В результате трех изложенных стадий фотопроцесса на фотопленке получается негативное изображение. Для создания позитивного изображения необходимо повторить процесс, освещая (обычно) фотобумагу через плёнку, на которой имеется негативное изображение.

В современной фотографии разработаны также способы получения прямого позитивного изображения.

Выводы

Цифровую и аналоговую фотографию можно сравнивать как с научной точки зрения (физико-химические основы получения изображений), так и с позиции пользователя, фотографа (качество полученных изображений, простота и доступность).

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что основное различие между цифровой и плёночной фотографией (с научной точки зрения) - использование разных светочувствительных элементов (галогенсеребряная плёнка и полупроводниковая матрица); именно этим и обусловлено дальнейшее расхождение процессов получения изображения (см. выше).

С точки зрения потребителя, наиболее удобным, доступным способом получения качественных изображений сегодня является, несомненно, цифровая фотография. Среди её основных достоинств:

- Простота получения и возможность обработки (на компьютере) изображений;

- Высокое качество снимков даже при использовании относительно недорогих цифровых фотоаппаратов (особенно в последние годы);

- Возможность хранения полученных изображений на компактных магнитных и оптических носителях;

- Возможность мгновенной передачи полученных изображений на большие расстояния (по сети Интернет).

Печатные формы (фоторезисты)

Фотолитография - метод получения рисунка на тонкой плёнке материала; широко используется в микроэлектронике и в полиграфии. Кроме того, это один из основных приёмов планарной технологии, используемой в производстве полупроводниковых приборов. Для получения рисунка фотолитографическим методом используется свет определённой длины волны; минимальный размер деталей рисунка -- половина длины волны (определяется дифракционным пределом). Стадии процесса фотолитографии:

- На толстую подложку (в микроэлектронике часто используют кремний) наносится тонкий слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На этот слой наносится фоторезист.

- Производится экспонирование (облучение актиничным электромагнитным излучением) через фотошаблон.

- Облучённые участки фоторезиста изменяют свою растворимость и удаляются химическим способом (процесс травления); также удаляются освобождённые от фоторезиста участки.

- Заключительная стадия -- удаление остатков фоторезиста.

Светочувствительные материалы, применяемые в фотолитографии для формирования рельефного покрытия заданной конфигурации и защиты нижележащей поверхности от воздействия травителей, называют фоторезистами.

Как правило, фоторезист представляет собою композицию из светочувствительных органических веществ, плёнкообразователей (феноло-формальдегидные и др. смолы), органических растворителей и специальных добавок. Основные характеристики фоторезистов - светочувствительность, контрастность, разрешающая способность и теплостойкость. Кроме того, в зависимости от наличия в светочувствительных органических веществах тех или иных хромофорных групп, фоторезисты характеризуются различной спектральной чувствительностью:

видимая область спектра (400 - 800 нм), ближний (320 - 450 нм) и дальний (180 - 320 нм) ультрафиолет. Фоторезисты могут быть жидкими, сухими и пленочными; жидкие содержат 60-90% по массе органического растворителя, плёночные - менее 20%, а сухие обычно состоят лишь из светочувствительного вещества. Жидкие фоторезисты наносят на подложку центрифугированием, напылением или накаткой валиком, сухие - напылением и возгонкой, плёночные - накаткой. Последние имеют вид плёнки, защищённой с двух сторон тонким слоем светопроницаемого полимера, например полиэтилена. В зависимости от метода нанесения образуются слои толщиной 0,1-10 нм; наиболее тонкие слои (0,3-3,0 мкм) формируют из жидких фоторезистов методом центрифугирования или из сухих фоторезистов методом возгонки.

При экспонировании светочувствительный компонент фоторезиста претерпевает определённые фотохимические превращения, например подвергается фотополимеризации или разлагается с выделением газообразных продуктов; в зависимости от этого светочувствительное вещество закрепляется на засвеченных участках и не удаляется при последующем проявлении (негативные фоторезисты), либо, напротив, становится растворимым и удаляется при травлении (позитивные фоторезисты).

