Latentes Bild - Latent image
Ein latentes Bild ist ein unsichtbares Bild, das durch Belichtung eines lichtempfindlichen Materials wie eines fotografischen Films mit Licht erzeugt wird . Wenn ein fotografischer Film entwickelt wird , verdunkelt sich der belichtete Bereich und erzeugt ein sichtbares Bild. In den frühen Tagen der Fotografie war die Art der unsichtbaren Veränderung der Silberhalogenidkristalle der Emulsionsbeschichtung des Films unbekannt, so dass das Bild als "latent" bezeichnet wurde, bis der Film mit einem fotografischen Entwickler behandelt wurde .
In mehr physikalisch, wird ein latentes Bild eine kleine Gruppe von metallischen Silberatomen in oder auf einem Silberhalogenidkristallen gebildet durch Reduktion von interstitieller Silberionen durch Photoelektronen (a photolytische Silber - Cluster). Wenn die intensive Belichtung fortgesetzt wird, wachsen solche photolytischen Silbercluster zu sichtbaren Größen. Dies wird als Ausdrucken des Bildes bezeichnet. Andererseits wird die Bildung eines sichtbaren Bildes durch die Wirkung eines fotografischen Entwicklers als Entwickeln des Bildes bezeichnet.
Die Größe eines Silberclusters im latenten Bild kann nur wenige Silberatome betragen. Um jedoch als effektives latentes Bildzentrum zu wirken, sind mindestens vier Silberatome erforderlich. Andererseits kann ein entwickeltes Silberkorn Milliarden von Silberatomen aufweisen. Daher ist der auf das latente Bild einwirkende fotografische Entwickler ein chemischer Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor von bis zu mehreren Milliarden. Das Entwicklungssystem war die wichtigste Technologie, die die fotografische Empfindlichkeit in der Geschichte der Fotografie erhöhte.
Mechanismus der Bildung
Die Wirkung des Lichts auf die Silberhalogenidkörner innerhalb der Emulsion bildet Stellen von metallischem Silber in den Körnern. Der grundlegende Mechanismus, durch den dies geschieht, wurde erstmals 1938 von RW Gurney und NF Mott vorgeschlagen . Das einfallende Photon setzt ein Elektron , das als Photoelektron bezeichnet wird, aus einem Silberhalogenidkristall frei. Photoelektronen wandern zu einer flachen Elektronenfallenstelle (einer Empfindlichkeitsstelle), wo die Elektronen Silberionen reduzieren, um einen metallischen Silberfleck zu bilden. Ein positives Loch muss ebenfalls erzeugt werden, wird jedoch weitgehend ignoriert. Nachfolgende Arbeiten haben dieses Bild leicht modifiziert, so dass auch das Einfangen von Löchern in Betracht gezogen wird (Mitchell, 1957). Seitdem wurde das Verständnis des Mechanismus der Empfindlichkeit und der latenten Bilderzeugung erheblich verbessert.
Fotografische Empfindlichkeit
Ein sehr wichtiger Weg, um die fotografische Empfindlichkeit zu erhöhen, besteht darin, die Elektronenfallen in jedem Kristall zu manipulieren. Ein reiner, fehlerfreier Kristall weist eine schlechte fotografische Empfindlichkeit auf, da ihm eine flache Elektronenfalle fehlt, die die Bildung eines latenten Bildes erleichtert. In einem solchen Fall rekombinieren viele der Photoelektronen mit dem Silberhalogenidkristall und werden verschwendet. Flache Elektronenfallen werden durch Schwefelsensibilisierung, Einführung eines kristallinen Defekts (Kantenversetzung) und Einbau einer Spurenmenge von Nicht-Silbersalz als Dotierstoff erzeugt. Die Position, Art und Anzahl der flachen Fallen haben einen großen Einfluss auf die Effizienz, mit der die Photoelektronen latente Bildzentren erzeugen, und folglich auf die fotografische Empfindlichkeit.
Ein weiterer wichtiger Weg zur Erhöhung der fotografischen Empfindlichkeit besteht darin, die Schwellengröße für entwickelbare latente Bilder zu verringern. Die Goldsensibilisierung von Koslowski erzeugt metallische Goldflecken auf der Kristalloberfläche, die den Kristall selbst nicht entwickelbar machen. Wenn ein latentes Bild um den Goldfleck herum erzeugt wird, verringert das Vorhandensein von Gold bekanntermaßen die Anzahl der metallischen Silberatome, die erforderlich sind, um den Kristall entwickelbar zu machen.
