Л.А. Логінов, багатопрофільний комплекс (гімназія-ліцей) N 109, м. Москва
Найцікавіша тема. Улюблена дітьми. Дуже сучасна. На жаль, в «базовому» підручнику їй присвячено всього один невеликий абзац. Без схем, без розповіді про сучасну кольорової фотографії. Але не грішимо ми, заганяючи цю живу тему в рамки одного параграфа? Хіба не треба хлопцям знати суть такого досягнення людства, як фотографія? Адже це і довга пам'ять, і, нарешті, все життя. Тим більше, що одинадцятикласникам багато чого можна розтлумачити на рівні основних понять, навіть основи кольорової фотографії.
Починаємо, звичайно, з загального визначення фотохімічних реакцій (ФХР) - це реакції, що відбуваються тільки під дією світла або ультрафіолетового випромінювання (причина: хімічно активними стають неактивні в звичайних умовах атоми). Краще, якщо приклади ФХР хлопці підберуть самі, адже багато чого їм вже відомо і з інших шкільних предметів, і з життя. Найчастіше називають фотосинтез, утворення меланіну в шкірі людини (засмага), вицвітання барвників (тканини, паперу, навіть волосся), реакції хлорування алканів (одержання органічних розчинників: хлороформу (CHCl3), чотирихлористого вуглецю (CCl4), дихлоретан (C2H4Cl2) та ін .), обробку фотоматеріалів.
Як і фотоефект, ФХР характеризуються червоним кордоном - мінімальною частотою nмін (максимальною довжиною хвилі lмакс) випромінювання, яке ще може викликати протікання реакції. Природно, що у різних речовин червона межа різна. Наприклад, тканина вигоряє не тільки на відкритому повітрі, під впливом сонячного ультрафіолету, але і в приміщенні з заскленими вікнами, під впливом видимого світла (ультрафіолет крізь звичайне скло не проходить). А меланін у шкірі (засмага) виробляється тільки під дією ультрафіолету.
Тепер зупинимося на фотографії (спершу, звичайно, чорно-білою). Перші фотознімки були отримані в 1839 р. французьким художником Луї Дагером, так що якийсь час такі зображення навіть називалися дагеротипами. Це відкриття стало можливим завдяки узагальненню результатів дослідів Нісефор Ньепса, теж француза. Слідом за ними свій спосіб отримання фотографій розробив англієць Фокс Тальбот, а далі малюнок почала розвиватися бурхливими темпами і завоювала буквально весь світ. Незмінною залишилася тільки основа - фотохімічні реакції, що відбуваються з галогенідами срібла (AgBr, AgCl, AgI та їх суміші).
Фотоматеріал являє собою прозоре скляне (фотопластинка) або полімерне (фотоплівка) підстава, покрите фотоемульсією, - желатином з вкрапленими в нього мікроскопічними (порядку мікрометра) кристаликами галогенида срібла з добавками так званих сенсибілізаторів (речовин, що підвищують чутливість до світла). Перші фотопластинки не містили цих речовин і мали таку слабку чутливість, що час експозиції доходило до півгодини. Нерухомий об'єкт сфотографувати на таку фотопластинку ще можна (фотоапарат встановлювався на штатив), але змушувати людину сидіти так довго перед об'єктивом без найменшого ворушіння було просто знущанням. Світлочутливість сучасних фотоплівок завдяки різного складу і кількості сенсибілізаторів знаходиться в межах від 50 до 1600 умовних одиниць ISO. (На практиці ми стикаємося, як правило, з плівками чутливістю від 100 до 400 одиниць ISO). Більшості умовних одиниць відповідає більш висока чутливість і, отже, менший час експозиції.
Якось на початку 80-х рр.. в телевікторині «Що? Де? Коли? "Знавцям показали фотографію католицького собору, зроблену в середині XIX століття. Місце там взагалі-то дуже людне, але на знімку не було жодної людини. Послідував питання: «Де люди, чому їх немає?» На жаль, знавці вирішили, що в момент зйомок людей просто попросили піти з кадру, щоб не псувати краєвид. А правильна відповідь крився у вкрай слабкої чутливості тодішніх фотоматеріалів. За півгодини експонування люди спокійнісінько встигали увійти і вийти з кадру, не залишивши навіть сліду на фотопластинці!
Отже, неекспонована плівка являє собою полімерну основу, покриту «нормальним» бромистим сріблом (мал. а). Вона «боїться» світла, тому повинна знаходитися в абсолютній темряві, наприклад в фотокассете. У фотоапараті плівка (теж у повній темряві) простягається за нормально закритим світловим затвором.
