DreamVideo è un digital magazine mensile con focus specifico sulla produzione e post-produzione video, rivolto a videomaker e filmmaker, che siano professionisti o semplici appassionati.    |     Anno XII nr.148-2022    |     ISSN 2421-2253

Le ottiche a Zomm per la TV (17)

 

Una telecamera a colori, qualsiasi essa sia, contiene un sistema ottico che divide la luce nei suoi tre componenti colore RGB. (N.B. non necessariamente con un prisma dicroico, le telecamere amatoriali a CCD non possono permettersi il costo di un prisma dicroico e pertanto la separazione dei colori avviene con microprismi sulla superficie del CCD che a questo punto può essere uno solo; ovviamente questo sistema è meno performante.)

Il sistema di separazione dei colori per la telecamera è molto importante in quanto oltre a determinare l'accuratezza  con la quale la camera riprodurrà i colori dell'immagine, influenzerà la sistemazione dei vari dispositivi e la progettazione della telecamera stessa.

Le camere broadcast moderne utilizzano quindi un sistema di prismi + coating. Un filtro di trimming (regolazione fine) viene posizionato all'uscita di ciascun prisma  per eliminare la luce non desiderata e migliorare la riproduzione del colore.

Davanti al prisma, all'interno della telecamera, tra l'ottica e il prisma, trovano posto i seguenti dispositivi:

  1. Una torretta porta filtri di attenuazione e conversione di temperatura colore. In molte camere queste torrette sono 2, motorizzate e anche remotabili a distanza.
    Queste torrette porta filtri possono montare anche filtri dedicati all'effettistica come ad esempio un cross screen e simili.
     

  2. Un filtro ND antipolvere
     

  3. Un filtro ottico passa-basso che limita la banda passante delle frequenze spaziali in ingresso
     

  4. Un filtro a infrarosso in modo che questo spettro non entri nella camera

Per le camere a tubi nel percorso ottico esistevano anche altri dispositivi:

  1. Lampada per il BIAS light e relativo percorso ottico verso il prisma. Questa lampada la cui intensità doveva essere regolata andava ad eccitare con una luce base i target dei tubi per avere un'inerzia di sistema inferiore.
     

  2. Torretta porta-slides di collimazione per allineamento del sistema ottica/camera/tubi.

I prismi separatori fanno un uso ingegnoso della riflessione selettiva  tramite coating dicroico ed eseguono una riflessione totale per dividere la luce incidente in 3 componenti colore.

Il coating dicroico viene formato per evaporazione e sotto vuoto con 10-20 strati di materiale con indice di rifrazione alternativamente alto e basso.

Il coating dicroico viene realizzato per mezzo di materiali con caratteristiche specifiche e lo spessore particolare del rivestimento applicato; questo permette ai prismi di lasciar passare un solo colore e di riflettere gli altri.


Schema del sistema ottico di separazione dei colori per camere TV broadcast.


Caratteristiche spettrali

Nella banda passante di lunghezza d'onda in cui il coating dicroico lavora esso non trasmette comunque il 100% della luce incidente.

Qualche raggio viene riflesso e sommato con la luce va verso un altro colore.

Lo scopo dei filtri di trimming è quello di rimuovere questa somma di luce indesiderata, essi ricostruiscono anche le caratteristiche spettrali ai bordi estremi dello spettro per ottenere migliori colori neutri.

Tuttavia le caratteristiche del coating dicroico del prisma provocano tre effetti indesiderati:

  1. White Shading.
    Il problema è dovuto alla differenza nell'angolo di incidenza della luce sul coating dicroico, l'effetto che si può osservare è che quando al centro dell'immagine il bilanciamento del bianco risulta a posto, ai bordi dell'immagine si possono avere dominanti magenta o verdi. È possibile eliminare totalmente questo problema eseguendo la procedura di taratura di white shading  della telecamera secondo le specifiche della camera.
    È opinione comune che eseguendo la taratura di white shading si correggono i problemi di shading verso il bianco dell'ottica; non è vero, infatti si correggono i problemi di shading verso il bianco del prisma.
    La taratura viene fatta, mediante strumentazione dedicata, secondo i due assi di scansione del rilevatore: orizzontale e verticale e per aree.
    La taratura di white shading in passato era analogica a mezzo trimmer e sovente andava ritarata; oggi avviene in modo numerico e può essere memorizzata e richiamata all'occasione. Esiste anche una procedura di taratura di black shading che tuttavia non ha nulla a che fare con il percorso ottico.
     

