Особенность современных цветных фотоматериалов

Созданию современных многослойных цветных фотоматериалов предшествовали растровые методы получения цветного изображения. Одним из первых, кто достиг больших успехов в области растровой фотографии, был Джон Джоули, который в 1893 г. сумел изготовить комбинированный трехцветный светофильтр, нанося на стекло на 1 см около 80 параллельных полосок синего, зеленого и красного цветов. Изопанхроматическая пластинка, обладающая светочувствительностью к лучам видимого спектра, экспонировалась в фотокамере за таким светофильтром, а затем черно-белый позитив, полученный с негатива, совмещался с растром и проецировался на экран.

Изготовление цветных растровых фотопластин было в свое время излюбленным занятием изобретателей, работающих в области цветной фотографии. Необходимо было решить задачу: какой должна быть структура растровых фильтров — регулярной или нерегулярной. Некоторые исследователи для того, чтобы получить лучшую цветопередачу, пытались использовать четыре цвета, в качестве четвертого брали обычно желтый. Но всякий раз возвращались все же к трехцветному принципу.

Сначала фотопластины и растр изготавливали раздельно, во время фотосъемки цветной растр накладывали на панхроматическую пластину. После химико-фотографической обработки фотопластины получали негатив, а затем с негатива позитив. Полученный позитив и цветной растр, за которым велась съемка, перед рассмотрением совмещали. Это, естественно, вызывало большие трудности, и вскоре начали изготавливать фотопластины двухслойные, т. е. цветной мозаичный растр и изопанхроматическую эмульсию наносили на одну подложку. С помощью пишущей машины на пластину, покрытую желатиновым слоем, наносились три цветные линии, лежащие очень близко друг к другу. Ширина этих линий сначала составляла 0,12 мм, а затем 0,08 мм. Некоторые фирмы применяли для своих фотопластин нерегулярный цветной растр, который изготовлялся напылением на покрытую клеем подложку точно составленной смеси окрашенных мельчайших частиц смолы.

Особо хочется отметить большой вклад в развитие цветной растровой фотографии братьев Огюста и Луи Люмьеров, которые в Лионе в 1907 г. наладили производство растровых фотопластинок под названием «Автохром». Высокое качество и простота получения цветного изображения обеспечили большой спрос среди фотолюбителей на данный вид фотопродукции на период свыше 30 лет.

В то время как много средств и усилий вкладывалось в развитие и усовершенствование линзово-растровой фотографии (линзовый растр представляет собой множество сферических или цилиндрических линз очень малого размера 0,10–0,15 мм, расположенных на поверхности прозрачной пластины, которые, как правило, наносятся тиснением), немецкий ученый Рудольф Фишер положил первый камень в основу процесса цветной фотографии, превзошедшего вскоре все известные до сих пор. Заслуга Р. Фишера состояла в том, что он выполнил большую часть подготовительных работ, которые дали цветной фотографии через 20 лет неожиданный подъем. В первом патенте 1912 г. Р. Фишер предложил способ изготовления цветных изображений, отличающийся тем, что содержащиеся в эмульсионном слое фотоматериала бесцветные вещества (цветообразующие компоненты) в процессе окисления проявителем образовывали труднорастворимые субтрактивные красители: желтый, пурпурный, голубой. Низкий уровень эмульсионной технологии и техники того времени не позволил осуществить замыслы Фишера, и 17 октября 1936 г. сотрудники фирмы «AGFA» в г. Вольфен.

Вильгельм Шнайдер и Густав Вильманнс, опираясь на патенты Р. Фишера и применив бесцветные цветообразующие компоненты в эмульсионном слое, изготовили сначала цветную обращаемую (на данной пленке получают позитив, используя особую схему обработки) многослойную пленку, а вскоре и негативную. Последняя едва ли представляла интерес для фотолюбителей, но зато она открывала дорогу для цветной кинематографии.

