Wydział Chemiczny
Politechniki Wrocławskiej
Wykład nr 14:
Chemia materiałów
stosowanych w zapisie
informacji
Z cyklu wykładów:
Chemia materiałów
Wykład 2 godz./tyg.
WT, 13.15-15.00
Budynek A-2, sala 310
Prowadzący:
dr hab. inż. Piotr Nowak
Wydział Chemiczny
Politechniki Wrocławskiej
Wykład nr 14:
Chemia materiałów
stosowanych w zapisie
informacji
Z cyklu wykładów:
Chemia materiałów
Wykład 2 godz./tyg.
WT, 13.15-15.00
Budynek A-2, sala 310
Prowadzący:
dr hab. inż. Piotr Nowak
Piotr Maciej Nowak
Dr hab. inż.
Kierownik Zakładu Fototechniki w
Instytucie Chemii Fizycznej i
Teoretycznej (I-30)
Wydział Chemiczny
Politechnika Wrocławska
Wybrzeże St. Wyspiańskiego 27
50-370 Wrocław
tel. kom. 602 50 36 26
tel. stac. PWr (71) 320 32 43
fax PWr (71) 320 33 64
e-mail:
piotr.nowak@pwr.wroc.pl
http://www.ichfit.ch.pwr.wroc.pl
OKO,
narząd
zmysłu
wzroku.
Subtelny
detektor
obrazów
psycho-
fizycznego
mechanizmu
widzenia.
Rozszczepienie
ś
wiatła białego
w pryzmacie.
Ś
wiatło niebieskie
ulega silniejszemu
ugięciu niż światło
czerwone.
Głównym źródłem doznań wzrokowych jest promieniowanie widzialne,
nazywane światłem. Stanowi ono wąski zakres promieniowania
elektromagnetycznego w przedziale od 380 do 780 nm (nanometrów).
Spektrum
ś
wiatła
białego
Barwy proste,
nierozszczepialne
Zjawiska uginania się światła
Wschód słońca nad Opolem
Zachód słońca nad Bałtykiem
Ś
wiatło niebieskie silniej się ugina w stosunku światła czerwonego.
Dlatego nad horyzontem, podczas wschodu, zaczyna być widoczne słońce
w czerwieni, bo w niebieskim jeszcze nie wzeszło, a przy zachodzie, słońce
w niebieskim świetle już zaszło i widoczny jest zachód w coraz bardziej
czerwonym świetle.
Zjawiska rozproszenia światła
Za tęczówką oka znajduje się fizjologiczny system
obrazowania zdolny do szybkiej, równoczesnej i
wielokierunkowej analizy postrzeganej informacji ruchomego
lub statycznego obrazu.
Czym jest zatem OBRAZ???
Czym jest OBRAZ
Obraz jest doznaniem lub wrażeniem zmysłowym, jakiego
doznaje
ludzki obserwator
pod wpływem działania bodźców
fizycznych lub niefizycznych na zmysł widzenia.
Ręka Boska
Ręka Nowaka
Czym jest OBRAZ
Powstawanie obrazu w
ś
wiadomości
ludzkiej zachodzi tylko
pod wpływem bodźca wzrokowego pochodzącego
bezpośrednio z oka.
Obraz widziany jest tam gdzie skieruje
się wzrok!
Powstawanie obrazu w
podświadomości
może zachodzić pod
wpływem innych rodzajów bodźców, niekoniecznie bodźca
wzrokowego i może odbywać się poza udziałem narządu
wzroku!
Piotr Nowak, Z cyklu Fotorysunki, „Oczekiwanie”, 2009
Postrzeganie obrazów przez człowieka
Psychofizyczny
mechanizm
widzenia
Schemat budowy ludzkiego oka
1 - Rogówka, 2 – Soczewka, 3 - Płyn wodnisty, 4 - Ciało szkliste, 5 - Oś
optyczna oka, 6 - Żółta plamka, 7 - Dołek środkowy, 8 - Ślepa plamka (brak
receptorów), 9 - Siatkówka, 10 - Nerw wzrokowy.
Ciemnię optyczną niezbędna do wytworzenia obrazu na
siatkówce stanowi otaczająca oko, nieprzezroczysta
naczyniówka.
