Продолжение (начало № 211-212 от 15 апреля 2008г.)

 Запечатлись, мгновенье!

Матышев Александр Александрович, доктор физико-математических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

 Метод получения дагерротипа был таков: медную пластину, покрытую тонким слоем серебра, тщательно отполировали до зеркального блеска и поместили в специальный ящик полированной стороной вниз. В ящике под пластиной находилась чашка с кристаллическим йодом. При подогреве йод возгонялся, и его пары сублимировались на полированной серебряной пластине. Йод вступал в реакцию с серебром, и пластина покрывалась тонким слоем йодистого серебра, становясь светочувствительной. При экспонировании чувствительной пластины в камере-обскуре с очковой линзой создавалось скрытое изображение.  После экспонирования пластину помещали в тот же ящик, но теперь в чашку вместо йода наливали ртуть. При подогревании она испарялась, пары ее оседали на поверхности экспонированной пластинки только в тех местах, где подействовал свет, давая при этом отчетливое позитивное изображение.

 Таким образом, главной заслугой Дагерра стало то, что он впервые нашел способ превращения скрытого изображения в видимое. Суть этого явления, которое сам Дагерр не смог объяснить, заключалась в том, что йодистое серебро под действием света разлагалось с выделением мельчайших частиц металлического серебра, на которых концентрировались пары ртути, образуя амальгаму. Проявленная в парах ртути пластинка затем обрабатывалась в течение нескольких часов в растворе поваренной соли для удаления йодистого серебра, оставшегося на участках, на которые не падал свет. Позже удалось существенно сократить процесс удаления неэкспонированного йодистого серебра за счет использования тиосульфата натрия, заменившего поваренную соль.

  Сам

Дагерр рекомендовал разработанный им процесс в основном для получения портретов, хотя снимать портреты было трудно. Чтобы сфотографировать человека, его лицо выбеливали мелом, а волосы посыпали пудрой, чтобы в камеру-обскуру попадало больше лучей света, отраженных от лица и волос. Но и при этом необходимо был просидеть перед камерой на солнцепеке 15 минут из-за низкой светочувствительности йодистого серебра.

На дагерротипе портрет Дагерра.

 Для преодоления трудностей стали интенсивно проводиться работы в двух направлениях. Во-первых, оптики стали искать пути повышения яркости оптического изображения, даваемого камерой-обскурой, для чего стали разрабатывать светосильные оптические системы, лишенные аберраций, так называемые ахроматические линзы, которые клеились из двух стекол. Во-вторых, для повышения светочувствительности полированной серебряной пластинки чуть позже стали применять не чистый йод, а смесь йода с небольшим количеством брома, что способствовало повышению светочувствительности в несколько раз. Все это привело к тому, что уже в 1841 году выдержки сократились с 15 минут до 3 минут, а дагерротипия, как относительно дешевый (дорогие серебряные пластины были заменены на стеклянные с нанесенным на них тонким слоем из металлического серебра) и быстрый способ получения портретов получила повсеместное распространение несмотря на все ее недостатки, в том числе и очень неприятные: пары ртути, которая использовалась для усиления скрытого изображения, очень ядовиты; изображение малоустойчиво, так как амальгама постепенно разлагалась с выделением ртути; изображение на пластинке получалось в одном экземпляре и было зеркально обращенным. Портрет на пластинке трудно было рассмотреть из-за неприятного зеркального блеска изображения. К тому же изображение легко стиралось при малейшем прикосновении.

 Почти одновременно с Ж. Н. Ньепсом и совершенно независимо от него в Англии над методами получения фотоизображения работал видный ученый того времени Уильям Генри Фокс Тальбот (1800-1877). Он исходил из способа, предложенного в 1802 году Дэви и Веджвудом, купавших бумагу в растворе азотнокислого серебра, а затем в растворе поваренной соли и сумевших получить видимое незакрепленное изображение предметов, положенных на светочувствительную бумагу. Фокс Тальбот нашел, что изменение последовательности купания бумаги в указанных выше растворах существенно повышает светочувствительность. Кроме того, Тальбот предложил после экспонирования обрабатывать бумагу в растворе поваренной соли для удаления оставшегося хлористого серебра. Это мероприятие позволило закреплять полученное изображение на бумаге. Разработанный Фоксом Тальботом 20 августа 1835 г. процесс получил название калотипия (от греч. καλός — красивый, τύπος — отпечаток). 

 Однако Фокс Тальбот не придал большого значения разработанному способу и не занялся его совершенствованием! Издание в 1839 году Дагерром своей работы и широкое распространение дагерротипии заставило Тальбота вернуться к исследованиям в этом направлении. Он решил улучшить свой процесс, учитывая при этом и недостатки, присущие  дагерротипии. В 1841 г. Тальбот запатентовал негативно-позитивный процесс. 