Ein weiteres wichtiges Konzept zur Erhöhung der fotografischen Empfindlichkeit besteht darin, Fotolöcher von Photoelektronen und Empfindlichkeitsstellen zu trennen. Dies sollte die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination verringern. Eine mögliche Umsetzung dieses Konzepts ist die Reduktionssensibilisierung. Die neuere 2-Elektronen-Sensibilisierungstechnik baut auf diesem Konzept auf. Das wissenschaftliche Verständnis des Verhaltens von Fotolöchern ist jedoch eingeschränkter als das von Photoelektronen.
Andererseits konkurriert eine tiefe Elektronenfalle oder eine Stelle, die die Rekombination erleichtert, um Photoelektronen und verringert daher die Empfindlichkeit. Diese Manipulationen werden jedoch beispielsweise verwendet, um den Kontrast der Emulsion zu verbessern.
Versagen des Reziprozitätsgesetzes
Das Versagen des Reziprozitätsgesetzes ist ein Phänomen, bei dem die gleiche Belichtungsmenge (Bestrahlungsstärke multipliziert mit der Belichtungsdauer) eine unterschiedliche Bilddichte erzeugt, wenn die Bestrahlungsstärke (und damit die Dauer) variiert wird.
Es gibt zwei Arten von Reziprozitätsfehlern. Sie hängen beide mit der schlechten Effizienz der Verwendung von Photoelektronen zur Erzeugung latenter Bildzentren zusammen.
Hochintensitäts-Reziprozitätsversagen (HIRF)
Ein Reziprozitätsversagen mit hoher Intensität (HIRF) ist häufig, wenn der Kristall durch intensives, aber kurzes Licht wie eine Blitzröhre belichtet wird. Dies reduziert die fotografische Geschwindigkeit und den Kontrast. Dies ist bei Emulsionen üblich, die für die höchste Empfindlichkeit bei Langzeitbelichtung unter Verwendung der alten Emulsionstechnologie optimiert sind.
HIRF ist auf die Erzeugung vieler latenter Teilbilder zurückzuführen, die aufgrund ihrer geringen Größe nicht entwickelbar sind. Aufgrund der kurzen und intensiven Belichtung werden viele Photoelektronen gleichzeitig erzeugt. Sie machen viele latente Teilbilder (die den Kristall nicht entwickelbar machen können) und nicht ein oder einige latente Bilder (die es können).
HIRF kann verbessert werden, indem Dotierstoffe eingebaut werden, die temporäre tiefe Elektronenfallen erzeugen, den Grad der Schwefelsensibilisierung optimieren und kristalline Defekte einführen (Kantenversetzung).
In den letzten Jahren wurden viele Fotodrucke durch Scannen mit Laserbelichtung hergestellt. Jeder Ort auf einem Fotopapier wird mit einem sehr kurzen, aber intensiven Laser belichtet. Probleme aufgrund von HIRF waren die größte technische Herausforderung bei der Entwicklung solcher Produkte. Farbfotopapiere werden normalerweise mit einem sehr hohen Anteil an Silberchlorid (etwa 99%) hergestellt, und der Rest ist Bromid und / oder Iodid. Chloridemulsionen haben einen besonders schlechten HIRF und leiden normalerweise unter LIRF. Papierhersteller verwenden Dotierstoffe und eine präzise Kontrolle der Versetzungsstellen, um die HIRF für diese neue Anwendung zu verbessern (um sie praktisch zu eliminieren).
Reziprozitätsfehler geringer Intensität (LIRF)
Ein Reziprozitätsversagen mit geringer Intensität (LIRF) tritt auf, wenn der Kristall mit schwachem Licht von langer Dauer belichtet wird, wie beispielsweise in der astronomischen Fotografie.
