題:
為什麼它們比全畫幅傳感器更小?
Tomáš Zato - Reinstate Monica
2019-09-10 17:08:56 UTC
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您偶爾會遇到有關全畫幅相機的出色表現的文章。其中很多可能是對新設備或簡單的市場營銷的過度熱情,但在我看來,至少這些事情是對的:

  • 大面積的傳感器會捕獲更多的光
  • 單個像素較大的傳感器噪聲較小
  • 較大的傳感器可以容納更多像素

全畫幅相機價格昂貴。這讓我感到很奇怪,因為我有一種印象,那就是縮小電子器件的難度總是越來越大,因為您需要更精確的設備。

在數碼單鏡頭相機的興起中,這一點尤為重要,許多年前。

那麼為什麼要做出決定,使傳感器的尺寸小於最初用於相機的膠卷? AFAIK某些用於膠片相機的鏡頭仍可與某些數碼單反相機配合使用,那麼為什麼要使傳感器與膠片不同?

請注意,我對初始決定的歷史感興趣(因為膠卷的大小是現狀,而DLSR還是很貴的),而不是價格差異。

可能是[全畫幅的價格溢價來自哪裡?](https://photo.stackexchange.com/questions/54233/where-does-the-price-premium-of-full-frame-come-從)
@MichaelC我認為這不是重複的,儘管另一個問題有些有趣。但是我對相機最初設計時的決定很感興趣。膠卷框架是現狀,價格也不是那麼重要,因為它們無論如何都非常昂貴。
為什麼柯達堅持不懈地試圖向消費者推出小膠卷? (110大小,是磁盤膠片大小?)質量不佳,但製作起來便宜得多,膠片,照相機,鏡頭都較小。與數字相同,數字必須放大很多才能看到,但是如果很小,它將從一個晶片上獲得更多的小芯片。這是關於成本,而不是質量。
“那麼為什麼選擇使傳感器的尺寸小於相機最初使用的膠卷呢?”我不得不質疑您對_originally_的使用。 135膠卷的膠捲尺寸沒有什麼神奇或特別之處。中型和大型攝影使用的鏡框尺寸比36mm x 24mm大得多,並且存在於135鏡框之前。所以問題可能是,_為什麼在第一位置使用135鏡框尺寸?為什麼要使用任何特定的幀大小?
為什麼它們要比大幅面傳感器更小!?
@scottbb我的問題中肯定有很多不正確的假設。我對攝影的知識有限,這就是為什麼我首先問問題的原因。
可以理解,我並不是要阻止提問(這是問答網站的全部原因)。我只是想提供一個觀點,即我們認為的“參考大小”以及我們如何始終將所有內容與全幀圖像進行比較,並不一定是因為它是最佳的,自然的或預定的基線大小。
@scottbb我認為所有這些,答案而不是評論都應該輕而易舉。
相關內容:[什麼限制了數字成像傳感器的尺寸?](https://photo.stackexchange.com/q/53794/15871)和[為什麼增加傳感器尺寸必然導致較低的矽晶片利用率?](https:/ /photo.stackexchange.com/q/53826/15871)
@TomášZato“全畫幅”(135格式)在電影時代後期不是*現狀。大多數婚禮拍攝者仍使用大尺寸的中畫幅膠片。大多數商業攝影師仍在使用中畫幅(最大4x5英寸或100 x 125)毫米),甚至是負片尺寸最大為8x10英寸(200 x 250毫米)的大幅面膠片。135幅(36mm x 24mm)膠片在消費者中很受歡迎,這恰恰是因為它一方面在尺寸和成本之間取得了很好的折衷,而且可以接受另一方面,它的圖像質量(用於小尺寸打印)有點像最早​​的數字傳感器。
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值得強調的是,有很多小於35mm的基於消費者*膠片*的格式,並且在主流(非攝影師/業餘愛好者)中非常受歡迎。數字技術沒有發明小型傳感器。
@TomášZato:我對您接受的答案進行了相當大的修改:您可能想檢查一下您是否仍然對此感到滿意。
九 答案:
user82065
2019-09-10 17:17:00 UTC
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製造沒有缺陷或缺陷很少的大型半導體器件非常困難。

