Fotografie: Gevolgen van een kleine sensor

...

Kleine sensoren

Fotografie » TechTalk » Fysica » Superkleine sensoren

Wat is het effekt als men kleine en superkleine sensoren gebruikt?

Dit artikel is een vervolg op het cropfaktor van digitale sensoren bij spiegelreflex. Als je een foto zelf bekijkt, gemaakt met een full frame sensor en een cropsensor, dan merkt je geen verschillen. Maar wat gebeurt er als men met nog kleinere sensoren zou werken? We gaan hier de cropsensor vergelijken met de kleine sensor van een prosumer-toestel. Hier kan je een lijst vinden van de meest courante sensormaten.

Kleine sensoren (prosumer)

Kleinere sensor zoals gebruikt bij crop-faktor dSLR

Sensorafmetingen

Bij sensoren worden er vaak vreemde inchmaten gebruikt, die nog uit de jaren '50 dateren en niets te maken hebben met de effektieve afmetingen van de sensor. Dit waren namelijk de diameter-afmetingen van de (ronde) glazen opnamebuis bij televisie (orthicon, plumbicon,… waar is de tijd!). De effektieve sensor is heelwat kleiner, maar deze verwrongen maatstaf is gebleven! De inchmaat komt bijna overeen met de afmetingen van de uittredepupil (de diameter dat de lens moet belichten om vignetering tegen te gaan). De inchmaat van m'n Sony sensor is dus 2/3" of 17 mm. In het echt is de sensor maar 6.6 * 8.8 mm groot, als we onze wiskundige griek even uit de onderste lade van ons geheugen bovenhalen is de effektieve diagonaal 11mm, en niet 17.

Waarom men vroeger de afmetingen van de opnamebuis gebruikte en niet de sensor-afmetingen is zuiver technisch van aard: er bestond toen niet zoiets als "een sensor" of "een pixel". Gans de oppervlakte van de buis was lichtgevoelig, maar daarvan gebruikte men slechts een deel, een rechthoekige uitsnede dat door de electronenstraal afgelezen werd.
Nadien is men deze overdreven maten blijven gebruiken, omdat een grotere sensor een teken van betere kwaliteit was.

Vergelijking dSLR cropsensor (1.6) en prosumer kleine sensor

De sensor van de prosumer fototoestel Sony DSC-F828 heeft een 4X kleinere sensor dan een full size sensor. Prosumer compact-toestellen met dergelijke "relatief grote" sensoren (2/3") zijn nagenoeg van de markt verdwenen: blijft enkel over de Panasonic DMCFZ50, de Leica VLUX en de Nikon P5000. Deze drie toestellen hebben minimaal een hotshoe (voor mij een verplichte item om tot de groep van de prosumer-toestellen gerekend te kunnen worden). De sensorsize is nu vaak in de orde van 1/2.5" (0.4") of 5.76 * 4.29mm, heelwat kleiner dan de 2/3" (0.6") of 8.8 * 6.6mm van m'n Sony.

Nadelen van een kleine sensor

De sensor is zo klein dat dit nadelige gevolgen heeft voor de fotokwaliteit. Een kleine sensor ruist meer omdat de warmte moeilijker afgevoerd kan worden (alles moet op een kleinere oppervlakte gebeuren). Omdat er geen mechanische sluiter gebruikt wordt, moet de sensor complexer gemaakt worden, waardoor er extra electronika nodig is. Deze elektronika neemt de plaats in dat door het gevoelig element had gebruikt kunnen worden, waardoor dergelijke sensoren (die 'interline transfer' gebruiken) intrinsiek meer ruisen. Een deel van het licht valt namelijk op de sturingselectronika en niet op het gevoelig element.

Een pluspunt heeft een kleine sensor ook: omdat de uittredepupil van de lens klein kan zijn (wegens de kleine sensor), kunnen de lenzen ook klein gebouwd worden, en toch redelijk lichtgevoelig zijn en een groot zoombereik hebben. Bij een full size sensor zou de lens onmogelijk grote afmetingen moeten hebben om eenzelfde lichtgevoeligheid en zoomratio te bekomen. Lenzen met een opening van ƒ/3.5 en een zoombereik van 10× zijn onbetaalbaar op full frame formaat.