Однако первая в мире цветная обращаемая пленка «Кодахром» была изготовлена в 1935 г. в США двумя одаренными фотолюбителями, музыкантами по профессии: пианистом Леопольдом Маннесом и виолончелистом Лео Годовски. В июле 1931 г. они заключили договор с фирмой «Kodak», на основе которого могли проводить свои исследования в фотографической лаборатории г. Рочестер. Пять лет спустя они завершили свои исследования и опубликовали статью «Процесс кодахром для любительской кинематографии в натуральных цветах».

Первая цветная многослойная фотопленка «Кодахром» была 16-миллиметровой обращаемой и не содержала в эмульсионных слоях цветообразующих компонент. Л. Маннес и Л. Годовски предложили совершенно другой принцип получения цветного изображения, отличающийся от метода Р. Фишера. Основой этого метода являлось использование цветообразующих компонент, которые диффундировали из проявителя в эмульсионные слои и, взаимодействуя с окисленной формой проявляющего вещества, давали нерастворимые красители в эмульсионном слое фотоматериала.

В 1960 гг. нашего столетия появились цветные негативные пленки второго поколения с окрашенными маскирующими цветообразующими компонентами, а 1970 гг. ознаменовались появлением цветных негативных пленок третьего поколения, которые обеспечивали высокую чувствительность и хорошее качество изображения за счет применения так называемых DIR-компонент. В 1980 гг. ведущие фотографические фирмы начали производство цветных негативных пленок уже четвертого поколения с очень высокой светочувствительностью и с улучшенным качеством изображения за счет использования новых типов эмульсий и новых цветообразующих компонент.

Современные цветные негативные фотоматериалы по сравнению с пленками первого поколения претерпели существенные изменения. Их светочувствительность выросла в сотни раз и составляет 1600–3200 ед. ASA. Это было достигнуто за счет применения новой эмульсионной технологии. Синтез качественно новых цветообразующих компонент способствовал созданию принципиально нового поколения цветных фотопленок и процессов их обработки.

При изготовлении цветных негативных фотоматериалов некоторые фирмы применяют структурированные двойниковые кристаллы-близнецы, которые имеют меняющуюся химическую структуру от центра микрокристалла к его поверхности. Такие микрокристаллы, помимо достоинств Т-кристаллов, обладают повышенной реакционной способностью кDIR-веществам (Development Inhibitor Releasing), отщепляющим в ходе реакции цветного проявления ингибиторы проявления, что усиливает краевые эффекты и улучшает резкость цветного изображения.

Современные негативные фотоматериалы в эмульсионном слое содержат DIR-компоненту (приблизительно 10 % от общего количества цветного компонента в слое). Ингибитор, образующийся в процессе проявления, легко диффундирует из экспонированных участков в соседние области, понижая оптическую плотность и образуя «кайму» (эффект Эбергарда). Это увеличивает микроконтраст и резкость края изображения, причем ингибиторы проявления уменьшают гранулярность цветного изображения за счет частичного восстановления микрокристаллов галогенида серебра и уменьшения диаметра цветного облака красителя. Фирма «Fuji», совершенствуя свои цветные негативные фотоматериалы, применила микрокристаллы типа «ядро-оболочка с двойниковой структурой» (Double Structured Grains) (рис. 5.1.2). Ядро с такой структурой содержит большое количество иодида серебра, а бромид серебра, расположенный на наружной оболочке двойникового кристалла, обеспечивает при экспонировании большой квантовый выход. В процессе проявления ядро существенно влияет на размер серебряной частицы, что обусловливает в дальнейшем при очень высокой светочувствительности (до 1600 ед. ASA), низкий уровень гранулярности цветного изображения. Кроме того, для повышения светочувствительности и улучшения гранулярности изображения применяют новый класс цветообразующих компонент, так называемых FR-компонент (Fog Releasing), т. е. отщепляющих вуаленты (например, формилгидразин), которые за счет образования на них центров вуали способствуют восстановлению малоэкспонированных микрокристаллов, соседствующих с проявляемыми элементами. Такие компоненты вводят как в зональные слои, так и в промежуточные.