Obszary centralnej części siatkówki ludzkiego oka, tzw. żółta
plamka o średnicy od 3 do 6 mm, co odpowiada kątowi widzenia
około 20
O
. W środku tzw. dołek środkowy o średnicy około 1.5
mm z kątem widzenia około 5
O
. W tym miejscu oko wykazuje
maksimum ostrości i rozdzielczości widzenia.
Centrum dołka środkowego o
ś
rednicy około 0.3-0.5 mm,
obejmujące kąt widzenia około
1-2
O
,
wykazuje
najwyższą
ostrości
i
rozdzielczość,
wynoszącą około 50-70 linii na
1
O
kątowy, co odpowiada
rozróżnialności dwóch punktów
odległych od siebie o 1 minutę
kątową!
Względna ostrość widzenia
1 - Położenie ślepej plamki
Test identyfikacji
ś
lepej plamki w
prawym oku
W miarę oddalania się
od dołka środkowego
ostrość i rozdzielczość
widzenia zimniejsza się!
Względna, kątowa gęstość powierzchniowa czopków i
pręcików w ludzkim oku. 1 - Ślepa plamka.
W siatkówce oka ludzkiego występują dwa rodzaje receptorów
ś
wiatła, które od swojego kształtu geometrycznego nazwane
zostały
pręcikami
i
czopkami
. Są one zlokalizowane w
siatkówce, która zawiera około 130 milionów pręcików i około 7
milionów czopków (
około 20 razy mniej czopków w stosunku do
liczby pręcików
).
Rozkład powierzchniowy receptorów światła w siatkówce nie jest
równomierny. Największe zagęszczenie czopków jest w
ż
ółtej
plamce
(
tzw. w dołku środkowym
), gdzie odległość kątowa
pomiędzy sąsiadującymi czopkami wynosi około
1/60 stopnia
, co
odpowiada największej ostrości i rozdzielczości widzenia.
Właściwości ludzkiego OKA
Czułość pręcików na światło, po akomodacji oka, wynosi około
1/1 000 000 luksa
(jedna milionowa część). Jest to widzenie
nocne, nazywane również zmrokowym lub
skotopowym
.
Do podrażnienia pręcików wystarczy około
20 fotonów
o łącznej
energii około 10**(-17) J. Czułość progowa czopków wynosi około
1/100 luksa
(jedna setna część), a pełna ich funkcjonalność
występuje dopiero przy oświetleniu około
1-2 luksów
. Przy tym
poziomie oświetlenia funkcjonują wyłącznie czopki. Widzenie przy
oświetleniu powyżej 1-2 luksów nazywane jest widzeniem
dziennym, lub
fotopowym
.
Zakres, w którym funkcjonują czopki i pręciki nazywany jest
widzeniem pośrednim lub
mezopowym
.
Właściwości ludzkiego OKA
Synteza rodopsyny (tzw. purpury wzrokowej).
Jej budowę określił G. Wald.
W 1967 r. R.Granit i H.Hartlin otrzymali nagrodę Nobla za opis
podstawowych procesów zachodzących podczas widzenia
Izomeryzacja rodopsyny
Masa cząsteczka rodopsyny wynosi około 38 000 j.m.
Jej barwa jest spowodowana układem sześciu podwójnych
wiązań
sprzężonych,
znajdujących
się
w
reszcie
pochodzącej od 11-cis-retinalu. W wyniku absorpcji kwantu
ś
wiatła następuje izomeryzacja rodopsyny z barwnej formy
cis do bezbarwnej formy trans.
Cis
Trans
Forma bezbarwna
Cykl przemiany rodopsyny
Brak witaminy A w organizmie
powoduje trudności w widzeniu
o zmroku, tzw. „kurzą ślepotę”,
natomiast jej nadmiar wspomaga
widzenie!
Barwoczułość czopków i pręcików
1. Pręciki (rodopsyna)λ(max)=496.3 nm
2. Czopki I-go rodzaju λ(max)=558.4 nm, typ P (protos - pierwszy)
3. Czopki II-go rodzaju
λ(max)=530.8 nm, typ D (deutos - drugi)
3. Czopki III-go rodzaju
λ(max)=419.0 nm, typ T (tritos - trzeci)
Widmo absorpcyjne
rodopsyny wydzielonej
z pręcików ludzkiego oka.
Pręciki biorą udział w
widzeniu nocnym, tzw.
widzeniu skotopowym.
Widmo absorpcyjne barwników wydzielonych
z trzech rodzajów czopków ludzkiego oka.
Czopki biorą udział w widzeniu dziennym, tzw.
widzeniu fotopowym.
Przekrój przez komórki
siatkówki oka.
P - Pręciki,
C - Czopki,
G - Gangliony,
A, B, H - Komórki pośrednie,
N - Nerw wzrokowy.
Mikrosko
-powy
obraz
przekroju
siatkówki
oka
myszy
Schemat antagonistycznego (różnicowego) systemu
postrzegania barw.
T - czopki o czułości spektralnej w zakresie światła niebieskiego,
D - zielonego, P - czerwonego.
Różnicowy system kodowania
sygnałów w telewizji kolorowej
Czułość spektralna oka ludzkiego
Względna skuteczność świetlna widzenia przez człowieka:
V(λ) Widzenie fotopowe (dzienne, „czopkowe”),
V’(λ) Widzenie skotopowe (nocne, „pręcikowe”).
Maksimum 555 nm
Widzenie nocne
Widzenie dzienne
Widmo retinalu
Ludzki zmysł widzenia z okiem, jako narząd wzroku, posada wiele ważnych
cech, które w sposób istotny wyróżniają go spośród znanych w przyrodzie
fizycznych i chemicznych sensorów promieniowania EM
Złudzenia optyczne: linie proste
Złudzenia optyczne: policz czarne kropki
Złudzenia optyczne: wirujące tarcze
Złudzenia optyczne: czy linie są proste
Złudzenia optyczne: zmiany kształtu
Początki fotografii
III wieku pne, Arystoteles opisuje urządzenie dla uzyskiwania obrazów
optycznych, później nazwane camera obscura, wykorzystywane np. przez
Leonarda da Vinci, w sporządzaniu rysunków z natury.
1727 - J. Schulze odkrywa światłoczułość soli srebra (węglan srebra).
1802 - T. Young ogłasza aktualną do dzisiaj teorię widzenia barwnego.
N. Niepce we Francji pracuje, w latach 1816-1829, nad wykorzystaniem
znanej wówczas światłoczułości asfaltu syryjskiego, uzyskując pierwszy,
trwały obraz w wyniku fotopolimeryzacji składników asfaltu.
W latach 1829-1839 N. Niepce i L. Daguerre zawiązują spółkę dla
prowadzenia doświadczeń nad otrzymaniem trwałych obrazów
„rysowanych światłem”. Z upływem lat uzyskują coraz bardziej udane
próby z posrebrzaną płytą pokrytą warstwą jodku srebra i wywoływaną po
naświetleniu w parach rtęci.
19 sierpnia 1839 r.
Francuski fizyk,
Dominik Arago
przedstawia wynalazek
Daguerra i Niepca we
Francuskiej Akademii
Nauk. Wynalazek został
zakupiony i
udostępniony przez
rząd Francji całemu
Ś
wiatu.
Rok 1839 przyjmuje
się za pierwszy rok
istnienia fotografii.
Zapis obrazu na halogenosrebrowych materiałach fotograficznych
Chemiczny przetwornik obrazu
AgX
hν
AgX*
Ag
+
Ox
+
+
X
-
AgX* + Red
o
gdzie:
hν
ννν
– kwant promieniowania świetlnego,
AgX – halogenki srebra,
AgX*
– naświetlone halogenki srebra,
Ag
O
– srebro metaliczne,
Red
– reduktor organiczny (wywoływacz),
X
--
– jony halogenowe,
Ox
+
– utleniona forma wywoływacza.