尤其是對於半導體而言,產量(您所製造的可用比例)對半導體的要求會降低,因為您嘗試將其製造得更大。如果產量很低,那麼每個好的產品都必須製造很多設備,這意味著每台設備的成本變得很高:可能高於市場承受的價格。因此,強烈建議使用較小的傳感器,從而獲得更高的良率。

這是了解良率曲線的一種方法。假設一個過程中每單位面積出現缺陷的機會為 c ,並且這種缺陷將殺死任何由該半導體位製成的器件。設備中還有其他缺陷模型,但這是一個很好的模型。

如果我們要製造一個面積為 A 的設備,那麼出現缺陷的機會為沒有有缺陷的是(1- c A sup>。因此,如果 A 為1,則機會為(1- c ),並且機會變小(因為(1- c )小於1 ),因為 A 變大。

區域 A 的設備沒有缺陷的機會是成品率:這是質量好的設備的比例我們得到的區域 A 。 (實際上,產量可能會更低,因為可能還會出現其他問題)。

如果我們知道y的產量 y A sub> 某些區域 A 的小數,則可以得出 c c = 1- y A sub > 1 / A sup>(您可以通過記錄兩邊的日誌並重新排列來獲得)。等效地,我們可以計算任何其他面積 a 的產量,如下所示: y = y A sub> a / A sup>

因此,現在讓我們說,當我們製造24x36mm(全幀)傳感器時,我們的產量為10%:我們製造的設備中有90%都不合格。製造商不願透露自己的收益率,但這並不是令人難以置信的低。這等效於說 c ,每mm 2 sup>出現缺陷的機率約為0.0027。

現在我們可以計算其他面積:實際上,我們可以繪製相對於面積的產量曲線:

yield curve

在此圖中,我標記了傳感器的預期產量如果全幀良率是10%(例如,這可能是近似值,例如APS-C可能意味著各種情況),則應使用小於全幀的大小。正如您所看到的,較小的傳感器將獲得更高的良率。在這種情況下,大型傳感器的價格下降到了市場將承擔其成本的地步。

您所說的肯定與傳感器的價格和可用性一致,但是為什麼會這樣呢?我仍然無法想像,如何使一件事物變得超小而又難以使其朝宏觀的方向發展。
由於就我們目前的製造技術而言,傳感器像素並不小-製造的最前沿(即CPU)約為10 nm。傳感器像素約為1 µm或大100倍-那時,將其縮小1.6倍就成本而言是微不足道的,並且從晶片中獲得的芯片數量約為2.5倍。
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處理它們也是如此-問題是,有2000個小芯片的晶片上或有11個大芯片的晶片上散佈了十個缺陷,這兩種情況都意味著您可以將10個芯片丟到垃圾中。假設它是100個缺陷-在第一種情況下您會得到很多芯片,在第二種情況下會得到很多全垃圾晶片。
同樣,無論採用哪種方式,通常用於圖像傳感器(陶瓷和金的東西,例如幾十年前的計算機CPU上)的(通常需要(可能需要用於精確對準和玻璃窗的可能性))那種包裝足夠昂貴如今,除了硬核航空航天和軍事零件外,通常都避免使用它。對於較大的包裝,它可能不會變得更便宜。
@juhist:您的數學在現實生活中會更好,但是我認為,如果我假設每個晶圓0或1個缺陷是唯一的選擇,那我的想法還可以嗎?如果每個區域的缺陷率很高,那麼您的數學是正確的,因為那樣的話,可能會有一個以上的缺陷較小傳感器,而在我的情況下,可能恰好是0或1。單位面積的缺陷率。我會修復它,但今晚不會修復,因為我會弄錯了。
與其重新思考精確的數學運算,不如將答案重新集中在圓形晶圓上[可能帶有圖片?]:較大的芯片比較小的芯片更可能在邊緣附近有未使用晶圓區域的“死區”,這是因為貼片的工作原理,以及大芯片的單個缺陷佔了晶圓總面積的較大比例。 [成本是基於總晶圓的尺寸,而不是芯片上的芯片。您可以佈置的芯片越多,並且可以通過質量控制的芯片越多,則每個芯片的價格越低。]
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“ [晶圓](https://en.wikipedia.org/wiki/Wafer_(electronics))”是大型的圓形矽片,如今通常直徑為8或12英寸(200或300毫米)。我認為最好對晶片上的每個傳感器使用“ die”一詞(將每個處理過的晶片切成許多塊後得到的東西)。您可能還會提到在某一時刻使用20x20或22x22 mm曝光場(在掃描儀之前使用步進器)進行投影光刻,因此縫製多個重疊場以曝光單個全畫幅裸片將是一個真正的挑戰。
@juhist我不認為1.6x作物傳感器會像實際傳感器那樣“常見”-現在手機中使用的傳感器遠不止於此。原始數碼相機的傳感器由於此答案中所述的原因而變得更小。
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@PhilipKendall:需要10億美元的芯片廠來做10nm架構,而芯片成本至少為數百塊。這就是英特爾和AMD巨大的規模經濟。佳能跟不上。
rackandboneman
2019-09-10 19:09:20 UTC
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電子圖像傳感器(無論是圖像Orthicons,Vidicon,Plumbicons還是CCD,還是CMOS有源像素傳感器,無論是模擬電子或數字工作流程)的第一個主流應用是視頻,而不是靜態圖像。