При експозиції затвор на дуже короткий час відкривається, так що світло (як правило, відбитий від об'єкта, що знімається) надходить на частину плівки (кадр). Час експозиції сучасних фотоплівок при нормальному освітленні становить від 1 / 30 до 1 / 500 с. Чим воно коротше, тим більш чітким виходить зображення, тому що тим менше рухів під час зйомки здійснить об'єкт. Коли на кристалик галогенида срібла (візьмемо для визначеності AgBr) падає світло, відбувається ФХР:
причому бром сорбується оточуючим зерно желатином, а срібло (т.зв. фотолітіческое) випадає у вигляді особливих утворень - по 1-3 атома (зауважимо, що в реакції бере участь дуже мала частина молекул, що складають кристалик зерна). Такі утворення неможливо побачити, тому їх називають центрами прихованого зображення. Світлі ділянки фотографується (наприклад особа) відображають більше світла і створюють більше центрів прихованого зображення, а темні - менше. Їх розподіл по фотокадру після експозиції схематично показано на рис. б.
Таким чином, зображення закладено, але воно неймовірно слабке. При прояві фотоплівки (у повній темряві) під впливом проявника (водного розчину метолу або гідрохінону) реакція відновлення засвіченого галогенида срібла до металевого різко посилюється, реагують всі молекули засвіченого кристалика, і утворюються «великі», мікронні зерна металевого срібла, а бром виводиться в розчин (мал. в).
Якщо зараз винести плівку на світло, то можна побачити чорно-сіре зображення, яке, однак, все ще «боїться» світла, тому що в емульсії залишилися кристалики незасвічені галогенида срібла, під дією світла в них може початися ФХР, що підсилюється, що залишилися на плівці проявником (плівка-то мокра). Зображення на щойно виявленої плівці тримається
1-2 хв. Отже, треба вивести незасвічені галогенід срібла. Для цього плівку занурюють у фіксаж, тобто закріплювач (рис. г), наприклад у водний розчин гіпосульфіту. Наступні промивку і сушку вже можна робити на світлі.
Тепер подивимося на оброблену фотоплівку. На місці засвіченого галогенида срібла залишилися зерна металевого срібла темно-сірого кольору, на місці незасвічені - тільки прозора основа плівки. Іншими словами, фотографували ми, скажімо, біле обличчя на темному тлі, а на плівці отримали темне на світлому (прозорому) фоні, тобто зображення, зворотне по «чорноті» оригіналу, - негатив. При фотодруку, що представляє собою копіювання зображення з негативу на фотопапір (як правило, зі збільшенням), відбуваються аналогічні процеси в емульсії фотопаперу і виходить негатив негативу, тобто позитив - пряме, звичайне зображення.
Але все-таки фотоемульсія плівки відрізняється від фотоемульсії папери, так само, як і процеси їх обробки. По-перше, червона межа ФХР фотоплівки припадає на прикордонну область між червоним і інфрачервоним випромінюванням, так що реакція йде при висвітленні світлом будь-якого кольору. Емульсія фотопаперу має червону кордон ФХР між червоним і оранжевим ділянками спектру. Внаслідок цього фотопапір червоного світла «не боїться», що дозволяє виробляти фотодрук не в абсолютній темряві, а при несильному червоному освітленні. По-друге, час "збудження" реакції в емульсії фотопаперу значно більше, ніж в емульсії фотоплівки (зазвичай від півсекунди до декількох секунд, а то й до кількох десятків секунд). Це зроблено спеціально, оскільки тривалість експозиції фотопаперу визначає людина, а йому просто неможливо відміряти дуже маленькі інтервали часу, скажімо, 1 / 30 с.
Тепер перейдемо до кольорової фотографії. Як початкову стадію вона включає в себе чорно-білу фотографію: «звичайна» емульсія задає контури зображення і насиченість потрібного кольору майбутнього кольорового зображення. (Наприклад, чим більше металевого срібла залишиться на місці майбутнього зображення червоного кольору, тим яскравіше, насиченішим буде цей червоний колір.) На кольоровій плівці є ще й три кольорових шару (так званих основних кольорів - червоного, синього і зеленого). При засвічуванні світлом певного кольору ФХР йде у відповідному кольоровому шарі. Складні кольори утворюються шляхом накладення у різних пропорціях один на одного основних кольорів, подібно до того, як виходить кольорове зображення на екрані телевізора. При обробці фотоплівки срібло «звичайної» чорно-білої емульсії з плівки виводиться, тому що воно свою роль зіграло.
Обробка кольорової плівки, звичайно ж, складніше, ніж чорно-білою, оскільки додаються такі стадії і процеси, як вторинна засвічення, кольорове прояв, відбілювання, не кажучи вже про додаткове промивання. При обробці оборотних (слайдових) плівок потрібно ще й спеціальне припинення першого (чорно-білого) прояви. Реактиви тут більш їдкі та отруйні. Більше того, треба витримувати досить строго час обробки в кожному процесі, особливо температуру розчину. Наприклад, температура кольорового проявника повинна бути 25 ± 0,25 ° С. Помилишся всього на півградуса - зображення вийде неприродного жовтого відтінку. Так що справа це дуже клопітка і вимагає акуратності, терпіння і досвіду. Недарма людська думка прийшла до автоматизації всіх цих процесів.