Fotochemiczny proces powstawania obrazu utajonego
podczas naświetlania materiału fotograficznego
Proces wywoływania fotograficznego, czyli redukcja tylko
tych kryształów halogenków srebra, w których wytworzył się
obraz utajony podczas naświetlania materiału
fotograficznego
Red
+
AgX*
X
-
+
Ox
+
+
Ag
B
Ox
+
+ KB
o
+ H
+
(1.III)
gdzie:
KB – komponent barwnikowy, B – barwnik obrazowy, H
+
– jony wodorowe
Ag + B + X
-
AgX* + Red
KB
+
o
+ H
+
Reakcja sumaryczna zachodząca w wywoływaniu chromogennym:
Powstawanie srebrowego obrazu fotograficznego podczas
wywoływania czarno-białego lub chromogennego
Powstawanie barwnikowego obrazu fotograficznego podczas
wywoływania chromogennego, który jest stowarzyszony z
obrazem srebrowym
Centra obrazu utajonego w
kryształach halogenków srebra
Częściowo zredukowane
kryształy AgHal do srebra
metalicznego
Redukcja kryształów AgHal Redukcja jonów srebra
Ekspozycja promieniowaniem EM
Wzmocnienie
Halogenosrebrowego
obrazu utajonego w
wywoływaniu
fotograficznym.
Obraz utajony w
formie klastera 4
atomów srebra,
konwertuje do cząstki
srebra metalicznego
zawierającej
olbrzymią liczbę
atomów srebra:
2x10
10
!!!
Sposoby otrzymywana halogenosrebrowych emulsji
fotograficznych. Metody jedno i dwustrumieniowe.
Emulsje polidyspersyjne Emulsje monodyspersyjne Emulsjie z płaskimi
kryształami
Agregacja barwników sensybilizacyjnych na powierzchni
kryształów AgHal
Schemat budowy barwnych, zdjęciowych
materiałów negatywowych.
Schemat budowy kopiowych,
pozytywowych materiałów
barwnych.
Fotomikrografia przekroju poprzecznego, wielowarstwowego materiału
negatywowego do fotografii barwnej. Po prawej stronie przedstawiono
obrazy mikroskopowe kryształów halogenków srebra zawartych w
trzech podwarstwach składowych, warstwy zielonoczułej
Spektrosensytogram barwnego materiału
kopiowego na podłożu przezroczystym
Typu ORWO PC7
Widmo uczulenia spektralnego barwnych
materiałów fotograficznych
C
CH
2
C
N
N
O
CH
2
C
O
H
3
C
CO
CH
2
CO
NH
H
2
N
N
R
R'
AgBr
+
+
4
N
R
R'
N
CO
NH
C
CO
H
3
C
C
C
C
N
N
O
N
R'
R
N
C
C
O
N
R'
R
N
NIEBIESKOZIELONY
PURPUROWY
Ż
ÓŁTY
Ag
+
4
4 HBr
+
+
4 HBr
4
+
Ag
+
4 HBr
4
+
Ag
Schemat powstawania
trzech barwników
obrazowych w
chromogennych
materiałach
fotograficznych
Reduktory organiczne stosowane w fotografii brawnej
N H
2
H
2
N
Pochodne p-fenylenodiaminy
N
H
2
N
C
2
H
4
C H
3
N H S O
2
C H
3
C
2
H
5
KODAK CD-3
siarczan N-etylo-N-(2’-metanosulfonoamidoetylo)2-metylo-p-fenylenodiaminy
.
3
2
/ H
2
S O
4
. H
2
O
N
H
2
N
C
2
H
4
O H
C H
3
C
2
H
5
KODAK CD-4
siarczan N-etylo-N-(2’-hydroksyetylo)2-metylo-p-fenylenodiaminy
H
2
S O
4
. H
2
O
.
