풀 프레임 센서보다 작은 이유는 무엇입니까?

때로는 풀 프레임 카메라가 얼마나 멋진 지에 대한 기사를 보게 될 것입니다. 그 중 많은 부분이 아마도 새로운 장비 나 간단한 마케팅에 대한 열의 일 것입니다. 그러나 적어도 이런 것들이 사실 인 것 같습니다.

• 넓은 면적의 센서로 더 많은 빛을 포착
• 개별 픽셀이 큰 센서는 노이즈가 적습니다.
• 더 큰 센서는 훨씬 더 많은 픽셀을 수용 할 수 있습니다

풀 프레임 카메라는 훨씬 비쌉니다. 더 정확한 장비가 필요하기 때문에 전자 제품을 작게 만드는 것이 항상 어렵다는 인상을 받았기 때문에 이것은 이상합니다.

그것은 수년 전에 디지털 단일 렌즈 카메라의 시작에서 훨씬 더 중요했을 것입니다.

그렇다면 왜 카메라에 원래 사용 된 필름보다 센서를 작게 만들 겠다는 결정을 내렸 습니까? AFAIK 필름 카메라 용으로 제작 된 일부 렌즈는 여전히 일부 DSLR에서 작동하므로 센서를 필름과 다른 이유는 무엇입니까?

가격 차이보다 필름 프레임 크기가 현 상태이고 DLSR이 비싸기 때문에 초기 결정의 역사에 더 관심이 있습니다 .

결함이 없거나 매우 적은 수의 대형 반도체 장치를 만드는 것은 매우 어렵습니다. 작은 것들이 만드는 것이 훨씬 덜 요구됩니다.

특히 반도체에 대한 수율 ( 사용 가능한 것의 비율)은 시도하고 더 크게 만들수록 떨어집니다. 수율이 낮 으면 각 좋은 장치마다 많은 장치를 만들어야하며 이는 장치 당 비용이 매우 높아짐을 의미합니다. 시장보다 더 높을 수 있습니다. 결과적으로 더 높은 수율을 가진 더 작은 센서가 강력하게 선호됩니다.

수익률 곡선을 이해하는 방법은 다음과 같습니다. 공정에서 단위 면적당 결함이 발생할 확률이 c 이고 이러한 결함으로 인해 해당 반도체 비트로 만들어진 모든 장치가 중단 될 수 있습니다. 장치의 결함에 대한 다른 모델이 있지만 이것은 꽤 좋은 것입니다.

A 영역을 가진 장치를 만들고자한다면 결함이 없을 가능성 은 (1- c ) ^A 입니다. 따라서 A 가 1이면 확률은 (1- c )이고 A 가 커짐에 따라 (1- c 가 1보다 작으므로) 더 작아 집니다.

A 영역 의 장치에 결함이 없을 확률은 수율입니다. A 영역의 좋은 장치 비율입니다 . (실제로 잘못 될 수있는 다른 것들이있을 수 있으므로 수율이 더 낮을 수 있습니다).

우리가 항복 알고있는 경우에 y를 일부 일부 지역의 decives에 대한 을 , 우리가 해결할 수 C : C = 1 - y를 ^{1 / 을} (당신은 양쪽의 로그를 복용하고 정리하여이를 수). 마찬가지로 다른 영역 a 의 y = y _A ^{a / A} 수율을 계산할 수 있습니다 .

이제 24x36mm (풀 프레임) 센서를 만들 때 10 %의 수율을 얻습니다. 우리가 만드는 장치의 90 %는 좋지 않습니다. 제조업체는 수율이 얼마인지 말하는 것이 부끄러워 보이지만 믿기 어려울 정도로 낮은 것은 아닙니다. 이것은 c , mm ² 당 결함의 확률 이 대략 0.0027 라고 말하는 것과 동등하다 .

이제 다른 영역의 수율을 계산할 수 있습니다. 실제로 면적에 대한 수율 곡선을 플롯 할 수 있습니다.

이 그림에서 풀 프레임 수율이 10 % 인 경우 풀 프레임보다 작은 다양한 크기의 센서에 대한 예상 수율을 표시했습니다 (예를 들어 APS-C는 다양한 것을 의미 할 수 있으므로 근사 할 수 있음). 보다 작은 센서는 훨씬 높은 수율을 얻습니다.

시간이 지남에 따라 제조 공정이 개선됨에 따라이 수율 곡선이 평평 해지고 큰 센서의 수율이 향상됩니다. 이런 일이 발생하면 시장 규모가 커질수록 센서 가격이 크게 떨어집니다.

전자 이미지 센서 (이미지 -Orthicon, Vidicons, Plumbicons 또는 CCD 또는 CMOS 액티브 픽셀 센서의 경우 아날로그 전자 또는 디지털 워크 플로)의 첫 번째 주류 응용 프로그램은 스틸 이미지가 아니라 비디오에있었습니다.

