоря, скрытое изображение, 
состоящее из атомов серебра, металлом не является, так как отсутствует металлическая решетка, металлическая проводимость и другие 
свойства. Это так называемые кластеры – малые группы атомов, в которых каждый атом в целом и его электроны не до конца потеряли 
свою индивидуальность.

Проявление
Сущность проявления состоит в восстановлении ионов Ag+ из ре
шетки микрокристаллов AgHal до состояния металлического Ag с помощью специально выбранных реагентов – проявляющих веществ. 
Они передают электроны ионам Ag+, выступающим в роли окислителей проявляющего вещества. Передача происходит преимущественно 
на тех микрокристаллах, которые подверглись экспонированию и уже 
содержат малые частицы серебра. Происходящая при этом реакция 
схематически записывается в следующем виде:

AgHal + Red 

(Ag)

 Ag метал + Ox + Hal,

где Red – проявляющее вещество в активной восстановленной форме; 

Ox – оно же в окисленной форме; индекс (Ag) указывает на уча
стие в реакции уже имеющегося серебра скрытого изображения.