В последнее время для повышения светочувствительности цветных негативных материалов и уменьшения зернистости изображения применяют DAR-компоненты (Development Accelerator Releasing), отщепляющие при образовании красителя вещества-ускорители процесса проявления.

Для значительного уменьшения рассеивания света в процессе экспонирования применяют совершенно новый тип цветообразующих компонент — L-компоненты, являющиеся синтетическими полимерами, в которых водород замещен на хромофорную группу. Применение L-компонент позволило существенно уменьшить толщину слоя негативных фотопленок (на 10–20 %), а также улучшить структурно-резкостные свойства цветного изображения за счет уменьшения рассеивания света в слое и более компактной формы красителя, образующегося в процессе цветного проявления.

Эмульсии современных цветных негативных материалов нового поколения более однородны по размеру микрокристаллов и уже не являются смесью крупных и очень мелких микрокристаллов галогенида серебра. Почти все зональные эмульсионные слои негативных фотоматериалов наносят, как правило, двумя-тремя полуслоями, состоящими из эмульсии различной чувствительности (рис. 5.1.3). Верхний высокочувствительный слой, содержащий Т-кристаллы галогенида серебра, определяет максимальную светочувствительность материала, нижний среднечувствительный полуслой с мелкими микрокристаллами способствует лучшей передаче деталей в изображении. Применение принципа двойного-тройного полуслоя для негативных фотоматериалов при высокой светочувствительности обеспечивает малую зернистость цветного изображения и довольно широкий интервал экспозиций при съемке. Для улучшения цветоделения при изготовлении негативных фотоматериалов применяют активные разделительные слои с неокрашенными компонентами, которые предотвращают образование красителя в соседних зональных слоях за счет диффузии окисленной формы проявляющего вещества в процессе проявления из одного зонального слоя в другой. Отличительная особенность современных цветообразующих компонент — повышенная устойчивость красителя к выцветанию. Так, у современных фотоматериалов сохраняемость цветного изображения определяется желтым, а не голубым, как у большинства пленок, красителем, причем устойчивость голубого красителя к выцветанию сохраняется в течение примерно ста лет.

Существенные изменения за последние десятилетия произошли не только в технологии производства цветных фотоматериалов, но и в технологии их химико-фотографической обработки. Так, в обработке цветных обращаемых фотоматериалов наблюдается тенденция к применению унифицированного высокотемпературного процесса («Kodak Е-6»). Вместо амидольного черно-белого проявления все фирмы отдают предпочтение активным фенедон-гидрохиноновым проявляющим системам, малочувствительным к накоплению бромидов. Для увеличения активности черно-белого проявляющего раствора применяют специальные вещества, которые вводят не только в проявляющий раствор, но и в эмульсионный слой фотоматериала при его изготовлении. В качестве цветного проявляющего вещества почти все ведущие фотографические фирмы рекомендуют применять CD-3, CD-4. Для уменьшения максимальных плотностей и контраста цветного изображения в цветной проявляющий раствор вводят цитразиновую кислоту, которая связывает избыток окисленной формы проявляющего вещества и уменьшает за счет этого образование красителя в слое. Соединения, которые при этом образуются, легко растворимы и в процессе промывания удаляются из слоя. С целью исключения второго экспонирования предложено вводить в высокоактивные проявляющие растворы соединения с сильным вуалирующим действием, например, этилендиамин (основания) или перед цветным проявлением применять ванну химического обращения с хлоридом олова. Что касается процесса отбеливания, то сегодня специалисты отдают предпочтение экологически безвредным отбеливающим системам на основе Fe(III)·EDTA.