На дагерротипе портрет Фокса Тальбота (1844 год)

 В 1842-1843 гг. Фокс Тальбот разработал новый фотографический процесс, впоследствии названный тальботипией, который во многом предопределил дальнейшее развитие фотографии. Сущность нового процесса заключалась в том, что обычная бумага купалась в растворе йодистого калия, а затем в растворе азотнокислого серебра. Светочувствительность такой бумаги много выше, чем пластинок Дагерра, поэтому выдержка при съемке сократилась до одной минуты. После экспонирования бумаги в камере-обскуре получалось слабое видимое негативное изображение снимаемого предмета, которое существенно усиливалось обработкой в растворе галловой кислоты. Далее негатив погружался в расплавленный воск, что делало его почти прозрачным и давало возможность вести печать на фотобумагу. Таким образом, благодаря открытию Тальбота впервые оказалось возможным осуществить получение нескольких позитивных копий с одного негатива. Кроме того, Тальбот создал так называемый волшебный фонарь – прообраз современного увеличителя, и применил его для получения увеличенного позитивного изображения. В 1843 Тальбот впервые осуществил позитивную печать с увеличением; в том же году открыл типографию для изготовления печатных форм для своей книги “Кисть натуры” (“The Pencil of Nature”, 1844–1846) – первого в мире издания, иллюстрированного фотографиями.

 Тальботипия по сравнению с дагерротипией, несомненно, явилась более совершенным методом фотографирования, так как она обладала рядом черт, открывавших перспективу дальнейшего развития фотографии. Тем не менее, время было упущено, и тальботипия так и не успела вытеснить дагерротипию, так как в 1852 году дагерротипия и тальботипия были полностью заменены новым, более совершенным методом (получившим название мокрый коллодионный процесс) предложенным в 1851 году англичанином Фредериком Скоттом Арчером.

 Применение процесса Арчера вновь повысило светочувствительность и позволило получить изображение исключительно высокого качества, особенно по резкости. Именно по последней причине мокрый коллодионный  процесс применяется и по настоящее время в некоторых специальных областях (полиграфия, изготовление шкал и сеток и т. д.).

 Предложенный Арчером способ основан на применении коллодия- раствора коллоксилина, особого сорта нитроклетчатки в смеси спирта и эфира, густой и быстросохнущей жидкости. На стеклянную пластинку поливают слой свежеприготовленного коллодия, который теряет текучесть после испарения эфира. Но до тех пор, пока в слое сохраняется спирт,  он остается влажным и проницаемым для воды и различных водных растворов. Такая пластинка купается сначала в растворе йодистого калия, а затем в растворе азотнокислого серебра. При этом в слое коллодия образуются мельчайшие кристаллы йодистого серебра. В таком виде мокрая пластинка экспонируется и проявляется в проявителе, содержащем соли сернокислого закисного железа или пирогаллол.

 К преимуществам мокрого коллодионного процесса следует отнести высокую чувствительность (выдержка при съемке сократилась до долей секунды); использование стеклянной подложки существенно облегчило печать с негатива; хорошее качество негативного изображения; дешевизну.

 Однако данный метод обладал и недостатками: изготовление пластинок необходимо было производить непосредственно перед съемкой; съемку и химическую обработку проводили на еще не высохшей пластинке; быстрое высыхание слоя приводило к его непроницаемости.

 Наряду с мокрым коллодионным процессом был предложен сухой коллодионный процесс, который отличался от первого тем, что в слой коллоддия вводились гигроскопические вещества - соли лития или магния, которые в силу своей гигроскопичности создавали возможность проникновения влаги в высохший слой коллодия. Сухой коллодионный процесс устранил некоторые недостатки мокрого коллодионного способа, но несколько уменьшил светочувствительность слоя и резкость изображения. 

 Мокрый коллодионный способ вытеснил все предшествующие ему методы получения фотографического изображения и просуществовал почти 20 лет – до 1871 года, когда английский врач Ричард Лич Мэддокс (1816-1902) предложил для приготовления «светочувствительной жидкости»  использовать желатин - белок животного происхождения, получаемый из костей и кожи крупного рогатого скота, хорошо набухающий в холодной воде и становящийся проницаемым для водных растворов. При нагревании он плавится, а при охлаждении опять студенится. При сушке в мягком режиме получается пленка, хорошо набухающая в воде.

 Мэддокс неожиданно обнаружил, что если в подогретый желатиновый раствор вначале ввести азотнокислое серебро, а затем добавить бромистый или йодистый калий, то приготовленная таким образом светочувствительная жидкость, получившая не совсем правильное название фотографическая эмульсия (эмульсиями называются системы, в которых дисперсная фаза и дисперсионная среда находятся в жидком состоянии. Системы же, в которых дисперсная фаза твердая –микрокристаллы галогенида серебра, а дисперсионная среда находится в жидком состоянии, называются суспензиями), обладает светочувствительностью во много раз выше, чем все известные до тех пор светочувствительные материалы. Если же раствор желатина с образовавшимися в нем микрокристаллами галогенида серебра выдержать некоторое время при повышенной температуре, то светочувствительность эмульсии возрастает в сотни и тысячи раз! Это случайно обнаруженное свойство желатина привело не только к тому, что с момента открытия до настоящего времени все фотографические эмульсии приготавливаются в основном на желатине. Применение желатина стало крупным шагом в дальнейшем развитии фотографии и создало широкие предпосылки для промышленного изготовления фотоматериалов. 

 Окончательное оформление галоген-серебряной черно-белой фотографии состоялось в 1887 году. До этого времени негативные материалы готовились только на стеклянной подложке, что было не очень удобно, в особенности при фотографировании в полевых условиях. В 1887 году американский фотолюбитель Г. В. Гудвин (1822- 1900) подал заявку на патент "Фотографическая плёнка и процесс её производства". Введение фотоплёнки, а затем разработка Дж. Истменом (1854-1933) системы фотографии с использованием фотопленки завершили создание серебряно-галоидной черно-белой фотографии, сделав фототехнологию доступной массовому потребителю как технически, так и экономически. Например, в 1900 году фотоаппараты фирмы Кодак продавались в США за 1 доллар.

 Параллельно с развитием черно-белой фотографии развивалась и цветная фотография, историю развития которой не позволяет изложить в настоящей статье недостаток объема. Следует лишь отметить, что развитие цветной фотографии пошло по пути так называемого аддитивного метода, при котором цветное изображение формировалось из трех основных цветов (красного, синего и зеленого). Изображение из основных цветов, в свою очередь, формировалось за счет помещения в фотоэмульсию специальных красителей. Процесс развития цветной фотографии к началу XX века еще не был завершен, получаемые аддитивным методом цветные фотографии были еще далеки от совершенства.

 На этом фоне очень выигрышно выглядели цветные фотографии, полученные французским физиком Габриэлем Липпманом на основе черно-белой фотоэмульсии (то есть эмульсии, не содержащей цветных пигментов), в которой могло создаваться только черно-белое изображение!

 Как же Липпман сумел получить цветные снимки? Представление о методе Липпмана (1891 год) дает следующий рисунок.

рисунок Липпмана		Попугай – одна из оригинальных цветных фотографий Липпмана.

 Липпман весьма остроумно сумел объединить явление интерференции света с возможностями черно-белой галоген-серебряной фотографии. Изображение в камере Липпмана фокусировалось на стеклянную фотопластину, положенную эмульсией на поверхность ртути, играющей роль зеркала. Свет сначала проходил через фотоэмульсию сверху вниз, а затем, отражаясь от ртути, образовывал в фотоэмульсии стоячую волну, период которой зависел от длины волны света. Так, синие лучи на рисунке слева образовали стоячую волну, расстояние между нулями которой (узлами) меньше, чем соответствующее расстояние для красных лучей справа. Разумеется, в узлах стоячей световой волны скрытое изображение не образовывалось, а вот в местах максимума стоячей волны (пучностях) происходила максимальная засветка, превращающаяся после проявления в систему параллельных полос металлического серебра с промежутками между полосами, соответствующими волне того цвета, который облучал в данном месте фотоэмульсию.

 При разглядывании снимка в белом свете происходит отражение световых волн от полос, при этом конструктивная интерференция возникает только для волн тех цветов, которые имеют ровно ту же самую длину волны, что и волны, вызвавшие образование стоячей волны при фотографировании. В итоге возникает сочное цветное изображение, представление о котором дает воспроизведение одной из оригинальных цветных фотографий Липпмана.

 Разумеется, метод Липпмана далеко не универсален и очень опасен (снова ртуть…). Чтобы фотография получилась хорошего качества, спектральный состав оригинала должен быть по возможности простым (иначе системы интерференционных полос в фотоэмульсии могут слиться, так как фотоэмульсия имеет конечное пространственное разрешение). Так, идеальным объектом для метода Липпмана является солнечный спектр, в котором на любое место фотографии падает монохроматическое излучение. Такую фотографию Липпман также сделал.

 Как метод цветной фотографии метод Липпмана проиграл аддитивной цветной фотографии, но зато стал предшественником метода получения цветных голограмм, предложенных советским физиком Юрием Николаевичем Денисюком после появления источников мощного монохроматического излучения – лазеров. Фактически цветная фотография по Липпману – это получение голограммы Денисюка для плоского объекта, каковым является картинка, фокусируемая на поверхности ртути. Последнее становится очевидным, если внимательно посмотреть на две схемы, поясняющие получение голограммы по Денисюку и последующее разглядывание объекта с помощью голограммы Денисюка.

Получение голограммы по Денисюку (1962-1968 гг.)	Разглядывание объекта с помощью голограммы Денисюка, в которой также формируется лишь система черно-белых полос, как и в фотоэмульсии при съемке по Липпману.

 Если голограмму по Денисюку изготовить трижды, используя первичное монохроматическое излучение трех основных цветов, то возникнет цветная голограмма, причем в фотоэмульсии будет записан только черно-белый результат интерференции. Для записи таких голограмм были разработаны специальные высокоразрешающие (до 5000 штрихов на миллиметр) фотоэмульсии. При этом оказалось, что такие эмульсии обладают чрезвычайно низкой фоточувствительностью (их можно на несколько секунд облучить ярким солнечным светом без боязни засветки), поэтому запись только и может осуществляться с применением интенсивного лазерного луча.