NH
2
NR
2
+
Ag
NH
2
NR
2
+
+
+ Ag
o
NH
2
NR
2
+
+
+ Ag
+
+
NH
NR
2
+
+
+
Ag
o
+
H
+
Mechanizm wywoływania barwotwórczego - chromogennego
Mechanizm wywoływania barwotwórczego - chromogennego
H
C
X
Y
-
+
NH
NR
2
+
+
H C
Y
X
NH
NR
2
NR
2
NH
C
Y
H
X
+
NH
NR
2
+
+
C N
H
NR
2
+
NR
2
NH
2
+ H
+
Leukozwiązek
Barwnik
Komponent
Wywoływacz
Wybielanie-utrwalanie
K
3
[Fe(CN)
6
] + Ag
0
+ KBr K
4
[Fe(CN)
6
] + AgBr↓
AgHal + 2S
2
O
3
2−
[Ag(S
2
O
3
)
2
]
3−
+ Hal
−
Chemiczne podstawy maskowania barwnego
C
CH
2
C
N
N
O
CH
2
C
O
H
3
C
CO
CH
2
CO
NH
H
2
N
N
R
R'
AgBr
+
+
4
N
R
R'
N
CO
NH
C
CO
H
3
C
C
C
C
N
N
O
N
R'
R
N
C
C
O
N
R'
R
N
NIEBIESKOZIELONY
PURPUROWY
Ż
ÓŁTY
Ag
+
4
4 HBr
+
+
4 HBr
4
+
Ag
+
4 HBr
4
+
Ag
Krzywe gęstości spektralnej barwników obrazowych idealnych
- linia przerywana - oraz rzeczywistych - linia ciągła
Chemiczne podstawy
maskowania barwnego
N
N
O
R
R'
N
N
R''
N
N
O
R
R'
N
NR
2
''
Pomarańczowo-żółty
komponent barwnikowy
Barwnik
Purpurowy
R'
N
NR
2
''
Barwnik
Niebiesko-Zielony
N
CONHR
O
Czerwony komponent
barwnikowy
N
N
CONHR
OH
Przykłady zabarwionych,
maskujących
komponentów
barwnikowych oraz
powstających z nich
barwników obrazowych
Chemiczne podstawy maskowania barwnego
NH
R
R'
NH
N
C
C
N
R
R'
NH
N
C
C
N
NR
2
N
R
R'
N
N
C
C
N
''
Prawie bezbarwny
osazon
Nietrwały barwnik
Ż
ółty barwnik
maskujący
Bezbarwny
produkt
Wybielacz
Utleniona forma substancji
wywołującej
Wybielacz
Schemat reakcji osazonu podczas chemicznej obróbki błony negatywowej.
Chemiczne podstawy maskowania barwnego
OH
alkil
O
R
O
t-butyl
t-butyl
t-butyl
t-butyl
Brak reakcji
Utleniona forma substancji
wywołującej
Bezbarwny
trialkilofenol
Wybielacz + komponent barwnika
niebiesko-zielonego
Czewrwony barwnik
maskujący
Schemat powstawania czerwonego barwnika maskującego, powstającego
podczas chemicznej obróbki błony negatywowej, w wyniku syntezy
pomiędzy trialkilofenolem i utleniona forma pochodnej p-fenylenodiaminy.
Zasada działania automatycznej maski barwnej
Nałożenie barwnej maski pozytywowej na gęstość uboczną
obrazu negatywowego.
Przekrój trójwarstwowego materiału negatywowego
przed i po obróbce chemicznej.
Fotografia barwna. Subtraktywna synteza barw
Budowa barwnego materiału negatywowego oraz porównanie
grubości jego warstwy światłoczułej z grubością włosa
ludzkiego.
Red
+
AgX*
X
-
+
Ox
+
+
Ag
B
Ox
+
+ KB
o
+ H
+
(1.III)
gdzie:
KB – komponent barwnikowy, B – barwnik obrazowy, H
+
– jony wodorowe
Ag + B + X
-
AgX* + Red
KB
+
o
+ H
+
Reakcja sumaryczna zachodząca w wywoływaniu chromogennym:
Powstawanie srebrowego obrazu fotograficznego podczas
wywoływania czarno-białego lub chromogennego
Powstawanie barwnikowego obrazu fotograficznego podczas
wywoływania chromogennego, który jest stowarzyszony z
obrazem srebrowym
Pod względem efektów ziarnistości optycznej i ostrości konturowej
fotografia cyfrowa jest na etapie tradycyjnej fotografii czarno-białej,
w której obraz powstaje w wyniku konwersji kryształów
halogenków srebra (sensory) do ziaren srebra (obraz).
