Mengapa mereka membuat lebih kecil dari sensor full-frame?


22

Anda kadang-kadang akan menemukan artikel tentang betapa mengagumkannya kamera full-frame. Banyak dari itu mungkin terlalu antusias terhadap peralatan baru atau pemasaran sederhana, tetapi menurut saya setidaknya hal-hal ini benar:

  • Sensor dengan area luas menangkap lebih banyak cahaya
  • Sensor dengan piksel individual besar akan memiliki lebih sedikit noise
  • Sensor yang lebih besar dapat memuat lebih banyak piksel

Kamera full-frame jauh lebih mahal. Ini aneh bagi saya, karena saya mendapat kesan bahwa membuat elektronik lebih kecil selalu lebih sulit, karena Anda membutuhkan peralatan yang lebih tepat.

Itu pasti lebih penting di awal kamera digital lensa tunggal, bertahun-tahun yang lalu.

Jadi mengapa keputusan dibuat untuk membuat sensor lebih kecil daripada film yang awalnya digunakan di kamera? AFAIK beberapa lensa yang dibuat untuk kamera film masih berfungsi dengan beberapa DSLR, jadi mengapa membuat sensor berbeda dari film?

Perhatikan bahwa saya lebih tertarik tentang sejarah keputusan awal (karena ukuran bingkai film adalah status quo, dan DLSR tetap mahal), daripada perbedaan harga.



3
Mengapa Kodak bertahan dalam upaya memaksakan film kecil pada konsumen? (Ukuran 110, ukuran film disk?) Kualitasnya tidak sebagus tetapi jauh lebih murah untuk membuat, film, kamera, lensa, semuanya lebih kecil. Sama dengan digital, yang mungil harus diperbesar lebih banyak untuk melihatnya, tetapi yang mendapat lebih banyak chip kecil dari satu wafer jika kecil. Ini tentang biaya, bukan tentang kualitas.
WayneF

10
"Jadi mengapa itu dipilih untuk membuat sensor lebih kecil daripada film yang awalnya digunakan di kamera?" Saya harus berdalih dengan penggunaan Anda pada awalnya . Tidak ada yang magis atau spesial tentang ukuran bingkai 135 film. Fotografi format sedang dan besar menggunakan ukuran bingkai yang jauh lebih besar dari 36mm x 24mm, dan ada sebelum 135. Jadi pertanyaannya adalah, mengapa 135 ukuran bingkai digunakan di tempat pertama ? Mengapa ada ukuran bingkai tertentu yang digunakan?
scottbb

7
mengapa mereka pernah membuat lebih kecil dari sensor format besar !?
szulat

4
Dipahami, saya tidak bermaksud untuk mencegah bertanya (itu adalah alasan utama untuk situs tanya jawab). Saya hanya ingin memberikan perspektif bahwa apa yang kita anggap sebagai yang ukuran referensi, dan bagaimana kita selalu membandingkan segala sesuatu untuk full frame, belum tentu karena itu optimal, alam, atau pra-ditakdirkan ukuran dasar.
scottbb

Jawaban:


47

Membuat perangkat semikonduktor besar tanpa cacat, atau hanya sedikit, sangat sulit. Yang lebih kecil tidak terlalu menuntut untuk dibuat.

Khususnya hasil - proporsi yang Anda buat yang dapat digunakan - untuk semikonduktor turun saat Anda mencoba dan membuatnya lebih besar. Jika hasilnya rendah, maka Anda harus membuat banyak perangkat untuk masing-masing yang bagus, dan ini berarti bahwa biaya per perangkat menjadi sangat tinggi: mungkin lebih tinggi daripada yang akan ditanggung pasar. Sensor yang lebih kecil, dengan hasil yang lebih tinggi, sangat disukai.

Inilah cara memahami kurva hasil. Katakanlah bahwa kemungkinan cacat per satuan luas dalam suatu proses adalah c , dan cacat tersebut akan membunuh perangkat apa pun yang terbuat dari sedikit semikonduktor itu. Ada model lain untuk cacat pada perangkat tetapi ini cukup bagus.