Преобразование и накопление солнечной энергии

В течение года на Землю "падает" порядка 100 триллионов тут (тонн условного топлива; 1 тут соответствует 2.9308*10(10) Дж) солнечной энергии; порядка 34% (по другим оценкам - 0.1-10%) её поглощается фотосинтезирующими организмами (см. выше - фотосинтез). На сегодняшний день энергопотребление всего человечества составляет примерно 12.9 - 13.5 млрд тут в год; таким образом,использование лишь 1% солнечной энергии, достигающей Земли в виде фотонов, решило бы многие проблемы на века вперёд.

В настоящее время для улавливания солнечного света и его преобразования в иные виды энергии используются следующие устройства:

- Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) -- полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество (солнечные элементы). Несколько объединённых СЭ называются солнечной батареей.

- Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.).

- Солнечные коллекторы (СК) - солнечные нагревательные низкотемпературные установки.

- Органические батареи - устройства, преобразующее солнечные лучи в электричество с помощью генетически модифицированных клеток, напечатанных на тонком пластике с проводником.

Полученная в солнечных батареях энергия может быть сохранена в электро- и теплоаккумуляторах, а также использована при синтезе различных соединений (то есть сохранена в виде энергии химических связей). Так, в фотоэлектрохимических элементах можно проводить электролиз воды с образованием кислорода и водорода. Этот метод будет представлять практический интерес, когда его КПД достигнет 10-12% (сегодня он составляет 3%), однако в будущем именно фотоэлектролиз может стать жизнеспособной альтернативой нефти как источнику энергии.

Ксерокопирование

Первой важной областью практического применения аморфных полупроводников явилась ксерография. В ксерографическом процессе используется фотопроводимость некоторых высокоомных аморфных проводников, содержащих селен. Ксерографический процесс был впервые предложен Ч. Ф. Карлсоном еще в 1938 г. Однако потребовалось более 20 лет для того, чтобы этот процесс стал применяться в промышленных масштабах. Суть ксерографического процесса состоит в следующем: с помощью коронного разряда аморфная пленка (ксерографический слой, обычно толщиной ~50 мкм) заряжается положительно. Затем пленка локально подвергается воздействию света, в результате чего в ней образуются электронно-дырочные пары, разделенные электрическим полем пленки, и поверхностный заряд пленки нейтрализуется. Таким образом, формируется скрытое электрографическое изображение. Далее осуществляется проявление скрытого изображения. Отрицательно заряженные частицы красителя (сажа в легкоплавком пластике) притягиваются к неэкспонированным областям пленки. После этого с помощью второго коронного разряда частицы красителя переносятся на лист бумаги, где изображение фиксируется нагреванием.

В середине 70-х годов Xerox Corporation предложила новый метод цветного копирования, в котором ксерографический слой является трехслойным и состоит из трех аморфных полупроводников (халькогенидных стекол), чувствительных в различных областях видимой части спектра. Фотопроводящие свойства халькогенидных стекол нашли также применение в телевизионных трубках, разработанных фирмой Hitachi и японской радиовещательной компанией (Japan Broadcasting Corporation) для малогабаритных цветных телевизоров; в качестве активного элемента в таких трубках используется дифференцированный аморфный сплав селена, мышьяка и теллура.

Основные принципы ксерографии

В переводе на русский язык термин «Xerox» означает «сухой». Данный термин используется в случае, когда речь идет о многократном использовании плоской или цилиндрической поверхности с фотопроводящим слоем, например слоем аморфного селена.

