Egenskaper ved fullformatsensor

Den enkeltegenskapen ved EOS 5D som mer enn noen annen gjør det til noe mer enn et "vanlig" digitalt speilreflekshus er selvfølgelig den store bildebrikken på "fullformat" 24 x 36 mm.

Bare et lite antall digitale speilrefleksmodeller har hatt en fullformatssensor. Årsaken er den høye prisen på silisiummaterialet som brukes, kombinert med det forhold at jo større sensoren skal være, desto høyere andel av brikkene passerer ikke kvalitetskontrollen. På grunn av disse forholdene vil en fullformatsensor være mange ganger så kostbar i produksjon som en mindre sensor som eksempelvis 22.5 x 15.5 mm, som er størrelsen på brikken i et EOS 20D, eller 8.8 x 6.6 mm, som er sensorstørrelsen i kompaktkameraet Nikon Coolpix 8800.

Teknisk sett, har fullformatsensorer utvilsomme fortrinn fremfor mindre utgaver, selv om det større sensorarealet samtidig også medfører at man bruker større deler av glasset i objektivene. Poenget her er at speilrefleksobjektiver er laget for å tegne ut en såkalt bildesirkel, dvs. tilsvarende det flateinnholdet som utgjøres av filmen eller digitalsensoren. Hvis bildesirkelen som objektivet kan tegne ut er større enn bildebrikkens størrelse, vil følgen bli at de aller ytterste delene av linseelementene ikke brukes. Disse partiene er også de optisk sett svakeste på grunn av kuleflateavvik og andre feil som aldri helt kan elimineres i optikk. Hvis kameraets sensorstørrelse derimot tilsvarer den flaten objektivet er i stand til å tegne ut, vil hele eller størsteparten av glasset utnyttes i bildedannelsen. Dermed vil feilene i optikken også bli mer synlige, og dette betyr at objektiver, og da i første rekke vidvinkelobjektiver, som skal brukes med fullformatssensorer må ha høyere kvalitet for å gi gode resultater. Samtidig har en digital sensor andre fysiske karakteristika, som i visse tilfeller hevdes å være mer krevende for optikken enn film. Dette er mulig, men fotografiske tester utført med fullformat digital viser at det er optikkens kvalitet som er helt avgjørende. Vidvinkelobjektiver av lav eller middels kvalitet brukt på fullformat gir vignettering, dvs. lysavfall i hjørnene slik de også gjør på film, mens tilsvarende optikk av høy kvalitet brukt på samme sensor gir meget gode resultater. Følgen er like fullt at det stilles høyere krav til vidvinkeloptikk for å få gode resultater på fullformat. Rent praktisk betyr dette at flere eldre objektivkonstruksjoner vil måtte forbedres for at de skal kunne yte godt på fullformatssensorer, og at den som kjøper et digitalt speilreflekskamera med en slik sensor må være spesielt nøye med objektivvalget.

Pikselstørrelse
Bortsett fra ovennevnte, har en 24 x 36 mm bildebrikke, som allerede nevnt, sterke sider som vanskelig eller slett ikke kan realiseres i de mindre. Det er ikke brikkestørrelsen i seg selv som er det viktige, men pikseloppløsningen kombinert med sensorens areal. For å forstå dette, må man tenke på sensorens oppbygning med et stort antall lysfølsomme dioder som er plassert nede i "brønner" på sensoroverflaten. Et stort antall megapiksler på en liten sensor innebærer at hver enkelt brønn vil måtte gjøres mindre, og det er her selve lysets egenskaper gjør at mindre sensorer med høy oppløsning aldri kan få de samme kvalitetsegenskapene som fullformat 24 x 36 mm. Størst er naturligvis forskjellen mellom de små sensorene i kompaktkameraer og fullformatet, men også mellomliggende størrelser vil på grunn av lysets oppførsel møte en rekke fysisk betingede begrensninger før fullformatssensoren, til dels lenge før.

Gitt at kvaliteten på de sammenliknede sensorene er lik, vil den større sensoren ha et mer gunstig signal/støyforhold og bedre dynamisk omfang enn en mindre sensor med samme pikseloppløsning. Dette fordi større piksler fanger mer lys - flere fotoner - pr. tidsenhet. Da får man et bedre signal. Man får også mindre tilbøyelighet til utbrenning når hver enkelt brønn på sensoren er større, slik den gjerne er på større bildebrikker. En større brønn vil ha mer å gå på før den går i metning og overstyrer. Hvilket er hva som skjer når høylyspartier brenner ut i et digitalfoto. Dynamisk omfang kan best defineres som det totale eksponeringsomfang kameraet er i stand til å oppfange innenfor en og samme eksponering, innenfor hele spennvidden mellom de dypeste skygger og de lyseste høylys i motivet. Med store piksler vil dette dynamiske omfanget altså være større, noe som gir bedre bildekvalitet ettersom et slikt kamera holder høylysene bedre og gir flere detaljer her.

Diffraksjon
Enda en faktor som taler for større sensorer er diffraksjonen. Diffraksjon er hva som oppstår når lys passerer gjennom små åpninger. Vi får en "forstyrrelse" - en ujevn spredning av lyset og derav følgende uskarphet. Jo mindre lysåpning, desto større diffraksjon. Alle optiske systemer sies pr. definisjon å være diffraksjonsbegrenset, fordi diffraksjon forekommer i enhver lysåpning som lyset passerer gjennom. Diffraksjonen er et optisk fenomen, og den skjer i objektivet og i blenderen som regulerer det innkommende lyset. Sensorens størrelse regulerer likevel diffraksjonen indirekte ved at meget små og tettsittende piksler virker som en "forsterker" på den allerede eksisterende diffraksjonen. I praksis betyr dette at kameraer med små sensorer og små piksler må bruke større blendere for at diffraksjonen ikke skal bli synlig i bildefilen. Dette er årsaken til at digitale kompaktkameraer har et relativt lite blenderområde, de går stort sett ikke under blender F8.0. Hvis de skulle lages med blendere som gikk lenger ned, ville bildet bli ødelagt av diffraksjonsuskarphet. På kompaktkameraer er stort sett dette ikke noe problem, fordi dybdeskarpheten man gjerne tilstreber ved å velge en liten blender likevel er så stor på grunn av de korte brennviddene i objektivene på kompaktmodellene.

Under Akams test av EOS 5D ble dette testet ved at vi foretok en sammenlikning med EOS 20D som har mindre sensor og også mindre piksler. Vi brukte samme objektivet på begge kameraene, og tok eksperimentfotografier av samme motiv med suksessivt mindre blendere.
Hensikten var å se hvilket av kameraene som først nådde diffraksjonsbegrensningen hvor kvaliteten viste seg å synke merkbart. Resultatet samsvarte med teorien. På 20D viste diffraksjonsuskarpheten seg synlig mellom blender 13 og 14, mens 5D ikke viste noen synlige diffraksjonseffekter før etter blender 14. Dette lyder kanskje ikke som noen stor forskjell, men det er signifikant ved nedblending, særlig ettersom diffraksjonsuskarpheten på blender 16 var påviselig mer uttalt fra 20D enn tilfellet var i bildet fra 5D ved samme blender.

f/16: EOS 5D er fortsatt svært skarp	f/16: EOS 20D er tydelig mindre skarp

Dybdeskarphet
Et ytterligere moment å ta med i betraktningen er at på grunn av at det brukes objektiver med lengre brennvidde for å få det samme utsnittet på en fullformatsbrikke eller på film, vil dybdeskarphetskarakteristikken være annerledes - du får mulighet til å kreativt utnytte det mindre skarphetsområdet til å isolere motivet. Vil man da igjen øke dybdeskarpheten kan man så blende ned. Man får altså ikke den samme fotografiske effekten fra et 50mm objektiv på en 22.5 x 15.0 mm bildebrikke som man får fra en 24 x 36 mm sensor når denne kombineres med et objektiv på 80 mm, selv om utsnittet i seg selv blir meget likt.

Utsnittfaktor
De fleste har erfart at et objektiv med en gitt brennvidde kombinert med en mindre digital sensor enn 24 x 36 mm gir et annet utsnitt. I praktisk bruk er effekten en forstørrelse som tilsvarer en lengre brennvidde. Egentlig er det ingen reell forstørrelse når brennvidden er den samme, men for alle praktiske formål fungerer den såkalte utsnittsfaktoren som om det var.

Resultatet er at man med en bildesensor som er mindre, kan bruke en kortere brennvidde og få en større teleeffekt enn hva det samme objektivet ville gitt på et kamera med fullformatssensor eller 35 mm film. Hvorvidt dette er en fordel eller en ulempe for brennvidden, avhenger av hva man er ute etter. Er man ute etter teleeffekt, kan en sensor på 22.5 x 15.0 mm og større pikseltetthet være nyttig når man får en effekt som tilsvarer 1.6x brennvidden. Dette er fordelen forbundet med de mindre brikkene. En får en øket teleeffekt som betyr at det blir mulig å klare seg med mindre kraftige teleobjektiver, noe som er pris- og vektbesparende.

Støy
Dersom objektivene man bruker fyller formatet med en fullformats sensor, har imidlertid denne størrelsen overtaket på grunn av de forhold som tidligere er nevnt. For maksimal oppløsning og optimal kvalitet med denne høye oppløsningen er det vanskelig å komme unna
fullformatet, mens mindre sensorer i utgangspunktet kan være like gode forutsatt at oppløsningen ikke går over grensen for hva den mindre sensoren kan klare uten øket støy og redusert dynamikk.

I internasjonale foto- og optikkmiljøer foregår det mye diskusjon hvor de eksakte grensene går, men fysikkens lover medfører at man uansett ikke kan komme fra den realitet at en større sensor har mulighet for "større piksler" på samme oppløsningsnivå. Forbedringer som kan gjøres i signalveien i og rundt de mindre bildebrikkene for å redusere støyen og øke kapasiteten kan i nøyaktig samme grad foretas på større brikker, slik at den relative forskjellen i favør av de større sensorene vil prinsipielt forbli uforandret. Det kan til slutt også nevnes at hvis oppløsningen på en større sensor er meget høy gir den også rom for at fotografen kan foreta utsnitt av bildefilen uten at kvaliteten synker, når den totale datamengden er tilstrekkelig til å gjøre dette. Da vil teleeffekten kunne forsterkes på den måten.

Fordeler og ulemper
De store sensorene har to ulemper, og dette er prisen og de økte kravene de stiller til vidvinkeloptikk. Den høyere prisen gjør at slike sensorer må antas å bli forbeholdt kameraer av de mer påkostede typene. Hvorvidt dette vil bli tilfelle litt lenger frem i tid, avhenger av om produksjonen av de større brikkene fortsetter å være like kostbar. Det bør advares mot at man forsøker å gjøre, som vi kjenner til at det har vært gjort, og antakelig fortsatt gjøres, i
konsumentklasse-modeller: Man tolererer flere defekter i silisiumet. Slike defekter kan så maskeres via firmwaren i kameraet, men for stor toleranse for defekter i materialet medfører lavere kvalitet og potensielt forkortet levetid.

Samtidig er ikke fullformatets fortrinn til å komme fra, og man trenger neppe ha spesielle profetiske evner for å forutse at flere sensorstørrelser kommer til å eksistere side om side i fremtiden. Her er det at arven fra 35 mm film viser seg å være en heldig sådan. Når de aller fleste objektiver i produsentens system er kompatible med både kamerahus med mindre sensorer og hus med fullformatsversjoner, betyr det at fotografen får valgmuligheter som favner over et detaljeringsnivå som ligger på linje med eller overgår 35 mm film til de nivåer som tidligere bare kunne oppnås ved større filmformater. Det synes ganske sannsynlig at en del av de mest aktive og ivrige fotografene etterhvert velger å anskaffe flere kamerahus med ulik sensorstørrelse tilpasset ulike oppgaver.