비디오는 영화 필름과 유사한 폼 팩터를 따랐습니다. 영화 필름에서 35mm (풀 프레임 스틸과 동일) 또는 심지어 70mm는 상당한 비용으로 인해 실제 (시네마틱) 영화 제작에만 사용되는 이국적인 형식입니다.

또한 대부분의 비디오 응용 프로그램에 대한 해상도 요구는 훨씬 더 작았습니다. 사전 HD 홈 텔레비전 (각각 1000 픽셀의 최대 해상도 625 라인)이 주요 목표라면 높은 해상도 기능이 필요하지 않았습니다.

또한 시네마가 아닌 동영상 이미지 세계에서는 렌즈에 대한 요구가 달라 보입니다. 렌즈 속도와 줌 범위에 대한 기대치가 훨씬 많고 이미지 품질에 대해서는 훨씬 적습니다. 작은 이미지 서클에만 서비스를 제공해야하는 렌즈 설계로 훨씬 비용 효율적으로 수행 할 수 있습니다.

디지털 스틸 카메라는 교체 가능한 렌즈 카메라가 그럴듯 해지기 몇 년 전부터 존재 해 왔으며, 이들은 초소형 센서를 사용하여 비디오 용으로 설계되거나 기반으로 설계되었습니다.

초기 DSLR이 도입되었을 때 APS-C 크기 센서는 일반 디지털 카메라 센서와 비교하여 엄청나게 높았습니다. 초기 풀 프레임 DSLR (Kodak DCS라고 생각)이 거의없고 그 센서는 매우 비쌌습니다. 아마도 그 크기의 경제적 인 센서를 제작하는 데 거의 경험이 없었기 때문입니다.

이미지 센서는 1990 년대에도 CPU 또는 메모리 칩과 비교했을 때 실제 구조가 매우 거칠습니다. 가시 광선 이미징 센서. 오늘날 14nm (!!)는 최신 기술에 관한 것입니다.

다른 포스트에서 이미 설명했듯이 구조 크기에 관계없이 부품 당 큰 다이 크기를 피해야 할 필요성은 크게 변하지 않았습니다.

큰 TV가 작은 TV보다 더 비싸기 때문에 큰 센서는 작은 센서보다 더 비쌉니다. 30 인치 TV와 60 인치 TV (원하는 경우 약 75cm 및 150cm)를 비교하십시오. 소형화는 문제가되지 않습니다. 어려움없이 30 인치 TV의 모든 부분을 더 작게 만들 수 있습니다. 30 인치 TV는 재료를 적게 사용하고 마무리 작업이 덜 필요하기 때문에 60 인치 TV보다 제작 비용이 저렴합니다. 60 인치 TV는 결함률이 더 높을 것입니다.이 영역의 4 배는 문제가 발생할 가능성이 훨씬 높다는 것을 의미합니다. 어딘가에화면에서 죽은 픽셀을 만듭니다. 고객은 죽은 픽셀을 싫어하기 때문에 1-2 개 이상 (또는 0보다 큰)의 패널이 폐기되거나 저렴한 제품의 일부로 판매됩니다. 결함있는 장치의 생산 비용 은 판매 되는 수용 가능한 장치의 가격으로 롤백 되므로 갈수록 더 비싸게됩니다.

이미지 센서에도 동일한 고려 사항이 적용됩니다. 프로슈머 카메라의 가장 작은 센서조차도 거대한 기능을 가지고 있습니다. 소형화의 비용이 주요 요인이되지 않도록, 반도체 기술이 할 수있는 것과 비교합니다. 소형 카메라와 휴대 전화는 일반적으로 훨씬 작은 센서를 사용하며, 일반 전화에도 보통 두 대의 카메라가 있으며, 가장 멋진 카메라는 3 개 또는 4 개입니다! 합리적인 크기의 경우 비용이 적게 들며 더 적습니다. 결함 문제도 발생합니다. 센서를 더 크게 만들수록 모든 것을 긁어 야하는 결함이있을 가능성이 높으며, 긁을 때 더 많은 돈 (재료)이 손실됩니다. 이로 인해 특정 시점을 넘어서서 비용이 많이 듭니다.

이 글을 쓰는 시점에 얻을 수있는 가장 큰 형식의 디지털 카메라에는 무려 9 "x11"센서 ( "풀 프레임"센서 대각선의 8 배 이상, 또는 면적의 64 배 이상)가 있으며 12 메가 픽셀이므로 소형화는 문제가되지 않습니다 . 이러한 픽셀은 매우 큽니다 . $ 100,000 이상 소매합니다.

당신은 역사에 대해 구체적으로 물었 기 때문에 ...

크기, 무게 및 비용을 제안합니다.

