Чому вони коли-небудь робили менші за повнокадрові датчики?

Ви час від часу будете стикатися зі статтями про те, наскільки приголомшливими є повнокадрові камери. Дуже багато, що це, мабуть, надмірне захоплення новим обладнанням чи простим маркетингом, але мені здається, що принаймні ці речі справжні:

• Датчик з великою площею захоплює більше світла
• Датчик з великими окремими пікселями мав би менше шуму
• Більший сенсор може вмістити набагато більше пікселів

Повнокадрові камери значно дорожчі. Мені це дивно, оскільки у мене склалося враження, що зменшити електроніку завжди важче, оскільки потрібно більш точне обладнання.

Це, мабуть, було ще важливіше на світанку цифрових однооб'єктивних камер, багато років тому.

То чому ж було прийнято рішення зробити датчиків менше, ніж спочатку плівка використовується в камерах? Деякі лінзи AFAIK, виготовлені для кінокамер, все ще працюють з деякими DSLR, тож чому датчик відрізняється від плівкового?

Зауважте, що мене більше цікавить історія первинного рішення (оскільки розмір кадрів фільму був статус-кво, а DLSR так чи інакше коштував), ніж різниця в ціні.

Зробити великі напівпровідникові прилади з відсутністю або лише з невеликою кількістю дефектів дуже важко. Менші - набагато менш вимогливі до виготовлення.

Зокрема, врожайність - частка вигідних для напівпровідників крапель, коли ви намагаєтесь зробити їх більшими. Якщо врожайність низька, то вам доведеться виготовити багато пристроїв для кожного хорошого, а це означає, що вартість одного пристрою стає дуже високою: можливо, вища, ніж несе ринок. Потім надати перевагу меншим датчикам із отриманими більш високими врожаями.

Ось спосіб розуміння кривої прибутковості. Скажімо, що ймовірність виникнення дефекту на одиницю площі в процесі становить c , і такий дефект знищить будь-який пристрій, який зроблений з цього біта напівпровідника. Існують і інші моделі дефектів пристроїв, але це досить непогано.

Якщо ми хочемо , щоб зробити пристрій , яке має площу А то шанс , що НЕ має дефект (1 - з ) ^A . Отже, якщо A дорівнює 1, шанс є (1 - c ), і він стає меншим (оскільки (1 - c ) менше одиниці), оскільки A стає більшим.

Шанс пристрою області A не мати дефекту - це врожайність: це частка хороших пристроїв площі А, яку ми отримуємо. (Насправді врожайність може бути нижчою, бо можуть бути й інші речі, які можуть піти не так).

Якщо ми знаємо вихід y _A для деципів деякої деякої площі A , тоді ми можемо розробити c : c = 1 - y _A ^{1 / A} (ви отримуєте це, беручи журнали обох сторін і переставляючи). Еквівалентно , ми можемо обчислити вихід для будь-якої іншої області а , як у = у _A ^{A / A} .

Отже, скажімо, що коли ми робимо датчики 24х36 мм (повна рамка), ми отримуємо вихід 10%: 90% пристроїв, які ми робимо, не приносять користі. Виробники соромляться сказати, яка їхня врожайність, але це неправдоподібно низько. Це еквівалентно тому, що c , ймовірність виникнення дефекту на мм ² приблизно 0,0027.

І тепер ми можемо обчислити врожайність для інших областей: адже ми можемо просто побудувати криву врожайності щодо площі:

У цьому сюжеті я позначив очікувані показники виходу для датчиків різного розміру, які не перевищують повний кадр, якщо вихід у повному кадрі становить 10% (це може бути приблизним, оскільки APS-C може означати різні речі, наприклад). Як ви бачите, менші датчики отримують набагато більшу врожайність.

З часом, в міру поліпшення виробничих процесів, ця крива врожайності згладжується, а врожайність для великих датчиків поліпшується. Коли це відбувається, великі датчики падають у ціні до того, коли ринок понесе їх вартість.

Перші основні програми для електронних датчиків зображення (будь то Image-Orthicons, Vidicons, Plumbicons, CCDs, або датчики активних пікселів CMOS, будь то аналогово-електронні чи цифрові робочі процеси) були у відео, а не в нерухомих зображеннях.

Відео слідує за форм-факторами, подібними до кінофільму. У кінофільмах 35-мм (що еквівалентно повному кадру все-таки) або навіть 70 мм були екзотично великими форматами, які використовувались лише для фактичного (кінематографічного) виробництва фільму через значні витрати.