LIRF ist auf die Ineffizienz bei der Erzeugung eines latenten Bildes zurückzuführen. Dies verringert die fotografische Geschwindigkeit, erhöht jedoch den Kontrast. Aufgrund der geringen Belichtungsstärke (Intensität) muss ein Einkristall möglicherweise eine beträchtliche Zeitspanne zwischen der Absorption einer ausreichenden Anzahl von Photonen warten. Bei der Herstellung eines stabilen latenten Bildzentrums wird ein kleinerer und weniger stabiler Silberfleck erzeugt. Eine weitere Erzeugung von Photoelektronen ist erforderlich, um diesen kleinen Fleck zu einem größeren, stabilen, latenten Bild zu züchten. Es besteht eine begrenzte Wahrscheinlichkeit, dass sich dieser instabile Zwischenfleck zersetzt, bevor die nächsten verfügbaren Photoelektronen ihn stabilisieren können. Diese Wahrscheinlichkeit steigt mit abnehmender Bestrahlungsstärke.
LIRF kann verbessert werden, indem die Stabilität des latenten Teilbildes, die Schwefelsensibilisierung und die Einführung kristalliner Defekte (Kantenversetzung) optimiert werden.
Ort des latenten Bildes
Abhängig vom Silberhalogenidkristall kann das latente Bild innerhalb oder außerhalb des Kristalls erzeugt werden. Je nachdem, wo der LI gebildet wird, variieren die fotografischen Eigenschaften und die Reaktion auf den Entwickler. Die derzeitige Emulsionstechnologie ermöglicht eine sehr genaue Manipulation dieses Faktors auf verschiedene Weise.
Jede Emulsion hat eine Stelle in jedem Kristall, an der bevorzugt LIs gebildet werden. Sie werden "Sensitivitätszentren" genannt. Emulsionen, die im Inneren LIs bilden, werden als interne (ly) empfindliche Emulsionen bezeichnet, und solche, die auf der Oberfläche LI bilden, werden als oberflächenempfindliche Emulsionen bezeichnet. Der Empfindlichkeitstyp spiegelt weitgehend die Stelle sehr flacher Elektronenfallen wider, die effektiv latente Bilder erzeugen.
Die meisten, wenn nicht alle Negativfilmemulsionen der alten Technologie hatten intern viele unbeabsichtigt erzeugte Kantenversetzungsstellen (und andere kristalline Defekte), und eine Schwefelsensibilisierung wurde an der Oberfläche des Kristalls durchgeführt. Da mehrere Empfindlichkeitszentren vorhanden sind, hatte die Emulsion sowohl eine innere als auch eine Oberflächenempfindlichkeit. Das heißt, Photoelektronen können zu einem von vielen Empfindlichkeitszentren wandern. Um die maximale Empfindlichkeit solcher Emulsionen auszunutzen, wird allgemein angenommen, dass der Entwickler eine gewisse Silberhalogenid-Lösungsmittelwirkung haben muss, um die internen latenten Bildstellen zugänglich zu machen. Viele moderne negative Emulsionen führen eine Schicht direkt unter der Kristalloberfläche ein, in der absichtlich eine ausreichende Anzahl von Kantenversetzungen erzeugt wird, während der Großteil des Kristallinneren fehlerfrei bleibt. Auf die Oberfläche wird eine chemische Sensibilisierung (z. B. Schwefel plus Goldsensibilisierung) angewendet. Infolgedessen werden die Photoelektronen auf einige wenige Empfindlichkeitsstellen auf oder sehr nahe an der Kristalloberfläche konzentriert, wodurch die Effizienz, mit der das latente Bild erzeugt wird, erheblich verbessert wird.
Emulsionen mit unterschiedlichen Strukturen wurden für andere Anwendungen hergestellt, beispielsweise für direkte positive Emulsionen. Bei der direkt positiven Emulsion sind im Zentrum der Emulsion Nebelzentren eingebaut, die durch bei Belichtung erzeugte Fotolöcher gebleicht werden. Diese Art von Emulsion erzeugt bei der Entwicklung in einem herkömmlichen Entwickler ohne Umkehrverarbeitung ein positives Bild.
Entwicklung von Silberhalogenidkristallen
Eine Entwicklerlösung wandelt Silberhalogenidkristalle in metallische Silberkörner um, wirkt jedoch nur auf solche mit latenten Bildzentren. (Eine Lösung, die alle Silberhalogenidkristalle in metallische Silberkörner umwandelt, wird als Nebelentwickler bezeichnet , und eine solche Lösung wird beim zweiten Entwickler der Umkehrverarbeitung verwendet.) Diese Umwandlung beruht auf einer elektrochemischen Reduktion, bei der die latenten Bildzentren als Katalysator wirken.