Сущность метода «Ксерокс» состоит в следующем. Если на какую-либо основу нанести слой фотополупроводника толщиной 10-100 мкм с высоким удельным сопротивлением (порядка 1013-1014 Ом?см), а затем равномерно зарядить этот слой по всей поверхности до высокого электрического потенциала, то электрический потенциал слоя в темноте длительное время существенно не изменится. Это явление называется фотоэлектрическим эффектом. При экспонировании такого фотополупроводникового слоя на освещенных участках, соответствующих пробельным участкам оригинала, происходит полная или частичная нейтрализация электрических зарядов, в то время как на неосвещенных участках, соответствующих тёмным участкам оригинала, сохраняется первоначальное распределение зарядов, в результате чего образуется так называемое скрытое электростатическое изображение. Для получения видимого изображения поверхность экспонированного фотополупроводника покрывают специальным темным порошком - тонером (или его суспензией), заряд которого противоположен по знаку заряду фотополупроводникового слоя. Порошок притягивается к поверхности фотополупроводникового слоя в местах скрытого электростатического изображения, сохранивших высокий потенциал, и изображение таким образом проявляется. Однако проявленное изображение является непрочным, оно легко нарушается, если прикоснуться к нему, поэтому это изображение закрепляется на самом полупроводнике или переносится на другую поверхность, где также закрепляется. Перенос проявленного изображения производится контактным способом - наложением бумаги или какого-либо другого носителя на проявленную поверхность фотополупроводника. При контакте поверхность, на которую переносится изображение, равномерно заряжается большим потенциалом того же знака, что и фотополупроводник, поэтому большая часть порошка притягивается к носителю. Процесс закрепления состоит в том, что порошок, с помощью которого было проявлено электростатическое изображение, расплавляется и прочно соединяется с поверхностью, образуя постоянное и длительно сохраняющееся изображение. Фотополупроводниковую поверхность, с которой переносится электростатическое изображение на другую поверхность, можно использовать многократно, очищая ее для последующего использования.

Таким образом, основу технологии ксерографического метода с переносом изображения составляют шесть следующих операций:

- электризация фотополупроводникового слоя;

- экспонирование слоя для создания скрытого электростатического изображения;

- проявление скрытого изображения проявляющим составом;

- перенос проявленного изображения на бумагу или другие носители;

- закрепление изображения;

-очистка фотополупроводникового слоя для повторного использования.

Перенос изображения может происходить как с плоской фотополупроводниковой поверхности, так и с цилиндрической (барабана).

Фотохромные материалы

Фотохромизмом называется явление обратимого изменения строения молекул или их электронного состояния, происходящего под действием света и сопровождающегося изменением окраски вещества. При этом могут происходить обратимые изменения и других свойств, например, показателя преломления, растворимости, реакционной способности, электрической проводимости. Фотохромизм присущ большому числу органических и неорганических соединений.

Различают химический и физический фотохромизм.

Химический фотохромизм обусловлен внутри- и межмолекулярными обратимыми фотохимическими реакциями (таутомеризация, диссоциация, димеризация, цис-транс-изомеризация и др.).

Физический фотохромизм -- результат перехода атомов или молекул из основного синглетного в возбуждённые синглетные или триплетные состояния. Изменение окраски в этом случае обусловлено изменением заселённости электронных уровней. Такой фотохромизм наблюдается при воздействии на вещество только мощных световых потоков.

Фотохромными называются материалы, в которых используется явление фотохромизма органических и неорганических веществ; они используются для регистрации, хранения, обработки и передачи оптической информации и для модуляции оптического излучения.

Стимулом разработки фотохромных материалов послужили высказанные в 1956 идеи их использования при создании оптической памяти вычислительных машин и средств защиты глаз от солнечного света и излучения ядерного взрыва. С развитием лазерной техники повысился интерес к фотохромным средам для регистрации и обработки оптической информации. Выявление новых свойств фотохромных материалов, изменяющихся при фотохромных превращениях, например изменение показателя преломления, расширило возможности области их применения (например, для модуляции излучения).

Страницы: 1, 2, 3, 4