Крім того, вимоги до роздільної здатності для більшості відеоприкладних програм були значно меншими - якщо домашні телевізори перед високою HD (максимальна роздільна здатність 625 рядків, можливо, 1000 пікселів у кожному) були головною ціллю, можливості високої роздільної здатності не були необхідними.

Крім того, у світі зображень, що рухаються без кіно, вимоги до об'єктивів відрізняються - набагато більше сподівань на швидкість та діапазон масштабування, значно менше на якість зображення. Це можна зробити набагато економічно вигідніше за допомогою об'єктивів, які мають обслуговувати лише невелике коло зображення.

Цифрові фотокамери існували кілька років до того, як камери із змінними об'єктивами стали правдоподібними, і вони спочатку використовували крихітні датчики, які, ймовірно, були розроблені для дизайну відео.

Датчики розміру APS-C були ВЕЛИЧЕЗНИМИ порівняно зі звичайним датчиком цифрової камери, коли були введені ранні DSLR; кілька ранніх повнокадрових DSLR (думаю, Kodak DCS) та їх датчики були надзвичайно дорогими, ймовірно, тому, що було дуже мало дизайнерського досвіду виготовлення економних датчиків такого розміру.

Датчики зображення дуже грубі за фактичною структурою порівняно з тими процесорами чи мікросхемами пам’яті навіть у 90-х, які використовували - наприклад, звичайний процесор для настільних комп'ютерів кінця 1990-х використовував розмір функції 250 нм, що набагато менше, ніж те, що навіть було б корисно фізично датчик візуального світла. Сьогодні 14нм (!!) - про сучасний стан.

Необхідність уникати великих розмірів штампів на частину, незалежно від розмірів структури, як уже пояснювалося в інших посадах, сильно не змінилася.

Великі датчики коштують дорожче, ніж маленькі датчики з тієї ж причини, що великі телевізори коштують дорожче, ніж невеликі телевізори. Порівняйте 30-дюймовий телевізор і 60-дюймовий телевізор (приблизно 75 см і 150 см, якщо ви хочете). Мініатюризація не є проблемою - ми могли б зробити всі частини 30-дюймового телевізора меншими розмірами, не стикаючись із будь-якими труднощами. 30-дюймовий телевізор коштує дешевше, ніж 60-дюймовий телевізор, оскільки він використовує менше матеріалів і вимагає менше роботи, щоб закінчити. А 60-дюймовий телевізор матиме більш високий коефіцієнт дефектів - 4 рази більше площі означає набагато вищі шанси, що десь щось піде не такна екрані, створюючи мертвий піксель. Оскільки клієнти ненавидять мертві пікселі, панель, яка містить більше одного-двох (а може навіть і більше нуля), бракує або продається як частина продукту з нижчою вартістю. Витрати на виробництво несправних одиниць збиваються з ціною прийнятних одиниць, які продаються, тому чим більше ви йдете, тим дорожчі речі.

Такі ж міркування стосуються і датчиків зображення. Навіть найменші датчики на фотокамерах споживачів мають величезні можливості в порівнянні з тим, на що здатна напівпровідникова технологія, тому вартість мініатюризації не є головним фактором. Компактні камери та мобільні телефони, як правило, використовують набагато менші датчики, а навіть бюджетні телефони зазвичай мають дві камери, у більш чудових - три чи чотири! При розумних розмірах менші витрати менші, не більше. Проблема з дефектами також вступає в гру. Чим більше ви зробите датчик, тим більше шансів на те, що у вас виникне дефект, який вимагає від вас всього лома, і тим більше грошей (у матеріалах) ви втратите, роблячи його лом. Це накопичувачі коштують за розмірами, що значно перевищує певний момент.

Цифрова фотокамера найбільшого формату, яку ви можете отримати в процесі написання, має колосальний датчик 9 "x11" (це більше ніж у 8 разів більше діагоналі датчика "повного кадру" або більше 64 разів більше площі), і він має лише 12 мегапікселів, тому очевидно мініатюризація не є проблемою - цих пікселів величезна кількість . Це продається на понад 100 000 доларів.

Тому що ви спеціально запитали про історію ...

Я б запропонував: розмір, вага та вартість.

