Mengapa mereka membuat lebih kecil dari sensor full-frame?

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.

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:

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.

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.

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.

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.

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:

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.

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.

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.

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).

Berikut adalah kamera yang sama yang siap untuk dikemas:

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.