視頻遵循類似於電影膠片的尺寸。在電影膠片中,由於高昂的成本,35毫米(相當於全幀靜止)或什至70毫米是奇特的大幅面格式,僅用於實際(電影)電影製作。

此外,大多數視頻應用的分辨率要求變得更小-如果將高清家庭電視(最大分辨率625行,每行可能有1000像素)作為主要目標,則不需要高分辨率功能。

在非電影運動圖像世界對鏡頭的要求似乎有所不同-對鏡頭速度和變焦範圍的期望更高,對圖像質量的期望更低。只需設計一個小圖像圈就可以節省更多的成本。

數碼相機已經存在了幾年,但可互換鏡頭相機才成為現實,而這些相機最初使用的微型傳感器非常

APS-C大小的傳感器在引入早期的數碼單反相機時比普通的數碼相機傳感器大得多。少數早期的全畫幅數碼單反相機(如柯達DCS)及其傳感器非常昂貴,可能是因為製作這種尺寸的經濟型傳感器的設計經驗很少。

與實際結構相比,圖像傳感器非常粗糙與甚至在1990年代使用的CPU或內存芯片相比-例如,在1990年代末期的台式計算機的通用CPU使用的特徵尺寸為250nm,這比在可見光成像傳感器上實際使用的尺寸要小得多。今天,14nm(!!)是最新技術。

正如其他文章中已經解釋的那樣,無論結構尺寸如何,避免每個零件都使用大模具尺寸的必要性沒有太大改變。

漂亮的答案,更準確地解釋了DSLR相機背後的具體原因,與一般的晶圓平版印刷相反(其他答案也是如此)。有所有的支持。
hobbs
2019-09-11 02:33:52 UTC
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大傳感器的價格要比小傳感器的價格高,原因大致相同,即大電視比小電視的價格更高。比較30英寸電視和60英寸電視(如果需要,分別為75厘米和150厘米)。小型化沒有問題-我們可以將30英寸電視的所有部件做得更小,而不會遇到任何困難。 30英寸電視的製作成本比60英寸電視的製作成本低,因為它使用的材料更少,所需的工作量也更少。而且60英寸電視的缺陷率更高-面積的4倍意味著屏幕上某處出現問題的可能性更高,從而產生壞點。由於客戶討厭壞像素,因此具有超過一兩個(甚至可能大於零)的面板將被報廢,或作為低成本產品的一部分出售。缺陷單元的生產成本會計入 出售的可接受單元的價格,因此,您走得越大,得到的東西就越貴。

同樣的考慮也適用於圖像傳感器。與半導體技術相比,即使是專業相機上最小的傳感器也具有很大的功能,因此微型化的成本並不是主要因素。緊湊型相機和手機通常使用更小的傳感器,甚至廉價手機通常也有兩個相機,更高級的相機只有三個或四個!對於合理的尺寸,較小的成本更少,而不是更多。缺陷問題也起作用。您製造的傳感器越大,就越有可能需要您將整個產品報廢的缺陷,並且報廢時會損失更多的錢(在材料上)。這會導致成本增加,甚至超出某個點。

在撰寫本文時,您可以獲得的最大格式的數碼相機具有高達9“ x11”的傳感器(這是“全畫幅”傳感器對角線的8倍以上,或面積的64倍以上),並且它只有12百萬像素,因此顯然小型化不是問題-這些像素非常大。它的零售價超過100,000美元。

Frank Van Hooft
2019-09-11 09:44:45 UTC
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因為您特別詢問過歷史...