Jika kita ingin membuat sebuah perangkat yang memiliki luas A maka kesempatan itu tidak memiliki cacat (1 - c ) A . Jadi jika A adalah 1 maka peluangnya adalah (1 - c ) dan semakin kecil (karena (1 - c ) kurang dari satu) karena A semakin besar.

Peluang perangkat area A yang tidak memiliki cacat adalah hasil: ini adalah proporsi perangkat yang baik dari area A yang kita dapatkan. (Bahkan hasilnya mungkin lebih rendah, karena mungkin ada hal-hal lain yang bisa salah).

Jika kita tahu hasil y A untuk tipuan dari beberapa area A , maka kita dapat menghitung c : c = 1 - y A 1 / A (Anda mendapatkannya dengan mengambil log dari kedua sisi dan menyusun ulang). Ekuivalen kita dapat menghitung hasil untuk daerah lain yang sebagai y = y A a / A .

Jadi sekarang, katakanlah ketika kita membuat sensor 24x36mm (full-frame) kita mendapatkan hasil 10%: 90% dari perangkat yang kita buat tidak bagus. Produsen malu untuk mengatakan apa hasil panen mereka, tetapi ini tidak masuk akal rendah. Ini sama dengan mengatakan bahwa c , peluang cacat per mm 2 adalah sekitar 0,0027.

Dan sekarang kita bisa menghitung hasil untuk area lain: sebenarnya kita bisa memetakan kurva hasil terhadap area:

kurva hasil

Dalam plot ini saya telah menandai hasil yang diharapkan untuk sensor dari berbagai ukuran frame kurang dari jika frame full menghasilkan 10% (ini mungkin perkiraan, karena APS-C dapat berarti berbagai hal, misalnya). Seperti yang Anda lihat, sensor yang lebih kecil mendapatkan hasil yang jauh lebih tinggi.

Seiring waktu, seiring dengan proses manufaktur yang meningkat, kurva hasil ini menjadi rata, dan hasil untuk sensor besar meningkat. Karena ini terjadi, sensor yang lebih besar menjatuhkan harga ke titik di mana pasar akan menanggung biayanya.


Apa yang Anda katakan pasti konsisten dengan harga dan ketersediaan sensor, tetapi mengapa demikian? Saya masih tidak bisa membayangkan bagaimana bisa lebih mudah untuk membuat sesuatu yang super kecil dan lebih sulit untuk membuatnya lebih ke arah skala makroskopis.
Tomáš Zato - Kembalikan Monica

7
Karena piksel sensor tidak "kecil" dalam hal teknologi manufaktur kami saat ini - canggih untuk manufaktur (yaitu CPU) berada di urutan 10 nm. Pixel sensor berada pada urutan 1 μm atau 100 kali lebih besar - pada saat itu, membuat hal-hal 1,6x lebih kecil tidak signifikan dalam hal biaya, dan Anda mendapatkan sekitar 2,5x lebih banyak chip dari wafer.
Philip Kendall

6
Begitu juga memprosesnya - masalahnya adalah, sepuluh cacat tersebar di wafer dengan 2.000 chip kecil atau lebih dari wafer dengan 11 chip besar, dalam kedua kasus berarti Anda dapat membuang 10 chip di sampah. Biarkan 100 cacat - dan Anda mendapatkan banyak chip dalam kasus pertama, dan banyak wafer semua-sampah di yang kedua.
rackandboneman

1
Selain itu, bagaimanapun caranya, jenis kemasan yang biasanya digunakan (dan dibutuhkan, mungkin untuk penyelarasan yang tepat dan kemungkinan jendela kaca) untuk sensor gambar (keramik dan barang emas, seperti pada CPU komputer dekade sebelumnya) cukup mahal bahwa hal itu biasanya dihindari untuk semua hal kecuali bagian luar angkasa dan militer yang keras akhir-akhir ini. Mungkin tidak lebih murah untuk paket yang lebih besar.
rackandboneman

6
@ TomášZato sensor yang lebih kecil tidak "membuat elektronik lebih kecil" dalam arti miniaturisasi. Mereka membuat barang elektronik yang lebih kecil . TV 60 "harganya lebih dari 30" TV, tidak kurang.
hobbs

15

Aplikasi arus utama pertama untuk sensor gambar elektronik (baik itu Image-Orthicons, Vidicons, Plumbicons, atau CCD, atau sensor pixel aktif CMOS, baik itu analog-elektronik atau digital workflow) ada dalam video, bukan pada gambar diam.

