สิ่งที่ จำกัด ขนาดของเซ็นเซอร์ภาพดิจิตอล?

ฉันอ่านข้อมูลเกี่ยวกับขนาดเซ็นเซอร์ที่นี่

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

ตามนี้ 35mm ff-CMOS เป็นเซ็นเซอร์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดที่ใช้ในกล้องดิจิตอล มันมีข้อดีมากมายสำหรับเซ็นเซอร์ขนาดเล็กที่เกิดจากขนาดของมัน

เหตุใดจึงไม่มีเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่กว่าที่พร้อมใช้งานเพื่อบังคับข้อดีเหล่านี้ 1,5 FF เช่น?

คุณสามารถสร้างCCD ที่มีขนาดใหญ่มากได้ แถลงข่าวเก่ากว่าของ CCD ที่ถูกสร้างขึ้นมาสำหรับ US Naval Observatory ที่มีขนาด 4 "× 4" และ 10,560 พิกเซล× 10,560 พิกเซล นั่นคือ 111 ล้านพิกเซลในเซ็นเซอร์เดียว มันไม่เล็กเลย

^{(จากข่าวประชาสัมพันธ์ด้านบน)}

ข้อ จำกัด แรกที่เซ็นเซอร์มีคือมันต้องเป็นเวเฟอร์ซิลิกอนเดียวและนั่นคือราคาคงที่ คุณสามารถสร้าง CCD ที่ออกแบบด้วย CCD สามขอบ (ส่วนที่เหลือเป็นที่ที่คุณสามารถอ่านข้อมูลได้) เช่น:

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

สิ่งเหล่านี้มักจะใช้ในกล้องดูดาวเพื่อให้ได้พื้นที่ภาพที่กว้างขึ้นด้วยราคาที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ทราบว่ามีปัญหาที่แต่ละความต้องการที่ CCD จะได้รับการสอบเทียบแยกจากคนอื่น ๆ (ไม่มีสองเซ็นเซอร์ภาพได้ว่าการตอบสนองที่เดียวกัน) - นี่คือความกังวลที่สำคัญสำหรับการใช้งานทางวิทยาศาสตร์ ( ข้อมูลการสอบเทียบสำหรับอาร์เรย์ CCD หนึ่งดังกล่าว )

CCD โมเสกสามารถปรับขนาดได้ค่อนข้างมาก PanSTARRS มีอาร์เรย์เซ็นเซอร์ 1.4 กิกะพิกเซลที่ประกอบด้วยอาร์เรย์ CCD ขนาดใหญ่ 600 × 600 พิกเซล:

ด้านบนเป็น CCD ขนาด 8 × 8 ซึ่งแต่ละตัวมีขนาดค่อนข้างเล็ก นี่เป็นส่วนหนึ่งของอาร์เรย์ที่มีขนาดใหญ่กว่า 8 × 8 ในเซกเมนต์เหล่านี้ซึ่งให้เซ็นเซอร์ 64 × 64 โดยรวม สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการประหยัดต้นทุนความเร็ว (เร็วกว่าการอ่าน CCDs สี่พัน 600 × 600 พิกเซลพร้อมกันมากกว่าที่จะอ่าน CCD ที่มีขนาดใหญ่กว่าหนึ่งตัว) การแยกพิกเซลอิ่มตัวและการแทนที่พิกเซลที่ง่ายกว่าในกรณีที่มีข้อบกพร่อง

อัปใช้แบบเดิมอีกสาม CCDs ขอบที่จะบรรลุเป้าหมายของ 3.2 Gigapixels แต่ละเซ็กเมนต์จะมีเซ็นเซอร์ขนาด 500 × 200 พิกเซล 8 × 2 ปัจจัยเดียวกันทั้งหมดที่กล่าวถึงสำหรับ PanSTARR ก็อยู่ที่นี่เช่นกัน คาดว่าจะใช้เวลา 2 วินาทีในการอ่าน 3.2 พันล้านพิกเซล (ซึ่งค่อนข้างเร็วจริง ๆ ) หากไปที่ CCD ที่น้อยกว่านั้นจะหมายถึงว่าช้ากว่า - ไม่เร็วกว่า

ดังนั้นในขณะที่เป็นไปได้ที่จะใช้เซ็นเซอร์หลายตัวรวมกัน แต่ก็ยังคงประกอบไปด้วยเซ็นเซอร์แต่ละตัวที่ค่อนข้างเล็กแทนที่จะเป็นเซ็นเซอร์เดี่ยวขนาดใหญ่ (เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์ 4 × 4 "ของ USNO) ในบางกรณี CCDs มีขนาดเล็กกว่ามาก มากกว่าที่ใช้ในกล้องเล็งและถ่ายภาพ

มองย้อนกลับไปที่ภาพแรกของเซ็นเซอร์ 4 × 4 "จากนั้นพิจารณาขนาดของเซ็นเซอร์ปกติที่อยู่ที่นั่น:

มีข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการพิจารณา มีอัตราผลตอบแทนสูงสุดของจำนวนที่คุณสามารถใส่เวเฟอร์ (คุณไม่สามารถใส่ได้มากขึ้น) และของเสีย เพื่อที่จะทำให้เซ็นเซอร์ 4 "× 4" พวกเขาต้องการอย่างมากเวเฟอร์ซิลิคอนคุณภาพสูง ในกรอบเต็มปกติข้อบกพร่องในคริสตัลจะมีไม่กี่เซ็นเซอร์ที่คุณใส่เวเฟอร์ ด้วยเวเฟอร์ซิลิกอน 8 "(ขนาดเดียวกับที่ด้านบน - สังเกตว่าเส้นผ่านศูนย์กลางครึ่งหนึ่งอยู่ที่ 'ขอบ') มีข้อบกพร่องกระจายอยู่ทั่วแผ่นเวเฟอร์เซ็นเซอร์ที่อยู่บนเวเฟอร์น้อยลงและโอกาสที่จะมี จะเป็นข้อบกพร่องในเซ็นเซอร์ทำให้ไม่สามารถใช้งานได้ (ของเสีย 36% ในเซ็นเซอร์ฟูลเฟรมฟูลเทียบกับของเสีย 12.6% สำหรับเซ็นเซอร์ 13.2 มม. x 8.8 มม.) นี่เป็นส่วนหนึ่งของเหตุผลที่มักจะมีงานวิจัยเพิ่มเติมในการเพิ่ม ความหนาแน่นของชิปมากกว่าทำให้ใหญ่ขึ้น (และการวิจัยความหนาแน่นนั้นมีแอปพลิเคชั่นอื่น ๆ เช่นทำให้ซีพียูทำงานได้เร็วขึ้น)

ด้วยเซ็นเซอร์ที่มีไว้สำหรับเฟรม 60 มม. × 60 มม. คุณสามารถใส่เซ็นเซอร์ได้ประมาณ 8 ตัวบนเวเฟอร์และของเสียก็เพิ่มขึ้น คุณสามารถเห็นการประหยัดจากขนาดในที่ทำงานที่นั่น

พิจารณาว่าเซ็นเซอร์ทำงาน 15 หรือ 16 ตัวนอกกรอบฟูลเฟรมเสียค่าใช้จ่ายเท่ากันเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ 213 หรือเล็กกว่า ... และมีราคาตามนั้น ภาพต่อไปนี้แสดงปัญหาของข้อบกพร่องที่อยู่ในสถานที่เดียวกันบนแผ่นเวเฟอร์สำหรับแม่พิมพ์ขนาดต่างๆ

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

หากคุณยินดีที่จะก้าวออกจาก 'ภาพในครั้งเดียว' คุณจะได้รับอาเรย์เดียว (ดีสามต่อหนึ่งสำหรับแต่ละสี) ของเซ็นเซอร์ที่เคลื่อนที่ข้ามภาพ สิ่งเหล่านี้มักจะพบว่าเป็นการสแกนหลังสำหรับกล้องขนาดใหญ่ ที่นั่นปัญหาคือความแม่นยำของอุปกรณ์มากกว่าขนาดของเซ็นเซอร์ (หน่วยความจำการจัดเก็บข้อมูล I / O ที่รวดเร็วกลายเป็นสิ่งสำคัญ) มีกล้องบางอย่างที่มีนี้เป็นหน่วยบูรณาการเช่นมีSeitz 6x17 ดิจิตอล

อ่านเพิ่มเติม:

• เศรษฐศาสตร์ของเซนเซอร์ภาพดิจิตอล

เซ็นเซอร์ CMOS ที่ใหญ่ที่สุดที่มีในเชิงพาณิชย์สำหรับการถ่ายภาพคือ "รูปแบบขนาดกลาง" และวัดประมาณ 44 มม. x 33 มม. CCDs มีขนาดใหญ่ขึ้นเล็กน้อยถึง 54 มม. x 40 มม. อาจมีการผลิตเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่ขึ้นสำหรับการใช้งานทางวิทยาศาสตร์

เซ็นเซอร์ถูกผลิตโดยการฉายหน้ากากลงบนแผ่นเวเฟอร์ขนาดใหญ่ของซิลิคอนโดยใช้แสง UV จากนั้นเวเฟอร์จะถูกตัดเป็นเซ็นเซอร์เดี่ยว ขีด จำกัด ขนาดที่แน่นอนของเซ็นเซอร์ที่สามารถผลิตด้วยวิธีนี้ถูกกำหนดโดยขนาดของวงกลมภาพที่ผลิตโดยโปรเจ็กเตอร์ (แม้ว่าอาจมีข้อกังวลอื่น ๆ เกี่ยวกับเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่มากเช่นการใช้พลังงานและการกระจายความร้อนซึ่งเป็นเรื่องยาก จำกัด ขนาด)