Obróbka chemiczna barwnych materiałów negatywowych,
maskowanych na podłożu przezroczystym w standardowym
procesie typu KODAK C-41
Proces wysokotemperaturowy, T=37.8 ±0.25
O
C
Schemat obróbki:
1.
Wywoływanie barwne
*
37.8 ± 0.15
O
C
3’15’’
2.
Przerywanie (1% CH
3
COOH)
38.0
O
C
0’30’’
3.
Bielenie
38.0 ± 3.0
O
C
4’20’’
4.
Płukanie
38.0 ± 3.0
O
C
1’05’’
5.
Utrwalanie
38.0 ± 3.0
O
C
4’20’’
6.
Płukanie
38.0 ± 3.0
O
C
3’15’’
7.
Stabilizacja
38.0 ± 3.0
O
C
1’05’’
* - na początku procesu wywoływania mieszać pierwsze 20 sekund, następnie co 20
sekund mieszać przez 5 kolejnych sekund do końca procesu wywoływania.
Wywoływacz barwny, pH=10.0-10.1
CD-4
Siarczan N-etylo-N-(2’-hydroksyetylo)-2-metylo-p-fenylenodiaminy
Woda (21-28
O
C)
800 cm
3
Calgon
2.0 g
Siarczyn sodowy bezwodny
4.25 g
KBr
1.5 g
Węglan potasowy bezwodny
37.5 g
Siarczan hydroksyloaminy
2.0 g
Woda
do 1000 cm
3
Na 6 godzin przed użyciem dodać CD-4
4.75 g
.
H
2
O
.
H
2
SO
4
C
2
H
5
N
H
2
N
C
2
H
4
OH
CH
3
Przerywacz, pH: 4.5-5.5
Kwas octowy, roztwór w wodzie wodociągowej o stężeniu 0.5 %
Wybielacz
EDTA NaFe
100.0 g
KBr
50.0 g
Woda amoniakalna 20% NH
3
6.0 cm
3
Woda
do 1000 cm
3
Utrwalacz
Tiosiarczan amonowy
120.0 g
Siarczyn sodowy bezwodny
20.5 g
Pirosiarczyn potasowy krystaliczny
20.0 g
Woda
do 1000 cm
3
Stabilizator
Zwilżacz stężony (Hostapal CV)
1.0 cm
3
Formalina
6.0 cm
3
Woda
do 1000 cm
3
Trwałość roztworów
Wywoływacz barwny bez CD-4
6 tygodni
Wywoływacz barwny z CD-4
1 miesiąc
Kąpiel bieląca
8-12 tygodni
Utrwalacz
8-12 tygodni
Stabilizator
1 rok
Przerywacz
1 rok
Silver Dye Bleach Process
Proces fotografii
barwnej
oparty na wybielaniu
barwników obrazowych
Przykład struktury chemicznej trzech podstawowych
barwników obrazowych, stosowanych w materiałach
CibaChrome:
Wywoływanie:
AgHal + red --> Ag + Ox + Br-
Bielenie:
4Ag + RN=NR’ + 4H
+
--> 4Ag
+
+ RNH
2
+ R’NH
2
czynniki zakwaszające do poziomu pH około 0-1:
kwas siarkowy, amidosulfonowy, p-toluenosulfonowy,
Czynniki obniżające stężenie jonów srebrowych:
jodek potasu, jodek sodu, merkaptany
Katalizatory bielenia barwników:
pirazyny, chinoksaliny, fenazyny
Utrwalanie:
proces tradycyjny
Obecnie prawie wyłącznie stosowane są pochodne
chinoksaliny, a najczęściej związki o strukturze:
Zapis obrazu na nośnikach elektronicznych
Fizyczny przetwornik obrazu
Elektrofotografia
„Suchy proces fotograficzny” - kserografia
Kserografia jest przykładem fotofizycznego procesu
fotograficznego, w którym następuje pełna regeneracja
materiału światłoczułego, po wykonaniu cyklu kopiowania
Elektryczne ładowanie
półprzewodnika
przez wyładowania
koronowe
Ekspozycja.
