ทำไมพวกเขาถึงมีขนาดเล็กลงกว่าเซ็นเซอร์ฟูลเฟรม?

คุณจะพบบทความเกี่ยวกับความน่าทึ่งของกล้องฟูลเฟรม มีหลายสิ่งที่อาจจะเป็นความกระตือรือร้นมากกว่าอุปกรณ์ชิ้นใหม่หรือการตลาดแบบเรียบง่าย แต่สำหรับฉันแล้วอย่างน้อยสิ่งเหล่านี้ก็เป็นจริง:

• เซ็นเซอร์ที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่จับแสงได้มากกว่า
• เซ็นเซอร์ที่มีพิกเซลขนาดใหญ่จะมีเสียงรบกวนน้อยลง
• เซ็นเซอร์ขนาดใหญ่สามารถรองรับพิกเซลได้มากขึ้น

กล้องฟูลเฟรมมีราคาแพงกว่ามาก นี่เป็นเรื่องแปลกสำหรับฉันเนื่องจากฉันรู้สึกว่าการทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ให้เล็กลงนั้นยากกว่าเสมอเพราะคุณต้องการอุปกรณ์ที่แม่นยำกว่า

นั่นเป็นสิ่งที่สำคัญยิ่งกว่าในช่วงแรก ๆ ของกล้องเลนส์เดี่ยวดิจิตอลเมื่อหลายปีก่อน

ดังนั้นทำไมตัดสินใจเซ็นเซอร์ทำให้มีขนาดเล็กกว่าคือภาพยนตร์เรื่องเดิมที่ใช้ในกล้องหรือไม่ AFAIK เลนส์บางตัวที่สร้างขึ้นสำหรับกล้องฟิล์มยังคงใช้งานได้กับ DSLR บางตัวทำไมเซ็นเซอร์จึงแตกต่างจากฟิล์ม

โปรดทราบว่าฉันสนใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับประวัติของการตัดสินใจครั้งแรก (เนื่องจากขนาดเฟรมฟิล์มคือสถานะที่เป็นอยู่และ DLSR มีราคาแพงอยู่ดี) มากกว่าความแตกต่างของราคา

การทำอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขนาดใหญ่ที่ไม่มีหรือมีข้อบกพร่องเพียงเล็กน้อยเท่านั้นนั้นยากมาก คนที่เล็กกว่าเรียกร้องให้ทำน้อยกว่ามาก

โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลผลิต - สัดส่วนของสิ่งที่คุณทำซึ่งสามารถใช้งานได้ - สำหรับเซมิคอนดักเตอร์จะลดลงเมื่อคุณพยายามทำให้มันใหญ่ขึ้น หากผลตอบแทนต่ำคุณจะต้องสร้างอุปกรณ์จำนวนมากสำหรับแต่ละอุปกรณ์และหมายความว่าต้นทุนต่ออุปกรณ์สูงมาก: อาจสูงกว่าตลาด เซ็นเซอร์ขนาดเล็กที่ให้ผลตอบแทนสูงกว่าจึงเป็นที่ต้องการอย่างยิ่ง

นี่คือวิธีทำความเข้าใจกับกราฟผลตอบแทน สมมติว่าโอกาสของความบกพร่องต่อหน่วยพื้นที่ในกระบวนการคือcและข้อบกพร่องดังกล่าวจะฆ่าอุปกรณ์ใด ๆ ที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์บิตนั้น มีรุ่นอื่น ๆ สำหรับข้อบกพร่องในอุปกรณ์ แต่ค่อนข้างดี

ถ้าเราต้องการที่จะทำให้อุปกรณ์ที่มีพื้นที่แล้วโอกาสของมันไม่ได้มีข้อบกพร่องคือ (1 - ค ) ดังนั้นถ้าAคือ 1 โอกาสจะเป็น (1 - c ) และมันจะเล็กลง (เนื่องจาก (1 - c ) น้อยกว่าหนึ่ง) เมื่อAใหญ่ขึ้น

โอกาสของอุปกรณ์ในพื้นที่A ที่ไม่มีข้อบกพร่องคือผลผลิต: มันคือสัดส่วนของอุปกรณ์ที่ดีของพื้นที่A ที่เราได้รับ (อันที่จริงแล้วผลผลิตอาจลดลงเพราะอาจมีสิ่งอื่นที่ผิดพลาดได้)