  2. Shading del colore di immagini fuori fuoco.
    Il problema può presentarsi quando l'immagine è fuori fuoco.
    Se l'oggetto soggetto a ripresa ha una sua profondità, e pertanto è possibile che una sua parte (davanti-dietro) risulti sfuocata, si osserverà che la parte sfuocata dell'oggetto presenterà shading in direzione verticale.
    Anche questo problema è dovuto all'incidenza diversa della luce sul coating dicroico. Questo difetto risulta piuttosto difficile da correggere con l'elettronica della camera.
    Se esiste il problema deve essere risolto cambiando se possibile il prisma dicroico con un prisma che non provochi il problema.
     

  3. Caratteristiche delle variazioni dovute alla polarizzazione.
    La luce può essere pensata come un mix di onde trasversali  e longitudinali, qualcuna oscillante perpendicolarmente al piano d'incidenza a qualche altra oscillante parallelamente al piano d'incidenza. La luce naturale contiene queste due componenti in modo uguale ma la luce riflessa da una superficie lucida viene polarizzata in quanto una delle sue due componenti o trasversale o longitudinale viene riflessa in modo maggiore rispetto all'altra.
    Il colore della luce polarizzata risulta comunque diverso da quello della luce non polarizzata.
    Questo effetto può essere prevenuto posizionando prima del prisma un filtro ottico a ¼ della lunghezza d'onda per cambiare il piano della luce incidente che assume in questo modo una polarizzazione "circolare".
    Un filtro a ¼ della lunghezza d'onda è fatto con un materiale di quarzo molto costoso e può arrivare ad eliminare del tutto il problema della polarizzazione.



Prisma di separazione dei colori per camere a CCD

Le caratteristiche principali del prisma dicroico utilizzato per camere a CCD sono:

  1. Stabilità del supporto dei CCD.
    I CCD sono fissati direttamente al filtro di separazione del colore e quindi la resistenza meccanica dello strato di contatto deve essere sufficientemente forte sino a supportare i CCD anche se vengono applicate forti vibrazioni.
    La base del prisma e i vetri del prisma devono possedere lo stesso coefficiente di dilatazione lineare per evitare errori di registrazione al variare della temperatura. La ricerca sui materiali più idonei è la soluzione del problema.
     

  2. Caratteristiche spettrali.
    L'introduzione nel percorso ottico di raggi vicini allo spettro infrarosso deve essere evitata in quanto i CCD possiedono una sensibilità sino alla regione spettrale vicina all'infrarosso.
    Un filtro ottico in tal senso viene posizionato sul percorso ottico prima del prisma.
     

  3. Immagini fantasma.
    Diversamente dai tubi i CCD non creano persistenza a causa di alte luci; per questa ragione il flaring e le immagini fantasma che si producono quando nell'ottica entrano alte luci possono risultare dannosi, molto più che per camere a tubi che mascheravano questi effetti con l'effetto di persistenza.
    La superficie dei CCD è metallica e lucida e accentua questi effetti indesiderati. Pertanto i prismi realizzati per camere con CCD devono possedere un minor effetto di flaring e generano meno immagini fantasma. Questo si ottiene con opportune maschere e scanalature progettate con metodo ray tracing con l'ausilio di programmi computerizzati.
    Devono essere migliorati necessariamente anche i trattamenti del coating e i trattamenti antiriflessione.

 
Autore: Rolando Pellacani
 
 
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