Структуру кольоровий фотоплівки можна продемонструвати учням за допомогою нехитрого наочного посібника. Беремо непотрібний кольоровий слайд (позитив, але можна скористатися і негативом) і кладемо його емульсією вгору. З нього в кількох місцях зскрібає один, два або три шари. Самий верхній шар - червоний (на негативі - зелений). Його частинки треба акуратно приклеїти на ділянку з повністю знятої емульсією, і на просвіт буде видно, що вони темно-червоні (темно-зелені). Ніяк інакше структуру і колір верхнього шару не показати. А ось синій і зелено-блакитний (на негативі - жовтий, коричневий) шари можна побачити, якщо зробити більш-менш глибокі зіскрібки на емульсії. Після підготовки кадр вставляємо в слайдову рамочку і демонструємо учням, за допомогою діапроектора, як звичайний слайд.
Негатив кольорової плівки, як відомо, виходить у додаткових кольорах. Якщо учні трохи ознайомлені з теорією додаткових кольорів, то про колір, одержуваному на негативі при зйомці даного об'єкта, можна запитати і їх самих, нехай подумають. Досвід показує, що обов'язково хто-небудь у класі здогадається: те, що насправді червоне, на негативі - зелене, що насправді жовте, на негативі - фіолетове і т.д. Сто1іт запитати учнів, чи припустимо при кольоровому фотодруку слабке червоне освітлення. Вони зазвичай відразу ж розуміють, що ні, тому що це викличе появу на фотопапері зеленого кольору.
Тепер про роль сенсибілізаторів в кольорової фотографії. Вона тут набагато більш значуща, ніж у чорно-білої фотографії, оскільки сенсибілізатори в кольорових фотоемульсіях не тільки підвищують чутливість до світла взагалі, але і регулюють чутливість до кожного конкретного кольору. Іншими словами, вони відповідають і за точну передачу кольору, і за приємне поєднання кольорів. Набір сенсибілізаторів в кожному конкретному типі плівки - суворий секрет фірми-виробника. І у різних фірм секрети різні. Згадаймо недавнє минуле, плівки «Свема» і «ORWO», найбільш популярні тоді в нашій країні. Зображення на плівках «Свема» завжди мали синьо-зелений відтінок, а на плівках «ORWO» - коричневий. Багато сучасних плівки дають голубуватий відтінок і т.д. Одним словом, кому що подобається і в якій ситуації.
Сенсибілізатори відповідають ще й за яскравість кольорів. Розглянемо такий приклад. Потрібно сфотографувати в повний зріст дорогої вам людини. Вам тут важливо все: і одяг, і обличчя, і колір очей. Ви чекаєте, що плівка передасть всі, в тому числі і колір очей. Скажімо, у людини очі блакитні. Але розмір райдужної оболонки ока дуже малий у порівнянні з розміром цілого кадру, і бажану блакить плівка може або не вловити взагалі, або сильно її спотворити, колір вийде бляклим. На жаль, цим особливо «грішили» наші вітчизняні плівки. А ось фотоматеріали «ORWO» «вміли» блакить очей робити навіть більш помітною.
Описане, звичайно ж, краще за все показати на реальних слайдах або фотографіях. Особливо якщо один і той же сюжет зображений в один час на різні плівки (наприклад, зйомки одночасно виробляли двоє, кожний своїм фотоапаратом).
Учням-гуманітаріям цього вже достатньо для хорошого емоційного заряду. А в медико-біологічних класах, де кількість уроків фізики побільше, можна розповісти ще й про особливості налаштування фотоапаратів для отримання знімків хорошої якості. Мова йде про регулювання так званих витримки і діафрагми. Нагадаємо, що витримкою називається час експозиції кадру, а діафрагмою - розмір отвори в об'єктиві фотоапарата, крізь яке засвічується кадр. Ми вже говорили, що для підвищення різкості зображення фотографований об'єкт повинен бути нерухомий. Але абсолютної нерухомості досягти, як правило, неможливо. Тоді намагаються зменшити витримку, а для збереження світлового потоку збільшують діафрагму.
Остання виводить на поняття сферичної аберації - одного з недоліків лінз. Суть сферичної аберації полягає в тому, що через головний фокус лінзи проходять не всі промені, що падають на лінзу паралельно головній оптичній осі, а тільки ті, які проходять недалеко від головної оптичної осі. Більш далекі промені перетинаються в інших точках, що призводить до розмивання зображення. Широка діафрагма як раз і «запускає в дію» такі промені, так що проблему нестачі світла (при вимушеної малої витримці або при тьмяному освітленні) потрібно вирішувати не збільшенням діафрагми, а вибором більш чутливою фотоплівки.