ถ้าเรารู้ผลตอบแทนy _Aสำหรับการตัดสินใจของบางพื้นที่Aจากนั้นเราสามารถคำนวณc : c = 1 - y _A ^{1 / A} (คุณได้รับสิ่งนี้โดยการบันทึกทั้งสองด้านและจัดเรียงใหม่) เท่าที่เราสามารถคำนวณอัตราผลตอบแทนสำหรับพื้นที่อื่น ๆเป็นY = Y ^/ A

ดังนั้นตอนนี้สมมติว่าเมื่อเราสร้างเซ็นเซอร์ขนาด 36 มม. (แบบเต็มเฟรม) เราจะได้รับผลตอบแทน 10%: 90% ของอุปกรณ์ที่เราผลิตไม่ดี ผู้ผลิตอายที่จะพูดในสิ่งที่ได้รับ แต่ก็ไม่ได้ต่ำอย่างน่าเป็นไปได้ นี่เท่ากับการบอกว่าcโอกาสของความบกพร่องต่อ mm ²อยู่ที่ประมาณ 0.0027

และตอนนี้เราสามารถคำนวณผลตอบแทนสำหรับพื้นที่อื่น ๆ : อันที่จริงเราสามารถวาดเส้นโค้งอัตราผลตอบแทนเทียบกับพื้นที่:

ในพล็อตนี้ฉันได้ทำเครื่องหมายอัตราผลตอบแทนที่คาดหวังสำหรับเซ็นเซอร์ที่มีขนาดน้อยกว่าเฟรมเต็มรูปแบบหากอัตราผลตอบแทนเฟรมเต็มคือ 10% (อาจประมาณโดยประมาณเนื่องจาก APS-C อาจหมายถึงสิ่งต่าง ๆ เป็นต้น) ในขณะที่คุณสามารถเห็นเซ็นเซอร์ขนาดเล็กได้รับผลตอบแทนสูงกว่ามาก

เมื่อเวลาผ่านไปเมื่อกระบวนการปรับปรุงดีขึ้นเส้นโค้งอัตราผลตอบแทนนี้จะแบนและผลผลิตสำหรับเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่ก็จะดีขึ้น เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่จะตกลงราคาจนถึงจุดที่ตลาดจะต้องแบกรับต้นทุน

แอปพลิเคชั่นที่สำคัญอันดับแรกสำหรับเซ็นเซอร์ภาพอิเล็กทรอนิกส์ (ไม่ว่าจะเป็น Image-Orthicons, Vidicons, Plumbicons หรือ CCDs หรือ CMOS active pixel sensors ไม่ว่าจะเป็นระบบอนาล็อกหรืออิเล็คทรอนิคส์เวิร์กโฟลว์) อยู่ในวิดีโอไม่ใช่ภาพนิ่ง

ปัจจัยรูปแบบวิดีโอตามคล้ายกับภาพยนตร์ ในภาพยนตร์ภาพยนตร์ 35 มม. (เทียบเท่ากับภาพนิ่งเต็มเฟรม) หรือแม้กระทั่ง 70 มม. เป็นรูปแบบขนาดใหญ่ที่ใช้สำหรับการผลิตภาพยนตร์ (ภาพยนตร์) จริงเท่านั้นเนื่องจากค่าใช้จ่ายจำนวนมาก

นอกจากนี้ความต้องการความละเอียดสำหรับแอปพลิเคชันวิดีโอส่วนใหญ่ที่ใช้มีขนาดเล็กลงมาก - หากโทรทัศน์โฮมล่วงหน้า HD (ความละเอียดสูงสุด 625 บรรทัดอาจ 1,000 พิกเซลแต่ละรายการ) เป็นเป้าหมายหลัก

ยิ่งไปกว่านั้นในโลกของภาพเคลื่อนไหวที่ไม่ใช่โรงภาพยนตร์ความต้องการเลนส์ต่างกัน - ความคาดหวังมากขึ้นเกี่ยวกับความเร็วของเลนส์และช่วงการซูมซึ่งมีคุณภาพของภาพน้อยกว่ามาก สิ่งนี้สามารถทำได้อย่างคุ้มค่ามากขึ้นด้วยการออกแบบเลนส์ที่ต้องให้บริการวงกลมภาพเล็ก ๆ เท่านั้น

กล้องดิจิตอลยังคงมีอยู่เป็นเวลาหลายปีก่อนที่กล้องเลนส์แบบเปลี่ยนได้จะกลายเป็นที่น่าเชื่อถือและสิ่งเหล่านี้ใช้เซ็นเซอร์ขนาดเล็กก่อนที่จะถูกออกแบบมาสำหรับหรือขึ้นอยู่กับการออกแบบสำหรับวิดีโอ