Lichtgevoelige lenzen (een waarde van ƒ/2.5 is niet ongewoon) zijn echter niet genoeg: de kleine sensoren hebben meer licht nodig om eenzelfde ruisafstand te bekomen (hoeveel staat uitgerekend op de pagina met de verschillende sensormaten). Bij eenzelfde gezichtshoek moet de lens van de full size reflex evengroot zijn als die van een compact fototoestel als je eenzelfde ruisafstand wilt bereiken. In de praktijk betekent dat de lens groter zou moeten zijn dan het volledig fototoestel! Het gebrek aan licht (slechte ruisafstand) wordt gecompenseerd door beeldbewerkingen, een beetje zoals bij VHS: het beeld wordt gelisseerd. Deze bewerkingen zijn gewoon niet geoorloofd bij een spiegelreflex die zich tot een meer kwaliteitsbewust publiek richt.

Maar de technologie staat niet stil waardoor de beeldkwaliteit van kleinere sensoren erop vooruit gaat. Met de Back Side Illumination (BSI) wordt de sensor omgekeerd gemonteerd en krijgt het licht vanaf de achterkant. Omdat de electronika nu aan de onderkant zit, gaat er minder licht verloren. BSI is vooral nuttig bij CMOS sensoren, omdat er meer elektronika per pixel nodig is. Bij de normale FSI (Front Side Illumination) zit de fotodiode (het gevoelig element) diep in de sensor en is het omgegeven door stuurelectronika.

Superkleine sensoren (GSM, point-and-shoot)

Superklein sensor zoals gebruikt bij compact-toestellen

Bij superkleine sensoren zoals bij compact toestellen en vooral gsm-toestellen met ingebouwd fototoestel komen de effekten die reeds aangehaald zijn nog meer aan bod.

Brandpuntsafstand

Optisch gezien komen er bepaalde effekten sterk naar voren. De brandpuntsafstand moet zeer klein zijn omdat de sensor ook zeer klein is (maximaal een paar milimeters), waardoor je bijna altijd over een grote scherptediepte kan beschikken. Leuk, je toestel moet niet scherpstellen (goedkope toestellen met een fixfocus lens staan ingesteld op het hyperfocaal punt van de lens), maar als nadeel kan je ook geen mooie wazige achtergrond bekomen.

Diafragma

Bij dergelijke toestellen gaat de iris ook nooit dichter dan ƒ/4, want dan is de opening zodanig klein geworden dat diffraktie een grote rol gaat spelen: deze toestellen hebben zowel problemen bij weinig licht als bij veel licht. Door diffraktie is het beeld altijd onscherp, en dat is een zuiver optisch fenomeen dat niet op te lossen is. De opening (diafragma) van dergelijke toestellen gaat meestal van ƒ/2 tot ƒ/4, wat optisch overeenkomt met ƒ/16 tot ƒ/32 op een reflextoestel. Iedere fotograaf weet dat je met dergelijke openingen niets kan aanvangen.

Wat je zeker niet kan met een mini-compact: het fotograferen van vuurwerk (het beeld werd hier omgekeerd voor een mooier effekt).

Superkleine sensoren worden gebruikt in compact-camera's (van het "point-and-shoot"-type) en GSM's.

Vuurwerk

Sommige toestellen gaan automatisch flitsen als er te weinig licht is (en de funktie kan niet uitgeschakeld worden), andere toestellen kunnen niet werken met een lange sluitertijd.

Hier zijn de fixfocus toestellen wel in het voordeel (deze toestellen hebben geen focusinstelling omdat het beeld toch ongeveer scherp is vanaf ongeveer 1 meter tot op oneindig), maar fixfocus-toestellen zijn altijd veel te breedhoekig. Je ziet 99% hemel en een klein sliertje in de verte.