Рис. 5.1.2.Микрокристаллы галогенида серебра
ядро-оболочка:
а) двойниковая структура; б) многооболочная структура;
в) плоский микрокристалл с латеральными оболочками;
1 — ядро МК AgHal; 2 — оболочка микрокристалла

Рис. 5.1.3.Формирование суммарной характеристической
кривой цветного фотоматериала (5) при однослойном строении (а) зонального эмульсионного слоя и характеристических кривых элементарных слоев при расположении изображения в поверхностной зоне (1) и
в глубине слоя (2), а также при нанесении на основу крупнозернистой (3) и мелкозернистой (4) эмульсий двумя полуслоями (б):
D — оптическая плотность; H — экспозиция

Рис. 5.1.4.Треугольник (а) и пирамида (б) качества, иллюстрирующие взаимосвязь между светочувствительностью (S), функцией передачи модуляции (Tv), зернистостью (σD) и цветовоспроизведением (F)
для цветных негативных пленок нового поколения фирмы «Agfa-Gevaert» (2) по сравнению с предшествующими пленками (1)

В настоящее время химико-фотографическая обработка цветных фотобумаг имеет четкую тенденцию к уменьшению продолжительности процесса. Это достигается повышением температуры обрабатывающих растворов до 33–38 °С, объединением двух-трех стадий в одну и полным исключением промежуточных и даже окончательных промываний. При высокотемпературной обработке фотоматериалов примерно 32 % затрат составляют расходы на промывную воду и ее подогрев и только 40 % общей стоимости обработки расходуется на химические реактивы. Это обстоятельство побудило специалистов разработать беспромывочные методы химико-фотографической обработки цветных негативных фотоматериалов. Недавно фирмой «Konica» было предложено для обработки цветной фотобумаги на заключительной стадии использовать вместо трех баков промывания проточной водой раствор суперстабилизатора (процесс RA-4), который подают в баки по принципу противотока. В растворе суперстабилизатора происходит связывание ионов железа, в результате чего блокируется и обесцвечивается Fe(III)·EDTA, что и предотвращает возникновение желтой вуали в процессе хранения. Для повышения стабильности цветного изображения при хранении в эмульсионный слой вводят вещества, которые в процессе сушки отпечатков разлагаются и автоматически снижают рН до значений, обеспечивающих наилучшую стабильность красителей. За 72 года цветной фотографии современные цветные негативные фотопленки претерпели существенные изменения не только в плане повышения светочувствительности и улучшения качества изображения, но и в строении эмульсионных слоев. В этом большая заслуга фирмы «Kodak». Согласно представлениям, которыми долгое время руководствовались специалисты в области фотографии и кинематографии, высокие значения фотографической светочувствительности фотопленок могли быть достигнуты за счет применения эмульсий с более крупными микрокристаллами галогенида серебра, т. е. с большей зернистостью. Всякое увеличение светочувствительности фотоматериалов в этом случае должно было обязательно сопровождаться ухудшением резкости и увеличением гранулярности изображения. Однако, благодаря большим успехам в области эмульсионной технологии, а также другим достижениям, стало возможным преодолеть эти препятствия, существенно улучшив структурно-резкостные характеристики и цветовоспроизведение негативных фотопленок при очень высокой их светочувствительности (рис. 5.1.4).

В новых современных цветных негативных фотопленках последнего поколения высокая насыщенность цвета и его бриллиантность достигаются за счет интер-имидж эффекта(Inter Image Effect), для получения которого необходимо не только образование ингибиторов процесса проявления и их взаимодействие с микрокристаллами галогенида серебра, но и различие в кинетике проявления зональных эмульсионных слоев. С помощью Super DIR-компонент, применяемых в зональных эмульсионных слоях цветной негативной фотопленки, можно уменьшать гранулярность и компенсировать вредное поглощение субтрактивных красителей, образующихся при цветном проявлении, а также улучшать цветоделение и изменять эффективную спектральную чувствительность зональных эмульсионных слоев. Ингибитор процесса проявления, образующийся при цветном проявлении в зеленочувствительном эмульсионном слое, может диффундировать в смежный синечувствительный слой, причем чем выше экспозиция и плотность зеленочувствительного слоя, тем больше будет образовываться ингибитора проявления, который приведет к дальнейшему существенному замедлению процессов восстановления микрокристаллов галогенида серебра светочувствительного слоя и уменьшению выхода красителя. Возникший при этом межслойный эффект по своему действию очень близок к цветоделительному процессу маскирования и приводит к компенсации вредного поглощения пурпурного красителя в синей части спектра, что и способствует существенному улучшению воспроизведения.