เซ็นเซอร์ขนาด APS-C มีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์กล้องดิจิตอลทั่วไปเมื่อเปิดตัวกล้อง DSLR รุ่นแรก กล้อง DSLR ฟูลเฟรมรุ่นแรกสองสามตัว (คิดว่า Kodak DCS) และเซ็นเซอร์ของพวกเขามีราคาแพงมากอาจเป็นเพราะมีประสบการณ์การออกแบบน้อยมากในการทำเซ็นเซอร์ประหยัดในขนาดนั้น

เซนเซอร์ภาพมีความหยาบในโครงสร้างจริงเมื่อเทียบกับซีพียูหรือชิปหน่วยความจำแม้กระทั่งในปี 1990 ที่ใช้ - ตัวอย่างเช่นซีพียูทั่วไปสำหรับคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปปลายปี 1990 ใช้ขนาดฟีเจอร์ 250nm ซึ่งค่อนข้างเล็กกว่าสิ่งที่จะเป็นประโยชน์ต่อร่างกาย เซ็นเซอร์ภาพแสงที่มองเห็นได้ วันนี้ 14nm (!!) เป็นเรื่องของศิลปะ

ความจำเป็นในการหลีกเลี่ยงขนาดแม่พิมพ์ที่มีขนาดใหญ่ต่อชิ้นส่วนโดยไม่คำนึงถึงขนาดของโครงสร้างดังที่อธิบายไว้แล้วในกระทู้อื่น ๆ นั้นไม่ได้เปลี่ยนแปลงมากนัก

เซ็นเซอร์ขนาดใหญ่เสียค่าใช้จ่ายมากกว่าเซ็นเซอร์ขนาดเล็กสำหรับเหตุผลที่มากขึ้นหรือน้อยลงเช่นเดียวกับที่ว่าทีวีขนาดใหญ่มีราคาสูงกว่าทีวีขนาดเล็ก เปรียบเทียบทีวี 30 นิ้วและทีวี 60 นิ้ว (ประมาณ 75 ซม. และ 150 ซม. หากต้องการ) การย่อขนาดไม่มีปัญหา - เราสามารถทำให้ทุกส่วนของทีวีขนาด 30 นิ้วเล็กลงโดยไม่ต้องเจอปัญหาใด ๆ ทีวี 30 นิ้วมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าทีวี 60 นิ้วเนื่องจากใช้วัสดุน้อยลงและต้องทำงานให้เสร็จน้อยลง และทีวีขนาด 60 นิ้วจะมีอัตราที่สูงขึ้นข้อบกพร่อง - 4 ครั้งหมายถึงพื้นที่มากขึ้นโอกาสที่บางสิ่งบางอย่างที่ผิดไปที่ไหนสักแห่งบนหน้าจอสร้างพิกเซลที่ตายแล้ว เนื่องจากลูกค้าเกลียดพิกเซลที่ตายแล้วแผงที่มีมากกว่าหนึ่งหรือสอง (หรืออาจมากกว่าศูนย์) จะถูกทิ้งหรือขายเป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์ที่มีราคาต่ำกว่า ค่าใช้จ่ายในการผลิตสำหรับหน่วยที่มีข้อบกพร่องได้รับการรีดเป็นราคาของหน่วยได้รับการยอมรับว่ามีการขายเพื่อให้มีขนาดใหญ่กว่าที่คุณไปในสิ่งที่มีราคาแพงกว่าได้รับ

ข้อพิจารณาเดียวกันนี้ใช้กับเซ็นเซอร์ภาพ แม้แต่เซ็นเซอร์ขนาดเล็กที่สุดในกล้องถ่ายรูปแบบพกพาก็ยังมีคุณสมบัติที่มีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความสามารถดังนั้นค่าใช้จ่ายในการย่อขนาดไม่ได้เป็นปัจจัยสำคัญ โดยปกติแล้วกล้องคอมแพคและโทรศัพท์มือถือจะใช้เซ็นเซอร์ขนาดเล็กกว่าและแม้แต่โทรศัพท์แบบประหยัดก็มีกล้องสองตัวโดยที่คนที่มีสามหรือสี่คนนั้นก็น่ารักกว่า! สำหรับขนาดที่เหมาะสมต้นทุนน้อยลงไม่มาก ปัญหาข้อบกพร่องยังเข้ามาเล่น ยิ่งคุณสร้างเซ็นเซอร์มากเท่าไหร่ก็ยิ่งมีข้อบกพร่องมากขึ้นเท่านั้นที่จะทำให้คุณต้องเสียสิ่งทั้งปวงและยิ่งคุณเสียเงินมากขึ้นเท่าไหร่ในวัสดุ นั่นทำให้ราคาสูงขึ้นด้วยขนาดที่เกินกว่าที่กำหนด

