3CCD es una tecnología de separación de colores en televisión a color que utiliza tres matrices fotosensibles o tubos de transmisión , separados para cada una de las tres imágenes de separación de colores: rojo , verde y azul . La tecnología se basa en la separación óptica de colores utilizando un prisma dicroico (o dicroico), que separa la luz de la lente en tres imágenes a lo largo de la longitud de onda debido a la interferencia [1] . En el uso de la televisión, tales cámaras y videocámaras se denominan de tres matrices.
La separación óptica de colores en tres imágenes monocromáticas se utilizó por primera vez para obtener fotografías en color a finales del siglo XIX . La exposición de tres placas fotográficas en blanco y negro detrás de tres filtros de color permitió obtener tres negativos separados por colores , a partir de los cuales se imprimió una imagen en color utilizando el método de los pigmentos [2] . La tecnología de cine en color " Technicolor " también utiliza cámaras de película que graban imágenes de separación de colores en tres películas simultáneamente [3] . Un dispositivo similar a una cámara transmisora de televisión se ha utilizado desde los primeros días de la existencia de los sistemas de televisión en color basados en la transmisión simultánea de información en color. Antes de la llegada de las matrices de semiconductores, las cámaras construidas de acuerdo con este esquema usaban tres o cuatro tubos de televisión transmisores [4] . En este último caso, el cuarto tubo formaba una señal de luminancia y, en los sistemas de tres tubos, a menudo se usaba una señal de pseudoluminancia en lugar de una señal verde [5] .
Las primeras cámaras de televisión en color usaban espejos ordinarios y filtros de color. El uso de prismas dicroicos permitió aumentar la transmisión de luz y, en consecuencia, la sensibilidad de tales cámaras. Para las cámaras de tres y cuatro tubos, después de cada encendido, se requería un procedimiento de alineación, que era necesario para una alineación precisa de los tubos transmisores . Los sistemas de deflexión magnética no tenían una estabilidad absoluta y respondían a los cambios en el campo magnético circundante , dependiendo a menudo incluso de la posición de la cámara. La alineación eliminó los contornos de color de la imagen, que aparecían debido a imprecisiones en la alineación de las imágenes de los tres tubos. El centrado fue un ajuste fino de las corrientes de exploración vertical y horizontal para cada tubo y fue realizado por un sistema automático utilizando una mesa provista de cámaras compactas. En las cámaras estacionarias, durante el montaje, la mesa se proyectaba sobre el objetivo de los tubos transmisores a través de una cara adicional del prisma separador de colores con un proyector de diapositivas integrado en el cabezal de la cámara [5] [6] .
El uso de matrices semiconductoras de estado sólido eliminó la necesidad de realizar la alineación en cada inicio, ya que la geometría de la imagen formada por la matriz es prácticamente independiente de las influencias externas. Con el advenimiento de los tubos de transmisión de televisión que realizan la separación de color interna utilizando filtros de línea incorporados, se comenzaron a construir algunas cámaras de video compactas de acuerdo con un esquema de dos y un tubo, sin un sistema de separación de color por prisma [7] . Las matrices de semiconductores también pueden utilizar un método de separación de color mediante una serie de filtros de color , lo que permite el uso de una única matriz fotosensible sin un costoso y voluminoso prisma de separación de color. Sin embargo, las ventajas del esquema de tres matrices son tales que las videocámaras basadas en tres matrices no abandonan sus posiciones en la producción de video profesional e incluso en el cine digital hasta el día de hoy . Este método de separación de colores también se utilizó en algunas cámaras de video para mejorar la calidad de la imagen [8] .
La luz de la lente de disparo ingresa al prisma dicroico separador de colores, dividiéndolo en tres componentes del flujo dirigido a diferentes caras del prisma. La radiación de longitud de onda más corta se refleja selectivamente desde el recubrimiento dicroico F1 , que transmite más el resto de la luz. Entonces, el componente azul de la luz se dirige a la cara de salida inferior. Luego, la superficie con el revestimiento F2 separa la parte roja del espectro de longitud de onda larga y cae a la cara de salida superior. La luz restante que ha atravesado todos los recubrimientos corresponde a la parte verde del espectro y entra por la cara de salida trasera del prisma. De esta forma se obtienen tres imágenes monocromáticas reales del sujeto. La luz roja y azul sufre un doble reflejo, lo que da como resultado imágenes directas (no especulares) de estos colores. Cada una de estas imágenes separadas por colores cae en una matriz separada, cuya señal de video, después del procesamiento, se agrega a la general. Como resultado de sumar señales de tres matrices, se obtiene una señal de televisión en color completa .
Algunos fabricantes utilizan cuatro matrices en lugar de tres para aumentar la resolución del sistema. Por regla general, una matriz adicional forma una imagen adicional del canal verde con un desplazamiento de 1/2 píxel , lo que reduce el muaré de color y aumenta la nitidez aparente de la imagen. El sistema de cuatro matrices se hizo famoso gracias a la empresa Ikegami , que fue la primera en utilizar este diseño de cabezales de cámara [9] . Las primeras cámaras transmisoras también usaban cuatro tubos transmisores, uno de los cuales formaba la señal de luminancia.
El prisma dicroico es el elemento principal del sistema de separación de colores de tres matrices. [10] Al calcular un sistema de separación de colores, se debe tener en cuenta que la longitud del camino de los rayos de cada color debe ser la misma, teniendo en cuenta la diferencia en los índices de refracción del vidrio de las diferentes partes del prisma. Además, cuando se diseñan prismas para su uso con conjuntos de semiconductores, no se permiten imágenes invertidas en espejo, como era posible con los tubos de transmisión de vacío . En este último, esto se eliminó simplemente cambiando la polaridad de los barridos. Una dificultad adicional en el diseño de cámaras de tres matrices es la eliminación del efecto de la polarización de la luz sobre la calidad de la separación de colores. Hay muchos diseños diferentes de prismas de separación de color con diferente disposición de caras y superficies de salida. La longitud de trabajo de las lentes para cámaras con este método de separación de color se suele indicar con dos valores, uno de los cuales es válido para vidrio y otro para aire, es decir, para cámaras de matriz única sin prisma.
La principal ventaja del dispositivo de tres matrices (tres tubos) de la cámara transmisora es la precisión de la separación de colores, que es inalcanzable para una variedad de filtros de color con características de transmisión de luz que están lejos de ser ideales. Los prismas dicroicos tienen una opacidad casi completa para las porciones reflejadas del espectro y la misma transparencia para las transmitidas [11] . La lista de beneficios puede continuar:
A pesar de las numerosas ventajas, el sistema tiene una serie de desventajas y, sobre todo, es sensible a la polarización de la luz y al ángulo de incidencia de los haces de luz [11] . Esto impone ciertas restricciones a la hora de diseñar un sistema de separación de colores y utilizar lentes de diferentes distancias focales. Además, hay otras desventajas: