なぜ彼らはフルフレームセンサーよりも小さくしたのですか？

フルフレームカメラのすごさについての記事に出くわすことがあります。その多くは、おそらく新しい機器や単純なマーケティングに対する熱狂にすぎませんが、少なくともこれらのことは真実であるように思えます。

• 大面積のセンサーは、より多くの光を取り込みます
• 個々のピクセルが大きいセンサーはノイズが少ない
• より大きなセンサーはより多くのピクセルに適合できます

フルフレームカメラははるかに高価です。これは私にとって奇妙なことです。なぜなら、より精密な機器が必要だから、電子機器を小さくすることは常に難しいという印象を持っていたからです。

それは何年も前のデジタル一眼カメラの夜明けにおいてさらに重要だったに違いありません。

では、なぜセンサーを元々カメラで使用されていたフィルムよりも小さくすることにしたのですか？フィルムカメラ用に作られたいくつかのレンズはまだいくつかのデジタル一眼レフで動作するので、なぜセンサーをフィルムと違うのですか？

価格の違いよりも、最初の決定の歴史（フィルムのフレームサイズが現状であり、DLSRは高価だったため）に興味があることに注意してください。

欠陥のない、または非常に少数の欠陥を持つ大きな半導体デバイスを作成することは非常に困難です。小さいものは作るのがずっと少なくて済みます。

特に、半導体の歩留まり -使用可能な半導体の割合-は、半導体を大きくしようとすると低下します。歩留まりが低い場合、良いデバイスごとに多くのデバイスを作成する必要があります。これは、デバイスあたりのコストが非常に高くなることを意味します。その結果、歩留まりが向上する小型のセンサーが強く推奨されます。

イールドカーブを理解する方法を次に示します。プロセスの単位面積あたりの欠陥の可能性はcであり、そのような欠陥は半導体のそのビットから作られたデバイスを殺すとしましょう。デバイスの欠陥には他のモデルもありますが、これは非常に良いモデルです。

領域Aを持つデバイスを作成する場合、そのデバイスに欠陥がない可能性は（1- c）^Aです。したがって、Aが1の場合、チャンスは（1- c）であり、Aが大きくなるにつれてそれは小さくなります（（1- c）は1より小さいため）。

エリアAのデバイスに欠陥がない可能性は歩留まりです。これは、得られるエリアAの良好なデバイスの割合です。（実際には、他の問題が発生する可能性があるため、歩留まりが低下する可能性があります）。

いくつかのエリアAの決定に対する利回りy _Aがわかっている場合、c：c = 1- y _A ^{1 / A}（両側のログを取って再配置することでこれを取得できます）を計算できます。同様に、y = y _A ^{a / A}として他の面積aの収量を計算できます。

それでは、24x36mm（フルフレーム）センサーを製造する場合、10％の歩留まりが得られるとしましょう。製造するデバイスの90％は良くありません。製造業者は利回りが何であるかと言うことに恥ずかしがり屋ですが、これは信じられないほど低くはありません。これは、c ²、mm ²あたりの欠陥の可能性は約0.0027 であると言うことと同等です。

そして今、私たちは他のエリアの利回りを計算することができます：実際、エリアに対してイールドカーブをプロットすることができます：

このプロットでは、フルフレームの歩留まりが10％の場合、フルフレーム未満のさまざまなサイズのセンサーの予想される歩留まりをマークしました（APS-Cはさまざまなことを意味するなど、これらは概算かもしれません）。あなたが見ることができるように、より小さいセンサーははるかに高い歩留まりを得ます。

時間が経つにつれて、製造プロセスが改善されると、このイールドカーブは平坦になり、大きなセンサーのイールドは改善されます。これが起こると、より大きなセンサーの価格が下がり、市場がコストを負担するようになります。

電子イメージセンサーの最初の主流アプリケーション（Image-Orthicon、Vidicons、Plumbicon、CCD、またはCMOSアクティブピクセルセンサー、アナログ電子またはデジタルワークフロー）は、静止画像ではなくビデオでした。

ビデオは、映画フィルムに似たフォームファクターに従いました。映画フィルムでは、35mm（まだフルフレームに相当）または70mmでさえ、多大なコストのために実際の（映画）映画制作にのみ使用されるエキゾチックに大きなフォーマットでした。

また、ほとんどのビデオアプリケーションの解像度に対する要求ははるかに小さくなりました。HD以前の家庭用テレビ（最大解像度625ライン、各1000ピクセル）が主要なターゲットであった場合、高解像度機能は必要ありませんでした。

また、映画以外の動画の世界では、レンズに対する要求は異なっているように見えます。レンズの速度とズーム範囲への期待ははるかに大きく、画質への期待ははるかに低くなっています。これは、小さなイメージサークルを処理するだけのレンズ設計で、はるかに費用対効果が高くなります。

デジタルスチルカメラは、交換可能なレンズカメラがもっともらしいものになる数年前に存在し、これらは最初にビデオ用に設計された、またはビデオの設計に基づいた非常に小さなセンサーを最初に使用しました。

初期のデジタル一眼レフが導入されたとき、APS-Cサイズのセンサーは通常のデジタルカメラセンサーと比較して非常に大きかった。いくつかの初期のフルフレームDSLR（コダックDCSを考えてください）とそのセンサーは非常に高価でした。おそらく、そのサイズの経済的なセンサーを設計した経験がほとんどなかったためでしょう。

イメージセンサーは、1990年代のCPUやメモリチップと比較して、実際の構造が非常に粗い-たとえば、1990年代後半のデスクトップコンピューターの一般的なCPUは250nmの機能サイズを使用しており、可視光イメージングセンサー。今日、14nm（!!）は最先端のものです。

他の記事で既に説明したように、構造サイズに関係なく、パーツごとに大きなダイサイズを避ける必要性はあまり変わりません。

大型のテレビは小型のテレビよりも高価であるのと同じ理由で、大型のセンサーは小型のセンサーよりも高価です。30インチのテレビと60インチのテレビ（お望みなら約75cmと150cm）を比較してください。小型化は問題ありません。30インチテレビのすべての部品を、問題なく実行することができます。30インチテレビは、素材が少なく、仕上げに手間がかからないため、60インチテレビよりも製造コストが低くなります。また、60インチテレビの欠陥率は高くなります。4倍の面積は、どこかで問題が発生する可能性がはるかに高いことを意味します。画面上で、デッドピクセルを作成します。顧客はデッドピクセルを嫌うため、1つまたは2つ以上（またはゼロ以上）のパネルは廃棄されるか、低コスト製品の一部として販売されます。欠陥のあるユニットの生産コストは、販売されている許容可能なユニットの価格に反映されるため、規模が大きくなるほど、高価になります。

同じ考慮事項がイメージセンサーにも適用されます。プロシューマーカメラの最小のセンサーでさえ、半導体技術が可能なものと比較して巨大な機能を備えているため、小型化のコストは大きな要因ではありません。コンパクトカメラと携帯電話は通常、はるかに小さなセンサーを使用し、予算のある電話でさえ通常2台のカメラを備えており、より洗練されたカメラには3台または4台あります。リーズナブルなサイズの場合、小さい方がコストは安く、大きいほど高くありません。欠陥の問題も発生します。センサーを大きくすればするほど、全体を廃棄する必要がある欠陥が発生する可能性が高くなり、廃棄するとより多くのお金（材料）が失われます。それは、特定のポイントを大幅に超えて、サイズとともにコストが増大します。

この記事の執筆時点で入手できる最大サイズのデジタルカメラには、なんと9 "x11"センサー（ "フルフレーム"センサーの対角線の8倍以上、または領域の64倍以上）があります。 12メガピクセルなので、明らかに小型化は問題になりません。これらのピクセルは巨大です。小売価格は100,000ドル以上です。

あなたは特に歴史について尋ねたから...

サイズ、重量、コストをお勧めします。

これらすべての考慮事項は、デジタル化前（映画）の時代にも同様に当てはまりました。人気の映画フォーマットは110サイズでした。参照：https : //en.wikipedia.org/wiki/110_film

110フィルムはより安価で、カメラはより安価であり、カメラの多くは、最小の35mmフィルムコンパクトよりもはるかに小さく軽量でした。小さなポケットに簡単に収まります。もちろん、他の人が指摘しているように、デジタルカメラにも同じ制約が今日あります。したがって、今日の大小のイメージセンサーだけではありません。それも当時の大小の映画フォーマットでした。

デジタルのずっと前に、人々は製造、使いやすさ、および他の回答で説明されている他の費用便益の問題に対処するために、より小さなフィルム形式を作成しようとしました。

現在「フルフレーム」として知られているものは、かつて「ミニチュア」として知られていました。ミニチュアおよびサブミニチュア形式でない場合、次のようにカメラを持ち歩く必要があります。

すでに述べたものとは別に、DSLR用のより小さなセンサーを作成するのには特に正当な理由があります。急速に成長している消費者市場向けに、安価で軽量なレンズの設計が容易になります。しかし、まだ高品質です。

センサーを小さくする場合、ミラーを小さくすることもできます。その後、レンズの後部要素からセンサーまでの距離（フランジ距離と呼ばれる）を小さくすることができます。

フランジの距離を短くすると、レンズの設計が容易になります。広角レンズは、特にフランジの距離が短いという利点があります。フルフレームカメラ用のf / 2.8広角ズームレンズは、非常に高価になる可能性があります。

今日、ミラーレスの普及により、フランジ距離の問題は解消されています。

ただし、センサーが小さいということは、レンズが画像をより小さい領域に投影するだけでよいことを意味し、レンズの直径が小さくなり、レンズのコストも低くなります。

ちなみに、私の知る限り（これは間違っている可能性があります）、センサーはDSLRの中で最も高価なコンポーネントではありません。照度計（多数あり）ははるかに高価です。

私は立派な情報源からこれを読んだと思っていましたが、この事実を確認するために情報源を検索しようとしても何もなくなりました。だから私はおそらくここで間違っています。

センサーが小さいほど生産歩留まりが高く、処理する電子機器のコストは低くなります。

センサーを2倍にし、必要な処理能力を約2倍にします。

現実には、DXセンサーは多くの場合、置き換えられるフィルムよりも高い解像度と広いダイナミックレンジを備えています。

それは他とは無関係なので、個別の答え：

フルフレームセンサーは、愛好家、芸術家、プロの写真家に多くの利点を提供しますが、多くの場合、カジュアルなユーザーには本当に望ましくない欠点をもたらします-場合によっては、特定のタスクのためのプロのアーティストやレポーターによっても：

• 到達可能な最大被写界深度は、実際にはさらに制限されています。極端な被写界深度には非常に遅い開口が必要であり、低照度での不適切な取り扱いやセンサーの汚れの視認性などの問題につながります。

• レンズはより大きく、重く、高価になります。

• ...特に、焦点距離が長くなると到達距離が長くなります。

• 手ぶれを補正するために大きな動きが必要なため、画像の安定化はより困難になります。

• 一部のターゲットグループは、被写界深度が深く、すべてに焦点が合っており、モバイルデバイスのカメラから使用されるハードトーンスタイルの画像を好むでしょう。

さて、このようにしましょう。最大ズーム位置にある小さなセンサーカメラ（1 / 2.3 "）、クロップファクター5.6、およびAPS-Cクラスセンサー（クロップファクター1.66、APS-Cよりわずかに小さい）の写真です（大きなカメラに到達します） 1.7xテレコンバーターを使用した場合のみ）小型カメラの有効焦点距離（600mm）は大型カメラ（200mm）の3倍です。

以下は、梱包する準備が整った同じカメラです。

鳥や小さな物体のクローズアップショットを試す場合、小さなセンサーカメラの長いズーム範囲は、大きなセンサーの比較的短い範囲に勝ります。現在のセンサーはここの古いカメラの10メガピクセルよりも解像度が高くなっていますが、40メガピクセルのセンサーでさえ、同じピクセル数にトリミングするときに焦点距離が2倍になります。

大きなセンサーの画像品質は非常に優れていますが、画像サイズがスタンプのサイズである場合、それほど多くは買えません。