Powstawanie
elektrostatycznego
obrazu
utajonego
Wywoływanie obrazu
przez pokrycie
warstwy
ujemnie naładowanym
atramentem
Elektrofotografia
„Suchy proces fotograficzny” - kserografia
Materiałem światłoczułym jest warstwa fotopółprzewodnika
umieszczonego na podłożu przewodzącym, najczęściej na
powierzchni aluminium. Półprzewodnikami mogą być: selen, tellur
lub specjalne fotopolimery
sensybilizowane spektralnie
, które są
izolatorami w ciemności i przewodnikami podczas ekspozycji
ś
wiatłem.
a) Uczulenie warstwy następuje przez wyładowanie koronowe, w
którym jonizuje się powietrze, przez co na zewnętrznej
powierzchni półprzewodnika zostają zaadsorbowane kationy.
Elektrofotografia
„Suchy proces fotograficzny” - kserografia
b) Ekspozycja obrazem optycznym naładowanej warstwy
fotopółprzewodnika powoduje absorpcję promieniowania w
miejscach oświetlonych. W wyniku absorpcji kwantów
promieniowania generowane są fotoelektrony, które zobojętniają
ładunki dodatnie zgromadzone na powierzchni półprzewodnika.
Ponieważ
zobojętnianie
następuje
tylko
w
miejscach
oświetlonych, to powstaje statyczny rozkład ładunku, o
charakterze obrazu negatywowego.
Elektrofotografia
„Suchy proces fotograficzny” - kserografia
c) Obraz pozytywowy powstaje w wyniku pokrycia obrazu
elektrostatycznego ujemnie naładowanym barwnikiem (tonerem),
który przylega tylko do miejsc naładowanych dodatnio, a wiec
tych które nie były naświetlone. Tak uzyskane obrazy
przenoszone są metodą kontaktową na różne podłoża i
utrwalane, najczęściej przez spiekanie termiczne.
Kolejny cykl kopiowania rozpoczyna się od wyczyszczenia i
rozładowania powierzchni półprzewodnika.
Elektrofotografia
„Suchy proces fotograficzny” – kserografia
Historia
1950 r. – pierwszy kserograf z płytami płaskimi firmy Xerox,
1961 r. – pierwszy polski kserograf Piast, skonstruowany
w katedrze Fizyki Ogólnej Politechniki Warszawskiej,
1963 r. – seryjna produkcja kserografu KS-2 Prexer przez
Łódzkie Zakłady Kinotechniczne,
1968 r. – konstrukcja kserografu KS-4, który w 1971 r.
otrzymuje złoty medal na Targach Lipskich.
Elektrofotografia
„Suchy proces fotograficzny” – kserografia
Historia
Kserograf KS-2, produkcji
ŁZK Prexer.
Wyposażenie Instytutu I-4
w końcu lat 80-tych
ubiegłego wieku w
kserograf KS-2,
z pełną dokumentacją
jego użycia!
Literatura:
A. Korczyński, Procesy
elektrofotograficzne, WNT,
Warszawa 1982 r.
Fotografia cyfrowa
Seryjnie produkowany
aparat cyfrowy
Kodak DSC 420, 1994 r.
Fotografia cyfrowa
Techniki elektroniczne, w odróżnieniu od tradycyjnych metod
chemicznych, pozwalają na niemal natychmiastowe uzyskiwanie
obrazów w formie elektronicznego zapisu, bez konieczności
stosowania mokrych procesów obróbki chemicznej.
Obecnie, fotografia elektroniczna jest nierozłącznie związana z
konwersją obrazu zapisanego w formie sygnałów analogowych do
formy sygnałów cyfrowych, stąd często elektroniczny zapis obrazu
utożsamiany jest z zapisem cyfrowym i pojęciem fotografii
cyfrowej.
Błędem jest nazywanie tradycyjnych metod
fotograficznych, wykorzystujących procesy
chemicznego zapisu obrazu, metodami
„analogowymi”!
Fotografia cyfrowa
W
fotografii
cyfrowej
materiałem
ś
wiatłoczułym jest układ wielu pojedynczych
sensorów światła, wytworzonych w formie
zintegrowanych systemów elektronicznych,
nazywanych matrycą CCD (ang. Charge-
Coupled-Device
). Im więcej pojedynczych
sensorów znajduje się na określonej
powierzchni matrycy tym większa może być
optyczna rozdzielczość takiego układu
rejestrującego informacje obrazową.