ขีด จำกัด ในทางปฏิบัติของขนาดเซ็นเซอร์นั้นมาถึงก่อนหน้านี้มากเนื่องจากถูกกำหนดโดยอัตราผลตอบแทนนั่นคือจำนวนเซ็นเซอร์ที่ต้องทิ้งในระหว่างการประดิษฐ์เนื่องจากข้อบกพร่อง เมื่อทำการเซ็นเซอร์ขนาดเล็กจำนวนมากบนเวเฟอร์เพียงครั้งเดียวข้อบกพร่องเพียงครั้งเดียวจะนำไปสู่เซ็นเซอร์เดียวที่ถูกละทิ้ง แต่มีความเป็นไปได้มากกว่านี้หากเซ็นเซอร์ตัวใดตัวหนึ่งทำงานได้ทั้งเวเฟอร์ ผลผลิตจึงลดลงด้วยกำลังสองของขนาดเซ็นเซอร์ซึ่งทำให้เซ็นเซอร์มีขนาดใหญ่ขึ้นไม่ประหยัด

ประหยัดจากขนาดด้วยเซนเซอร์ 36 มม. x 24 มม. จะมีราคาแพงกว่าหากผลิตในปริมาณเดียวกับเซ็นเซอร์ขนาดกลาง

มีเซ็นเซอร์ที่ใหญ่กว่า ถ้าคุณมองอย่างใกล้ชิดกับภาพในมุมขวาบนของหน้าเว็บที่คุณจะเห็นว่าเซ็นเซอร์ที่ใหญ่ที่สุดมี'รูปแบบกลาง Kodak KAF'เซ็นเซอร์

ตกลงฉันเข้าใจว่ามันไม่ง่ายเลยที่จะเข้าใจสิ่งนี้เพราะเราสามารถเข้าใจได้ว่าพื้นหลังของภาพนั้นเป็นสีเทา แต่ในความเป็นจริงแล้วภาพนั้นมีพื้นหลังสีขาว

ดูดีขึ้นได้ที่นี่

นอกจากเซ็นเซอร์นั้นยังมีเซ็นเซอร์อีกตัวที่ใหญ่กว่า FF ในหน้าเดียวกันเลื่อนไปที่ตารางของรูปแบบและขนาดเซ็นเซอร์คลิกที่คอลัมน์ 'ครอบตัดปัจจัย' เพื่อจัดเรียงตารางและดูรูปแบบที่มีปัจจัยครอบตัดที่มีขนาดเล็กกว่า 1 ออกรูปแบบภาพยนตร์แล้วคุณจะพบกับ เซ็นเซอร์ต่อไปนี้ตามลำดับนี้:

• เฟสหนึ่ง P 65+, IQ160, IQ180
• Leaf AFi 10
• รูปแบบขนาดกลาง (Hasselblad H5D-60)
• CCD ของ Kodak KAF 39000
• Pentax 645D
• Leica S.

แต่ระวัง: นอกจากนี้ยังมีข้อเสียสำหรับเซ็นเซอร์เช่นกล้องขนาดใหญ่และเลนส์ที่หนัก ยากมากที่จะสร้างเลนส์สำหรับเซ็นเซอร์ (วงกลมภาพที่ใหญ่กว่า) และ ... ... แน่นอน ... ... ราคา

บางสิ่งเพิ่มเติมที่สามารถ จำกัด สิ่งที่สามารถนำไปใช้ได้จริงด้านล่างสิ่งที่สามารถผลิตได้:

1. น้ำหนัก (ของระบบผลลัพธ์) เซ็นเซอร์ขนาดใหญ่มากต้องการวงกลมภาพที่ใหญ่มากซึ่งหมายถึงเลนส์ขนาดใหญ่และกล้องขนาดใหญ่
2. การใช้พลังงาน. เซ็นเซอร์ขนาดใหญ่ต้องการพลังงานมากกว่าตัวเล็กจึงทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลดลง (เว้นแต่คุณจะเพิ่มขนาดและน้ำหนักของกล้องให้มีขนาดใหญ่ขึ้น)
3. ความเร็ว. การอ่านเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่ใช้เวลานานกว่าการอ่านเซนเซอร์ขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นขององค์ประกอบเซ็นเซอร์เท่ากัน ดังนั้น "ความเร็วชัตเตอร์" ของคุณจึงลดลง
4. ค่าใช้จ่าย (บอกเป็นนัย แต่มีหลายระดับ) แน่นอนว่าเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่มีราคาสูงกว่าชิ้นเล็ก ๆ ไม่เพียงเพราะต้องการวัตถุดิบมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังมีปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่ถูกทิ้งเพิ่มขึ้นซึ่งเป็นต้นทุนที่ทุกคนต้องนำมาหักค่าใช้จ่ายจากจำนวนที่ขายน้อยกว่า