Сегодня галогенсеребряные фотографические системы, по сравнению с другими носителями информации, обладают самой высокой светочувствительностью (цветные негативные и обращаемые фотоматериалы 3200 ед. ASA, a черно-белые при форсированной обработке 12 500–25 000 ед. ASA); большим сроком хранения как неэкспонированных, так и экспонированных фотоматериалов (несколько лет без ухудшения фотографических параметров); довольно высокой плотностью записи информации (в десять раз больше, чем при магнитной записи), а также великолепным качеством изображения, включая цветопередачу. Если говорить о светочувствительности галогенсеребряных фотоматериалов, то, как считают эксперты, граница максимальной чувствительности пока еще не достигнута, несмотря на то, что она выросла за 168 лет существования фотографии более чем в 100 раз. Высказываются мнения, что чувствительность теоретически можно увеличить еще на несколько ступеней, т. е. к 2010 г. светочувствительность цветных негативных фотопленок может достигнуть индекса экспозиции 8000 при сохранении структурно-резкостных характеристик на уровне современных пленок. Такой процесс будет достигнут за счет того, что эмульсионный микрокристалл галогенида серебра будет проявляться при поглощении 2–4 фотонов, в то время как сегодня для этого необходимо более 10 фотонов. Такой эффект может быть достигнут за счет существенного повышения квантовой эффективности микрокристаллов галогенида серебра.

Некоторые специалисты предсказывают, что при незначительном ухудшении зернистости светочувствительность цветных негативных фотопленок в 2016 г. может достигнуть величины 100 000 ед. ASA, что позволит проводить фотосъемку в лунную ночь с выдержкой 1/60 при диафрагме 4, получая при этом хорошее качество изображения. В настоящее время можно констатировать, что современная фотография на галогенидах серебра представляет собой хорошо отработанный технический метод, благодаря своему неисчерпаемому многообразию и высокому качеству изображения. На ближайшее время у фотографии на галогенидах серебра нет потенциальных конкурентов и, естественно, она имеет свое будущее, как научно-техническое так и экономическое. Однако в обозримом будущем ей предстоит принять вызов со стороны электронной фотографии, тем более, что уже сегодня отчетливо наблюдается в мире тенденция соединить передовую фотографическую технологию на галогенидах серебра с электроникой и оптоэлектроникой. Что касается качества изображения-разрешающей способности, получаемой с помощью электронной фотокамеры, то она ниже, чем на цветной фотопленке, но многие специалисты считают, что в ближайшее время появятся фотокамеры с разрешением 10–15 млн элементов при сохранении современного уровня светочувствительности. Но для того, чтобы достигнуть разрешения, получаемого сегодня на 35-миллиметровой галогенсеребряной фотопленке, необходимо иметь фотокамеру с 20 млн элементов изображения, однако решение этой проблемы потребует от специалистов в области электроники больших усилий.

Сегодня широкое применение электронных систем записи изображения сдерживается высокой стоимостью оборудования. Методы электронной фотографии пока не могут конкурировать с современным методам классической фотографии, они лишь дополняют ее. Но вскоре совершенствование технологии производства приведет к тому, что любительские фотокамеры станут дешевле, меньше по массе и габаритам, а качество изображения электронных цветных отпечатков будет соответствовать качеству обычных фотографий. Все это позволит рассматривать ближайшее будущее фотографии как сочетание электроники и фототехнологии, но, по мнению ведущих специалистов в области цветной фотографии, это не приведет к значительному сокращению классических методов галогенсеребряной фотографии, пожалуй, до 2050 г.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: