Apa yang membatasi ukuran sensor pencitraan digital?

Saya sudah membaca beberapa informasi tentang ukuran sensor di sini

http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format

menurut ini, 35mm ff-CMOS adalah sensor dengan dimensi terbesar yang digunakan dalam kamera digital. Ini memiliki banyak keuntungan untuk sensor yang lebih kecil, yang disebabkan oleh ukurannya.

Mengapa tidak ada sensor yang lebih besar tersedia untuk memaksakan keunggulan ini? 1,5 FF misalnya?

Anda dapat membuat beberapa CCD yang sangat besar. Siaran pers yang lebih tua berbicara tentang CCD yang dibuat untuk US Naval Observatory yaitu 4 "× 4" dan 10.560 piksel × 10.560 piksel. Itu 111 megapixel pada satu sensor. Agak tidak kecil.

^{(Dari siaran pers di atas)}

Pembatasan pertama yang dimiliki sensor adalah harus satu wafer silikon, dan itu harga tetap. Anda dapat membuat CCD yang dirancang dengan CCD tiga-tepi (tepi yang tersisa adalah tempat Anda dapat membaca data) seperti:

^{(Dari http://loel.ucolick.org/manual/deimos_ccd/science/overview/EL3160.html )}

Ini sering digunakan dalam teleskop untuk mendapatkan area pencitraan yang lebih besar dengan hanya kenaikan harga yang lebih kecil. Perhatikan bahwa ada masalah bahwa setiap CCD perlu dikalibrasi secara terpisah dari yang lain (tidak ada dua sensor gambar yang memiliki respons yang persis sama) - ini merupakan masalah signifikan untuk penggunaan ilmiah ( informasi kalibrasi untuk satu susunan CCD tersebut ).

CCD mosaik dapat ditingkatkan secara signifikan. PanSTARRS memiliki susunan sensor 1,4 gigapixel yang terdiri dari susunan besar piksel 600 × 600 piksel:

Di atas adalah array 8 × 8 CCD - masing-masing cukup kecil. Ini kemudian adalah bagian dari susunan yang lebih besar 8 × 8 dari segmen ini yang memberikan susunan sensor 64 × 64 secara keseluruhan. Ini dilakukan karena penghematan biaya, kecepatan (lebih cepat untuk membaca empat ribu 600 × 600 piksel CCD secara bersamaan daripada membaca satu CCD yang lebih besar), isolasi piksel jenuh, dan penggantian yang lebih mudah jika terjadi cacat.

The LSST menggunakan lebih konvensional CCD tiga tepi untuk mencapai tujuannya 3,2 gigapixels. Setiap segmen ada array 8 × 2 sensor 500 × 200 piksel. Semua faktor yang sama yang disebutkan untuk PanSTARR juga ada di sini. Diperkirakan butuh waktu 2 detik untuk membacakan 3,2 miliar piksel (yang sebenarnya cukup cepat). Semakin sedikit, CCD yang lebih besar berarti lebih lambat - tidak lebih cepat.

Jadi, meskipun dimungkinkan untuk menggunakan beberapa sensor secara agregat, mereka masih terdiri dari sensor individual yang agak kecil daripada sensor tunggal yang besar (seperti yang dilakukan dengan sensor USNO 4 × 4 "). Dalam beberapa kasus, CCD jauh lebih kecil daripada yang digunakan dalam kamera point and shoot.

Lihat kembali ke gambar pertama dari sensor 4 × 4 "dan kemudian pertimbangkan ukuran sensor biasa di sana:

Ini memiliki beberapa informasi tambahan untuk dipertimbangkan. Ada hasil maksimal dari berapa banyak Anda dapat memakai wafer (Anda hanya tidak bisa muat lebih banyak) dan limbah. Untuk membuat sensor 4 "× 4" itu, mereka sangat membutuhkanwafer silikon berkualitas tinggi. Pada bingkai penuh reguler, cacat pada kristal tidak peduli berapa banyak sensor yang Anda pasang di wafer. Dengan wafer silikon 8 "(ukuran yang sama dengan yang ada di atas - perhatikan bahwa setengah diameternya ada di 'tepi'), ada cacat yang tersebar di seluruh wafer. Semakin sedikit sensor pada wafer dan semakin tinggi kemungkinan ada akan menjadi cacat pada sensor membuatnya tidak dapat digunakan (limbah 36% pada wafer sensor full frame vs. 12,6% limbah pada sensor 13.2mm × 8.8mm). Ini adalah bagian dari alasan mengapa sering ada lebih banyak penelitian yang dilakukan untuk meningkatkan kepadatan chip daripada membuatnya lebih besar (dan penelitian kepadatan itu memiliki aplikasi lain seperti membuat CPU lebih cepat).

Dengan sensor yang ditujukan untuk kerangka 60mm × 60mm, Anda hanya dapat memuat sekitar 8 sensor pada wafer dan limbahnya naik. Anda dapat melihat skala ekonomi bekerja di sana.

Pertimbangkan bahwa 15 atau 16 sensor yang bekerja dari wafer frame penuh harganya sama dengan 213 atau lebih sensor yang lebih kecil ... dan diberi harga yang sesuai. Gambar berikut menunjukkan masalah dengan kelemahan yang terletak di tempat yang sama pada wafer untuk berbagai ukuran cetakan.

^{(Dari http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wafer_die%27s_yield_model_(10-20-40mm)_-_Version_2_-_EN.png )}

Jika Anda ingin menjauh dari 'gambar dalam sekali jalan' Anda bisa mendapatkan satu array (well, tiga - satu untuk setiap warna) dari sensor yang bergerak melintasi gambar. Ini sering ditemukan sebagai pemindaian punggung untuk kamera format besar. Di sana, masalahnya adalah ketepatan peralatan daripada ukuran sensor (memori, penyimpanan data, I / O cepat menjadi signifikan). Ada beberapa kamera yang memiliki ini sebagai unit terintegrasi seperti digital Seitz 6x17 .

Bacaan lebih lanjut:

• Ekonomi Sensor Foto Digital

Sensor CMOS terbesar yang tersedia secara komersial untuk fotografi adalah "format medium" dan berukuran sekitar 44mm x 33mm. CCD ada dalam ukuran yang sedikit lebih besar hingga 54mm x 40mm. Sensor yang lebih besar untuk aplikasi ilmiah mungkin telah diproduksi.

Sensor diproduksi dengan memproyeksikan masker ke wafer besar silikon menggunakan sinar UV. Wafer kemudian dipotong menjadi sensor individu. Batas ukuran absolut dari sensor yang dapat diproduksi dengan metode ini ditentukan oleh ukuran lingkaran gambar yang dihasilkan oleh proyektor (meskipun mungkin ada kekhawatiran lain dengan sensor yang sangat besar, seperti penggunaan daya dan pembuangan panas yang menghadirkan batas ukuran).

Batas praktis ukuran sensor tercapai jauh lebih awal karena ditentukan oleh hasil, yaitu berapa banyak sensor yang harus dibuang selama fabrikasi karena cacat. Ketika membuat banyak sensor kecil pada satu wafer, satu cacat akan menyebabkan satu sensor dibuang tetapi banyak lagi yang layak, jika satu sensor mengambil seluruh wafer maka satu cacat berarti tidak ada sensor yang diproduksi. Dengan demikian hasil berkurang dengan kuadrat ukuran sensor, yang membuat sensor yang lebih besar tidak ekonomis.

Skala ekonomis juga berlaku, sensor "full frame" 36mm x 24mm akan lebih mahal jika diproduksi dalam volume yang sama dengan sensor format medium.

Bahkan ada sensor yang lebih besar. Jika Anda melihat lebih dekat ke gambar di sudut kanan atas halaman itu Anda akan melihat bahwa sensor terbesar ada sensor 'Medium Format Kodak KAF' .

Ok, saya mengerti bahwa tidak mudah untuk mengetahui hal ini karena orang dapat dengan mudah mengambil latar belakang gambar yang abu-abu sementara pada kenyataannya gambar memiliki latar belakang putih.

Lihat lebih baik di sini .

Selain sensor itu ada sensor lain yang lebih besar dari FF. Pada halaman yang sama gulir ke Tabel format dan ukuran sensor , klik pada kolom 'Faktor Tanaman' untuk mengurutkan tabel dan lihat format dengan faktor pemangkasan lebih kecil dari 1. Keluar format film dan Anda akan berakhir dengan sensor berikut dalam urutan ini:

• Fase Satu P 65+, IQ160, IQ180
• Daun AFi 10
• Format sedang (Hasselblad H5D-60)
• Kodak KAF 39000 CCD
• Pentax 645D
• Leica S

Namun berhati-hatilah: ada juga kelemahan untuk sensor tersebut: kamera dan lensa yang besar dan berat. Jauh lebih sulit untuk membangun lensa untuk sensor semacam itu (lingkaran gambar yang lebih besar) dan ... ... tentu saja ... ... harga.

Beberapa hal lagi yang dapat membatasi apa yang praktis di bawah ini yang dapat diproduksi:

1. berat (dari sistem yang dihasilkan). Sensor yang sangat besar membutuhkan lingkaran gambar yang sangat besar, yang berarti lensa besar, dan kamera besar.
2. konsumsi daya. Sensor besar membutuhkan lebih banyak daya daripada yang kecil, sehingga daya tahan baterai berkurang (kecuali jika Anda kembali menambah ukuran dan berat kamera untuk menampung baterai yang lebih besar).
3. kecepatan. Dibutuhkan waktu lebih lama untuk membacakan sensor yang lebih besar daripada membacanya yang lebih kecil dengan kepadatan elemen sensor yang sama. Jadi "kecepatan rana" Anda turun.
4. biaya (diisyaratkan, tetapi mulai berlaku di beberapa level). Sensor yang lebih besar tentu saja harganya lebih dari yang kecil, tidak hanya karena membutuhkan lebih banyak bahan baku tetapi juga jumlah produk yang dibuang naik, biaya yang harus ditutup dari jumlah yang lebih kecil yang dijual.