Video mengikuti faktor bentuk yang mirip dengan film film. Dalam film film, 35mm (setara dengan frame penuh) atau bahkan 70mm adalah format eksotis besar yang hanya digunakan untuk produksi film aktual (sinematik) karena biaya yang signifikan.

Selain itu, tuntutan resolusi untuk sebagian besar aplikasi video yang dulu jauh lebih kecil - jika televisi rumahan pra-HD (resolusi maksimum 625 baris mungkin masing-masing 1000 piksel) adalah target utama, kemampuan resolusi tinggi tidak diperlukan.

Selain itu, dalam dunia gambar bergerak non-bioskop tuntutan pada lensa tampak berbeda - jauh lebih banyak harapan pada kecepatan lensa dan rentang zoom, apalagi pada kualitas gambar. Ini dapat dilakukan jauh lebih hemat biaya dengan desain lensa yang hanya perlu melayani lingkaran gambar kecil.

Kamera digital masih ada beberapa tahun sebelum kamera lensa yang dapat dipertukarkan menjadi masuk akal, dan ini menggunakan sensor kecil pertama yang sangat mungkin dirancang untuk atau berdasarkan pada desain untuk video.

Sensor berukuran APS-C sangat BESAR dibandingkan dengan sensor kamera digital normal ketika DSLR awal diperkenalkan; beberapa DSLR full frame awal (pikirkan Kodak DCS) dan sensornya sangat mahal, mungkin karena ada sedikit pengalaman desain dalam membuat sensor ekonomis dalam ukuran itu.

Sensor gambar sangat kasar dalam struktur aktual dibandingkan dengan apa yang digunakan CPU atau chip memori pada 1990-an - misalnya, CPU yang umum untuk komputer desktop akhir 1990-an menggunakan ukuran fitur 250nm, yang cukup kecil daripada apa yang bahkan berguna secara fisik pada sebuah sensor pencitraan cahaya tampak. Hari ini, 14nm (!!) adalah tentang seni.

Kebutuhan untuk menghindari ukuran die besar per bagian, terlepas dari ukuran struktur, seperti yang sudah dijelaskan dalam posting lain, tidak banyak berubah.


1
Jawaban yang indah, dan lebih tepatnya menjelaskan alasan spesifik di baliknya untuk kamera DSLR yang bertentangan dengan litografi wafer pada umumnya (seperti jawaban lainnya). Miliki semua upvotes.
Doktor J

7

Sensor besar harganya lebih mahal daripada sensor kecil dengan alasan lebih atau kurang sama dengan TV besar lebih mahal dari TV kecil. Bandingkan TV 30 inci dan TV 60 inci (sekitar 75cm dan 150cm, jika Anda mau). Miniaturisasi bukanlah masalah - kita bisa membuat semua bagian dari TV 30 inci menjadi lebih kecil tanpa mengalami kesulitan. TV 30 inci harganya lebih murah daripada TV 60 inci karena menggunakan lebih sedikit bahan dan membutuhkan lebih sedikit pekerjaan untuk menyelesaikannya. Dan TV 60 inci akan memiliki tingkat cacat yang lebih tinggi - 4 kali luas berarti jauh lebih tinggi kemungkinan ada sesuatu yang salah di suatu tempatdi layar, membuat pixel mati. Karena pelanggan membenci piksel mati, panel yang memiliki lebih dari satu atau dua (atau bahkan mungkin lebih dari nol) akan dihapus, atau dijual sebagai bagian dari produk berbiaya lebih rendah. Biaya produksi untuk unit yang rusak bisa meluncur ke dalam harga unit diterima yang sedang dijual, maka semakin besar Anda pergi, hal-hal yang lebih mahal mendapatkan.

