天文攝影入門---第六章 感光材料的認識

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天文攝影入門---第六章 感光材料的認識

文章 Wongsir » 週三 19 11月, 2003 21:30

6. 感光材料的認識

要想拍得一張理想的天文照片,除了要運用適當的儀器外,還必須正確選擇感光材料。在本章中,將為大家介紹各種適合天文用途的特殊底片,以及它們的儲藏和保養方法,另外還闡述了與天文攝影關係密切的倒易律失效問題。至於普通底片的構造原理及其特性,由於一般攝影書籍均有介紹,在這裡不再贅述。

6.1 倒易律失效 (Reciprocity failure)
6.1.1 成因及效果
因曝光量 = 照明度( Intensity, I ) X曝光時間( Exposure time, t),所以在正常情況下,亮度加倍,所需的曝光時間便要加倍。這叫做倒易律(Reciprocity law) 。
但在極亮( I值很大)與極暗( I值很小)的環境下,這個關係便失效,所需的曝光便較計算為長。這個底片的缺點稱為」 倒易律失效」 。如無失效,圖像應為一水平線,有失效時則向上彎,表示要達到同一個底片密度時,所需曝光要有增加,斜度愈大表示失效愈嚴重。大部天體都很暗淡,因此我們必須瞭解長時間曝光時的失效情形。
在一般溫度下,底片銀鹽一方面接受曝光,另一方面曝了光的銀粒又向周圍擴散,在長時間(超過一秒)曝光下,這種擴散漸覺嚴重,造成底片的感光;速度不斷下降,必須作多倍曝光始能補償。
如將溫度降至零下40度或以下,擴散現象差不多完全消失,這是」冷凍增感法」的原理(見第十八章」底片的超增感」) 。
各種底片的倒易律失效程度有所不同,因此在長時間曝光下,底片的感光效果便不能依據底片通常的感光速度(ASA)來衡量。(如ASA400的柯達Tri X在長時間曝光時較ASA 125的Plus X為慢)。因此要多拍暗一等星體,通常需要4倍以上的曝光(無失效時應為2½倍) 。

圖 6.1
圖檔


表6.1 柯達一些黑白及彩色底片的倒易律失效曝光
表6.2 一些柯達底片的實際感光速度比較

6.1.2 一些底片的倒易失效
在底片的詳細資料中,都有列出底片倒數失效的補償倍數。一般底片在1秒至1/250秒範圍內失效很微,除了特別製造早已減少失效的天文專業底片外,在一秒以上的曝光失效漸變嚴重,通常一分鐘的曝光,感光速度平均只有原本的1/3、15分鐘只有1/8,15分鐘只有1/10,60分鐘只有1/50。一般高速度的底片失效較低速的為大。
表6.2列出一些常用的柯達底片(黑白、彩色負片及幻燈片)在實際星野(5分鐘曝光)及星雲(16分鐘)攝影時的速度比較。


6.2 底片的選擇
6.2.1 選擇原則
市面上可以買到的底片有很多種,選擇時要考慮:
(1) 拍攝的重點
1. 如需要微粒(如月面高倍放大), 可用低速底片;
2. 如需短曝光時間(如彗星、行星) ,可用高速底片;
3. 如需高反差(如行星表面、星野、星雲等),可用較慢速或高反差底片;
4. 如需長時間曝光(如追蹤攝影),可選用倒易律失效低的底片(如103a系列);
5. 如需拍攝等別顏色的天體,可選用特別感色性的底片(如拍攝紅色散光星雲用103aE) 。

(2) 天體的亮度
1. 如拍攝太陽,可用最慢速的底片;
2. 如拍攝月球、行星、可用中速至高速的底片;
3. 如拍攝星野、星雲等,可用高速的底片。

至於顯影時要求的反差值,則要視乎天體本身的反差與曝光而定,不過一般都要求較高的反差。
進行天文研究,需要各種不同感光速度與感色性的底片。各大廠家亦有各種適合天文攝影用途的專業底片出產,不過通常市面沒有出售,必須自行訂購。以下介紹一些適合天文用途的特種底片。

6.2.2 柯達(Kodak)103a係列天文底片*
柯達103a是柯達公司出產的一種專為天文攝影用的底片(a代表」天文的」Astronomical)。這種底片在製造過程中已減少倒易律失效,因此最適合於長時間曝光,曝光數小時後影像仍不斷增加。
它的感光速度如下--
(1)曝光在1~10秒內,是柯達Tri X的2/3倍;
(2)在10秒時與Tri X同;
(3)在100秒內是Tri X的2倍;
(4)在1,000秒內是Tri X的6倍。
它有七種感色度,適合由2,500A或250nm(籃)至7,700A(或770nm)(紅色)的各個波段,其中以103aE(對紅色最敏感) 、103aF (對綠色最敏感)、及103aO (對藍色最敏感)最為常用。
103a底片一般採用Kodak D-19顯影,如用特別配製的MWP-2(Mount Wilson & Palomar 天文台配方)顯影,有效感光速度增加一倍,不過停顯時不能用酸性停顯(可用清水),同時溫度必須保持在22℃以下
103a有一個缺點,就是在高溫時很易變質(產生灰霧) ,故必須儲存在雪櫃內,在0℃可保存一年左右,但在30℃室溫下只能保存幾日。此外底片的顆粒較粗,(是Tri X 的1½倍,是TP的三倍)最多只能放大十倍左右。
另一方面,這些底片只有125英尺卷莊(35毫米)供應,並無36張莊,故必須訂購(可惜本港柯達公司通常需要一次過訂購幾卷始接受訂單)。一般天文愛好者,只能從美國的天文器材零售商訂購(可參考美國的天文雜誌),每卷(36張)約美金七元(1981年底,五卷以上的每卷美金五元),125英尺莊(可翻捲24筒36張的)約美金75元。

圖 6.2
圖檔


6.2.3 其他特種天文底片
除103a外,柯達公司亦有製造其他專為拍攝光譜的底片(Spectroscopic film)。言些底片要求高解像力、高反差、幼顆粒、低倒易律失效,品種方面依性質分為五大類(I至V,其中IV及V速度太慢,不宜天文攝影用途)及多種感色性,而以硬片(玻璃片)的選擇較多。其供應情況與103a相似。
此外日本當士公司亦有出低倒易律失效的底片FL-FII(相等於103aF)及FL-OII(=103aO)

表6.3柯達光譜底片的一般性能

6.2.4 柯達技術全色底片2415(Kodak technical pan film 2415簡稱TP)
這種底片是近幾年生產的,亦即以前暫稱的SO-115。它是一種全能的科技用全色底片(但對紅色較敏感),有極高的解像力(達300線對/毫米),可放大二十至三十倍而不見顆粒、感光速度達ASA100,有較好的曝光寬容度,並有防光暈膜,實際上已替代了更慢的柯達高反差翻拍(HC)及SO-410,SO-392底片。片基是一種Estar的膠質,十分堅韌及耐磨損(無法用手撕開!)。因此必須在暗袋中預備小剪刀。
用TP拍攝太陽、月球、行星等十分理想。在拍攝星野方面效果亦不錯,雖然因倒易律失效的存在,長時間曝光時速度較103a慢十倍,但如鏡頭焦比較小(如在f/2)左右,仍有作為。
TP底片的另一優點就是它的反差能隨不同顯影劑而改變:
(1) 如拍攝星野、星雲、太陽或行星需要最高反差時(最高反差值,γ=2.9),可用D-19顯影4分鐘(20o),曝光光速度可當作ASA100
(2) 如需要高反差(γ=1.7)可用HC110(稀釋度D,1:39)顯影8分鐘(曝光當作ASA100)
(3) 如需要中高反差(γ=1.4),可用HC110(稀釋度F,1:79)顯影8分鐘(ASA50);
(4) 如需要中度反差(γ=1.0如拍攝月球),可用HC110(稀釋度F)顯影5分鐘(ASA32)。
TP2415底片經過氫氣超增感(Hypersensitization)後(見第十八章),倒易律失效差不多完全消失,速度較未增感時提升廿倍之多,極適合長時間曝光、拍攝星雲及星野、效因果直追103a天文專用底片,但仍保持底片原有的極高解像力,是歷來最理想的全能天文底片!
這種底片在一般攝影器材公司不易購到,但可直接向本港柯達公司洽購。


6.2.5 柯達EL四百度幻燈片(Kodak Ektachrome EL ASA 400)
這是十種上市幾年的幻燈片,是天文攝影,尤其是拍攝星雲等喑淡物體的最佳彩色底片。它的速度達ASA400,經特別顯影(加長第一顯影時間)可提高至ASA800或1600(當然顆粒較粗,如交公司沖洗要說明及多付費用),在長時間曝光時,它的倒易律失效與Tri X差不多,星數則較後者稍少。底片的反差、顆粒、銳度及色調平衡亦佳(但背景天色多偏綠) 。如用冷凍超增感法,倒易律失效完全消失。

近幾年上市的富士fujichrome 400 D 幻燈片片倒易律失效亦低,非常適合天文用途,尤以拍攝紅色發光星雲更佳。


6.2.6 柯達高反差翻拍底片 (Kodak high contrast copy film 5069 簡稱HC)
這原本是一種翻拍用的全色黑白底片,其特性為高反差,極幼顆粒、極高解像力、極高銳度的底片,起碼可以放大幾十倍。
雖然這底片在翻拍時的速度達ASA64左右(視乎光源),但用來拍天文照片一般只可當作ASA25計算。用途包太陽面(黑子及光班)攝影及滿月時加強反差攝影等,但曝光寬容度很窄,故必須準確曝光,一級的過多或不足都不能獲致滿意結果,最好是先作實驗找出準確曝光數據,而在拍攝時多拍上下半級或一級選擇。用它來作追蹤星野攝影則嫌太慢。
這底片目前已為技術全色底片(TP)2415所替代。


6.2.7 柯達記錄底片2475 及 2485(Kodak recording film 2475 及2485)
這是兩種極高速的底片,2475的正常感光速度是ASA1000,2485則高達ASA 8000,兩者的顆粒極粗,底片通訊只能放大至五、六倍,只適宜拍攝極暗而不能作較長時間曝光的天象,如流星、極光、黃道光等。
RE2475的正常顯液為柯達DK - 50,增加顯影時間可使速度推高至ASA 4000,此底片片基是耐磨損的Estar,同時亦適宜於在高溫下顯影(至 35 0 , 須用新顯影藥及停顯藥,每30秒攪拌一次,以減少灰霧)。
柯達廠另有一種Royal – X pan 底片,速度達ASA1250,但只有120及頁片莊。


6.2.8 柯達紅外線幻燈片(Kodak Ektachrome infrared film)
這底片對綠、紅、及紅外線(波長至9,000A)敏感,拍攝時須加上一黃色濾光鏡,如Wratten(雷登)#12或#15以隔去藍光(避免整張底片紫調,因紅外線層亦對藍光敏感) 。這類幻燈片顯示的色彩是偽色(False colour)即並非天體的真正顏色 – 紅外線感光部分變成紅色,紅色變成綠色,綠色變成藍色。
這底片對於分辨月食時本影及半影的界限(彼此溫度不同,本影部分呈藍綠色,半影部分呈白色)及顯出彗核甚為有效。
它只有20張35mm卷莊,感光速度約有ASA 100(已計算黃濾鏡的吸收作用) ,但如遇高溫則很快變壞,因此最好儲存在冰格內,在用前四至六小時取出,回復室溫後始開罐(必須在全黑環境下開罐及裝入攝影機),並於曝光後盡快在暗袋中取出沖洗。
紅外線的焦點與可見光不同。如用反射鏡直接焦點拍攝(不經過任何透鏡或目鏡)就不用另調校焦點,但如用任何折射鏡或透過鏡頭、目鏡拍攝,就必須於對焦後再將鏡頭前移(即增加鏡頭與底片的距離)一段距離(=焦點的四百分一)。普通攝影機鏡頭多有』R』紅點,是專為紅外線拍攝對焦而設,將無限遠對正此點即可。
柯達廠亦有出產一種高速紅外線(黑白)底片,High speed Infrared(簡稱HIE),只有35mm二十張的包裝,拍攝時需加上一塊紅濾光鏡(Kodak Wratten №25),但這底片亦須在全黑環境下操作(包括在菲林筒取出及裝入攝影機或自攝影機取出繞入沖罐,均應在袋住行)。



6.3 底片的儲存與保養

未曝光的
在未用到底片時,均無故打開底片的原包裝或裝載底片的金屬筒(或膠筒)。底片對於高溫、過濕環境、化學原料(如一些塑膠、水銀、叻架、油漆、溶劑等)及氣體(尤以煤氣及二硫化氫)、輻射、X射線,甚至磨刮等都有不良反應。這些不良反應包括走光、感光速度下降、感色性減褪、顯影后底片呈現一層灰霧、色調晦暗、層次減少、反差轉弱、色調不夠鮮明、影像粗糙、發生斑點紋路現象或底片黏在一起。
每盒底片都註明失效日期(黑白通常有二、三年、彩色多為一年多),過了該日期底片仍可勉強使用。但質素便無法保證。故最好避免使用。對於一些有效期短的底片,如保存不得其法,就算在有效期內亦可能變壞。

儲藏
如果長時間儲藏底片,最好把它放入雪櫃,在150的環境下通常可儲藏六個月以上,在10o起碼一年。不過在放入雪櫃前必須以密氣膠袋或罐裝好。取出使用時必須將罐放在室內起碼二、三小時,始可打開底片包裝(筒),否則露水很易會凝結在底片上。
如底片原來封包(筒)經已打開而仍未拍完的話,應放回在筒內,將蓋蓋好,放在密封的罐內,內放防潮珠或以膠紙封口。

已曝光的
曝了光的底片最好盡快顯影(三、兩日內),如果不能的話,應即將底片放回密封的底片筒或盒內,用膠袋包好封口,放入雪櫃,切勿把底片長期留在攝影機內。

已顯影
已沖洗妥當的底片應放入適當的底片袋中,放在一清涼乾燥的地方(濕度不大於40%)並防止強光線照射。如把底片(連袋)或幻燈片放在一個密氣的盒內,內加防潮珠,可防止底片發霉或變脆。取用時只能觸摸底片邊緣,或用鑷子夾著。

圖 6.3
圖檔

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