Усі ці міркування однаково справедливі і в передцифрові (тобто фільмові) дні. Популярним форматом фільму був розмір 110. Дивіться: https://en.wikipedia.org/wiki/110_film

110 плівка виявилася дешевшою, камери дешевшими, а багато камер були набагато меншими та легшими, ніж найменші компактні плівки 35 мм. Вони могли дуже легко поміститися в маленькій кишені. Звичайно, ті самі обмеження існують і в даний час для цифрових камер, як вказували інші. Отже, це не просто малі та великі датчики зображення сьогодні; це були також малі та великі фільмові формати тоді.

Задовго до цифрової роботи люди прагнули створити менші формати фільмів для вирішення питань виготовлення, зручності використання та інших питань, пов'язаних із витратами та вигодами, які описані в інших відповідях.

Те, що зараз відомо як "повний кадр", колись було відоме як "мініатюра". Якщо б не мініатюрні та субмалітурні формати, нам доведеться носити такі камери:

Крім того, що вже було сказано, є особливо вагомі причини для створення менших датчиків для DSLR; Це спрощує проектування більш дешевих і легких лінз для швидко зростаючого споживчого ринку. Але все-таки високої якості.

Якщо сенсор зробити менше, ви також можете зробити дзеркало меншим, а потім можете зменшити відстань від заднього елемента в лінзі до датчика (що називається відстань фланця).

Зменшення відстані фланця полегшує проектування лінз; Ширококутні лінзи особливо корисні від меншої відстані фланця. Ширококутний зум-об'єктив f / 2.8 для повнокадрової камери може бути досить дорогим.

Сьогодні, оскільки дзеркальні набори стають все більш популярними, проблема усунення фланцевої відстані усувається.

Однак менший датчик все ще означає, що об'єктив повинен лише проектувати зображення на меншу площу, вимагаючи меншого діаметра об'єктива, що сприяє і меншим витратам на об'єктиви.

До речі, наскільки мені відомо (що може бути неправильним), датчик навіть не є найдорожчим компонентом DSLR. Лічильники світла (їх багато) набагато дорожче.

Я думав, що прочитав це з поважного джерела, але намагання шукати джерело, щоб підтвердити цей факт, закінчилося нічим; тому я, мабуть, помиляюся тут.

Менші датчики мають більший вихід виробництва, а електроніка, яка обробляється, нижча за витратами.

Подвійний датчик і приблизно вирівняйте необхідну потужність обробки.

Реальність така, що датчики DX часто мають більшу роздільну здатність і більший динамічний діапазон, ніж плівки, які вони замінюють.

Відповідь окрема, оскільки вона не пов'язана з іншою:

Хоча датчики повного кадру пропонують велику користь для ентузіаста, художника та професійного фотографа, вони також представляють недоліки, які у багатьох випадках справді небажані випадковим користувачем, а в деяких випадках навіть професійним художником чи репортером для виконання певних завдань:

• Максимальна глибина різкодоступності поля є фактично більш обмеженою. Надзвичайно повільні діафрагми потрібні для надзвичайної глибини різкості, що призводить до таких проблем, як погана керованість при низькому освітленні та видимість бруду датчика.

• лінзи будуть більш об'ємними, важкими та дорогими.

• ... особливо, якщо мова йде про великі фокусні відстані, щоб мати довгий обсяг.

• Стабілізація зображення буде складніше через необхідність більших рухів для компенсації тремтіння.

• Деякі цільові групи віддають перевагу зображенням, які мають високу глибину різкості, усе у фокусі, жорсткий стиль тональності, до якого вони звикли з камер мобільних пристроїв.

Ну, дозвольте сказати так. Ось фотографія з невеликою сенсорною камерою (1 / 2,3 "), коефіцієнтом обрізання 5,6 та датчиком класу APS-C (коефіцієнт обрізання 1,66, трохи менший, ніж APS-C) у їх максимальному положенні збільшення (до якого досягає велика камера тільки за допомогою телевізійного перетворювача 1,7 ×) Маленька камера має 3-кратну ефективність фокусного відстані (600 мм) великої камери (200 мм).

Ось такі самі камери, які готові упакувати:

Якщо ви намагаєтеся зробити знімки дрібних предметів та крупним планом, то довший діапазон масштабування маленької сенсорної камери перевищить порівняно короткий діапазон великого датчика. Зараз сьогоднішні датчики мають більшу роздільну здатність, ніж 10 Мп старої камери тут, але навіть датчик 40 Мп просто купує вам коефіцієнт 2 у фокусну відстань при обрізанні на однакову кількість пікселів.

Зображення якості більшого датчика є досить краще , але це не купити вам багато , якщо розмір зображення є те , що штамп.