이러한 모든 고려 사항은 디지털 이전 (예 : 영화) 시절에도 똑같이 적용되었습니다. 인기있는 영화 형식은 110 크기였습니다. 참조 : https://en.wikipedia.org/wiki/110_film

110 필름은 더 싸고, 카메라는 더 싸고, 많은 카메라는 가장 작은 35mm 필름 콤팩트보다 훨씬 작고 가벼 웠습니다. 작은 주머니에 아주 쉽게 들어갈 수 있습니다. 물론 다른 사람들이 지적했듯이 오늘날에도 동일한 제약 조건이 디지털 카메라에 존재합니다. 오늘날 이것은 작고 큰 이미지 센서가 아닙니다. 당시에는 작고 큰 영화 형식이었습니다.

디지털보다 오래 전에 사람들은 다른 답변에서 설명하는 제조, 사용성 및 기타 비용-이익 문제를 해결하기 위해 더 작은 필름 형식을 만들려고했습니다.

현재 "풀 프레임"으로 알려진 것은 "미니어처"로 알려져있었습니다. 미니어처 및 서브 미니어처 형식이 아닌 경우 다음과 같은 카메라를 휴대해야합니다.

이미 언급 한 것과는 별도로 DSLR 용 센서를 더 작게 만들어야하는 이유가 있습니다. 빠르게 성장하는 소비자 시장을 위해보다 저렴하고 가벼운 렌즈를 쉽게 설계 할 수 있습니다. 그러나 여전히 고품질입니다.

센서를 작게 만들면 미러를 작게 한 다음 렌즈의 후면 요소에서 센서까지의 거리 (플랜지 거리라고도 함)를 줄일 수 있습니다.

플랜지 거리를 줄이면 렌즈를 쉽게 설계 할 수 있습니다. 광각 렌즈는 특히 플랜지 거리가 작을수록 좋습니다. 풀 프레임 카메라를위한 f / 2.8 광각 줌 렌즈는 상당히 비쌀 수 있습니다.

오늘날 미러리스가 점점 대중화되면서 플랜지 거리 문제가 해결되었습니다.

그러나, 더 작은 센서는 여전히 렌즈가 더 작은 영역으로 이미지를 투사해야한다는 것을 의미하며, 더 작은 직경의 렌즈를 필요로하여 렌즈의 더 작은 비용에도 기여한다.

BTW, 내 지식 (잘못 될 수 있음)에 따르면 센서는 DSLR에서 가장 비싼 구성 요소에 가깝지 않습니다. 라이트 미터 (많이 있음)는 훨씬 비쌉니다.

나는 이것을 존경 할만한 출처에서 읽었다 고 생각했지만,이 사실을 확인하기 위해 출처를 찾으려고 노력한 결과 아무것도 없었다. 아마 여기에 착각했을 것입니다.

센서가 작을수록 생산 수율이 높고 처리 할 전자 제품의 비용이 저렴합니다.

센서를 두 배로 늘리고 필요한 처리 능력을 대략 제곱합니다.

실제로 DX 센서는 대체하는 필름보다 해상도가 높고 동적 범위가 더 큽니다.

다른 답변과 관련이 없으므로 별도의 답변 :

풀 프레임 센서는 애호가, 예술가 및 전문 사진 작가에게 많은 이점을 제공하지만, 대부분의 경우 일반 사용자가 원하지 않는 결점을, 일부 경우에는 특정 작업을 위해 전문 아티스트 또는 기자에게도 제공됩니다.

• 도달 가능한 최대 피사계 심도가 더 실제로 제한됩니다. 피사계 심도를 위해 매우 느린 조리개가 필요하기 때문에 낮은 조명 처리 및 센서 먼지 가시성과 같은 문제가 발생합니다.

• 렌즈는 더 부피가 크고 무겁고 비쌉니다.

• ... 특히 초점 거리가 길어 도달 거리가 긴 경우.

• 흔들림을 보정하기 위해 더 큰 움직임이 필요하기 때문에 손떨림 보정이 더 어려워집니다.

• 일부 대상 그룹은 피사계 심도가 높은 이미지, 모든 초점, 모바일 장치 카메라에서 사용되는 하드 톤 스타일의 이미지를 선호합니다.

글쎄, 내가 이런 식으로 넣어 보자. 다음은 최대 줌 위치 (큰 카메라에 도달)에서 소형 센서 카메라 (1 / 2.3 "), 자르기 계수 5.6 및 APS-C 클래스 센서 (자르기 계수 1.66, APS-C보다 약간 작은)가있는 사진입니다. 소형 카메라는 대형 카메라 (200mm)의 유효 초점 거리 (600mm)의 3 배입니다.

포장 할 준비가 된 동일한 카메라는 다음과 같습니다.

작은 물체의 새와 근접 촬영을 시도하면 작은 센서 카메라의 더 긴 줌 범위가 큰 센서의 비교적 짧은 범위를 능가합니다. 오늘날의 센서는 기존 카메라의 10MP보다 해상도가 높지만 40MP 센서조차도 같은 수의 픽셀로자를 때 초점 거리가 2 배나됩니다.

더 큰 센서 의 이미지 품질 은 상당히 좋지만 이미지 크기가 스탬프의 크기 일 때 많이 구입하지는 않습니다.