กล้องดิจิตอลในรูปแบบที่ใหญ่ที่สุดที่คุณจะได้รับจากการเขียนนี้มีเซ็นเซอร์ขนาดมหึมา 9 "x11" (ซึ่งมากกว่า 8 เท่าในแนวทแยงของเซ็นเซอร์ "ฟูลเฟรม" หรือมากกว่า 64 เท่าของพื้นที่) และมีเพียง 12 ล้านพิกเซลเพื่อให้ชัด miniaturization ไม่เป็นปัญหา - พิกเซลผู้ที่มีขนาดใหญ่ มันขายปลีกกว่า $ 100,000

เพราะคุณถามถึงประวัติโดยเฉพาะ ...

ฉันขอแนะนำ: ขนาดน้ำหนัก & ค่าใช้จ่าย

ข้อพิจารณาทั้งหมดเหล่านั้นมีความจริงเท่าเทียมกันในยุคก่อนยุคดิจิตอล (เช่นภาพยนตร์) รูปแบบภาพยนตร์ยอดนิยมคือขนาด 110 โปรดดู: https://en.wikipedia.org/wiki/110_film

ฟิล์ม 110 มีราคาถูกกว่ากล้องมีราคาถูกกว่าและกล้องหลายตัวมีขนาดเล็กและเบากว่าฟิล์มขนาดเล็กที่สุด 35 มม. พวกเขาสามารถใส่ได้อย่างง่ายดายในกระเป๋าขนาดเล็ก แน่นอนว่าข้อ จำกัด เดียวกันนี้มีอยู่ในปัจจุบันด้วยกล้องดิจิตอล ดังนั้นวันนี้ไม่ใช่เพียงเซ็นเซอร์ภาพขนาดเล็กและใหญ่เท่านั้น มันยังเป็นรูปแบบภาพยนตร์ขนาดเล็กและใหญ่อีกด้วย

นานก่อนดิจิตอลผู้คนพยายามผลิตรูปแบบภาพยนตร์ที่มีขนาดเล็กลงเพื่อแก้ไขปัญหาการผลิตการใช้งานและประเด็นด้านต้นทุน - ผลประโยชน์อื่น ๆ ซึ่งอธิบายไว้ในคำตอบอื่น ๆ

สิ่งที่เป็นที่รู้จักกันในขณะนี้ว่า "ฟูลเฟรม" เคยเป็นที่รู้จักกันในชื่อ "จิ๋ว" หากไม่เหมาะกับรูปแบบขนาดเล็กและขนาดเล็กเราจะต้องพกกล้องแบบนี้:

นอกเหนือจากสิ่งที่ได้กล่าวไปแล้วมีเหตุผลที่ดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างเซ็นเซอร์ขนาดเล็กสำหรับกล้อง DSLR; มันทำให้การออกแบบเลนส์ราคาถูกและเบาลงง่ายขึ้นสำหรับตลาดผู้บริโภคที่เติบโตอย่างรวดเร็ว แต่ยังคงคุณภาพสูง

เมื่อคุณทำให้เซ็นเซอร์มีขนาดเล็กลงคุณสามารถทำให้กระจกมีขนาดเล็กลงและจากนั้นคุณสามารถลดระยะห่างจากองค์ประกอบด้านหลังในเลนส์ไปยังเซ็นเซอร์ (สิ่งที่เรียกว่าระยะหน้าแปลน)

การลดระยะห่างจากหน้าแปลนทำให้การออกแบบเลนส์ง่ายขึ้น เลนส์มุมกว้างโดยเฉพาะอย่างยิ่งได้รับประโยชน์จากระยะหน้าแปลนที่เล็กกว่า เลนส์ซูมมุมกว้าง f / 2.8 สำหรับกล้องฟูลเฟรมนั้นมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง

ทุกวันนี้เนื่องจากมิเรอร์เลสกำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นปัญหาระยะห่างของหน้าแปลนจะหมดไป

อย่างไรก็ตามเซ็นเซอร์ขนาดเล็กยังคงหมายความว่าเลนส์จะต้องฉายภาพไปยังพื้นที่ที่เล็กกว่าเท่านั้นซึ่งต้องใช้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ที่เล็กลง

