Почему они когда-либо делали меньше, чем полнокадровые датчики?

Question

Время от времени вы будете сталкиваться со статьями о том, какие потрясающие полнокадровые камеры.Многое из этого, вероятно, является чрезмерным энтузиазмом по поводу нового оборудования или простого маркетинга, но мне кажется, что, по крайней мере, эти вещи верны:

• Датчик с большой площадью захватывает больше света
• Сенсор с большими отдельными пикселями будет иметь меньший шум
• Более крупный сенсор может вместить гораздо больше пикселей

Полнокадровые камеры намного дороже.Это странно для меня, так как у меня сложилось впечатление, что делать электронику меньше всегда труднее, поскольку вам нужно более точное оборудование.

Это, должно быть, было еще важнее на заре цифровых однообъективных камер, многиелет назад.

Итак, , почему было принято решение сделать датчики меньше, чем пленка, изначально использованная в камерах?AFAIK Некоторые объективы, предназначенные для пленочных камер, по-прежнему работают с некоторыми зеркальными фотокамерами, так почему же датчик отличается от пленочного?

Обратите внимание, что меня больше интересует история первоначального решения (посколькуРазмер кадра фильма был статус-кво, и DLSR были в любом случае дорогими), чем разница в цене.

Answer 1

Создание больших полупроводниковых приборов без или с очень небольшим количеством дефектов очень сложно.Меньшие из них гораздо менее требовательны к изготовлению.

В частности, дают - пропорцию тех, которые вы делаете, которые можно использовать - для полупроводниковых капель, когда вы пытаетесь увеличить их.Если доходность низкая, то вам нужно сделать много устройств для каждого хорошего, и это означает, что стоимость одного устройства становится очень высокой: возможно, выше, чем на рынке.Меньшие датчики, с получающимися в результате более высокими доходами, тогда очень предпочтительны.

Вот способ понять кривую доходности.Предположим, что вероятность дефекта на единицу площади в процессе составляет c , и что такой дефект уничтожит любое устройство, состоящее из этого полупроводника.Существуют и другие модели дефектов в устройствах, но это довольно хорошая модель.

Если мы хотим создать устройство с площадью A , то вероятность этого не имеет дефект (1 - c ) ^A .Таким образом, если A равно 1, то вероятность равна (1 - c ) и становится меньше (поскольку (1 - c ) меньше единицы) как A становится больше.

Вероятность того, что устройство области A не будет иметь дефектов, является выходом: это доля хороших устройств области A *.1034 * получаем.(На самом деле урожай может быть ниже, потому что могут быть и другие вещи, которые могут пойти не так).

Если мы знаем доходность y _A для децитов некоторыхнекоторая область A , тогда мы можем работать c : c = 1 - y _A ^{1 / A} (вы получаете это, беря логи обеих сторон и переставляя).Эквивалентно мы можем вычислить урожай для любой другой области a как y = y _A ^{a / A} .

Итак, давайте теперь скажем, что, когда мы производим датчики 24x36 мм (полнокадровые), мы получаем выход 10%: 90% устройств, которые мы производим, не годятся.Производители стесняются говорить о том, что их доходность, но это не невероятно низко.Это равносильно тому, что c , вероятность дефекта на мм ² составляет примерно 0,0027.

И теперь мы можем вычислить урожайность для других областей: вФактически, мы можем просто построить кривую доходности по площади:

На этом графике я отметил ожидаемые урожаи для сенсоров с различными менее чемРазмеры полного кадра, если выход полного кадра составляет 10% (они могут быть приблизительными, например, APS-C может означать разные вещи).Как вы можете видеть, меньшие датчики получают намного более высокие урожаи.

Со временем, когда производственные процессы улучшаются, эта кривая доходности выравнивается, и урожаи для больших датчиков улучшаются.Когда это происходит, более крупные датчики падают в цене до такой степени, что рынок будет нести их стоимость.

Answer 2

Первые основные приложения для электронных датчиков изображения (будь то Image-Orthicons, Vidicons, Plumbicons или CCDs или CMOS-активные пиксельные датчики, будь то аналоговые электронные или цифровые рабочие процессы) были в видео, а не в неподвижных изображениях.

Видео соответствует форм-факторам, аналогичным кинофильмам.В кинофильмах 35 мм (эквивалентно кадру в полнокадровом режиме) или даже 70 мм были экзотически большими форматами, которые использовались только для фактического (кинематографического) производства фильмов из-за значительных затрат.