我建議:尺寸,重量,&成本。

所有這些考慮因素在前置數字式中都是正確的(即電影)天。受歡迎的電影格式是110尺寸。請參閱: https://zh.wikipedia.org/wiki/110_film

110膠片便宜,相機便宜,許多相機小得多,而且比最小的35毫米膠片緊湊。它們可以很容易地放在一個小口袋裡。當然,正如其他人指出的那樣,如今數碼相機也存在這些相同的限制。因此,不僅僅是今天的小型和大型圖像傳感器;當時也是小型和大型電影格式。

110與可互換鏡頭相機領域的尼康1或賓得Q更具可比性...
我對此感到部分但不是完全相信。有非常小的35mm相機,我認為並非所有相機都非常昂貴。我有一個Minox 35ML,它很小但是很貴,但是我也有一個Balda,它的大小是一樣的,而且我覺得便宜很多。兩者都可以輕鬆放入口袋。
我仍然有我的Pentax Auto 110,很棒的小相機。當我想要可以放在口袋裡的東西時,我常常隨身攜帶。有時我也被稱為使用它來判斷哪些相機店的員工在購物時值得與之交談。我會帶著110綁在脖子上的皮帶走進一家商店。當時我所在地區的大多數相機商店都會有一個真正了解相機的人,那個人會知道110是什麼(即一分鐘但結構完美的SLR系統相機)。
xiota
2019-09-11 16:19:33 UTC
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早在數字化時代,人們就試圖生產更小的膠片格式以解決製造,可用性和其他成本效益問題,這些問題在其他答案中都有描述。

現在被稱為“全畫幅”曾經被稱為“微型”。如果不是微型和超微型格式,我們必須隨身攜帶這樣的相機:

Ansel Adams

我有一本非常出色的書,叫做《微型相機手冊》。如您所說,“微型”表示“不是大幅面”。
我的理解是微型格式特別是135格式。較大的是中型和大型格式。較小的是超小型的。
那就是我的想法,但是顯然那不是人們在書出版時所想到的(我想起初是1930年代,儘管我的版本是1950年代的後來版本(現在我找不到它可以檢查日期):沒有使用膠卷是“微型”的,非常肯定包括我們現在所說的中畫幅,他們沒有談論超微型,因此即使那時也可能是一個單獨的類別。
Pete
2019-09-11 12:25:52 UTC
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除了已經提到的以外,還有一個特別好的理由是為DSLR製造更小的傳感器。它使為快速增長的消費市場設計更便宜,更輕的鏡片變得更加容易。但是仍然是高質量的。

使傳感器變小時,還可以使反光鏡變小,然後減小從透鏡中的後部元件到傳感器的距離(稱為法蘭距離)。 / p>

減小法蘭距離使設計鏡片更容易;廣角鏡尤其受益於較小的法蘭距離。用於全畫幅相機的f / 2.8廣角變焦鏡頭可能會非常昂貴。

如今,隨著無反光鏡的普及,消除了法蘭距離問題。

但是,較小的傳感器仍然意味著鏡頭只需將圖像投影到較小的區域,就需要鏡頭的直徑較小,從而也有助於減少鏡頭的成本。

BTW知識(這可能是錯誤的),傳感器甚至不是最昂貴的數碼單反相機組件。照度計(有很多)要貴得多。 s>

我以為我從一個受人尊敬的來源那裡讀了這篇文章,但試圖尋找一個來源來確認這一事實最終沒有結果。 ;所以我可能在這裡弄錯了。

海事組織非常好的觀點。只需考慮一下,尼康和-佳能-佳能公司在APS-C上使用的膠卷距離與膠捲和全畫幅相同,所以這並不是什麼優勢,因為較小的像圈是
APS-C尺寸的數碼單反相機先於配套的鏡頭出現。人們只會將它們與較短焦距的全畫幅鏡頭一起使用。
佳能和尼康製造的農用相機與其以前的全畫幅鏡頭具有向後兼容性,但農作物傳感器仍能夠接受簡化的鏡頭設計,例如EF-s系列中的鏡頭。在那種情況下,我們看到了一個折衷的演示:他們本可以製造更小,更緊湊的相機,但將與其他相機/鏡頭產品線完全競爭,而不是對其現有產品線進行部分兼容的擴展。
我很樂意為您提供最後一點信息。我一直給人的印像是,傳感器是DSLR中最大的單一成本組件,佔很大比例。 “光度計(有很多)”是什麼意思?
@mattdm我雖然在一本書中已經讀過它,但是在這種情況下,它可能是Bryan Peterson的“理解曝光”,或者是Michael Freeman的“攝影師的眼睛”。但是,我無法證實這一事實,因此我可能會弄錯。我已經搜索了我的《理解暴露》的數字副本。攝影者的眼睛在遠程存儲中,因此我目前無法檢查。
感謝您的檢查!
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mongo
2019-09-10 20:10:12 UTC
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較小的傳感器具有較高的生產良率,而要處理的電子產品的成本較低。

將傳感器加倍,並大致將所需的處理能力提高一倍。

現實情況是,DX傳感器通常比被替換的膠片具有更高的分辨率和更大的動態範圍。

rackandboneman
2019-09-11 13:16:55 UTC
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單獨的答案,因為它與另一個無關:

雖然全畫幅傳感器為發燒友,藝術和專業攝影師帶來了很多好處,但它們也帶來了很多情況下確實不受歡迎的缺點臨時用戶-甚至在某些情況下甚至由專業藝術家或記者完成某些任務:

  • 實際上可達到的最大景深更加有限。

  • 鏡頭將變得更大,更重且更昂貴。

  • p>

  • ...,尤其是在長焦距範圍時。

  • 由於以下原因,圖像穩定會更加困難

  • 一些目標群體將更喜歡具有高景深,聚焦的一切以及慣常使用的色調風格的圖像移動設備相機。

我認為第一個要點無效。 FF和裁切之間的轉換是:ISO_ff = ISO_crop * C ^ 2,A_ff = A_crop * C,f_ff = f_crop *C。這些值給出相等的噪聲,相等的景深,相等的取景,基本上相等。只需查看一些DxOmark鏡頭信息,您就會理解為什麼在FF上使用比在沒有太多衍射的情況下可以使用更高的光圈F值的原因。同樣,由於傳感器更大,ISO可以安全地在FF上增大C ^ 2,而不會引入額外的噪聲。
發生了衍射。其餘的可以說在實踐中仍然有效...並不是每個現實生活中的ff傳感器在這裡都更好。
@juhist在您要使用APS-C + f / 0.8或µ4 / 3 + f / 0.6相機+鏡頭組合來複製FF + f / 1.2鏡頭之前,效果很好。
儘管對焦變徑鏡(我更喜歡將它們稱為0.71x增距鏡:))可以為您做些事情,但不能為您做所有事情:)
user86892
2019-09-12 15:29:30 UTC
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好吧,讓我這樣說。這是一張照片,其中的小型相機(1 / 2.3英寸),裁切因數5.6和APS-C類傳感器(裁切因數1.66,略小於APS-C)在其最大變焦位置(大型相機可以達到此位置)小型相機的有效焦距(600毫米)是大型相機(200毫米)的3倍。 Panasonic DMC-FZ200 and Sony DSC-R1 at full zoom

準備收拾好相同的相機: Cameras off

如果您嘗試拍攝鳥類和小物體的特寫鏡頭,則小型傳感器相機的較長變焦範圍將擊敗現在,今天的傳感器的分辨率比這裡的舊相機的10MP大,但是當裁切為相同數量的像素時,即使是40MP的傳感器也只能為您帶來焦距的2倍。

較大傳感器的圖像質量較好,但是當圖像尺寸為郵票大小時,並不會給您帶來很多好處。



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