Pertimbangan yang sama berlaku untuk sensor gambar. Bahkan sensor terkecil pada kamera prosumer memiliki fitur yang sangat besar dibandingkan dengan kemampuan teknologi semikonduktor, sehingga biaya miniaturisasi bukanlah faktor utama. Kamera kompak dan ponsel biasanya menggunakan sensor yang jauh lebih kecil, dan bahkan ponsel anggaran biasanya memiliki dua kamera, dengan yang lebih bagus memiliki tiga atau empat! Untuk ukuran yang wajar, biaya lebih kecil lebih sedikit, tidak lebih. Masalah cacat juga ikut berperan. Semakin besar Anda membuat sensor, semakin besar kemungkinan Anda akan memiliki cacat yang mengharuskan Anda untuk menghapus semuanya, dan semakin banyak uang (dalam bahan) yang Anda akan kehilangan ketika Anda melakukan memo itu. Itu mendorong biaya dengan ukuran, secara dramatis melampaui titik tertentu.

Kamera digital format terbesar yang dapat Anda peroleh dari tulisan ini memiliki sensor kekalahan 9 "x11" (itu lebih dari 8 kali diagonal sensor "bingkai penuh", atau lebih dari 64 kali luas), dan hanya memiliki 12 megapixel jadi miniaturisasi jelas bukan masalah - piksel itu sangat besar . Ini dijual seharga lebih dari $ 100.000.


6

Karena Anda secara khusus bertanya tentang sejarah ...

Saya sarankan: ukuran, berat, & biaya.

Semua pertimbangan itu sama benarnya pada masa pra-digital (yaitu film). Format film yang populer adalah ukuran 110. Lihat: https://en.wikipedia.org/wiki/110_film

Film 110 lebih murah, kameranya lebih murah, dan banyak dari kamera itu jauh lebih kecil dan lebih ringan daripada film terkecil 35mm. Mereka bisa masuk dengan mudah di saku kecil. Tentu saja kendala yang sama ada saat ini dengan kamera digital, seperti yang ditunjukkan orang lain. Jadi bukan hanya sensor gambar kecil dan besar hari ini; itu juga format film kecil dan besar saat itu juga.


110 lebih sebanding dengan apa yang dimiliki Nikon 1 atau Pentax Q dalam domain kamera lensa yang dapat dipertukarkan ...
rackandboneman

Saya sebagian tetapi tidak sepenuhnya yakin dengan ini. Ada kamera 35mm yang sangat kecil, dan saya pikir tidak semuanya mahal. Saya memiliki Minox 35ML yang kecil tapi mahal saya pikir, tapi saya juga punya Balda yang ukurannya sama, dan saya pikir jauh lebih murah. Keduanya akan dengan mudah masuk dalam saku.

Saya masih punya Pentax Auto 110, kamera kecil yang luar biasa. Saya biasa membawanya keluar ketika saya menginginkan sesuatu yang pas di saku. Saya juga kadang-kadang dikenal menggunakannya untuk menilai karyawan toko kamera mana yang layak untuk diajak bicara saat berbelanja. Saya akan berjalan ke toko dengan tali di leher saya. Sebagian besar toko kamera di daerah saya pada saat itu akan memiliki satu orang yang benar-benar tahu kamera, orang itu akan mengenali apa 110 itu (yaitu, satu menit tetapi kamera sistem SLR sempurna terbentuk).
Joseph Rogers

6

Jauh sebelum digital, orang-orang berusaha menghasilkan format film yang lebih kecil untuk mengatasi masalah manufaktur, kegunaan, dan masalah biaya-manfaat lainnya, yang dijelaskan dalam jawaban lain.

Apa yang sekarang dikenal sebagai "full frame" dulu dikenal sebagai "miniatur". Jika tidak untuk format miniatur dan sub-miniatur, kami harus membawa kamera seperti ini:

Ansel Adams


Saya memiliki buku yang sangat bagus yang disebut 'manual of the miniature camera'. Seperti yang Anda katakan, 'miniatur' berarti 'bukan format besar'.