Кроме того, требования к разрешению для большинства видеоприложений, используемых длябыть намного меньше - если домашние телевизоры до HD (максимальное разрешение 625 строк, может быть, 1000 пикселей каждая) были главной целью, возможности высокого разрешения не были необходимы.

Кроме того, в мире не кинематографических движущихся изображенийтребования к объективам выглядят по-разному - гораздо больше ожиданий от скорости объектива и диапазона масштабирования, гораздо меньше от качества изображения.Это можно сделать гораздо более экономически выгодным с конструкциями объективов, которые должны обслуживать только небольшой круг изображений.

Цифровые фотоаппараты существовали за несколько лет до того, как стали доступны камеры со сменными объективами, и сначала они использовали крошечные датчики, которые были весьма вероятныразработаны для или основаны на проектах для видео.

Датчики размера APS-C были ОГРОМНЫ по сравнению с обычным датчиком цифровой камеры, когда были представлены ранние зеркальные фотокамеры;Несколько ранних полнокадровых зеркальных фотокамер (например, DCS Kodak) и их датчики были чрезвычайно дорогими, возможно, потому, что при создании экономичных датчиков такого размера было очень мало опыта проектирования.

Датчики изображения очень грубые в реальной структуре по сравнению скакие процессоры или микросхемы памяти использовались даже в 1990-х годах - например, обычный центральный процессор для настольных компьютеров конца 1990-х использовал 250-нм функциональный размер, что значительно меньше, чем было бы физически полезно для датчика изображения в видимом свете.Сегодня 14 нм (!!) - это уровень техники.

Необходимость избегать больших размеров матрицы на деталь, независимо от размеров конструкции, как уже объяснялось в других публикациях, не сильно изменилась.

Answer 3

Поскольку вы специально спрашивали об истории ...

Я бы посоветовал: размер, вес и стоимость.

Все эти соображения были в равной степени верны и в до-цифровом формате (то есть в фильмах).) дней.Популярный формат фильма был 110 размер.См .: https://en.wikipedia.org/wiki/110_film

Пленка 110 была дешевле, камеры были дешевле, а многие камеры были намного меньше и легче, чем самые маленькие компактные 35-мм пленки.Они могли очень легко поместиться в маленький карман.Конечно, те же самые ограничения существуют сегодня с цифровыми камерами, как указали другие.Так что сегодня это не просто маленькие и большие датчики изображения;это были также маленькие и большие форматы фильмов тогда.

Answer 4

Большие датчики стоят больше, чем маленькие, более или менее по той же причине, по которой большие телевизоры стоят дороже, чем маленькие.Сравните 30-дюймовый телевизор и 60-дюймовый телевизор (около 75 см и 150 см, если хотите).Миниатюризация не проблема - мы могли бы уменьшить размеры всех частей 30-дюймового телевизора без каких-либо трудностей.30-дюймовый телевизор стоит дешевле, чем 60-дюймовый, потому что он использует меньше материалов и требует меньше работы, чтобы закончить.А у 60-дюймового телевизора будет более высокий уровень дефектов - в 4 раза большая вероятность того, что что-то пойдет не так где-то на экране, создаст битый пиксель.Поскольку клиенты ненавидят битые пиксели, панель с более чем одним или двумя (или, может быть, даже больше нуля) списывается или продается как часть более дешевого продукта.Производственные затраты на дефектные блоки включаются в цену приемлемых единиц, которые продаются , поэтому, чем больше вы идете, тем дороже получается.

Те же соображения применимы к датчикам изображения,Даже самые маленькие датчики на камерах Prosumer имеют функции, которые огромные по сравнению с тем, на что способны полупроводниковые технологии, поэтому стоимость миниатюризации не является основным фактором.Компактные камеры и мобильные телефоны обычно используют гораздо меньшие датчики, и даже бюджетные телефоны обычно имеют две камеры, а у более красивых - три или четыре!При разумных размерах меньшие затраты меньше, не больше.Проблема дефекта также входит в игру.Чем больше вы сделаете сенсор, тем больше вероятность того, что у вас будет дефект, который потребует от вас утилизировать все это, и тем больше денег (в материалах) вы потеряете, когда вы его утилизируете.Это приводит к увеличению затрат по размерам, что значительно превышает определенную точку.