Reduktionspotential des Entwicklers
Eine Entwicklerlösung muss ein Reduktionspotential aufweisen, das stark genug ist, um ausreichend belichtete Silberhalogenidkristalle mit einem latenten Bildzentrum zu entwickeln. Gleichzeitig muss der Entwickler ein Reduktionspotential haben, das schwach genug ist, um unbelichtete Silberhalogenidkristalle nicht zu reduzieren.
In einem geeignet formulierten Entwickler werden Elektronen nur durch Silberflecken in die Silberhalogenidkristalle injiziert (latentes Bild). Daher ist es sehr wichtig für das chemische Reduktionspotential der Entwicklerlösung (nicht das Standard - Reduktionspotential des Entwicklungsmittels) irgendwo höher als das Fermi - Energieniveau von kleinem metallischem Silbercluster (die, das latente Bild) , aber gut unterhalb des Leitungsbandes unbelichteter Silberhalogenidkristalle.
Im Allgemeinen weisen schwach exponierte Kristalle kleinere Silbercluster auf. Silbercluster kleinerer Größen haben einen höheren Fermi-Gehalt, und daher werden mehr Kristalle entwickelt, wenn das Reduktionspotential des Entwicklers erhöht wird. Das Entwicklerpotential muss jedoch wiederum deutlich unter dem Leitungsband des Silberhalogenidkristalls liegen. Somit gibt es eine Grenze bei der Erhöhung der fotografischen Geschwindigkeit des Systems durch Erhöhung des Entwicklerpotentials; Wenn das Reduktionspotential der Lösung hoch genug eingestellt ist, um kleinere Silbercluster auszunutzen, beginnt die Lösung irgendwann, Silberhalogenidkristalle unabhängig von der Exposition zu reduzieren. Dies wird als Nebel bezeichnet , bei dem es sich um metallisches Silber handelt, das aus einer nicht bildweisen (belichtungsunspezifischen) Reduktion von Silberhalogenidkristallen hergestellt wird. Es wurde auch festgestellt, dass bei optimaler Formulierung der Entwicklerlösung die maximale fotografische Geschwindigkeit für die Wahl des Entwicklungsmittels eher unempfindlich ist (James 1945), und es gibt eine Grenze für die Größe des Silberclusters, das entwickelt werden kann.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu verbessern, ist die Verwendung der Goldsensibilisierungstechnik von Koslowski. Ein kleiner metallischer Goldcluster, dessen Fermi-Gehalt hoch genug ist, um die Entwicklung des Kristalls zu verhindern, wird verwendet, um die Schwellengröße des metallischen Silberclusters zu verringern, die den Kristall entwickelbar machen kann.
Zur weiteren Diskussion siehe Tani 1995 und Hamilton 1988.
Stabilität des latenten Bildes
Unter normalen Bedingungen ist das latente Bild, das auf jedem Halogenidkorn nur wenige Atome metallischen Silbers betragen kann, viele Monate lang stabil. Die anschließende Entwicklung kann dann ein sichtbares Metallbild ergeben.
Ein berühmtes Beispiel für die Stabilität latenter Bilder sind die Bilder von Nils Strindberg , dem Fotografen der unglückseligen arktischen Ballonexpedition von SA Andrée von 1897 . Die Bilder der Expedition und des auf dem Eis gestrandeten Ballons wurden erst 33 Jahre später entdeckt und entwickelt.
Siehe auch
Verweise
- Coe, Brian, 1976, Die Geburt der Fotografie, Ash & Grant.
- Mitchell, JW, 1957, Photographic Sensitivity, Rep. Prog. Phys., Vol. 20, S. 433–515.
- Tani, T., 1995, Photographic Sensitivity, Oxford University Press., S. 31–32, 84–85, 89–91.
- Mitchell, JW, 1999, Evolution der Konzepte der fotografischen Empfindlichkeit, J. Imag. Sci. Tech., 43, 38 & ndash; 48.
- James, TH, 1945, Maximale Emulsionsgeschwindigkeit in Bezug auf das Entwicklungsmittel, J. Franklin Inst., 239, 41-50.