10 µm
Kryształy AgBr
Komórki matrycy CCD
Zasada działania komórki CMOS lub CCD
(ang. Complementary Metal Oxide Semiconductor, Charge-Coupled-Device )
Kondensator MOS
(ang. Metal Oxide Semiconductor)
Elementem światłoczułym
matrycy CCD jest fototranzystor,
a matrycy CMOS kondensator
MOS, którego ładunek jest
proporcjonalny na przyłożonego
napięcia.
Dodatnie spolaryzowanie elektrody metalicznej powoduje
usuwanie dziur z okolicy styku izolator-przewodnik, co powoduje
ż
e w cienkiej warstwie półprzewodnika powstaje obszar zubożony
w dziury. W wyniku dalszego zwiększania potencjału polaryzacji
ulega zmianie charakter przewodnictwa tego obszaru na odwrotny
względem podłoża. Skutkiem tego pod powierzchnią elektrody
metalowej powstaje studnia potencjału, czyli lokalny obszar o
najniższej energii.
Zasada działania kondensatora MOS w matrycy CMOS
„Objętość” studni ogranicza
ilość fotoładunku jaki może
być zgromadzony w tej
studni.
Oświetlenie
kondensatora
MOS
powoduje
generowanie
fotoelektronów oraz ich gromadzenie się w studni potencjałowej.
Ilość zgromadzonego ładunku jest wprost proporcjonalna do
naświetlenia, a więc do iloczynu natężenia promieniowania i
czasu jego działania.
Zasada działania kondensatora MOS w matrycy CMOS
Po zakończeniu
ekspozycji, ładunek
z kondensatora
MOS przesuwany
jest do bufora,
następnie podlega
digitalizacji,
przetwarzaniu i
zapamiętaniu.
Budowa matryc czujników fotoelektrycznych stosowanych
w fotografii cyfrowej
Przetwornik powierzchniowy
Matryca CCD (1959 r.) lub
CMOS. Trzy rodzaje sensorów
działających pod filtrami RGB.
Matryce
objętościowe
typu Foveon X3,
2002 rok
Liczba sensorów
9 – R
18 – G
9 – B
Czułość spektralna ludzkiego oka
Względna skuteczność świetlna widzenia przez człowieka.
V(λ) Widzenie fotopowe (dzienne),
V’(λ) Widzenie skotopowe (nocne).
Widmo retinalu
Uczulenie spektralne warstw składowych negatywu
barwnego FUJICOLOR REALA NEW.
1 - pasmo uczulenia warstwy niebieskoczułej,
2 - zielonoczułej, 3 - czerwonoczułej.
4 - pasmo uczulenia dodatkowej, czwartej warstwy czułej na
ś
wiatło niebieskozielone.
Liczba sensorów
9 – R
18 – G
9 – B
Liczba sensorów
9 – R
9 – G
9 – B
9 – E
Literatura:
1.
J. Mielicki, Zarys wiadomości o barwie,
Fundacja Rozwoju Polskiej Kolorystyki,
Łódź, 1997 r.
2.
W. Felhorski, W. Stanioch, kolorymetria
trójchromatyczna, WNT, Warszawa, 1973.
3.
B. Fraser i inni, profesjonalne zarządzanie
barwą, tłumaczenie Helion, 2005 r.
4.
Ed. J. Struge, Imaging processes and
materials, Neblette’s eight edition, van
Nostrand Reinhold 1989.
5.
Ed. C.N. Proudfoot, Handbook of
photographic science and engineering,
Published by IS&T 1997.
6.
Ed. M. Ostrowski, Informacja obrazowa,
WNT, Warszawa 1992.
7.
M. Iliński, Materiały fotograficzne czarno-
białe, WAiF, Warszawa 1970.
8.
M. Iliński, Materiały i procesy
fotograficzne, WAiF, Warszawa 1989.
9.
T.H. James, The Theory of the
Photographic Process, 4 ed., macmillan
publishing Co., Inc., New York 1977.
Pozdrowienia
przesyła Dr No