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:

[e-mail]

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