Цифровая камера самого большого формата, которую вы можете получить на момент написания этой статьи, имеет колоссальный датчик 9 "x11" (это более чем в 8 раз больше диагонали«полнокадровый» сенсор (или более чем в 64 раза больше площади), и он имеет только 12 мегапикселей, поэтому очевидно, что миниатюризация не проблема - эти пиксели огромные .Он продается за 100 000 долларов.

Answer 5

Задолго до появления цифровых технологий люди стремились создавать меньшие форматы фильмов для решения вопросов производства, удобства использования и других вопросов, связанных с затратами, которые описаны в других ответах.

То, что сейчас известно как "полный кадр", былокогда-то известный как "миниатюра".Если бы не миниатюрные и субминиатюрные форматы, нам пришлось бы носить с собой такие камеры:

Answer 6

Помимо того, что уже было упомянуто, есть особенно веская причина для создания меньших датчиков для зеркальных фотокамер;Это облегчает разработку более дешевых и легких линз для быстро растущего потребительского рынка.Но все же высокого качества.

Когда вы уменьшаете датчик, вы также можете уменьшить зеркало, а затем уменьшить расстояние от заднего элемента в объективе до датчика (так называемое расстояние между фланцами).

Уменьшение расстояния между фланцами облегчает конструирование линз;В особенности широкоугольные объективы выигрывают от меньшего расстояния между фланцами.Объектив с широкоугольным зумом f / 2,8 для полнокадровой камеры может быть довольно дорогостоящим.

Сегодня, когда беззеркальные камеры становятся все более популярными, проблема с расстоянием между фланцами устранена.

Однако чем меньшеДатчик по-прежнему означает, что объектив должен проецировать изображение только на меньшую область, для чего требуется меньший диаметр объектива, что также способствует меньшим затратам на объективы.

Кстати, насколько мне известно (чтоможет быть не так), датчик даже близко не является самым дорогим компонентом зеркалки.Светомеры (их много) гораздо дороже.

Я думал, что прочитал это из респектабельного источника, но попытка найти источник, чтобы подтвердить этот факт, закончилась ничем;так что я, наверное, ошибаюсь.

Answer 7

Хорошо, позвольте мне сказать это так.Вот фотография с небольшой сенсорной камерой (1 / 2,3 "), коэффициентом обрезки 5,6 и датчиком класса APS-C (коэффициент обрезки 1,66, немного меньше, чем у APS-C) в положении максимального увеличения (которого достигает большая камера)только с использованием телеконвертера 1,7x.) У маленькой камеры эффективное фокусное расстояние (600 мм) большой камеры (200 мм) в 3 раза больше.

Здесь то же самоекамеры, готовые к упаковке:

Если вы попытаетесь сделать снимки небольших объектов с птицами и крупным планом, более длинный диапазон увеличения камеры с небольшим сенсором превзойдет сравнительно короткий диапазонбольшой сенсор. Теперь сегодняшние сенсоры имеют более высокое разрешение, чем 10-мегапиксельная камера, но даже 40-мегапиксельный сенсор дает фокусное расстояние в 2 раза при кадрировании до того же количества пикселей.

Изображение качество более крупного сенсора гораздо лучше, но это не очень выгодно, когда размер изображения соответствует размеру штампа.

Answer 8

Отдельный ответ, поскольку он не связан с другим:

Несмотря на то, что полнокадровые датчики дают много преимуществ для энтузиастов, артистов и профессиональных фотографов, они также имеют недостатки, которые во многих случаях действительно нежелательныслучайный пользователь - а в некоторых случаях даже профессиональный художник или репортер для определенных задач:

• Максимально достижимая глубина резкости более ограничена.Чрезвычайно медленные диафрагмы необходимы для экстремальной глубины резкости, что приводит к таким проблемам, как плохое управление при слабом освещении и плохая видимость сенсора. Объективы

• будут более громоздкими, тяжелыми и дорогими.

• ... особенно, когда речь идет о длинных фокусных расстояниях, которые имеют большой радиус действия.

• Стабилизация изображения будет более сложной из-за необходимости более крупныхкомпенсация дрожания.

• Некоторые целевые группы предпочитают изображения с высокой глубиной резкости, все в фокусе, стиль жесткого тона, к которому они привыкли с камер мобильных устройств.

Answer 9

Меньшие датчики имеют более высокую производительность, а электронное оборудование для обработки - дешевле.

Удвоение датчика и примерно квадратура необходимой вычислительной мощности.

Реальность такова, что датчики DX часто имеют более высокое разрешение и больший динамический диапазон, чем пленки, которые они заменяют.