Pemahaman saya adalah format miniatur khususnya format 135. Lebih besar format sedang dan besar. Lebih kecil adalah subminiature.
xiota

1
Itulah yang saya pikirkan, tetapi jelas bukan itu yang orang pikirkan ketika buku itu diterbitkan (saya pikir awalnya tahun 1930-an walaupun edisi yang saya miliki adalah edisi kemudian dari tahun 1950-an (dan saya tidak dapat menemukannya untuk memeriksa tanggal sekarang): apa pun yang tidak menggunakan sheet film adalah 'miniatur', sangat pasti termasuk apa yang sekarang kita sebut format medium. Mereka tidak berbicara tentang subminiatur sehingga mungkin menjadi kategori yang terpisah bahkan saat itu.

3

Terlepas dari apa yang telah disebutkan, ada alasan yang sangat bagus untuk membuat sensor yang lebih kecil untuk DSLR; Itu membuatnya lebih mudah untuk merancang lensa yang lebih murah dan lebih ringan untuk pasar konsumen yang berkembang pesat. Tetapi masih berkualitas tinggi.

Ketika Anda membuat sensor lebih kecil, Anda juga dapat membuat cermin lebih kecil, dan kemudian Anda dapat mengurangi jarak dari elemen belakang di lensa ke sensor (yang dikenal sebagai jarak flensa).

Mengurangi jarak mengarah membuatnya lebih mudah untuk merancang lensa; lensa sudut lebar khususnya mendapat manfaat dari jarak sayap yang lebih kecil. Lensa zoom sudut lebar f / 2.8 untuk kamera full frame bisa sangat mahal.

Saat ini, saat mirrorless menjadi lebih populer, masalah jarak sayap dihilangkan.

Namun, sensor yang lebih kecil masih berarti bahwa lensa hanya harus memproyeksikan gambar ke area yang lebih kecil, membutuhkan diameter lensa yang lebih kecil, berkontribusi pada biaya yang lebih kecil pada lensa juga.

BTW, setahu saya (yang bisa salah), sensor bahkan tidak dekat menjadi komponen yang paling mahal DSLR. Meter cahaya (ada banyak) jauh lebih mahal.

Saya pikir saya telah membaca ini dari sumber yang terhormat, tetapi mencoba mencari sumber untuk mengkonfirmasi fakta ini berakhir tanpa apa-apa; jadi saya mungkin salah di sini.


Poin IMO sangat bagus. Hanya pertimbangan, Nikon dan -lebih-besar- Canon menggunakan jarak flensa yang sama untuk APS-C seperti yang mereka lakukan untuk film dan full frame, sehingga tidak banyak keuntungan seperti lingkaran gambar yang lebih kecil
clabacchio

1
DSLR ukuran APS-C datang sebelum lensa yang cocok. Orang hanya akan menggunakannya dengan lensa full-frame dengan panjang fokus lebih pendek.
Edgar Bonet

Sementara Canon dan Nikon membuat kamera pemangkas dengan kompatibilitas mundur dengan lensa full frame sebelumnya, sensor pemangkasan masih dapat menerima desain lensa yang disederhanakan seperti yang ditemukan pada seri EF-s. Dalam hal ini kita melihat demonstrasi kompromi: Mereka bisa membuat kamera yang lebih kecil dan lebih kompak, tetapi akan bersaing penuh dengan garis kamera / lensa mereka yang lain, daripada memiliki ekstensi sebagian yang kompatibel dari garis yang ada.
TheLuckless

1
Saya ingin melihat sumber untuk poin terakhir Anda. Itu selalu menjadi kesan saya bahwa sensor adalah komponen biaya tunggal terbesar dalam DSLR dengan selisih yang besar. Apa yang Anda maksud dengan "meter cahaya (ada banyak)"?
mattdm

1
@TheLuckless Kamera digital Canon APS-C yang paling awal (D30 dan D60) mendahului lensa EF-S pertama sebanyak tiga tahun. Kamera-kamera ini tidak dapat memasang lensa EF-S. Bahkan 10D tidak menerima lensa EF-S, meskipun itu adalah APS-C dan menggunakan sensor yang sama dengan Digital Rebel / 300D berikutnya yang diperkenalkan bersamaan dengan mount EF-S dan lensa EF-S pertama.
Michael C

1

Sensor yang lebih kecil memiliki hasil produksi yang lebih tinggi, dan barang elektronik yang diproses lebih murah.

Gandakan sensor, dan kira-kira kuadrat daya pemrosesan yang dibutuhkan.

Kenyataannya adalah bahwa sensor DX seringkali memiliki resolusi yang lebih tinggi dan rentang dinamis yang lebih besar daripada film yang mereka gantikan.


1

Pisahkan jawaban, karena tidak ada hubungannya dengan yang lain:

Sementara sensor full-frame menawarkan banyak manfaat bagi fotografer yang antusias, artistik, dan profesional, mereka juga memperkenalkan kelemahan yang dalam banyak kasus benar-benar tidak diinginkan oleh pengguna biasa - dan dalam beberapa kasus bahkan oleh seniman atau reporter profesional untuk tugas tertentu:

  • Kedalaman maksimum bidang yang dapat dijangkau sebenarnya lebih terbatas. Lubang yang sangat lambat diperlukan untuk kedalaman bidang yang ekstrem, yang mengarah ke masalah seperti penanganan lowlight yang buruk dan visibilitas kotoran sensor.

  • lensa akan lebih tebal, berat, dan mahal.

  • ... khususnya dalam hal focal length panjang untuk memiliki jangkauan panjang.

  • Stabilisasi gambar akan lebih sulit karena kebutuhan gerakan yang lebih besar untuk mengimbangi guncangan.

  • Beberapa kelompok target akan lebih suka gambar yang memiliki kedalaman bidang tinggi, semuanya fokus, gaya nada keras yang mereka gunakan dari kamera perangkat seluler.


Saya tidak berpikir poin pertama adalah valid. Transformasi antara FF dan pemangkasan adalah: ISO_ff = ISO_crop * C ^ 2, A_ff = A_crop * C, f_ff = f_crop * C. Nilai-nilai ini memberikan noise yang sama, kedalaman bidang yang sama, pembingkaian bidang yang sama, pembingkaian yang sama, pada dasarnya semua yang sama. Lihat saja beberapa informasi lensa DxOmark dan Anda akan mengerti mengapa Anda dapat menggunakan angka-b apertur lebih tinggi pada FF daripada memotong pada crop tanpa terlalu banyak difraksi. Juga, ISO dapat dengan aman bertemu pada FF dengan faktor C ^ 2, tanpa menimbulkan noise tambahan, karena sensor yang lebih besar.
juhist

Memukul difraksi. Selebihnya bisa dibilang masih berlaku dalam praktik ... tidak setiap sensor kehidupan nyata lebih baik di sini.
rackandboneman

1
@ juhist Itu bekerja dengan sangat baik sampai Anda ingin menduplikasi bidikan FF + f / 1.2 dengan APS-C + f / 0.8 atau μ4 / 3 + f / 0.6 kombinasi kamera + lensa +.
Michael C

Meskipun reduksi fokus (saya lebih suka memanggil mereka teleconverters 0.71x :)) dapat melakukan sesuatu tetapi tidak semuanya untuk Anda :)
rackandboneman

1

Baiklah, biarkan saya begini. Ini adalah foto dengan kamera sensor kecil (1 / 2,3 "), crop factor 5.6, dan sensor kelas APS-C (crop factor 1.66, sedikit lebih kecil dari APS-C) dalam posisi zoom maksimumnya (yang dicapai oleh kamera besar hanya dengan menggunakan konverter 1,7 × tele) .Kamera kecil memiliki 3 kali panjang fokus efektif (600mm) dari kamera besar (200mm).Panasonic DMC-FZ200 dan Sony DSC-R1 pada zoom penuh

Berikut adalah kamera yang sama yang siap untuk dikemas:Kamera mati

Jika Anda mencoba untuk memotret burung dan gambar closeup dari objek kecil, rentang zoom yang lebih panjang dari kamera sensor kecil akan mengalahkan kisaran sensor pendek yang relatif pendek. Sekarang sensor hari ini memiliki resolusi lebih besar daripada 10MP dari kamera lama di sini, tetapi bahkan sensor 40MP hanya memberi Anda faktor 2 dalam focal length ketika memotong ke jumlah piksel yang sama.

Gambar kualitas dari sensor yang lebih besar cukup baik tapi itu tidak membeli Anda banyak ketika ukuran gambar adalah bahwa prangko.

Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.