BTW สำหรับความรู้ของฉัน (ซึ่งอาจผิด) เซ็นเซอร์ไม่ได้ใกล้เคียงกับองค์ประกอบ DSLR ที่แพงที่สุด เครื่องวัดแสง (มีมากมาย) นั้นแพงกว่ามาก

ฉันคิดว่าฉันได้อ่านสิ่งนี้จากแหล่งที่น่านับถือ แต่พยายามค้นหาแหล่งที่มาเพื่อยืนยันความจริงข้อนี้ก็จบลงโดยไม่มีอะไรเลย ดังนั้นฉันอาจเข้าใจผิดที่นี่

เซ็นเซอร์ขนาดเล็กมีอัตราผลตอบแทนการผลิตที่สูงขึ้นและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในกระบวนการผลิตมีราคาต่ำกว่า

เพิ่มเซ็นเซอร์เป็นสองเท่าและเพิ่มกำลังการประมวลผลที่จำเป็นให้แคบลง

ความจริงก็คือเซ็นเซอร์ DX มักจะมีความละเอียดสูงกว่าและช่วงไดนามิกที่กว้างกว่าฟิล์มที่ถูกแทนที่

แยกคำตอบเพราะมันไม่เกี่ยวข้องกับคนอื่น:

ในขณะที่เซ็นเซอร์ฟูลเฟรมให้ประโยชน์อย่างมากแก่ช่างภาพผู้หลงใหลในศิลปะและมืออาชีพพวกเขายังแนะนำข้อเสียที่ในหลาย ๆ กรณีผู้ใช้ที่ไม่เป็นที่ต้องการจริงๆ - และในบางกรณีแม้แต่ศิลปินมืออาชีพ

• ความลึกสูงสุดของสนามที่สามารถเข้าถึงได้นั้นมี จำกัด มากขึ้น ช่องรับแสงที่ช้ามากเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความชัดลึกที่มากที่สุดซึ่งนำไปสู่ปัญหาเช่นการจัดการกับแสงน้อยที่ไม่ดีและการมองเห็นสิ่งสกปรกเซ็นเซอร์

• เลนส์จะมีขนาดใหญ่ขึ้นหนักและมีราคาแพงกว่า

• ... โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงทางยาวโฟกัสที่จะมีระยะยาว

• การป้องกันภาพสั่นไหวจะยากขึ้นเนื่องจากต้องการการเคลื่อนไหวที่มากขึ้นเพื่อชดเชยการสั่นไหว

• กลุ่มเป้าหมายบางกลุ่มจะชอบรูปภาพที่มีระยะชัดลึกสูงทุกอย่างที่อยู่ในโฟกัสสไตล์โทนสีเข้มที่เคยใช้จากกล้องอุปกรณ์มือถือ

ขอผมพูดแบบนี้นะ นี่คือภาพถ่ายที่มีกล้องเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก (1 / 2.3 "), ครอปแฟคเตอร์ 5.6 และเซ็นเซอร์คลาส APS-C (ครอปแฟกเตอร์ 1.66, เล็กกว่า APS-C เล็กน้อย) ในตำแหน่งซูมสูงสุด (ซึ่งกล้องขนาดใหญ่ถึง โดยใช้ตัวแปลง 1.7 tele เท่านั้นกล้องขนาดเล็กมีความยาวโฟกัส 3 เท่า (600 มม.) ของกล้องขนาดใหญ่ (200 มม.)

นี่คือกล้องตัวเดียวกันที่พร้อมจะบรรจุ:

หากคุณลองถ่ายภาพนกและโคลสอัพของวัตถุขนาดเล็กระยะการซูมที่ยาวกว่าของกล้องเซ็นเซอร์ขนาดเล็กจะทำให้ระยะเซนเซอร์สั้นลงได้เร็วกว่า ตอนนี้เซ็นเซอร์ของวันนี้มีความละเอียดมากกว่า 10MP ของกล้องตัวเก่าที่นี่ แต่แม้กระทั่งเซ็นเซอร์ 40MP เพียงแค่คุณซื้อตัวคูณ 2 เท่ากับความยาวโฟกัสเมื่อตัดภาพให้มีจำนวนพิกเซลเท่ากัน

คุณภาพของภาพของเซ็นเซอร์ที่ใหญ่กว่านั้นค่อนข้างดีกว่า แต่ก็ไม่ได้ซื้ออะไรมากมายเมื่อขนาดภาพนั้นเป็นของแสตมป์